1 引 言

隨著艦船裝備現(xiàn)代化程度不斷提高，提高其生命力的要求也越來越高[1]。艦船生命力是艦船的綜合性能,艦船裝備生命力和安全性研究更是一項極其復(fù)雜并受到多種因素影響的系統(tǒng)性工程。在作戰(zhàn)環(huán)境下艦船面臨來自空中、水面和水下等各種常規(guī)武器的攻擊，艦船受損屬非常狀態(tài)。為了保證艦船裝備在海上安全使用及發(fā)生故障戰(zhàn)損后的安全和提高艦船生命力，需要建立一個科學(xué)完善的艦船安全狀態(tài)評估體系[2]。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷進步，安全技術(shù)也不斷發(fā)展、更新，大大增強了人類控制不安全因素的能力。但是實踐告訴我們,世界上任何事物都不可能做到絕對安全,安全性設(shè)計就是要把危險(即可能出現(xiàn)的事故)降低至可接受的水平[3]。隨著安全檢測與信息處理技術(shù)的發(fā)展，艦船裝備安全狀態(tài)評估方法也有了新的發(fā)展，傳統(tǒng)經(jīng)驗式安全評估的弊端已日益明顯，智能化安全狀態(tài)評估已得到了高度的重視。

2 艦船裝備生命力與安全性

艦船裝備生命力是一個龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，要保持其良好的技術(shù)狀態(tài)，發(fā)揮其應(yīng)有的戰(zhàn)斗力，必須在裝備的全壽期服役過程中進行科學(xué)的使用和維護，從而確保其處于良好的狀態(tài)，保障艦船裝備生命力。

安全性一向是各類艦船至關(guān)重要的性能。艦船安全性是指在研制各階段中，以使用效能、時間和費用為約束條件，運用工程管理的原則和專業(yè)技術(shù)，識別、評價、消除或控制危險的能力。

在第二次世界大戰(zhàn)后期，一些國家開始系統(tǒng)地研究安全性概念和安全性保障技術(shù)，并將安全性保障技術(shù)應(yīng)用到武器裝備的研制、生產(chǎn)和使用中。近年來，國外在基于安全性進行艦船設(shè)計方面也取得了進展，利用綜合安全性評估(FSA)方法制定出的艦船風(fēng)險評估方法，已經(jīng)能夠用于艦船設(shè)計工作。FSA是一種在工程技術(shù)與工程運行管理中，用于制定合理可行的規(guī)則和提供風(fēng)險控制的綜合性、結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)性和可行性的分析辦法，也是系統(tǒng)安全評價思想和程序的優(yōu)化整合。通過系統(tǒng)工程的方法,考察各系統(tǒng)組成要素的相互作用以及對艦船事故發(fā)生發(fā)展的影響,作出對整個艦船事故的安全性能評估[4]。運用安全系統(tǒng)工程方法，將安全性和生命力結(jié)合起來開展專項技術(shù)研究，解決重大的安全問題。如美國海軍研究實驗室(NRL)下設(shè)的“安全性與生命力技術(shù)中心”在“尼米茲”號事故后， 開展過航母飛行甲板消防對策和設(shè)備鑒定試驗專項研究，為評價CVNX損管系統(tǒng)和驗證CVNX機庫及彈庫的消防措施，正在開展真實火災(zāi)試驗與評價工作。

目前， 國內(nèi)外的艦船安全技術(shù)已經(jīng)朝著智能化的方向發(fā)展。對于未來艦船裝備生命力和安全性來說，主要要解決的問題有：減少由于對人員配置相對較高的需求引起的艦船全壽期費用的居高不下；提高損害管制行動的效率和效果。智能化艦船的損管系統(tǒng)應(yīng)該是以先進傳感技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、智能決策技術(shù)和先進損管技術(shù)為核心的實時艦船安全狀態(tài)管理系統(tǒng)[5]。

3 艦船裝備安全狀態(tài)評估存在的問題

目前， 國內(nèi)外艦船生命力和安全狀態(tài)評估方法主要有：作圖分析計算法及邏輯代數(shù)組合法；蒙特卡洛隨機模擬—層次分析法；損傷樹分析法；三維網(wǎng)絡(luò)破損失效概率法；加權(quán)模糊評估法等[6]。艦船裝備安全狀態(tài)評估根本任務(wù)是掌握裝備系統(tǒng)的運行狀態(tài)和使用情況，采用各種測量、分析和判斷方法，并結(jié)合歷史狀況來定量識別裝備及其部件的實時技術(shù)狀態(tài)。常見的系統(tǒng)評價模型有函數(shù)型、邏輯型、檢查表型等。函數(shù)型評價模型主要是通過對對象的統(tǒng)計回歸，找到其性能表征參數(shù)和狀態(tài)之間的函數(shù)關(guān)系。邏輯型評價模型主要采用故障樹、模糊邏輯等表達方法,是一種結(jié)構(gòu)清晰、關(guān)系嚴密的評價模型。檢查表法的實質(zhì)是將評價系統(tǒng)范圍內(nèi)影響其狀態(tài)的組成因素加以排列,然后逐一評價。這類評價方法操作比較簡單,其缺點是對組成因素間結(jié)構(gòu)關(guān)系的揭示不夠明確。對于裝備的安全技術(shù)狀態(tài)評估主要存在以下幾個方面的問題:

1) 效能評估指標的無限定性

艦船裝備可評價的參數(shù)指標很多，選擇不同的評估指標會得到不同的評估結(jié)果，這些結(jié)果之間缺乏對比性。所選擇的指標不夠，就不能反映系統(tǒng)的全面特性，或者所選指標過于龐大，不利于評估。對于一個復(fù)雜的系統(tǒng)，首先要建立一個合理的評估指標體系，這樣才能對系統(tǒng)的綜合效能進行全面的評估。

2) 評估標準非標準化

由于對系統(tǒng)狀態(tài)的理解不一，不同的人有著不同的觀點，標準不統(tǒng)一；而且這種評估標準的非標準化、多元化造成的一個直接結(jié)果就是評估過程中主觀因素太多。

3) 評估過程的不可重復(fù)性

如果評估過程不具有可重復(fù)性，不能很好地反映系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展變化和演化的規(guī)律，就會使評估結(jié)果失去必然性，也會極大地降低評估結(jié)果的可信度。

為此，艦船裝備安全狀態(tài)評估模型需要能夠科學(xué)、完整并且正確地反映評價系統(tǒng)所處狀態(tài)的內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律，能夠反映評價系統(tǒng)狀態(tài)的實質(zhì)要素及其相互之間的關(guān)聯(lián)狀態(tài),盡量做到簡單、經(jīng)濟和實用必須滿足某些要求[7],如圖1所示。

圖1 安全狀態(tài)評估過程模型范例

為此，為了能更好地開展實施裝備安全狀態(tài)評估，必須要能科學(xué)地反映評價系統(tǒng)狀態(tài)組成因素及其相互之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。在確定評價系統(tǒng)狀態(tài)構(gòu)成要素的基礎(chǔ)上,正確地分析構(gòu)成要素之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系是衡量該評價模型優(yōu)劣的重要依據(jù)，是完整地描述評價系統(tǒng)狀態(tài)程度的度量指標。其次，要具有正確地反映評價系統(tǒng)狀態(tài)及其因素狀態(tài)程度的確定途徑，并在此基礎(chǔ)上尋找科學(xué)地對評價系統(tǒng)狀態(tài)構(gòu)成要素的特征進行合成處理的技術(shù)方法。

4 艦船裝備智能化狀態(tài)安全評估平臺設(shè)計

針對各級艦船質(zhì)量管理部門需求，確定基于艦船裝備狀態(tài)評估決策支持系統(tǒng)的主要功能，可輔助決策者分析設(shè)備的狀態(tài)變化情況、發(fā)現(xiàn)當前問題、預(yù)測將來發(fā)展趨勢，作出相應(yīng)的決策。將系統(tǒng)按照功能模塊劃分，主要提供如下功能：

1) 數(shù)據(jù)預(yù)處理，即進行數(shù)據(jù)凈化，檢測沖突；

2) 建立數(shù)據(jù)集合，即根據(jù)不同的評估對象，裝載多種格式的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行歸約、數(shù)據(jù)綜合力度劃分、數(shù)據(jù)綜合管理；

3) 建立數(shù)據(jù)的多維邏輯分析模型，提供多維視圖；

4) 知識的可視化工具,提供設(shè)備狀態(tài)信息和決策工具。

數(shù)據(jù)倉庫是在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上提出的一種能進行有效、快速分析的數(shù)據(jù)管理技術(shù),是支持管理決策過程的、面向主題的、集成的、與時間有關(guān)的、持久的數(shù)據(jù)集合；而信息融合和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是信息處理領(lǐng)域前沿的技術(shù)。所謂信息融合就是利用計算機技術(shù)將來自多源的信息和數(shù)據(jù),在一定準則下加以自動分析和綜合,以完成所需要的決策和估計而進行的信息處理過程[8]。信息融合方法按其融合算法的不同,主要可分為:貝葉斯定理信息融合故障診斷方法;模糊信息融合故障診斷方法;DS證據(jù)理論信息融合故障診斷方法;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息融合故障診斷方法;集成信息融合故障診斷方法等。數(shù)據(jù)挖掘則致力于知識的自動發(fā)現(xiàn)，以數(shù)據(jù)倉庫中的大量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，自動地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的潛在模式，并以這些模式為基礎(chǔ)自動進行預(yù)測。因此，綜合運用信息融合和數(shù)據(jù)挖掘理論，構(gòu)建了艦船裝備智能化安全狀態(tài)評估平臺,并在此基礎(chǔ)上建立艦船裝備智能化的安全狀態(tài)監(jiān)測平臺[9]。

艦船裝備智能化狀態(tài)評估平臺的設(shè)計，充分結(jié)合了信息融合和數(shù)據(jù)挖掘的長處，其組成框圖如圖2所示。

圖2 艦船裝備智能化安全狀態(tài)評估平臺

信息融合體系中，數(shù)據(jù)層融合的主要功能是對匹配的傳感器數(shù)據(jù)直接融合，而后對融合的數(shù)據(jù)進行特征提取和狀態(tài)屬性說明。數(shù)據(jù)挖掘通過對數(shù)據(jù)倉庫的知識積累，可以對信息的輸入進行選擇，發(fā)現(xiàn)各信息的權(quán)重，剔除對最終評估結(jié)果貢獻不大的信息，減少冗余信息，并能提高評估精度。

特征層融合需要檢測層的融合結(jié)果,同時需要有關(guān)描述對象評估知識的融合結(jié)果。評估知識的來源主要是各種先驗的各種知識,為此可以通過數(shù)據(jù)采掘系統(tǒng)得到有關(guān)對象運行的新的知識,例如規(guī)則、分類、分簇和序列匹配等。對照已建立的假設(shè)(已知的評估模式),對觀測量進行檢驗,以確定哪一種評估假設(shè)與觀測量匹配。

在決策層融合時,不同信息處理模塊各自給出推理結(jié)果，完成評估艦船裝備狀態(tài)的初步結(jié)論及決策層融合判決，最終獲得聯(lián)合推斷結(jié)果。然后加以融合決策,數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以用于決策器的建模。同時,對策使用后,其典型案例仍是寶貴的經(jīng)驗,要存入數(shù)據(jù)庫，通過必要的數(shù)據(jù)采掘為以后的決策融合作必要的準備。數(shù)據(jù)挖掘是系統(tǒng)中的重要一環(huán)，其結(jié)果直接影響決策。通過自動分析數(shù)據(jù)，對它們進行歸納性的推理和聯(lián)想，尋找數(shù)據(jù)間內(nèi)在的某些關(guān)聯(lián)，從中發(fā)掘出潛在的、對信息預(yù)測和決策行為起著十分重要作用的模式，從而建立新的決策模型。

5 結(jié) 語

本文分析了艦船裝備安全狀態(tài)評估中常遇到的問題，設(shè)計了其安全狀態(tài)評估范式。針對現(xiàn)代艦船裝備大都配備了較為完善的監(jiān)控系統(tǒng)，但缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析處理手段等特點，設(shè)計了基于信息技術(shù)理論的艦船裝備智能化安全狀態(tài)評估平臺。該平臺可以推廣到整個艦船平臺的技術(shù)狀態(tài)評估，從而大大促進艦船的信息化水平，提高其生命力與戰(zhàn)斗力。

[1] 浦金云,邱金水,陳智斌.艦船生命力[M].武漢:海潮出版社, 2001.

[2] 楊俊,祁恩榮.損傷艦船結(jié)構(gòu)安全性評估[J].中國艦船研究,2007,2(5):15-18.

[3] 茅云生.綜合安全評估方法在潛艇生命力設(shè)計中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(交通科學(xué)與工程版), 2003,27(5):667-670.

[4] 楊鵬,王海.綜合安全評價在船舶動力裝置中的應(yīng)用[J].中國航海,2007,70(1):101-104.

[5] 邱金水,浦金云,陳兆良.艦船損管監(jiān)控系統(tǒng)與損管訓(xùn)練[M].武漢:海軍工程大學(xué)出版社，2001.

[6] 邱金水,董學(xué)江,王樹明.艦船損管系統(tǒng)生命力評估[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報,2003,15(4):51-54.

[7] AUTAR R K. An automated diagnostic expert system for diesel engines[J]. Transaction of ASME.Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 1996,118(7) :117-125.

[8] 何友,王國宏,陸大金，等.多傳感器信息融合及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2000.

[9] 馮圣洪,蔡永樂,周心權(quán).安全狀態(tài)評價模型構(gòu)模原理及其狀態(tài)程度與狀態(tài)存在程度的表達方法研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,1998,8(1):1-6.