艦船電氣化與信息化復(fù)合發(fā)展的探討與研究
摘 要:隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步,促使艦船向著電氣化與信息化復(fù)合發(fā)展,而艦船信息化和電氣化成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。艦船綜合電力系統(tǒng)的信息化與傳統(tǒng)的動(dòng)力艦船信息化相對(duì)比更為先進(jìn),促使信息站充分發(fā)揮自身的效能,并且建立以綜合電力系統(tǒng)為基礎(chǔ)核心的綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)。鑒于此,本文主要針對(duì)國(guó)內(nèi)外艦船綜合電力系統(tǒng)以及綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行詳細(xì)的分析說明,從而為艦船電氣化和信息化復(fù)合發(fā)展奠定良好基礎(chǔ),保證其健康有序的發(fā)展。
關(guān)鍵詞:艦船;電氣化;信息化;復(fù)合發(fā)展
早些年間,人們?cè)趹?zhàn)爭(zhēng)中所使用的武器就是矛和盾,但隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展進(jìn)步,武器種類越來越多,并且越來越先進(jìn)。將海灣戰(zhàn)爭(zhēng)作為一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),則標(biāo)志著世界新軍事變革發(fā)生質(zhì)的變化,促使電氣化和信息化成為世界軍事發(fā)展的主要核心,戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)也逐漸向著信息化戰(zhàn)爭(zhēng)轉(zhuǎn)變。不久將來,海上戰(zhàn)爭(zhēng)主要以一些高新技術(shù)以及新概念武器等為主體的硬損傷武器系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)等諸多系統(tǒng)共同完成,而作戰(zhàn)形式也發(fā)生了改變,采取軟兵器和軟硬一體化的形式進(jìn)行作戰(zhàn)。而硬損傷武器系統(tǒng)的對(duì)抗和信息系統(tǒng)的對(duì)抗將會(huì)對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)的結(jié)果產(chǎn)生直接影響,而硬損傷武器系統(tǒng)本身的效能主要受信息系統(tǒng)效能的影響,并且對(duì)其影響的比例越來越大,而戰(zhàn)爭(zhēng)也逐步轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)爭(zhēng)。合理運(yùn)用高新技術(shù)武器以及新概念武器成為信息作戰(zhàn)時(shí)期的發(fā)展趨勢(shì),并且將信息流和能量流有機(jī)的結(jié)合為一體,從而真正實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)整體效能的聚集和釋放。
1 綜合電力系統(tǒng)的信息化
艦船綜合電力系統(tǒng)又被稱之為艦船的電氣化或者是全電化,主要是合理運(yùn)用電力相關(guān)網(wǎng)絡(luò),從而將發(fā)電、日常用電、推進(jìn)供電、先進(jìn)的高能武器發(fā)射供電以及大功率探測(cè)供電等進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合,從而形成全新的、先進(jìn)的電力管理系統(tǒng)。對(duì)于此,以下主要從先進(jìn)性和效能兩方面將它與傳統(tǒng)動(dòng)力的艦船信息化進(jìn)行對(duì)比。
1.1 先進(jìn)性對(duì)比分析
1.1.1 從系統(tǒng)效率和實(shí)現(xiàn)容易程度進(jìn)行全面的分析
在傳統(tǒng)艦船之中,機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)和電力系統(tǒng)是兩個(gè)相對(duì)比較獨(dú)立,并且互不干擾的個(gè)體系統(tǒng),在對(duì)其具體實(shí)施信息化時(shí),主要存在以下幾種問題:
第一,由于機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)本身大部分屬于物理量,并不屬于電量范疇,因此,在對(duì)其進(jìn)行信息化時(shí),還需要將這些非電量轉(zhuǎn)化成為電量。對(duì)此,還需要置辦添加一些額外的處理設(shè)備,以此滿足于各個(gè)信息化接口的實(shí)際需求,所以,基于傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)的艦船在真正實(shí)現(xiàn)信息化過程中,必須使用適當(dāng)數(shù)量的傳感器以及配套的轉(zhuǎn)換處理設(shè)備,從而對(duì)信息系統(tǒng)相關(guān)硬件的規(guī)模金額復(fù)雜性進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶砑印?/p>
第二,在使用傳統(tǒng)動(dòng)力的艦船電力系統(tǒng)當(dāng)中,大部分設(shè)備都沒有設(shè)置信息接口,在對(duì)其實(shí)現(xiàn)信息化時(shí),必須對(duì)沒有信息接口的設(shè)備進(jìn)行接口設(shè)置,對(duì)已有信息接口的設(shè)備進(jìn)行增加,對(duì)于數(shù)字量控制的相關(guān)設(shè)備,必須對(duì)設(shè)備接口進(jìn)行改造;對(duì)于使用模擬量控制的一些設(shè)備,必須對(duì)控制設(shè)備進(jìn)行及時(shí)更新,從而致使系統(tǒng)信息化改造的規(guī)模越來越大,其困難指數(shù)也越來越高,最終導(dǎo)致改造的效率大大降低。
第三,傳統(tǒng)艦船在進(jìn)行信息化的過程中,需要適當(dāng)?shù)脑黾右恍┕饫w和網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)設(shè)備,實(shí)施操作起來比較繁瑣困難。在艦船綜合電力系統(tǒng)中,將推進(jìn)系統(tǒng)中原有的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,對(duì)各種機(jī)械能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換,使其轉(zhuǎn)變成為電量,艦船上相關(guān)設(shè)備所表現(xiàn)的主要特征就是電氣量。電氣量其實(shí)是一種電磁信號(hào),在運(yùn)行過程中所進(jìn)行的采集、傳輸、處理、變換以及運(yùn)算等工作都是對(duì)電氣量進(jìn)行轉(zhuǎn)換,然后以電磁特征對(duì)其進(jìn)行表現(xiàn)。艦船綜合電力系統(tǒng)信息化與傳統(tǒng)動(dòng)力信息化進(jìn)行對(duì)比時(shí),不需要對(duì)電量進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及處理等環(huán)節(jié),直接運(yùn)用現(xiàn)有的各種電量皆可,在一定程度上對(duì)其控制起來比較便捷靈活;在艦船綜合電力系統(tǒng)中所使用的相關(guān)設(shè)備都具有一定數(shù)量的信息接口,在具體實(shí)施系統(tǒng)信息化時(shí),不需要對(duì)設(shè)備再進(jìn)行系統(tǒng)接口改造工作,直接使用設(shè)備自帶的信息接口進(jìn)行系統(tǒng)信息化就可以;艦船綜合電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度相對(duì)比較高,一旦在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障或者是事故時(shí),綜合電力系統(tǒng)本身具備的自動(dòng)糾錯(cuò)功能就會(huì)起到一定的作用,相關(guān)信息內(nèi)容可被信息化軟件所共享;綜合電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度的高低與通信網(wǎng)絡(luò)有著直接關(guān)聯(lián),真正實(shí)現(xiàn)綜合電力系統(tǒng)自動(dòng)化必須依靠信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù),同時(shí)促使艦船的信息化網(wǎng)絡(luò)達(dá)到共享狀態(tài)。由此可見,基于艦船綜合電力系統(tǒng)的信息化可以有效減少機(jī)械量之間的轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)設(shè)備的信息接口以及系統(tǒng)內(nèi)部所使用的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)備和數(shù)據(jù)信息處理量等諸多環(huán)節(jié),甚至可以直接省去這些繁瑣的環(huán)節(jié),與傳統(tǒng)的艦船信息化相對(duì)比,艦船綜合電力系統(tǒng)的信息化在一定程度上具備更高的效率性和簡(jiǎn)單、便捷、靈活等特點(diǎn)。
1.1.2 從信息化的復(fù)雜程度進(jìn)行全面分析
艦船綜合電力系統(tǒng)主要是將艦船的主動(dòng)力系統(tǒng)和供電系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合,然后合理運(yùn)用艦船相關(guān)配置,從而將原動(dòng)機(jī)的數(shù)量進(jìn)行降低,以此對(duì)綜合電力系統(tǒng)的工作效率進(jìn)行有效提高;對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化,并且對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模進(jìn)行合理的規(guī)劃,從而度信息化的復(fù)雜程度進(jìn)行有效的降低。
1.2 從效能方面進(jìn)行對(duì)比分析
首先,以艦船綜合電力系統(tǒng)為平臺(tái)的信息化可以使用一些高能的先進(jìn)武器,如激光武器、電磁炮等,但是基于傳統(tǒng)動(dòng)力的艦船信息化則無法使用這些高能的先進(jìn)武器,從而致使艦船無法充分發(fā)揮現(xiàn)代艦船信息戰(zhàn)的基本效能,無法滿足海軍壯大和發(fā)展的實(shí)際需求。在不久將來,一旦發(fā)生信息化戰(zhàn)爭(zhēng),其使用的武器大多數(shù)都會(huì)是新概念高能武器。傳統(tǒng)艦船機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)與電力系統(tǒng)是相互獨(dú)立的兩個(gè)個(gè)體,艦船信息化中的大部分能量主要呈現(xiàn)機(jī)械能的狀態(tài),并且被限制在推進(jìn)系統(tǒng)的局部空間之內(nèi),少部分的能量則以電能的形式作用于艦船電力系統(tǒng)之中,而機(jī)械能和電能二者之間無法進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)配。如果早傳統(tǒng)艦船上使用先進(jìn)的高能武器,則會(huì)導(dǎo)致艦船電力系統(tǒng)的容量變大,艦船本身也無法承受高能武器帶來重量和體積,并且機(jī)組在布置方面的難度系數(shù)變大,由此可見,傳統(tǒng)艦船無法滿足高能武器上艦的實(shí)際需求。而綜合電力系統(tǒng)可以對(duì)相關(guān)能量進(jìn)行統(tǒng)一的科學(xué)管理,同時(shí)對(duì)能量的動(dòng)態(tài)進(jìn)行合理的分配,不僅能夠滿足于艦船高速航行時(shí)對(duì)動(dòng)力的實(shí)際需求,還能夠在戰(zhàn)斗的狀態(tài)下,保證高能武器有用之不盡的電聯(lián),從而對(duì)艦船的作戰(zhàn)能力以及執(zhí)行任務(wù)的靈活性進(jìn)行有效的提高。由此可見,艦船綜合電力系統(tǒng)是高能武器上艦船的前提條件,同時(shí)也是真正實(shí)現(xiàn)艦船信息化的基礎(chǔ)和保障。
其次,在艦船上合理運(yùn)用綜合電力系統(tǒng)之后,就可以將傳統(tǒng)艦船的推進(jìn)軸和減速齒輪箱等相關(guān)設(shè)備取消,從而保證艦船的噪聲變小,具有一定的隱身性。在現(xiàn)代海軍信息站對(duì)抗的整個(gè)過程中,可以大大提高我方艦船被地方艦船感知的距離,從而致使敵方艦船獲得我方艦船位置、船速等相關(guān)信息的時(shí)間變長(zhǎng),將敵方艦船信息站的威力降到最低。與此同時(shí),由于綜合電力系統(tǒng)不再使用推進(jìn)軸,從而致使原動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)在布置的過程中更加方便快捷。例如原動(dòng)機(jī)運(yùn)用分布式布置方案進(jìn)行布置,促使現(xiàn)代艦船在信息化條件下具備較強(qiáng)的生命力。
最后,艦船合理運(yùn)用綜合電力系統(tǒng)之后,合理運(yùn)用變頻調(diào)速對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行改造,促使推進(jìn)螺旋槳在調(diào)速、制動(dòng)以及反轉(zhuǎn)等方面變得更加靈活,并且調(diào)節(jié)所需要的時(shí)間越來越短,同時(shí)對(duì)艦船的航速、前進(jìn)和倒車等控制工作也變得簡(jiǎn)單容易,從而保證信息戰(zhàn)效能得到充分發(fā)揮。
2 新一代艦船的平臺(tái)
所謂的新一代艦船平臺(tái)是在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展以及現(xiàn)代海戰(zhàn)對(duì)信息化越來越依賴的背景影響下,國(guó)家為了保證海軍高新技術(shù)的快速發(fā)展、一些新概念高能武器的廣泛應(yīng)用,例如激光武器、電磁炮和電熱化學(xué)炮等先進(jìn)高能武器,從而建立一個(gè)可以支撐海軍高新技術(shù)武器、新概念武器以及信息化作戰(zhàn)的艦船平臺(tái)。在新一代艦船平臺(tái)中合理運(yùn)用綜合電力系統(tǒng),其自身的電站容量、電力系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等形式也會(huì)隨之發(fā)生日新月異的變化,特別是電力推進(jìn)、先進(jìn)的高能武器以及直流區(qū)域配電系統(tǒng)的出現(xiàn),從而致使艦船自身的電力變得繁瑣復(fù)雜,例如電力的產(chǎn)生、電力分配以及電力管理等方面,由此可見,必須合理運(yùn)用智能化的能量管理系統(tǒng),從而對(duì)綜合電力系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的管理。除此之外,艦船的航行控制、系統(tǒng)管理、指揮、訓(xùn)練等諸多方面也發(fā)生相應(yīng)的變化,而綜合艦橋技術(shù)、綜合保障系統(tǒng)以及綜合平臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)手段成為艦船電氣化和信息化符合發(fā)展的必然趨勢(shì)。由此可見,對(duì)于支撐海軍電氣化與信息化作戰(zhàn)的艦船綜合平臺(tái),其主要是在綜合電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上,對(duì)艦船能量管理系統(tǒng)、綜合艦橋系統(tǒng)、綜合保障系統(tǒng)以及綜合平臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)等進(jìn)行全面且完善的發(fā)展,從而形成一個(gè)科學(xué)合理的綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)。
3 艦船綜合電力系統(tǒng)以及管理平臺(tái)
3.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
3.1.1 國(guó)外艦船綜合電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
在 20 世紀(jì) 80 年代后期,西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家在海軍發(fā)展投入大量的人力、物力和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù),對(duì)艦船綜合電力系統(tǒng)所涉及的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入的研究;在 90 年代中期,綜合電力系統(tǒng)正式步入成熟階段,并且合理運(yùn)用在軍輔艦船之上,對(duì)于此,世界各國(guó)大力開展水面戰(zhàn)斗艦船的工程應(yīng)用研究,并且將綜合電力系統(tǒng)應(yīng)用到新一代艦船之上。隨著世界上第一艘采用綜合電力系統(tǒng)的戰(zhàn)斗艦艇的誕生,標(biāo)志著綜合電力系統(tǒng)已步入成熟階段,并且正式走向?qū)嶋H裝備。近些年來,世界各個(gè)國(guó)家開始重視海軍艦船的發(fā)展,并且在艦船上廣泛運(yùn)用綜合電力系統(tǒng)。
3.1.2 國(guó)外艦船綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
近些年來,一些發(fā)達(dá)國(guó)家先后在相關(guān)型號(hào)的艦船上合理運(yùn)用綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)。例如美國(guó)海軍在提康德羅加級(jí)巡洋艦、拉什莫爾號(hào)兩棲船塢登陸艦等諸多艦船上安裝綜合平臺(tái)管理系統(tǒng);英國(guó)皇家海軍 45 型驅(qū)逐艦在全電化的基礎(chǔ)之上,不斷引入先進(jìn)技術(shù)手段,并且在艦船上普遍運(yùn)用綜合平臺(tái)管理系統(tǒng);而法國(guó)、德國(guó)以及荷蘭等諸多國(guó)家在海軍艦船上也廣泛運(yùn)用綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)和信息化。
3.2 國(guó)內(nèi)艦船電氣化和信息化復(fù)合發(fā)展現(xiàn)狀
3.2.1 國(guó)內(nèi)艦船綜合電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
自九五預(yù)研開始,我國(guó)針對(duì)艦船綜合電力系統(tǒng)進(jìn)行全面且深入的研究,經(jīng)過漫長(zhǎng)的十五和十一五,國(guó)家和相關(guān)技術(shù)研究人員在艦船綜合電力系統(tǒng)方面取得卓越的成就,并且在各個(gè)領(lǐng)域范圍內(nèi)進(jìn)行廣泛運(yùn)用。與此同時(shí),在一些大功率燃?xì)廨啓C(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)速度相對(duì)比較高的柴油機(jī)、高轉(zhuǎn)矩密度先進(jìn)感應(yīng)推進(jìn)電機(jī)以及綜合電力系統(tǒng)監(jiān)控與能量管理等諸多領(lǐng)域范圍涉及的關(guān)鍵技術(shù)也隨之得到重大的突破。從先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)角度出發(fā),我國(guó)海軍艦船與西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)比基本保持同一發(fā)展水平線。但是在集成化發(fā)電領(lǐng)域,我國(guó)在國(guó)際上的排名遙遙領(lǐng)先,從而為綜合電力系統(tǒng)整體集成技術(shù)的快速發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ),促使其正常有序的發(fā)展。
3.2.2 國(guó)內(nèi)艦船綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
近些年來,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步,艦船平臺(tái)管理系統(tǒng)現(xiàn)已真正實(shí)現(xiàn)集中化管理,例如動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)以及損管監(jiān)控系統(tǒng)等等。民用船舶在當(dāng)前實(shí)際發(fā)展的過程中,合理運(yùn)用工業(yè)領(lǐng)域中的太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線,將各個(gè)獨(dú)立的動(dòng)力、電力監(jiān)控系統(tǒng)以及其他監(jiān)控系統(tǒng)等有機(jī)的結(jié)合在一起,從而形成一個(gè)科學(xué)合理的應(yīng)用的平臺(tái),但是其智能化水平相對(duì)比較低,還不屬于信息化綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)。由此可見,必須根據(jù)艦船綜合平臺(tái)和科學(xué)技術(shù)的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r,從而建立一個(gè)完善的艦船綜合平臺(tái)的輔助決策專家系統(tǒng),對(duì)智能化技術(shù)水平進(jìn)行有效的提升。與此同時(shí),還要對(duì)艦船綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)中相關(guān)控制設(shè)備的通用化、模塊化以及系列化進(jìn)行實(shí)現(xiàn),從而制定科學(xué)合理的分系統(tǒng)間統(tǒng)一互聯(lián)通信規(guī)程,對(duì)集中管理能力進(jìn)行有效的提升。
結(jié)束語
綜上所述,艦船電氣化與信息化有著直接的關(guān)聯(lián),電氣化是實(shí)現(xiàn)艦船信息化的必然條件,同時(shí)也是世界艦船動(dòng)力平臺(tái)的第三次革命。世界上一些先進(jìn)發(fā)達(dá)的國(guó)家將電氣化作為艦船信息化發(fā)展與進(jìn)步的首選方案。為了在不久的將來能夠更好地滿足于高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)的實(shí)際需求,應(yīng)合理運(yùn)用綜合電力系統(tǒng),并將其作為艦船的動(dòng)力平臺(tái)。與此同時(shí),還要對(duì)艦船信息化的實(shí)際需求進(jìn)行全面的了解,從而保證艦船在實(shí)現(xiàn)全電化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)艦船的信息化。在經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)等諸多方面允許的情況下,對(duì)艦船的綜合電力系統(tǒng)和綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的演示驗(yàn)證,合理運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段,對(duì)各個(gè)分系統(tǒng)和系統(tǒng)集成的相關(guān)技術(shù)逐一進(jìn)行檢查,從而將風(fēng)險(xiǎn)降到最低,為艦船信息化發(fā)展提供完善成熟的動(dòng)力平臺(tái)以及綜合管理平臺(tái),從而真正實(shí)現(xiàn)艦船電氣化和信息化復(fù)合發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介:王國(guó)堅(jiān)(1975-),男,江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程專業(yè)本科畢業(yè),現(xiàn)任中船黃埔文沖有限責(zé)任公司軍船部電裝科長(zhǎng),工程師,研究方向:艦船電氣生產(chǎn)統(tǒng)籌管理、成本管控。
王宇桐(1992-),男,長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)、東北財(cái)經(jīng)大學(xué)工商管理專業(yè)本科雙學(xué)歷、雙學(xué)位,現(xiàn)任中船黃埔文沖船舶有限公司軍船部電裝工藝技術(shù),研究方向:艦船電磁兼容工藝技術(shù)、舾裝先行工藝技術(shù)。
謝玉川(1993-),男,武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院船舶電氣自動(dòng)化專業(yè)??飘厴I(yè),現(xiàn)任中船黃埔文沖船舶有限公司軍船部電裝建造工藝,研究方向:艦船電氣制造工藝技術(shù)。
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