美国海军舰船综合状态评估系统发展研究

杨剑征（中国舰船研究院，北京 100192）

美国海军舰船综合状态评估系统发展研究

杨剑征
（中国舰船研究院，北京 100192）

介绍美国海军舰船综合状态评估系统（ICAS）的发展情况，分析综合状态评估系统及其新一代产品企业级远程监控系统（eRM）的系统配置，最后对舰船综合状态评估系统技术的发展趋势进行探讨。

美国海军；舰船；综合状态评估系统

0　引　言

为了对舰船推进系统设备进行全面有效的监控，及时发现发生故障和接近发生故障的设备，降低舰船维修成本，节省维修人力和物力，美国海军于 1995 年引入了水面舰船综合状态评估系统（ICAS），该系统可自动采集与合成推进系统设备和辅机的参数，能够轻松完成设备的性能趋势分析。ICAS 现已安装到 100多艘美国海军水面舰船上，在节省舰船维护费用方面发挥了突出作用［1］。

1　ICAS 的系统配置

ICAS 可分为舰上分系统、岸基分系统和数据传输链路三部分。这三者的作业关系，简言之，就是舰上分系统采集舰载设备数据，通过传输链路将数据从舰船发送到岸基分系统，岸基分系统用计算机生成健康评估报告（IPARs），经专家审查并给出维修建议后再通过传输链路发回舰上。

1.1舰上分系统

舰上分系统主要包括数据采集设备、配置数据集（CDS）和综合电子技术手手册［2］。一个典型的 ICAS舰上分系统组成包括 4～5 台工作站、打印机、便携式设备（手动输入，例如掌上电脑），自动或在线的数据采集仪器和 1 台光驱。每个主机舱室内有 1 台工作站（见图 1），通过主动式（光纤）局域网互联起来，每台工作站都有一个包含预检信息的配置数据集（CDS）。

1）数据采集设备。设备采集数据可通过以下 3 种方式输入 ICAS 系统：

① 数据总线可以通过与现有机械设备的接口（数字复用系统/复杂指令计算机接口）采集数据；

② 联机的传感器（通过高速数据采集板卡）可以不断地为 ICAS 提供数据；

③通过便携式数据终端或便携式数据分析器（掌上电脑）实现对数据的人工采集，再把数据加载至ICAS 系统。

2）配置数据集（CDS）。ICAS 的核心部分是 CDS。每台工作站都有一个独一无二的 CDS，用于识别受监控设备的容差和超差范围。对原始数据的趋势分析结果反映出对操作人员和维修人员有用的设备状态信息。

3）综合电子技术手册（Integrated Electric Technique Manuals，IETMs），提供可自动链接的维修建议，既可以浏览整个库，又可以直接定位到合适的字段或卡片。

除了以上三部分，舰上分系统还包含了对诸如工程作业排序系统（EOSS）、计划维修系统和综合电子技术手册这样的数字后勤软件的链接。

图 1　典型 ICAS 系统的舰上分系统安装示意Fig. 1　Typcial ICAS onboard installation illustration

1.2岸基分系统

岸基分系统主要包括维修工程库服务器（MELS）、综合性能分析报告（IPAR）、企业级性能分析报告（ePAR）［2］。

1）维修工程库服务器（MELS）是关于 ICAS 数据/信息的一个通用的岸上数据知识库，其中的统计分析结果可以为未来维修提供借鉴，还可以获得关于设备在海上环境工作的更好先验知识。

数据传输到岸基后，就被输入 MELS 服务器，并通过先进算法进行计算，估算出已知设备故障模式，将信息与舰队平均值做比较，并进行设备故障模式状态划分。以上信息接下来被处理写入综合性能评估报告（IPAR）中。对于每个系统，对应的区域维修中心（RMC）和专职维修专家（SME）审查 IPAR 报告，并针对设备的故障模式提出特定的维修建议［3］。

2）综合性能分析报告（IPAR）是一个计算机生成的性能分析报告，可针对特定舰船表示受监控舰载系统的健康状况。

专职维修专家完成所有在用设备的 IPAR 报告审查后，各系统的 IPAR 报告被合并，并通过电邮发送到舰船和岸基的技术部门。目前，MELS 系统只针对 12类系统生成 IPAR 报告，包括燃气轮机、柴油发动机、空调设备和空气压缩机［3］。

此外，按照水面战企业级（SWE）远程监控（RM）排障组（BRT）指示，对于能够使用电子邮件提交数据的舰船，区域维修中心（RMC）专职维修专家的审查环节被省去，舰船每周都能收到没有专职专家维修建议的 IPAR 报告。

3）企业级性能分析报告（ePAR）是针对各型舰船使用的某个特定系统、面向全舰队开展的分析报告。

MELS 服务器还提供更高层次的分析，IPAR 故障模式信息可被处理写入企业级性能分析报告（ePAR）。IPAR 和 ePAR 报告的区别在于 IPAR 是针对特定舰船上的特定系统，而 ePAR 是针对所有舰船都安装了的某型特定系统［3］。

ePAR 报告给出某一个故障模式在给定时间段之内所占的时间百分比，这包括了安装该特定系统的每艘船。该报告的意图是提供可在识别整类设备问题中使用的企业级系统评估图像。

1.3ICAS 数据传输链路

ICAS 数据传输方式包括电子邮件传输和人工传输2 种方式。对于具有相关无线通信设备（例如远距离支持 DS 2.0 系统）支持的舰船，ICAS 每天都能使用电子邮件将设备采集数据从舰船发送至由海军水面战中心卡德罗克分部舰船系统工程站（NSWC-CD SSES）维护的岸基维修工程服务器（MELS）。若舰船不具有以上收发电子邮件的能力，则必须每月将设备采集数据以光盘形式提交给岸基分系统［3］。

经过多年发展，ICAS 与远距离支持系统（DS 2.0）结合，使得实现企业级远程监控（eRM）成为可能。

2　eRM 的系统配置

企业级远程监控（eRM）系统是美国海军基于状态维修（CBM）的新一代软件工具，其首次部署即是以一种独特的方式集成到 DDG-1000 级驱逐舰架构中，并将逐步在其他舰船中改装［4］。eRM 与 DDG-1000的特殊机制保持了一定的独立性，以不限制它在其他舰船上的应用。为了降低全寿命周期的费用，eRM 将采用 ICAS 相同的计划，保持一种软件程序在多类型多级舰船上的通用性。

eRM 和其他一些传统舰船上应用的软件均被集成到 DDG-1000 软件包中。Wrapper 接口被开发用于集成传统软件到 DDG-1000 环境中。eRM 集成采用该封装器可保持其本身结构完整性，并同时提供满足 DDG-1000 任务所需的功能和集成（eRM 在 DDG-1000 上的作用主要是提供 CBM）。

Wrapper 接口为 eRM 系统接入到 DDG-1000 的任务战备系统单元（EMRS）提供链接。通过该链接，eRM可以访问所需数据的存储位置、数据库等。因此，本质上，eRM 依附于 DDG-1000 的全舰计算环境（TSCE）。从图 2 可见，eRM 的功能局限，它的文件和数据库存储均由 TSCE 维护。TSCE 对 eRM 运行的硬件有控制权。这种精简功能与传统舰船上的系统相比变化很大，对 eRM 来说是极大的挑战。网络设计使 eRM 所需的其他固有功能能够方便地应用在传统舰船中，保持与全舰计算环境的独立性，减少 eRM 在传统舰船中应用所需的成本。

DDG-1000 中并未直接使用成熟的 ICAS，这是对DDG-1000 自动化程度、传感器数量重要性和采购过程中 DDG-1000 的定位的综合评估的结果。ICAS 如果集成到 DDG-1000 中，将会造成成本压力并且不能提供理想的 CBM 功能。为此，主管 DDG-1000 项目的海上系统司令部 PMS-500 项目管理办公室决定采用 ICAS 为 DDG-1000 开发的 eRM。eRM 不仅可以为 DDG-1000和其他传统舰船提供全舰环境可用的 CBM 工具，也可以允许 DDG-1000 利用 eRM 提供所需的岸基支持以减少舰员数量。

DDG-1000 上集成的 eRM 不是完整版本，只是包含任务所需的最小组件组合，其中包括 PMS-500 所需的舰船航空试验所需的单元。eRM 建立的框架将继续实现故障预测、增强的性能分析、自动数据访问、拓展的登入功能、传感器计算分析等功能。未来舰上和岸基自动化工具的开发将更注重数据访问速度的提升和与舰上软件应用交互性的增强。

3　ICAS 发展趋势

未来 ICAS 系统技术发展的特点可大致分为以下两点：

1）eRM 将逐渐取代原有 ICAS 系统。eRM 在 DDG-1000 上应用后，将在已经安装有 ICAS 系统的 90余艘舰船上对 ICAS 系统进行改进以适应 eRM，如改进 ICAS 的数据接口以适应在不同级别舰船上不同数据源的通信。eRM 开发者将可利用原有 ICAS 软件代码来保证成本的可控。改进后，eRM 将可以提供更多的功能，如在初始版本 eRM 中已增加的基于浏览器的访问、舰上性能分析和自主健康监控等。

2）eRM 的发展目标不仅仅局限于一个软件应用，而是要为舰队和岸基活动实现一系列功能，以支持 CBM的开展。水面战企业认为舰队的 CBM 需求是最高层次的需求。eRM 借助现有的在役工程部门（ISEA）的专职专家（SME）和区域维修中心（RMC）团队来为舰上和岸基提供可用的自动化工具。这些自动化的专家提供更快和更节约成本的诊断和故障隔离信息。SME的职责因此更加着重于上舰前更快更准确地隔离故障。

eRM 将对数据访问和内容采用公开标准。CBM 数据的存储架构是基于运行和维护信息开放系统联盟（MIMOSA）标准，允许第三方进行补充功能的接入。eRM 将支持过程控制的对象连接与嵌入技术（OPC）和可扩展标记语言（XML）进行数据合并。

对于 eRM 的使用训练，遵循美国防部关于标准化项目的发展方向，可利用现有 ICAS 项目的核心培训设备的进行基础课程的合并学习。ICAS 长时间的发展经验表明，在舰上和岸基分系统的数据访问对新的方案非常重要。随着 eRM 逐渐成熟，将具备向外部软件应用提供数据的功能，该能力对海军故障预测、数据挖掘、燃油有效作用力、系统健康和性能监控意义重大。

［1］DIULIO M. ICAS and remote monitoring informational brief［EB/OL］. （2015-02-25）. http：//slideplayer.com/slide/ 4462520/.

［2］PEREZ I，DIULIO M，MALEY S，et al. Structural health management in the NAVY［J］. Structural Health Monitoring，2010，9（3）：199-207.

［3］BRIAN F. Remote monitoring of shipboard machinery［J］. Sea Frame，2007，3（2）：16-18.

［4］CHIN H，DIULIO M，HALPIN R，et al. Enterprise remote monitoring-built for the DDG 1000 class with commonality in mind［C］//Intelligent ships symposium VIII symposium proceedings. Philadelphia PA，USA：Drexel University's Bossone Research Center，2009：1540-1605.

Research on the development of the US navy's integrated condition assessment system

YANG Jian-zheng
（China Ship Research and Development Academy，Beijing 100192，China）

The paper first reviews the development of the US navy's integrated condition assessment system. And then，this paper analyzes the configurations of the integrated condition assessment system and a new product named Enterprise Remote Monitoring which has been developed from it separately. Finally，development trends in the integrated condition assessment system technology are discussed.

US navy；ship；integrated condition assessment system

E23

A

1672 - 7619（2016）08 - 0146 - 03

10.3404/j.issn.1672 - 7619.2016.08.031

2016 - 06 - 22

杨剑征（1980 - ），男，工程师，研究方向为计算机网络技术。