总第２１３期 舰船电子工程 ＶｏＬ ３２ Ｎｏ．３ ２０１２年第３期 Ｓｈｉｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ６３ 基于区域造船的舰船内部通信系统分区设计 曾耀 （中国舰船研究设计中心武汉４３００６，１） 摘要分析传统造船模式下舰船内部通信系统设计现状，研究区域造船模式下舰船内部通信系统设计与区域造船要求的匹配问题。在 舰船内部通信系统设计中采用分区设计方法，并考虑用综合集成的思路将舰船内部离散的各类内通设备集成为综合内通终端，使舰船内部通信 系统设计适应区域造船要求。 关键词区域造船；内部通信系统；分区设计；综合内通 中图分类号ＴＮ９１４ Ｓｈｉｐ Ｉｎｔｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｚｏｎａｌ Ｄｅｓｉｇｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｚｏｎａｌ Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ ＺＥＮＧＹａｏ （Ｃｈｉｎａ Ｓｈｉｐ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｅＤｓｉｇｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｗｕｈａｎ ４３００６４） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｃｔｕａｌｉｔｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａ１ ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｃｏｍｂｉｉｎｎｇ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｇｎ ｐｒｏｂ— ｌｅｍ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｉｎｔｅｒｃｏｍｍｕｎｉａｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｚｏｎａｌ ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｇｎ ｗａｓ ｂｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｚｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｐｒｅｍｉｓｅｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｃｕｌｄ ｂｅ ａｐｐｌｉｄｅ ｏｎ ｉｎ— ｄｅｓｉｇｎ．Ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｉｎｔｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｏ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｒｍｉｎａｌ，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ａｄａｐｔｄｅ ｔｏ ｚｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｄｅｍａｎｄ． Ｋｅｙ、，、ｆｂ ｚｏｎａｌ ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｇｎ，ｉｎｔｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｚｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｉｎｔｅｒｃｏｍｍｕｎｉａｃｔｉｏｎ Ｃｌａｓｓ ＮＩ ｒｒＮ９１４ １ 引言 波通信、短波通信、超短波通信、卫星通信、甚／超低频通信 等（这部分称为广义上的外部通信系统），以及指挥电话、勤 通信系统是作战舰船本舰作战指挥系统的中枢神经，将舰 务电话、声力电话、视频监视、闭路电视、生活保障通信设备 船的传感器、信息处理与决策部门、行动机构等实现互连，将语 等（这部分称为广义上的内部通信系统）组成＿３］。内部通信 音、数据、图像等业务实现综合，传递着整个舰船的外部获取信 系统主要业务为话音、数据、视频图像，负责保障舰船内部 息和各类内部信息、供舰船的各系统使用，是遍布整个舰船范 各舱室、部位问的通信需求。按照传统舰船的设计模式，以 围的信息高速通道和联络保障平台。对于在海上遂行战争任 功能／系统／专业为导向，将整个通信系统划分为面向保障 务和多样化非战争任务的舰船来说，舰船内部各部位通信联络 舰船内部通信的内部通信系统和保障舰船对外通信的外部 畅通显得尤为重要，本舰指挥信息和战隋通报需要依靠舰船内 通信系统。舰船内部通信系统在舰船航行时长期、连续的 部通信系统实现指挥部位间通畅的上传下达。 工作，系统的设备和分机分布在舰船的不同舱室，从露天部 区域造船就是运用先进的设计、制造理论，将整艘船按 位、上层建筑、主甲板到下层机舱＿４］。 空间而不是按系统组成区域，然后在不同的工艺阶段按不 舰船内部通信系统设计与总布置密切相关。舰船内 同的施工区域去组织高效、有序的生产ｌ１］。区域造船是现 部舱室一般可以分为作战类舱室、生活类舱室和保障类舱 代造船技术的核心，改变了传统的船、机、电相分离、按专业 组织设计和生产的造船模式。实行“分区空问分道”和 室，除此之外舰面还存在露天部位，舰船内部还存在大量 “并行一时问有序”，实现船、机、电高度融合的并行工程【・ 。 通道。不同类别的舱室对于内部通信保障的需求也是不 随着我国水面舰船建造模式由传统模式向区域造船模式转 同的，作战类舱室对各种内通手段保障需求多、要求高，保 变，以及通信技术和通信装备的更新换代，舰船设计中内部 障类舱室次之，而生活类舱室对内部通信保障需求侧重于 通信系统设计需要改进，与舰船建造模式、通信技术、通信 勤务通信、生活通信、娱乐和教育等。由于各类舱室在舰 装备的发展变化相适应，满足现代造船模式下区域造船分 船内部的分布无固定规律，因此内通设备全船分布具有非 区、连续、并行的施工建造特点。 均衡性。 一般来说，舰船各部位对内通设备需求数量从多到少 ２传统造船模式下舰船内部通信系统设计 依次为：广播勤务电话一闭路电视一警铃一指挥电话一 ２．１舰船内部通信系统现状 视频监视一生活保障通信设备一声力指挥电话。广播扬声 目前国内舰船通信按频率范围及功能划分，主要有中 器覆盖舰船内部所有的通道、露天部位和几乎所有的舱室。 ＊收稿日期：２０１１年９月１９日，修回日期：２０１１年１Ｏ月２５日 作者简介：曾耀，男，硕士，工程师，研究方向：舰船总体设计。 ６４ 曾耀：基于区域造船的舰船内部通信系统分区设计 总第２１３期 内通设备大体上是全船分布，但也有个别内通设备相对集 中布置在某个区域，例如声力指挥电话集中布置在航行操 控、机舱、电站等重要部位，保障全船断电时最基本的内部 通信需求。生活保障通信设备集中布置在电脑学习室和高 级军官住舱。 ２．２存在的问题 舰船内部通信系统包括舰船内部进行信息传输和交换 的所有设备，由于现役舰船的内通系统信息交换数字 和模拟共存，其设备接口、传输模式、技术标准、供配电 方面各不相同，致使各项功能的内通设备自成体系，构 成完全封闭的小系统，例如广播系统、勤务电话系统、 闭路电视系统等＿５］。传统的造船模式下，内部通信系统设 计面向全船，以功能／系统为导向进行封闭的小系统设 计。传统的内通设计原理图反映的是某个封闭的小系 统在全船的分布情况及设备之间的电缆连接关系，可以直 观的反映出某类内通设备在全船的分布情况；无论设计单 位的施工设计和船厂的生产设计，都是基于舰船舱室为中 心来设计的，开展舰船舱室综合布置时需调阅大量各类内 通设备的原理图，舱室综合布置设计输入获取过程间接、复 杂、烦琐，设计效率低下。设计过程中不同内通设备原理图 设计工作量差别大，设计周期不尽相同，设计及供图周期与 施工建造要求存在一定差距，不利于设计工作并行开展和 缩短舰船施工建造周期。 ３ 区域造船模式下舰船内部通信系统设计 改进 ３．１分区设计 舰船内部通信系统传统设计方式是基于系统，例如广 播系统、总动员警铃系统、勤务电话系统，内通原理图反映 的是某个系统在全船的分布情况及设备之间的电缆连接关 系。区域造船模式下，舰船按照建造区域划分为若干个分 区，与之相匹配，舰船内部通信系统设计也应从基于系统／ 功能设计转变为基于分区设计。设计一般可将内通设计分 区处理为一个或若干个建造分区。内部通信系统设计改进 为基于每个内通分区，打破各类内通设备的界限，对各类内 通设备进行集成优化设计，每个内通分区对应一份综合内 通原理图，反映某个分区各类内通设备的分布情况及设备 之间的电缆连接关系，综合内通原理图直观、清晰地反映某 个建造区域内每个舱室各类内通设备分布情况，可满足区 域造船模式下连续向船厂供图和船、机、电高度融合的并行 施工的需求。各建造区域并行开展设计工作，与传统设计 方式相比显著缩短了设计周期，使舰船内部通信系统设计 供图周期满足船厂施工建造要求。 基于分区的综合内通设计方法改变了原有传统设计模 式下各类内通设备离散割裂的现象，使得内部通信系统设 计模式由基于全船／系统改为基于分区／设备。舰船内部通 信系统两种设计方法对比见表１。基于分区的设计方法， 利于并行开展多个分区的设计工作，大量的减少分区之间 的跨区电缆，有利于建造区域合拢前达到较高的电缆预敷 率。 ３．２综合内通 随着通信技术的发展，虽然各类内通设备接口、传输模 式、技术标准方面仍各不相同，内通系统信息交换由数 字和模拟共存逐渐转变为全数字，系统由单 机单控、集中接人和集中控制逐渐转变为分布式接人、分布 式控制和即插即用，各类内通设备由完全封闭的小系 统集成为综合系统具备了初步的条件。集成优化概念同时 针对设计和设备两个层面，在采用综合内通思路的开展设 计的同时，积极用综合集成优化的设计思路牵引装备技术 进步，借鉴和参考民用船舶上广泛应用的综合内通技术，促 进军用舰船内通设备集成化、综合化、标准化、通用化，优化 集成的综合内通终端逐步取代目前现有的各类离散内通终 端。 表１舰船内部通信系统两种设计方法对比 基于功能／系统设计 基于分区／设备设计 设计成果广播系统原理图、指挥电话１号分区综合内通原理 系统原理图、闭路电视系统图、２号分区综合内通原 原理图等 理图…… 表现形式系统反映某类内通设备的全面反映某分区内各类 全船分布 内通设备的分布 与施工建适合按功能／系统／专业为适合按区域／阶段／类型 造的匹配导向的设计、生产、管理，按为导向的设计、生产、管 程度 区域安装内通设备和敷设理，在船体合拢下水后再 区域内部电缆，各建造区域开展内通设备的安装和 合拢下水后敷设少量电缆电缆敷设，下水后需一定 即可进入试验阶段。 时间才具备试验条件。 设计效率一般 较高 人力资源工作量不均衡，设计效率低工作量均衡，设计效率高 使用效率 内通集成优化可分两步实施。第一步首先研制若干型 内通终端硬件通用平台，将功能相近、接口相同的内通设备 终端集成，尽可能的减少内通设备的种类。思路如下：１） 将全船数量众多的广播扬声器和警铃集成为一种扬声报警 通用硬件平台，广播扬声和警铃报警等不同功能通过匹配 不同的功能软件实现；２）将舱内电话、电视机、计算机和视 频会议终端整合成多功能一体化机，借助通信系统综合信 息传输网实现语音、数据和视频信号的传输、交换和控制管 理。第二步在第一步的基础上，尽最大可能统一各类内通 设备接口、传输模式、技术标准，研制若干型通用综合内通 终端，适用于各类舱室及舱面部位，借助通信系统综合信息 传输网或全船一体化网络构建全数字的综合内部通信 系统。通用综合内通终端具备多种内通功能，极大减少装 舰内通设备数量和种类，显著减少内通设备间的穿舱和跨 区电缆；减少了备品备件的数量和种类，提高内通设备全寿 命周期保障效率。 ４结语 基于分区设计、综合集成的设计方法解决了原有传统 设计模式下内部通信系统设计周期与船厂施工建造周期不 匹配问题，使得内通设计由封闭化、化转变为综合化、 集成化。内部通信系统设计模式由基于全船／系统转变为 基于分区／设备，适应区域造船模式，有利于并行开展多个 分区的设计工作，缩短设计周期，使得总体设计与船厂施工 建造衔接更紧密。考虑将综合内通概念运用于内通设备集 成改进中，综合化、集成化的综合内通终端逐步取代目前现 有的各类离散内通终端，实现离散内通终端一综合内通设 备一综合内通系统的集成优化。 （下转第１２５页） ２０１２年第３期 舰船电子工程 １２５ ６ 结语 由仿真对比分析可以看出，在达到同样的稳态误差的 前提下，与复合ＰＩＤ控制相比较，采用ＱＦｒ控制能够明显 提高系统的响应速度，并且在跟踪响应速度和抑制摩擦干 扰方面也有明显改善。 针对连续回转马达位置伺服系统的不确定性以及摩擦 图８复合控制系统方框图 转矩干扰的影响，ＱＦＴ控制方法使系统的各性能指标均得 到很好的满足。仿真结果进一步说明了ＱＦＴ控制器的设 计是成功的，将其应用到连续回转马达位置伺服系统控制 在复合ＰＩＤ控制和ＱＦＴ控制两种不同的控制策略下对整 个伺服系统的阶跃、正弦、斜坡信号响应进行仿真研究。图 ９中曲线１为给定信号，曲线２为ＱＦＴ控制响应曲线，曲线 中能够得到理想的控制效果。 ３为复合ＰＩＤ控制响应曲线。 输入单位阶跃信号，得到如图９所示的仿真曲线。 参考文献 １ １ ，、３ １ ：０ ０ ［１］肖永利，张琛，陈文华．定量反馈理论（ＱＦＴ）及其设计应用［Ｊ］． 辩０ 信息与控制，１９９９，２８（６）：４３７—４４５． ０ ［２］马建设，李尚义，赵克定．仿真转台用超低速连续回转电液伺 时间（ｓ） 服马达的设计研究［Ｊ］．中国机械工程，２０００，１１（１１）：１２２１— １２２３． 图９阶跃响应仿真曲线 输入频率为１２Ｈｚ，幅值为１。的正弦信号，得到如图１Ｏ ［３］朴相范，李善姬，吴今哲．利用定量反馈理论的ＰＩＤ控制器设 计［Ｊ］．延边大学学报：自然科学版，２００５，３１（１）：６２—６６． 所示的仿真曲线。 ［４］Ｏ．Ｙａｎｉｖ．Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｌｉｎｅａｒ ａｎｄ Ｎｏｎｌｉｎ— ｌ ｅａｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＳｙｓｔｅｍｒＭ］．Ｂｏｓｔｏｎ：Ｋｌｕｗｅｒ Ａｅａｄｅｍｉｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ， ０ １９９９：２７—３７． ［５］Ｃ Ｂｏｒｇｈｅｓａｎｉ，Ｙ Ｃｈａｉｔ，Ｏ．Ｙａｎｉｖ．Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｔｈｅｏ— ０ ｒｙ ｔｏｏｌｂｏｘ ｕｓｅｒ ｍａｎｕａｌ［Ｍ］．Ｍｉｃｈｉｇａｎ：Ｔｈｅ Ｍａｔｈ Ｗｏｒｋ Ｉｎｃ， － １ ２００３：３－３． 时问（Ｓ） 时间（Ｓ） ［６］曹健．仿真转台用连续回转电液伺服马达及其性能的研究 图１Ｏ正弦仿真曲线 ［【）］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２００２：５７—６９． 输入斜率为０．００１。／ｓ的斜坡信号进行超低速性能仿 ［７］陈增强，王增会，孙青林．基于定量反馈理论（ＱＦＴ）的控制系统 真，得到如图１１所示的仿真曲线。 设计［ｃ］／／第二十四届中国控制会议，２００５． ［８］王增会，陈增强，孙青林．定量反馈理论发展综述［Ｊ］．控制理论 与应用，２００６，２３（３）． ［９］马纪明，付永领，高波．基于定量反馈理论的ＥＨＡ控制器设计 ［Ｊ］．北京航空航天大学学报，２００６，３２（５）． ［１Ｏ］富强，尔联洁，赵国荣．基于定量反馈理论的飞行仿真转台鲁 棒控制［Ｊ］．北京航空航天大学学报，２００４，３０（５）． 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