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自动性能监测增强“海狼”潜艇控制维修性

来源:互联网 责编:大嘴 作者:赵红艳译 时间:2004-08-10

摘要:本文讨论了为增强可维修性而加入“海狼”舰艇控制系统中的各种能力,并如何证明研制和最初的服役过程中它们是有效的,这些能力包括自动性能监测以及故障定位功能(PM/FL),还有一台具有I/O监测功能的维修计算机,用于排除系统故障。

  这种PM/FL方法的成功为未来潜艇和水面舰艇带来了巨大的希望,它将使操作和进行舰船控制的舰员数量减少。但是这种PM/FL功能也是需要代价的;确定,开发和测试PM/FL所需要的复杂的决策算法是困难的。还应注意,“海狼”的有效性直接归因于容错设计中的冗余能力。

  本文介绍了这种方法怎样从早期潜艇演变而来,迄今为止和有关“海狼”(PM/FL)测试和“海狼”潜艇控制维修的一些经验。本文也概括了系统的设计,讨论了有助于有效维修的容错结构的特点。叙述了在制定PM/FL规格、设计和进行彻底的鉴定过程中所遇到的困难。对未来的系统如何从自动维修性能中获益也作了一些推测。

关键词:性能监测  潜艇维修


1  前言

  “海狼”潜艇使用了一种代表先进技术的舰船控制系统(SCS)。这种全综合的系统集容错计算机、平板操作手显示器以及自动转向、潜水与深度控制种种特性于一体。该系统包括冗余电子设备,传感器和传动系统的四个通道以提供高水平的容错。高速数据总线使舰船控制与作战系统、罗经惯性传感器以及数据分配系统对接。该系统包括自动PM/FL软件并与维修计算机对接,可提供简便的维修。

  性能监测/故障定位(PM/FL)功能与冗余结合可进行自动检测、修复并报告舰船控制电子设备、传感器、传动部件、阀门以及舰船控制机械的故障。通过利用该系统中现有的冗余能力,PM/FL能提供比以前的系统更有效的和更可靠的机内测试功能,增强了舰船完成任务的能力,减少了整个寿命期的操作费用。

  使用一台有图形用户界面(GUI)的独立维修计算机来提供性能监测数据的脱机分析。这种维修计算机用来进行例行维修,并且告诉潜艇上的艇员,哪些部件出了故障并需要更换。维修计算机也宿驻了输入/输出调试监控(IODM)显示软件,可进行仔细的故障查找,或对系统的改进进行工程分析。这种维修方法是从“三叉戟”(SSBN726)级潜艇使用的方法演变来的,但使用了改进的技术,提高了性能并且便于使用。在对“海狼”进行安装和检查的过程中,已经证明这些维修特性非常有效。最初的使用经验表明,海军将会从这个系统获得所希望的维修性效益,可以期望未来的潜艇将从“海狼”上获益并以之为基础。“海狼”已经表明高度自动化的维修是可能的,有助于减少操作大型潜艇所需要的人员及费用。

2  “海狼”舰船控制说明

  为了理解“海狼”舰船控制系统(SCS)的维修特性需要熟悉整个系统。图1以及下面的章节提供了该系统的概况。

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图1  海狼SCS的概况

  海狼SCS的中央部件是舰船控制处理装置(SCPU),它包括一个四冗余容错处理机,提供一个非常可靠的处理平台。SCPU与SCS传感器以及传动机构对接,主要使用模拟和离散信号。这些信号由输入/输出模块(IOMS)进行处理以供SCPU使用,这些模块位于SCPU电子机箱和远程I/O箱内,它们把数据以SCPU多路输出或多路输入给SCPU。总起来,SCPU与大约250个模似和离散参数对接,是典型的四冗余或双冗余(有1千多个SCPUI/O信号)。

  SCPU位于舰船控制台内,艇员在其上控制艇的转向和下潜。SCS包括与SCPU相连的操作人员双控制操舵柄、艇首水平操纵杆,开关以及调节按钮的位置传感器。主要的操作接口是位于SCS上的四个平板显示器(输入装置是键盘)和位于相邻的压载舱控制台上的两个平板显示器。这些平板显示器通过冗余MIL-STD-1553数据总线与SCPU对接。艇首的水平位置控制执行硬件和可收放的艇首水平控制装置也与SCPU对接并且受其控制。测量海水压力的高精确度冗余压力传感器使SCPU成为潜艇深度指示的主要来源。位于艇尾部的是冗余的SCS远程电子机箱。它使SCPU能控制方向舵和艇尾水平舵的转向和下潜功能,并能对位于艇尾的排水泵进行远程控制。位于艇前部的冗余SCS过程电子机箱与深度控制系统压载舱阀、压舱水位和压力传感器以及平衡泵对接,以便使SCPU进行深度控制和远程平衡泵控制。SCS通过冗余串行数据总线与舰船作战系统、罗经、数据分配系统以及一台独立的维修计算机对接,提供一个高度综合的系统。在Daughan(1994)的文献中有有关“海狼”SCS更详细的介绍。

3  “海狼”舰船控制系统的维修特点

  “海狼”舰船控制系统SCS具有一系列可支持维修的特点。这些特点包括:

  舰船控制处理装置(SCPU)特点:

  ·自动性能监测(PM)软件

  ·容错计算机故障检测、隔离以及再配置(FDIR)

  ·在SCS平板显示器上显示系统状态

  维修计算机特点:

  ·自动故障定位(FL)软件

  ·输入/输出调试监控(IODM)软件

  下面的章节将逐一讨论这些特点。由于“海狼”是最近才在美国海军中服股,在写这篇论文时,包括在软件中的所有维修功能并没有都被起用。其后的软件更新按计划将起用其余的功能。

4  SCPU特点

4.1自动性能监测

  PM软件功能是在SCPU容错计算机上实时执行的。PM软件根据舰船的控制传感器、传动机构以及I/O接口故障提供探测和自动恢复功能。通过自动地从故障部件切换到未出故障的冗余备用部件而实现恢复。艇员不需要进行任何操作就可以完成快速而自动的切换,并提供了不间断的无干扰的舰船控制操作。PM不仅具有检测SCS电子设备故障的功能,而且也能检测舰船控制机械的机械和液压故障。当这些故障将影响舰船或机械的连续安全操作时,PM或者通过切换到备用系统,或者使该功能处于故障安全的条件下。当发生故障并且某一实时状态显示器指示出舰船控制系统的哪部分发生了故障时,PM可向艇员提供实时的通告。由于SCS的设计有冗余功能,通常不需要进行立即的维修。在方便的时候,舰船的维修人员可以使用脱机维修计算机FL功能来把PM提供的详细故障数据转换成简明的指示:替换那个SCS部件来恢复系统。对于那些在海上难以维修或不可能维修的部件以及无备用零件的部件,可以不维修,继续使用该系统直到舰船返回港口。PM/FL在设计上能检测到98%的故障,并把95%的故障定位到一个线路可更换部件(LRU)上,把98%故障定位到不多于4个LRU的一组线路可更换部件上。

  应注意,只有系统中有数量较大的冗余功能,并且有多种方式使这些冗余在计算机通道间交叉相连以及专用于PM的复杂软件算法,才有可能实现这些必要的故障检测和隔离要求。PM用冗余量测之间的比较作为检测细微故障的手段,可通过切换到备份通道来隔离输出通道的故障并能确定这样做是否可以恢复操作。图2通过一个双系统与一个使用三重冗余容错计算机之间的简单比较说明了这一点。正如表1所示,提高对传感器和计算机故障的检测是可能的,也可同时提高定位输出故障的能力。

表1  双系统和三重容错系统的故障检测比较

故障状态 双系统 三重系统
传感器故障 仅当传感器读数不合理时进行检测和隔离 通过传感器比较可检测、隔离和校正任何模式的传感器故障
计算机故障 依靠计算机自检和硬件监视器,不能检测某些故障模式 精确比较计算机输出,检测和隔离任何模式的计算机故障
输出路线故障 在切换到备用通道后,如果操作正确,则表明该通道有故障。这可能意味着某一传感器、计算机或输出路线发生故障 在切换到备用通道后,如果操作正确,则对一个通道的输出路线隔离了故障

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图2  双系统和三重容错系统的比较

  PM可通过使用任何多个通道的组合,包括仅使用一个单一通道来支持四通道舰船控制操作。因为SCS是一个执行多种功能的关键的舰船控制系统,并且当舰船在海上时,它必须保持连续工作状态,因此PM用于在不关闭整个系统的情况下对系统进行维护修理。另外,PM还允许在另一个SCS功能仍在运行时修理一个SCS功能。艇员可以关掉SCPU或远程I/O机箱某些部分的电源,PM将检测被关电源,并重新配置系统使它能在不使用这些的情况下正确操作。PM设计有如下功能,即通过维修计算机接收来自艇员的输入以从运作中除去某一个特定的传感器或模块。既可以有助于维修正在使用的系统,也可以让艇员练习作出某一个部件不能使用的判断。在Hammett论文(1996)中有关于PM功能的更详尽的论述。

4.2容错计算机故障检测、隔离和再配置(FDIR)

  容错计算机操作系统根据计算机的故障检测和再配置计算机。这种核心计算机FDIR功能与容错计算机硬件一起提供容错处理功能。在某一台计算机发生故障的情况下,为了其不使用出故障的通道,FDIR对其计算机进行再配置。此外,它向FM/FL报告哪一块计算机模块发生故障,再向维修计算机报告进行最后的维修。PM将重新配置I/O的使用以停止使用那些需要该计算机通道才能工作的信号。在SIMS论文(1997年)中有关于“海狼”FDIR的更详细的论述。

4.3系统状态显示

  SCS有一个可供艇员选择的平板显示屏,使艇员确定系统的操作状态。该显示器使用PM提供的状态信息而实时运行。这个显示器的用途是使艇员确定SCS的功能状态,而不是确定需要什么样的维修。

5  维修计算机的特性

  SCS维修计算机是一台商用流行个人计算机,安装在潜艇舰船控制台附近并通过一个串行接口与SCPU通信。维修计算机的主要功能是对PM故障信息提供脱机分析。一旦有故障的LRU被定位,维修计算机就提供具有浏览附加的LRU信息的能力,这些信息包括部件的文本描述以及可用的图号。维修计算机也对输入/输出调试监控(IODM)起处理主机的作用,在下文将详细说明这一点。维修计算机具有下载SCPU或平板显示软件的功能。下载功能使在舰艇的寿命期内安装新的软件版本变得很容易,因为不需要外部的硬件连接或板的替换。下载功能也便于对更换的CPU卡和平板显示器进行编程。

5.1自动故障定位软件

  故障是由PM软件在SCPU上完成的,当某一故障未通过许多故障测试中的任一个测试时,该故障就被发现,并且PM已确定出该故障是一个持久的状态,而不是暂时现象。PM收集到所有可得到的有关故障信息并把这些信息组成一个故障记录。通知操作人员出现了问题,故障记录被送到维修计算机。在出故障的时间,维修计算机不必处于操作状态,PM把这些故障记录排队保存以便在维修计算机在线时传送。当检测到一个持续的故障时,SCPU中的PM就自动进行再配置。PM软件不再使用出故障的部件,而是使用其他无故障部件。应注意,这种再配置会很快完成,不需要操作人员进行任何操作。这样,操作人员在紧急情况下就不必响应硬件故障,可以将故障分析推延到方便的时候进行。应操作人员的要求可以使用维修计算机进行故障定位。为进行诊断操作人员可选择故障记录并初始诊断。这种诊断是基于在维修计算机关于SCS的布线的知识以及软件中规定的特殊故障模式规则。故障定位器软件把诊断结果以出故障的LRU列表形式显示给操作人员。有时(由于可用测试点的不足)故障定位器不能把故障隔离到单一部件上。在这种情况下,提供给操作人员的是一个或多个模糊的组合,因此操作人员需要进行额外的排故障工作以确定实际的故障。如果操作人员需要支持信息来进行额外的排故障工作或检验故障定位(FL)结果,他们可以使用IODM在实时状态下观察并记录数据。当部件很昂贵或难以修理时,这种功能特别有用。一旦分析了故障记录,出故障的部件就已被修理或更换。在PM软件能够再次使用出故障的部件之前,必须通知PM软件。操作人员选择故障记录,发布PM修理。一个信息从维修计算机传到SCPU,命令PM来修理出故障的部件,PM立刻恢复该故障的使用。图3是初始FL和显示FL结果的维修计算机显示的内容的一个例子。(图3略)

5.2输入/输出调试监测器(IODM)

  IODM是一个系统综合调试工具。它由两部分组成:第一部分提供图形用户界面(GUI)并在IBMPC平台上运行,第二部分嵌入SCS战术处理机中。IODM为所有来自SCS与系统的数据输入和输出提供实际的可视性。在实验室软件综合期间和在SSN-21上产品安装期间,已经证明IODM对于诊断硬件问题是非常有用的。当SCPU工作时,并不需要IODM就位(即,SCPU在没有连上IODM的情况下也能正常工作)。除了作为综合工具以外,IODM在软件测试阶段也可用来确认需求。IODM将作为SCS软件基础的一部分并且处于整个配置控制之下。

5.3 IODM的能力

  (1)“实时”数据显示器:IODM提供可供操作人员选择的任何实际的SCS输入或输出设备的近实时显示。IODM为用户提供一个GUI并且选择要监视的对象。IODM经过R5—232总线向SCPU传送信息(图4)。SCPU上运行的代码程序对该信息进行解码,收集适当的数据,并把数据发送回RS—232接口中。把该数据编码,按适当的比例显示在维修计算机屏幕上。所有IODM接口代码以最低系统优先级运行使对正在运行的SCS系统的影响减到最小。监控程序速率是可调的,最大刷新率是1Hz。四个SCPU通道的数据均被显示。

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图4  维修计算机与SCPU对接

  (2)数据收集一保存:IODM提供8和24Hz的数据收集能力。大多数PM功能是以用户视觉上不能分辨的速率进行的,因此,必须以适当的速率收集数据,便于以后分析。

  (3)8Hz数据记录:IODM可以把系统中的任何数据点以8Hz的速率记录在文件上。而且对SCPU战术操作的性能影响最小。IODM的图形用户界面(GUI)把操作人员的选择数量限制在一个合理的数量上。用户必须指定输出文件名称并从两种格式中作出选择。第一种格式是“人可读”的格式,第二种格式是限定逗点的格式。用于输入到电子表格中。

  以8Hz进行数据记录对于确定PM允许的值的有效性特别有用,特别适用于间歇性故障情况,该设备通过所要求的视景,收集数据,然后将数据画成图形。这些合成的曲线图对于确定是否需要修改软件是很重要的。

  (4)24Hz数据记录:用于诊断伺服回路问题IODM一次对一个伺服阀进行24Hz的数据收集。这项功能产生一个输出文件,直接输进MATLAB进行绘图和分析。

  (5)修改PM允许值:IODM能向操作人员显示当前的PM允许值。如果需要,操作人员也能修改这些允许值。实际上,对某一特定的传感器,操作人员可以通过将允许值扩大到某一较大值而关闭PM。

  (6)观察/修改原始存贮位置:IODM可以使用户通过指定一个有效地址来显示或修改所选择的存贮位置,这是大多数调试程序所共有的性能。

  (7)PM故障记录和修理:IODM具有观察和修理PM故障以及观察CPU状态信息能力。此外,还具有“软件出错报告”功能,用户可以从内部SCPU软件出错缓冲器接收数据。

  (8)多层口令保护:在IODM内设有口令保护以防止未授权或无意的操作。

5.4 未来I/O监视发展的准则

  “海狼”的IODM功能已被证明是一个重要的工具。值得注意的是作为这些工作的结果所产生的几个准则。

  (1)IODM工具不得降低它所监视的系统的的操作。在一个实时过程控制系统中,任何数据监视/记录功能必须是不能侵入的,这一点绝对重要。因此,任何象IODM这样的数据收集工具的设计对性能的影响必须最小。

  (2)系统与IODM之间的数据接口必须有足够的带宽。对“海狼”来说,9600波特的RS—232接口已经被证明是一个性能瓶颈。必须进行认真的研究以确定所需要的数据收集数量及速率。

  (3)对于IODM这样的支持工具必须当心,在测试或服务过程中,它不能引入使系统发生故障的非法途径,或可能破坏系统软件的配置。所有IODM功能具有可写的能力(例如,修改PM允许值),这种功能只在产品综合阶段使用,在最后交付前将被去掉。

  (4)产品的更新将包括用户可选的数据点,这些数据点可以关闭或打开,以便把大量的数据点当作一个单元来监视和收集。这样将减少用户由于偶然没有收集到关键的数据点而导致数据无用的问题。

6 “海狼”维修方法

  海狼的维修要求是从前美国海军SSBN726(三叉戟)级舰队潜艇的维修要求演变而来的。SSBN726舰船控制系统(SCS)的设计是一个双冗余系统(通道A和通道B),在一台独立的AN/UYK—43计算机上执行PM/FL和维修程序。PM/FL程序监控导弹调整系统的转向、下潜、悬浮以及导弹补偿系统的状态,并且使用机内测试结果来设置各种故障计数器。当一个故障计数器超过了预设的范围时,PM/FL程序不再使用任何与出故障通道有联系的信号和硬件,而是绕过出故障的部件重新配置系统。此外,当检测到一个故障时,PM/FL程序产生一个被编码的错误信息,它被发送到电传打印机或监视系统控制台(MSCC)中。这两种设备都位于数据处理设备室中,它是一个无人舱室,位于一层甲板之下和舰船控制站之前。

  当SSBN726PM/FL检测到故障时,舰控站上的下潜操作者通过在DIVINGOFFICERS控制面板上的状态显示变化,被告知有故障发生,并且有一个“存在错误信息”指示符显示在同一面板上。对问题的进一步调查要求下潜操作者与数据处理设备室(DPER)的其他人联系,并且解释产生的错误信息。因为错误信息含有编码信息,所以,调查该问题的人员需要参考相应的舰船系统手册以便对该信息进行全面的解释。

  SSBN726SCS设计也能提供监视由控制系统中各种硬件和软件产生的I/O数据。维修程序使操作人员最多可选择5个信号并以每秒8次的速率监视这些信号。操作人员需要知道他想要监视或参考数据文件具体地址。在结束一个确定的操作人员监视周期后,所收集到的数据被显示在电传打印机或监视系统控制台(MSCC)上。更进一步的监视请求需要操作人员在I/O控制台上制作另外的输入。然后分析打印的数据,以助于对故障的调查,除了监视信号能力外,维修程序还为舰船提供在各种控制通道上插入测试信号的能力,这就允许操作人员把舵面和阀置于特定的角度,并检查它们是否确实已置于所控制的位置上。

  维修程序也有机内数据记录能力,可将操作人员选择的数据以每秒8次的速率写在一种磁带设备(7TK/556BPI)上。为了分析数据,需要把磁带从船上取走并送到一个脱机数据精简设施上进行分析。

7 “海狼”舰船控制系统提供改善的可维修性

  “海狼”级舰船控制系统(SCS)利用现代技术和高水平的冗余技术对SSBN726级系统的维修功能进行了改进。SSBN726级潜艇受到所使用的处理机和用于收集/显示故障和维修信息的输入/输出设备的限制。根据SSBN726级SCS维修用户的看法,海狼级比SSBN最大的进步是现在可以通过电子手段向操作人员提供大量的数据以帮助他诊断故障。如前所述,SSBN726级的错误信息是编码信息,需要操作人员参考各种手册以透彻理解故障问题。对“海狼”来说,错误信息具有更多说明,并能将故障识别降到一个LRU上。提供更多说明性信息的好处是它能减少训练操作人员如何查找故障所需的训练时间,减少查找和修理故障所需要的停机时间,减少支持对故障调查和解决故障所需要的舰载的文件。

  维修计算机位于与离控制室和操作人员更接近的位置,这是另一大进步。在“海狼”级潜艇上,维修计算机位于舰船控制站的前方和外侧,能迅速得到故障信息。在SSBN726级艇上则相反,它位于艇的另一区域。在排除故障的过程中,监视舰船数据的工作被简化,由于所有数据元素都用英语详细写出来,因此,维修人员只需要点击特定的元素便可以开始观察数据。举例说,为了把舵,操作人员需要观察位置发送机数据。对于SSBN726舰来说,操作人员必须了解舵位置,发送机数据是否从0172地址上的三叉戟信号数据转换器输出到计算机,他必须同时监视通道A和通道B以观察到所有的数据。他必须明确他是如何输入数据的,以在打印机或控制台上显示出来,例如:

  为了监视通道A和通道B的舵位置数据,操作人员必须输入如下命令:

  QMRMONDA0172/

  QMRMONDB0172/

  QMRSTRTA81/

  (每一周期都收集数据,有8个周期的系统每秒钟执行8次)

  在输入最后一个命令时,计算机程序收集并打印通道A和通道B舵位置数据一秒钟的度数。

  对“海狼”来说,维修人员只需点击“舵位置发送机”区域。当他启动监视器时,一个屏幕显示来自所有四个通道的数据的屏幕出现。如果故障排除要求进一步的支持,IODM能提供更好的数据记录能力。维修人员可以选择想要记录的数据,然后点击每个图符,即可以开始记录,当操作人员完成数据收集时,他只需要点击一下图标来完成记录,并把文件存盘。已记录的数据既可以在IODM上联机浏览,也可使用商用流行技术(COTS)电子数据表软件来进行分析,图5所示的是一幅在一次仿真的尾水平舵故障测试中使用IODM所收集的数据的曲线图。这些数据对于测试工程师验证复杂功能的正确运行是有力的工具。

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图5 船尾水平舵外部SVA故障

8 “海狼”舰船控制系统:迄今为止的维修经验

  SSN21是第一艘“海狼”级潜艇。正如任何复杂的新设计一样,在建造的部件综合和测试阶段,许多问题第一次出现:建造图纸有误,零件被错误的安装或连接,不按设计操作。

  这些问题可能导致人员伤害以及设备损坏,计划推迟,在排出故障和修理过程中浪费时间和金钱。由于SCS的复杂性以及大量的接口部件,故障检修和纠正接口的问题可能

无效而且耗时,“海狼”PM/FL软件、维修计算机以及IODM软件是SCS人员所使用的基本工具。

  在综合阶段,SCS组件及传感器首先被加电操作。在这个准备过程中所用的许多程序复杂且有错误,可能在测试过程中导致危险的情况。为了使这个过程既安全又成功,PM/FL起到了主要作用。在综合阶段所获得的经验详述如下:

  舰首水平舵的电液压伺服阀有两个冗余的位置传感器(LVDT),这些LVDT是闭环控制环的一部分,也是稳定系统操作所需要的。在集成的过程中,其中一个LVDT没有正确连接。如果没有PM性能监控,这将导致舰首水平舵的失控操作。然而,PM发现了故障,使用备用的LVDT保持了对舰首水平舵的控制,防止了舰首水平舵的损坏。在维修计算机上正确地报告了故障。IODM用来实时地观察LVDT数据并且确定出LVDT连接不正确是问题的根源。检测与隔离故障问题的PM/FL与查找故障原因的IODM节省了处理这次事故的大量时间。在安装程序中,已经证明使用PM/FL以及IODM是非常有效的。

  在另外一个例子中,舰尾水平舵电源转换阀(用于转换到紧急备用状态以控制舰尾水平舵相连的一个限制开关)没有被正确安装。如果没有PM,此故障将导致系统转换到紧急控制状态,这样将降低潜艇的可操作性。由于有了PM,所以发现了故障,忽略出故障的开关而使系统重新配置,从而使系统保持政常控制方式。这是PM能把维修推迟到更方便的时间的一个很好的例子。

  PM功能的另一个例子在系统综合中被体现出来。由于连接错误,SCPU中的几个I/O模块出了故障。当系统加电运行时,PM正确地识别出这些模块有故障,并向维修计算机报告,然后重新配置系统,以保持所有系统的运行和功能。

  在综合过程中也存在由于PM/FL而产生的问题。在某种情况下,在如下假定下来设计PM,用于测量可收缩的舰首水平舵机械装置位置的冗余限位开关在机械装置到位时将同时开动。实际上,这些由两块磁铁驱动的双舌簧磁开关部件的动作相隔大约3/8秒,向PM提供它所发觉的故障情况。在综合过程中,所产生的结果是PM表示出两个开关都出了故障并使装配过程暂停。这个问题后来通过改进PM使开关操作恢复正常。由于PM导致问题的另一个例子与深度控制阀有关。用于预测该阀位置的PM模型没有考虑响应伺服阀主行程的时间延迟。结果,PM将宣布该阀出了故障并禁止操作人员使用电深度控制方式。为了解决这个问题而改进了PM模型。

  对海试,特别担心的是PM使用数学模型来预测舵和下潜水平舵的位置以及选择模型和实际位置之间的容许偏差。如果这些模型没有提供合理的预测,此系统将产生不可接受的虚警,并会自动地转换成不希望的应急控制方式。在船坞和海上测试中,这些担心并未成为事实,因为所有的舵及下潜水平舵的工作都是正确的。

9 由PM/FL的安装而获得的经验

  在综合过程中,把PM/FL软件初步安装到潜艇上,是综合小组所关心的问题。那时担心PM/FL可能减慢综合过程并引入新的需要纠正的软件缺陷,最终不仅没有出现这些问题,而且证明PM/FL对于严格的综合计划来说是一项重要的设备。重新回顾一下这些经验是很有意义的,因为这些经验可能在未来的系统中有用。把PM/FL安装到系统中可以看成是三个阶段的演变:

  ·怀疑阶段

  ·有条件的不相信阶段

  ·接受(决定)阶段

  在早期的怀疑阶段,对于每一个PM测试到的故障的显示,综合小组不能确定是硬件出现的故障,还是软件不正确(即,软件出错,PM允许值太严格)。在第一阶段,小组不大可能接受PM/FL的表面结论。PM必须自己证明。对每一个故障显示,使用IODM以及其它的数据收集工具来收集数据以确定PM/FL报告的故障是确实存在的问题,还是PM/FL软件有错误。PM/FL的理论曾经被怀疑并在实验室中重现了这个问题。出现许多次这样的情况之后,发现PM/FL实际上已经确认了一个实际的硬件故障,并且断定:经过广泛的实验室测试,PM/FL交付使用时相对来说是没有错误的。综合工作小组发展到有条件的不相信阶段。

  在有条件的不相信阶段,工作小组开始在某些特殊(通常是重复的)情况下接受PM。在头一回合的允许值改变/硬件准备以后,PM开始取得了一些信任。表面上,PM的结论很少被接受,但PM方法现在已被人们理解并取得了信任。现在只有容许值和执行问题受到怀疑。PM隔离故障的能力开始被注意到,因为它允许综合小组使用已知有故障的设备来继续工作,这个阶段接下来是接受(决定)阶段。

  在接受(决定)阶段,工作小组对PM的设计、执行和允许值建立了信心。在这个阶段,当PM报告一个问题时,它通常被认为是实际的故障。持怀疑观点的人往往要求补充信息,特别是当故障的维修费用很高时。

10 未来的系统以及SCS维修趋势

  由于技术进步潜艇SCS的可维修性已经发展了。数字计算机以及小型化电子仪器的使用已提高了系统的可靠性,同时增加了功能。未来的系统无疑会从未来技术的发展中获益,但必须努力降低潜艇的操作成本。美国海军因其巨大的开销已决定要减少人员配置。设计能减少维修人员数量的系统有助于达到这个目标。下面是一个从过去的系统到现在的系统的演变过程,由此可推论并预测到未来系统的维修方法。

  过去的系统

  ·船员能理解所使用的系统并且在某些情况下可对模块维修。

  ·提供容错以防止工作中断。

  ·具有某些机内测试功能,具有报告的故障代码。

  ·舰上备用模块以及进行海上维修的全面能力。

  ·经过培训高级的维修人员,特殊的系统有专门维修人员。

  现在的系统(海狼)

  ·船员对系统的理解程度降低了,但是能排除替换模块的故障。

  ·容错可防止工作的中断并且允许延迟维修直到返回港口。

  ·更有效的机内测试能力,具有使用的人机接口。

  ·舰载备用模块有限,海上维修能力也有限。

  ·减少对多种系统维修人员的培训,这些人员可维修各种系统或行使其他船员的功能。

  未来的系统

  ·船员对系统的理解有限,依靠容错来维持系统的运行。

  ·容错确保工作无中断,可延迟所有维修直到返回港口。

  ·有效的机内测试能自动记录信息,用于日后在岸上的维修。

  ·无备用部件——在自动交战过程中,所有备件在电气上都是可获得。

  ·最少的维修培训——一般的船员都能操作和维修系统。

  当人们意识对复杂而有限制的产品系统(例如潜艇)的很多“维修”要求实际上是解决设计问题而不是部件的偶然故障问题,低成本维修的未来前景就多少有一些被冲淡。当潜艇开始服役时,由于是在新的环境条件下执行新的任务,这些设计问题可能就出现了。在大多数情况下,机械系统性能的下降可以靠修改软件来补偿而不是靠机械上的整修。由于在服役的舰艇中引入新的功能或升级也可能产生一些设计问题。其结果是,该系统必须包括工程设计分析工具,例如本文所说到的IODM功能,用于收集和分析进行设计修改所必需的数据。通常只需要对系统的软件进行比较简单的修改就可以进行设计修改。这样,未来面临的挑战就不仅仅是使系统能够对部件容错,而且使系统尽可能不受设计问题的影响,而且便于软件更新。

11  总结和结论

  本文论述了“海狼”的舰控系统,并简单总结了其支持维修的能力。叙述了潜艇舰船控制维修的历史演变。讨论了通过引入新的维修技术而获得的益处以及在系统寿命期内成本的减少,叙述了在系统综合及海上测试过程中得到的特别的经验,使读者深入了解所要求的过程和遇到的困难。也包括对未来潜艇控制系统维修的一些思考,这些思考是从这些经验推断得出的,并考虑削减费用的趋势,例如减少人力。

  在写这篇论文的时候,“海狼”已经结束了潜艇船厂的海上航行试验,并已交付给美国海军。所有试验和最初的海军服役都表明它的维修性能满足或超过系统要求,并且成为“海狼”SCS的一个很有价值的特征。在“海狼”服役时,可能还可以从经验中学到许多东西,这些经验将有助于构想未来系统的设计。

  注意——这里所表述的观点是作者们的个人观点,并不一定是国防部或其他军事部门以及美国海军工程师协会的观点。