某类船舶维修信息化管理平台的开发与研究

徐 斌，黄炳涛，翟顺龙

（中国舰船研究院，北京 100101）

船舶作为海上力量的重要组成部分，其是否健康稳定地运行直接关系到海上战斗力的有效生成与保持。随着我国海上实力的不断提升，近年来，各种型号的船舶大量投入使用，如何有序、高效、全面地对船舶进行维修是当前船舶保障面临的重要挑战。

船舶维修是指船舶装备投入使用期间，通过一系列维修措施及管理办法，保障船舶装备完好性、功能性，使船舶保持良好的工作状态。通常根据损伤程度确定维修等级，按等级进行船舶的维修保养，维修等级一般分为坞修、小修、中修。坞修需要使用船坞，是对水线以下船体结构以及不能施工的其他构件或设备进行修理；小修是指船舶使用一定年限后对船体及船舶装备进行局部预防性拆卸检查修理，以消除故障隐患；中修是船舶的生命力中点，不仅涉及到船舶现有装备检查修理，同时也涉及对船舶的改造和装备的升级，在整个船舶的生命周期里占据着重要地位。

我国船舶维修保障工作与欧美等国相比起步晚、起点低、差距大，当前国内大部分总装厂和系统技术责任单位制定工程计划所使用的数据记录存储方式，虽然能够初步满足管理需求，但仍存在各种不足。例如，当工程量巨增，成百上千条工程项目需要进行各种类型的划分、整理、归纳、总结时，无法进行辅助决策，难以完成复杂项目的自动归类处理。虽然近年来我国海上装备实现了跨越式发展，海上战斗力实现质的提升，但是船舶维修保障信息化、智能化建设相对滞后。船舶维修是一个复杂工程，涉及船体、动力、机械、船舶设计等多个学科，跨系统、跨专业、跨领域，涉及大量的技术状态管控，任何一个环节出错，都将严重影响维修周期。

本文通过对当前船舶维修的整个流程进行梳理分析，并结合信息化的手段，提出针对船舶维修的进度管理系统，同时结合人工智能、大数据等技术，针对进度管理的关键步骤实现智能化升级，大幅提升船舶维修的信息化和智能化水平。

1 船舶维修管理流程

船舶修理按流程大致可以分为5个阶段。

1）立项论证阶段。属于船舶维修的启动过程，针对重要修理改装项目，有关单位需配合研究院进行技术论证工作，了解掌握一线单位的实际使用需求，为论证和设计提供输入和依据；针对一般性修理改装项目，由相关总体部门调研形成修理改装论证报告，后交由上级单位负责组织完成技术审查。

2）方案设计阶段。主要工作为编制并印发型号设计规定和管理规定，指导总体、系统、设备的设计工作；完成科研实施纲要的审查，开展相关系统设备的转阶段评审。

3）技术设计阶段。主要工作为开展技术规格书审签，强化技术状态管理控制，完成相关系统设备供货纳期清单的签署及相关系统设备鉴定和转阶段评审。

4）进厂维修阶段。进厂后依据工程计划，由承修厂开展修理及改装工作，主要工作为系统设备拆卸、船体结构改造、船体维修、系统设备回装、系泊调试、舾装恢复、航行试验等。

5）工程交付收尾阶段。确保所有文件及修理项目更新到最新版本，所有问题都得到解决。工程正式交付并验收，编制最终工程报告。

2 平台框架与功能介绍

本平台在遵循船舶当前管理流程的基础上，以船舶系泊航行试验大纲数据为需求牵引，同时结合已有平台的优缺点，采用螺旋式开发模式，从可行性、灵活性、连续性等方面对平台进行综合设计。

平台采用B/S 模式，使用Spring Boot 框架，一方面根据平台需要集成更多的工具；另一方面可以简化应用程序配置，提供相对统一的模型-视图-控制器框架，将业务处理从用户交互中独立出来，封装到模型和控制器中，使前后端之间相互解耦合分离，可以独立扩展。在数据处理上，选取Mybatis 作为持久层数据访问框架，支持自定义SQL语句、存储过程以及高级映射，在使用时，只需通过XML 文件进行配置，就可将数据表映射到Java接口和实体类，简化了应用程序的开发。平台总体框架如图1所示。

2.1 平台总体设计

根据船舶实际维修与试验的需要，本平台设计出6个功能模型，分别是总体态势、技术状态管理、维修与试验规划管理、维修与试验执行管理、船舶档案管理、平台配置管理。通过任务驱动的机制，使各个模块之间既相互独立又相互联系，同时通过权限控制机制，使不同职能的用户根据分工完成所属的工作。

平台采用MVC 设计模式，实现视图层、业务层、数据层的分离，最大限度地降低客户端、服务端和数据库之间的耦合性，利于平台的升级与维护。平台功能结构如图2所示。

图2 平台功能结构图

2.2 平台主要功能模块介绍

信息化管理平台主要包括总体态势、技术状态管理、维修与试验规划管理、维修与试验执行管理、船舶档案管理、平台配置管理等功能模块，具体如下。

1）总体态势。以全局的视角，汇集系统所有数据进行计算与关联分析，通过维修与试验2个维度，展示船舶整个维修周期中的状态。其中维修态势主要针对船坞维修过程，汇集维修进度、维修状态分布、维修完成率等数据；试验态势主要是针对系泊试验及航行试验过程，汇集试验进度、试验状态、试验通畅率等数据；让决策者整体了解船舶的维修状态。

2）技术状态管理。针对平台管理维修的船舶，对其技术状态数据和健康指标进行设定和监控，其中具体包括型号技术状态定义、技术状态数据绑定、技术状态对比、技术状态实时监控、数据同步等功能。

（1）型号技术状态定义功能。主要由设备管理人员进行录入，定义该型号船舶是由哪些平台子系统、设备、构件等部分组成，各个部分的类型（硬件设备、软件系统、软硬件一体等）、基础信息（产品/系统型号、生产厂商、厂商地址、联系方式等）、技术参数（重量、功率、射程）、技术状态阈值（在航、带病航行、停航）等型号参数。

（2）技术状态数据绑定功能。由船舶技术人员进行设定，在完成型号数据状态定义后，船舶技术人员根据船舶的实际情况以及各平台子系统的测试方式和处理方式的异同，逐一设定各技术状态阈值，设定的内容包括数据采集方式、数据处理方式、数据评定方法、数据采集频率等内容。

（3）技术状态对比功能。主要为分析人员提供分析服务，分析人员通过点选同型号的不同平台子系统或不同型号的相同平台子系统对型号内或型号间同类子系统参数进行对比分析。

（4）技术状态实时监控功能。根据技术状态绑定的数据，对数据进行实时采集、实时分析，实时反馈当前船舶的健康状态，并实时记录数据异常时各项状态信息数据。

（5）数据同步功能。针对某些平台子系统或设备的监测数据无法进行自动获取的情况，提供人工摆渡的方式将监测数据进行导入，平台将自动进行同步。

3）维修与试验规划管理。针对船舶维修管理流程，设计出维修与试验规划管理功能模块，对船舶维修前的计划、审批等流程进行管理。其具体包括年度计划管理、维修合同管理、维修规划制定管理、维修内容分配管理、维修规划调整、试验规划管理、试验内容分配管理、试验内容调整、工程勘验管理、规划自动生成、工程进度复盘、进度总览等功能。

（1）年度计划管理功能。主要根据每年制定的船舶维修计划进行管理，主要包括计划录入、计划执行进度等功能。

（2）维修合同管理功能。依据制定的年度维修计划，对各相关维修设备厂家进行合同签订，并进行合同管理。

（3）维修规划制定功能。依据制定的年度计划和维修型号技术状态，针对船坞维修环节，设定维修设备厂家与技术人员，并人工对计划进行任务分解，分解成一项项相对单一的执行单元，并设定计划维修周期与维修标准。

（4）维修内容分配管理功能。根据制定的维修规划，对平台中相关干系人员进行任务分配，使相关人员登录平台后，就能查看到当前自己需要执行的维修任务。

（5）维修规划调整功能。主要针对维修过程中不可抵抗因素、技术因素等其他因素导致维修进度不能按照计划进行执行，需要对维修规划进行动态调整。

（6）试验规划管理功能。依据制定的年度计划和维修型号技术状态，针对系泊试验及航行试验环节，制定试验计划，并人工对试验计划进行任务分解，分解成一项项相对单一的执行单元，并设定试验周期与试验标准。

（7）试验内容分配管理功能。根据制定的试验规划，对平台中相关干系人员进行任务分配，使相关人员登录平台后，就能查看到当前自己需要执行的试验任务。

（8）试验内容调整功能。主要针对试验过程中环境因素、技术因素等其他因素导致试验进度不能按照计划进行执行，需要对试验规划进行动态调整。

（9）工程勘验管理功能。主要针对船舶维修后期，对维修后的船舶进行三方验收，此时系统生成验收清单与验收测试内容，船厂、总体、甲方针对验收清单逐项对船舶的各项性能进行测试验收，形成验收评审意见，最终完成验收。

（10）规划自动生成功能。主要依据系统积累的人工维修与试验规划，利用大数据关联分析技术，分析各项细分的规划任务与型号技术状态的关系、内在执行顺序，再输入需要维修的船舶型号和设备等参数，即能够智能地生成相应的维修规划与试验规划，人工根据实际情况进行适当的调整，以快速、高效地完成整个维修周期的规划。

（11）工程进度复盘功能。主要针对船舶维修完毕后，对整个周期包括维修过程与试验过程进行复盘，系统自动标注出按预期完成项、提前完成项、延期完成项，并结合历史数据，从计划安排的合理性、实际工作展示的通畅性、维修器材的保障性等方面，自动对工程过程进行标注，为下次维修规划的制定提供改进建议。

（12）进度总览功能。主要针对具体型号船舶的实际进展情况，汇集系统中该型号维修的实时进展数据，显示总体任务完成情况、各阶段完成情况、延期任务项，让决策者实时把控船舶维护的最新动态，并根据实际情况快速找到影响进度的具体原因，适当调整进度安排。

4）维修与试验执行管理。主要针对实施进厂坞修阶段以及系泊试验机航行试验阶段，对船舶实际维修与试验过程进行管理与监控。其具体包括前置项配置、执行规划、执行过程记录、技术方案推送、远程技术支撑等功能。

（1）前置项配置功能。由具体任务人员进行配置，由于每项任务的开展是需要有一定的前置条件的，如原材料是否完备、维修设备是否完备。为此在任务正式开始前，任务执行人员需要根据当前的实际情况，为每项任务配置相应的前置项，并每天对前置项的完备状态进行维护。

（2）执行规划功能。平台根据任务内在的执行顺序与前置项的完备情况，自动对当前需要完成的任务进行排序，使任务的执行能够按照计划和实际情况合理地进行开展。

（3）执行过程记录功能。针对任务具体的过程进行详细记录，任务执行人员在每天工作完毕后，根据平台提供的日志模块，完整准确地记录任务执行的过程，标注任务执行过程遇到的问题和问题解决的方法。

（4）技术方案推送功能。针对任务执行过程遇到的问题，平台根据记录的问题方案库，通过知识图谱的方法，智能分析问题的语义关系与设备部件的关联关系，智能推送出解决当前问题最佳的技术方案以供任务执行人员使用。

（5）远程技术支撑功能。主要针对维修过程出现比较急迫且棘手的问题，同时相关技术人员不在现场的情况，通过实时视频会议或上传问题照片的方式，及时远程联系相关技术人员，在线上对问题进行及时的解决，以加快任务执行效率。

5）船舶档案管理。主要对维修过的船舶按具体型号建立相应的维修档案、试验档案、技术资料库，为该型号的或同类型的船舶维修提供历史参考和技术支撑，具体包括船舶维修记录功能、船舶试验记录功能、船舶技术资料库功能。

6）平台配置管理。主要针对使用系统人员根据实际需要配置相应角色和功能，使不同的人员只能使用平台的部分功能，加强平台的管理能力，其主要包括用户管理、角色管理、权限管理等功能。

2.3 平台开发

平台界面设计遵循简约的设计风格，突出平台的使用性能。主页面为平台首页，由6个基本模块组成。最上方显示的是主操作标题栏，左侧为导航栏，右侧为内容展示区，在右侧的内容展示区顶部设置了对应二级导航栏，方便用户快速查找操作。平台-操作首页界面如图3所示，平台-维修态势界面如图4所示，平台-试验态势界面如图5所示。

图3 平台-操作首页界面

图4 平台-维修态势界面

图5 平台-试验态势界面

为了验证平台的有效性，本文进行了测试。选取国内某型船的维修作为试验对象，首先根据该船的实际组成，录入了船的基础信息，包括船名、型号、技术状态等数据；然后根据维修计划与相应设备厂家线上签订了维修合同，同时根据维修内容，明确设备厂家与技术人员，人工逐项对维修内容与试验内容进行了规划，并根据规划进行了人员分配；操作人员登录系统后，查看自己的任务项，在任务开始前，填写配置任务的前置项；平台根据任务具体的情况，生成执行计划；技术人员每天根据维修进度填写维修日志，并能查看到整体的进度，在维修过程中通过远程支撑功能，解决操作人员的问题；最后在维修完成后，平台根据最初的规划与实际进度，自动生成规划改进建议，为下次维修规划的优化提供有力的支撑。

3 结束语

本文结合船舶维修的实际需求，利用信息化技术，针对船舶技术状态、船舶维修计划、船舶试验规划、船舶维修实施以及维修勘验等整个维修周期，设计出一套相对完善的船舶维修进度管理平台，较好地解决以往船舶维修进度依靠纸质单据低效模式的问题，提升了管理的效率。同时与其他传统的船舶维修进度管理平台相比，本平台从以下几个方面实现了创新，并完成了具体的平台开发。

1）在维修规划过程上，平台中融入大数据、人工智能等相关技术，实现了智能规划的功能，对历史维修过程与船舶的属性数据建立关联关系，并分析维修任务之间、船舶子系统设备之间内在的执行顺序关联，建立起船舶维修规划模型，实现了维修过程和试验过程的智能规划功能，极大地提升了船舶维修规划的工作效率。

2）在常见问题解决上，利用知识图谱的方法，对平台中积累的维修问题解决方案进行图谱化，智能地分析出问题语句与设备部件的语义关联关系，实现了常见问题智能推送的功能，较好地解决了船舶维修中解决方案查找困难的问题。

3）利用远程视频技术，针对现场维修过程中出现的新问题、新故障，实时联系相关技术专家通过远程视频的方式解决问题，提升了问题解决的时效性。