基于ＣＡＬＳ的舰船保障性信息集成模型分析
【摘要】针对传统的舰船装备管理模式中，各方主体自成体系，相关信息零乱分散，信息资源不能充分利用和合理共享等问题，文章提出了舰船保障性信息集成的CALS体系，并针对其中的应用层建立了舰船全寿命周期保障性信息集成模型。其目的在于通过建立基于CALS的信息集成平台和共享的综合数据环境，为实现舰船全寿命周期保障性信息资源的有效配置和合理共享，提高舰船得到保障的效率和质量提供有益的建议。
【关键词】舰船保障性 持续采办和全寿命周期保障 信息集成模型
一、CALS及其本质
CALS（Continuous Acquisition and Life-cycle Support）持续采办和全寿命周期保障是美国军方在上世纪末首先推行的一项武器装备建设信息化的战略。西欧国家称其为全寿命周期信息管理。CALS的目的是为了提高武器装备系统的综合保障能力，减少纸质存储和技术数据的传递，并且降低由此造成的高额费用，实现从装备保障信息化到整个采办信息化。从CALS的名称、含义、实施效果看，CALS既不是某一种具体硬件或软件，也不是某一种单一计算机技术的应用，更不是一种可以购买得到的系统。CALS的实质是一种战略思想，一种组织现代化生产的模式，是从客户需求角度出发，寻求如何快速获得所需产品的解决方法。它通过信息技术为核心的一系列先进制造和管理技术的综合应用，建立一个开放的、集成化的数据环境，进而实现企业内部有机集成以及不同地域或全球范围内的企业集成，以此达到快捷、高质量、低成本地获取或提供目标产品的目的。自CALS应用以来，对美国军方、工业界以及从事武器装备研制的各个方面都产生了巨大的影响。
国内外学者对信息集成管理的研究大多集中在面向CALS的信息集成构架方面。一般认为CALS的体系结构通常分为信息基础层、信息交换与管理层和应用层三层，其扩展的CALS体系结构从CALS的目标角度进一步对CALS加以描述，体现了CALS的开放性和集成性。CALS的关键技术有信息基础设施支撑环境技术、集成制造技术、标准化技术、交互式电子技术手册技术、虚拟企业集成技术等。
二、舰船保障性信息集成的CALS体系
舰船保障性信息集成的CALS体系由管理结构、信息结构和计算机系统结构三部分组成（如图1所示）。其中，管理结构的主要作用是协调管理信息结构和计算机系统结构的关系，包括指导实施的战略计划、保证信息需求的政策、功能技术标准以及数据模型等。信息结构是从用户的角度，用数据与过程模型来表达用户的功能活动以及业务过程。计算机系统结构是CALS的信息基础设施，它确定了数据存储、管理、访问和传递给用户的方法和位置，包括各种基础设施和技术，如数据库、操作系统、通信网络、存储介质等。
该框架分为四层：底层是计算机系统层。它是整个基于CALS的舰船保障性信息集成体系的基础，包括各种计算机软、硬件，如操作系统、数据库、网络设备等，还包括一些数据格式标准和软件标准，如标准通用标记语言（SGML）、计算机图形元文件（CGM）等。第二层是信息层。主要是信息的建模与交换，主要包括舰船产品数据交换和事务信息交换。采用的标准主要有初始图形交换规范（IGES）、舰船产品模型数据交换标准（STEP）和电子数据交换（EDI）等，从而成为舰船全寿命周期保障性信息集成环境的组成部分。第三层是管理层。包括与舰船全寿命周期保障性相关的政策、法规、标准，以及舰船保障性管理信息系统。其中，承包方集成技术信息服务（CITIS）是典型的功能标准。最高层是应用层。包括军方用户单位与承包方（承研方、承制方、承修方等）在内的所有舰船虚拟企业合作伙伴，在舰船全寿命周期中所有与舰船保障性相关的信息管理活动，其信息交换通过下面三层实现。
三、舰船全寿命周期保障性应用层信息集成模型
在图1中，CALS体系的不同层次与用户特定信息的关联程度是不同的。下两层计算机系统层和信息层属CALS的技术基础层，针对不同用户均具有统一的语言、规范和标准等，是构成CALS的技术基础平台，与用户特定信息的关联程度较低。第三层管理层介于技术和管理之间，主要是将用户的政策、法规、标准等相关的管理信息用CITIS功能标准和MIS表现出来，与用户特定信息有一定程度的关联。最高层应用层则是与用户特定信息关联程度最高的部分，也是最难用统一的标准、规范或模型进行表现的部分，它与产品的生命周期相关，与用户的工作阶段和程序相关，与用户在生产产品过程中所有的信息管理活动相关。不同的产品，划分不同的工作阶段，采用不同的信息管理活动，就会产生不同的信息集成模型。因而，根据不同的产品和用户，分析和设计应用层的信息集成模型是CALS体系中最重要的内容。
在舰船装备的全寿命周期中，最重要的保障性信息源是CAD、CAPP、CAM、PDM、FA、MRPⅡ或ERP等设计和生产阶段的数据生成系统。CAD用于舰船的设计与分析，CAPP用于工艺过程的设计，CAM进行计算机辅助数控编程实现制造的自动化，PDM则用于管理与舰船有关的数据及过程，MRPⅡ能够准确地安排企业内部的生产经营活动，FA（Factory Automation，制造自动化）用于实现生产的制造自动化，ERP负责整个企业资源的管理。其中，PDM成为连接各个分系统的桥梁，在STEP标准的支持下，各系统之间可以实现数据的交换和共享，而遵循CORBA规范的各个异构分布环境可以实现协同工作。
舰船的全寿命周期主要包括需求论证、方案设计、技术设计、生产制造、试验试航、使用与保障和退役处理7个阶段。其中，技术设计包括CAD、CAPP、CAM三个重要的信息生成部分，生产制造包括MRPⅡ和FA两个重要的信息生成部分。各个阶段的应用系统可以通过PDM实现数据交换和信息共享，消除企业内部以及合作企业之间的“信息孤岛”，使各系统实现真正的信息集成。在多个企业组成战略联盟的虚拟企业运作模式中，舰船的需求论证一般由军方承担，方案和技术设计由科研设计单位负责，生产制造由造船厂完成，舰船的使用与保障由军方使用部队和舰船保障单位共同实施。所以，舰船装备数据管理由分布在不同地域、不同的软硬件环境、通过Internet联接在一起的多个异构PDM系统组成。舰船全寿命周期保障性应用层信息集成模型（如图2）所示。
另外，在虚拟企业中，不可能要求各合作伙伴使用相同的系统实现数据的交互，可行的解决途径就是各合作企业的信息系统都遵守相同的国际标准，实现各个系统之间的信息交互与协同工作。逻辑上的舰船数据管理由多个企业PDM单元构成。单个企业的PDM系统通过STEP服务接口提供外部化数据供其它企业访问，PDM系统也可以通过Internet获得合作企业的外部化数据，这就实现了系统在Internet范围内的连接。
四、结论
随着科学技术日新月异，以现代信息技术为标志的最新科技成果广泛应用于国防与军事建设，大型复杂精良的数字化、智能化、集成化武器装备不断地涌现。新型装备作战性能的迅速提高使现代战争空前激烈、残酷，装备的战损率急剧地增大。现代舰船是结构庞大、技术密集、攻防兼备、集多种武器装备为一体的主战装备，其作战效能的发挥不仅依赖于舰船装备自身的软硬件水平，而且更加依赖于舰船信息手段的完备与高效。深入研究和推广CALS不仅是舰船乃至国防信息化的需要，也是企业信息化和国家信息化建设发展的需要。本文在对国内外信息集成管理理论和方法进行分析的基础上，提出了舰船保障性信息集成的CALS体系，并针对其中的应用层建立了舰船全寿命周期保障性信息集成模型。目的在于通过建立基于CALS的信息集成平台和共享的综合数据环境，为实现舰船全寿命周期保障性信息资源的有效配置和合理共享，提高舰船得到保障的效率和质量提供有益的建议。
（注：本文为中南民族大学自然科学基金项目（YZY04004）湖北省科技攻关计划项目（2005AA101C18）资助项目）
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