CN115795660A - 基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法，在满足总体需求牵引的功能与性能指标要求的前提下，按照总体性能与综合作战效能最优的设计策略，采用系统工程思想和技术创新，建立任务域、功能域、总体域、系统域以及设备域，并对上述设计域进行节点划分，对人艇任务域、功能域与总体域、系统域、设备域相关关联、相关耦合、相互融合，在任务域中实现功能域的设计要素，在功能域中实现总体域的设计特征，在总体域中实现系统域的设计效能，在系统域中实现设备域的设计集成，最终实现任务载荷与上层建筑的一体化集成设计，具有较高的军事价值和经济价值。

Description

基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法

技术领域

本发明属于无人艇总体一体化集成设计技术领域，特别是一种基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法。

背景技术

随着无人装备的发展与在军民领域的广泛应用，对无人艇使命任务多样性、功能综合性以及综合作战效能最优性提出了更高的要求。目前无人装备大多为中小型，搭载任务载荷能力有限，安装形式大多采用基于底层相对固化的功能系统驱动的积木式搭载形式，相对固化的功能系统要素界面划分比较孤立，融合性较差，相互之间关系与依赖性不强，接口关联度差，甚至造成各系统相互制约、相互干扰，严重影响无人艇总体能力的提升。

传统的集成安装形式有着以下的不足：

1、传统的集成安装形式单一，无人艇总体性能与作战性能不等兼得；

2、传统的集成安装形式功能区域比较独立，总体布置设计中未能充分体现隐身性能指标；

3、传统的集成安装形式任务载荷与无人艇上层建筑等结构件相互独立，关联性差，无人艇舱室空间利用率较低，并增加了无人艇排水量与吃水，降低续航力与快速性指标。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于任务驱动的一体化集成设计方法，以提高无人艇综合效能为目标，在满足总体需求牵引的功能与性能指标要求的前提下，采用系统工程思想和技术创新，通过使无人艇任务域、功能域与总体域、系统域、设备域相关关联、相关耦合、相互融合，使任务载荷与无人艇上层建筑相互关联，实现任务载荷与上层建筑的嵌入式融合设计，解决了大型任务载荷搭载过程中与无人艇总体性能的相互矛盾，使无人艇的综合作战效能得到提升。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法，所述方法包括以下步骤：

针对无人艇总体设计要素，按照总体性能与综合作战效能最优的设计策略，建立设计域，包括任务域、功能域、总体域、系统域以及设备域；

对任务域、功能域、总体域、系统域、设备域分别进行设计要素划分；

基于上述设计域相互耦合、相互兼容、相互嵌入的原则对各域设计要素进行融合设计，在任务域中实现功能域的设计要素，在功能域中实现总体域的设计特征，在总体域中实现系统域的设计效能，在系统域中实现设备域的设计集成，设备域的设计布置与总体域的设计特征相互实现，最终达到无人艇上层建筑与任务载荷的一体化集成设计。

进一步地，所述任务域根据研制要求或任务书中无人艇的使命任务和作战对象，确定总体设计要素，包括无人艇艇型设计、主尺度与排水量设计、上层建筑结构构型，为无人艇功能域与总体域提供设计输入。

进一步地，所述功能域根据无人艇任务域的设计要求与功能要求，确定功能域的设计要素，包括无人艇任务系统的组成配置、性能指标及任务载荷设备选型，并将功能域的设计要素反馈给任务域，实现无人艇功能域与任务域的总体匹配。

进一步地，所述总体域根据任务域与功能域的设计要求和设计输入，确定总体域的设计特征，包括无人艇总体设计参数、总能性能指标、总布置设计以及任务载荷安装搭载形式，并将总体域的设计特征反馈给任务域与功能域，实现任务域与功能域在总体域的设计体现。

进一步地，所述系统域根据任务域、功能域与总体域的设计要求和设计指标，确定系统域的设计要素，包括任务系统的功能配置、性能指标及所属设备选型，并将系统域的设计要素反馈到总体域，实现无人艇系统域与总体域的耦合设计。

进一步地，所述设备域根据系统域、总体域、功能域及任务域的设计要求和设计输入，确定设备域的设计集成，包括无人艇任务载荷的设备选型、安装技术要求及集成安装形式，并将设备域的设计集成反馈到系统域与总体域中，实现设备域为功能域与总体域提供功能实现。

进一步地，所述方法还包括：

基于融合设计获得的总体集成设计方案，再塑任务使命流程；

对总体集成设计方案进行综合量化评价，若满足研制要求，则输出该方案，否则返回重新进行融合设计。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1)在无人艇总体设计过程中，对无人艇使命任务、系统功能及总体设计进行综合考虑，以无人艇使命任务驱动总体设计，采用系统工程思想，利用耦合设计手段将无人艇任务使命、系统功能、总体设计及设备集成安装相关关联起来，避免了在无人艇研制过程中，总体设计与系统功能、设备集成安装相互制约，解决了大型任务载荷搭载过程中与无人艇总体性能的相互矛盾。

2)具有集成度高和综合隐身效果好等优点，适用于中小型无人艇的总体设计，具有广泛的军事应用价值。

3)采用任务驱动的一体化集成设计方法，将任务载荷内埋于上层建筑内部，实现与上层建筑的共架设计，提升了无人艇平台的总体空间，同时提升了作战效能。

4)采用任务驱动的一体化集成设计方法，在无人艇总体设计过程中，对无人艇使命任务、系统功能及总体设计进行综合考虑，按照任务域、功能域、总体域、系统域、设备域相互耦合、相互兼容、相互嵌入的原则，实现无人艇主结构的结构设计与任务载荷的集成安装实现一体化设计，提高了各系统间的相关关联度和融合度，使得无人艇总体设计更合理、更优化。

5)在无人艇总体设计中实现任务域、功能域、总体域、系统域、设备域的相互融合，降低相互制约和相互矛盾，在任务域与功能域的设计过程中，为总体域、系统域及设备域提供设计空间和设计容量，实现无人艇总体性能与综合作战效能的兼顾和提升。

6)在总体域、系统域及设备域设计过程中，为任务域与功能域提供设计实现，提高无人艇使命任务的完成度。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是集成设计方法流程框图。

图2是无人艇设计要素逻辑映射关系示意图。

图3是无人艇设计域分解示意图。

图4是无人艇上层建筑与与任务载荷集成设计示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

无人艇主结构主要指上层建筑结构，任务载荷主要指通用垂直发射装置载荷，具体特征如下：

1)基于无人艇任务域与功能域的设计要求，明确了无人艇的系统域与设备域设计要素，即明确了任务载荷的设备选型与安装技术要求。

2)基于无人艇排水量与主尺度限制，其艇体型深设计具有一定的局限性，故主艇体的舱室空间高度不能满足较大尺度任务载荷的安装要求。

3)基于无人艇总体域的设计要求，按照总体布置与任务载荷集成的耦合设计原则，避免任务载荷的积木式搭载设计，进而提出任务载荷与上层建筑一体化集成式设计，在满足任务域与功能域的设计要求的同时，也兼顾了总体域与设备域的设计实现。

4)在总体域的布置设计时，通用垂直发射装置集成安装与上层建筑的结构设计同步开展，充分利用艇体型深与上层建筑的层高尺寸，实现通用垂直发射装置的内埋式设计，在满足任务域、总体域与设备域的设计要求外，同时又提高了无人艇的隐身性能。

无人艇上层建筑作为无人艇主结构之一，一是上层建筑具有足够的结构强度，可满足所有艇载载荷对集成安全强度的要求；二是上层建筑位于无人艇主甲板以上，舱室层高空间较充足，可满足大型任务载荷的集成安装形式要求；三是上层建筑的结构形式兼容性较强，可较好实现与任务载荷的融合设计。无人艇任务载荷在本发明中仅指通用垂直发射装置，该发射装置架高较大，无人艇主艇体型深空间不足该装置架高要求，若其凸出主甲板进行安装布置，不符合舰艇总体设计要求，故采用一体化集成设计方法，将任务载荷内埋于上层建筑内部，实现上层建筑与任务建筑的共架设计。

基于上述分析，在其中一个实施例中，结合图1至图4，提出了一种基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法，所述方法包括以下步骤：

S1，针对无人艇总体设计要素，按照总体性能与综合作战效能最优的设计策略，建立设计域，包括任务域、功能域、总体域、系统域以及设备域；

S2，对任务域、功能域、总体域、系统域、设备域分别进行设计要素划分；

S3，基于上述设计域相互耦合、相互兼容、相互嵌入的原则对各域设计要素进行融合设计，在任务域中实现功能域的设计要素，在功能域中实现总体域的设计特征，在总体域中实现系统域的设计效能，在系统域中实现设备域的设计集成，设备域的设计布置与总体域的设计特征相互实现，最终达到无人艇上层建筑与任务载荷的一体化集成设计；

S4，基于融合设计获得的总体集成设计方案，再塑任务使命流程；

S5，对总体集成设计方案进行综合量化评价，若满足研制要求，则输出该方案，否则返回S3重新进行融合设计。

该一体化集成设计方法可充分利用无人艇空间资源，实现上层建筑与通用垂直发射装置的融合设计，使无人艇兼顾优良的总体性能与作战效能。

进一步地，在其中一个实施例中，根据任务域的设计输入，明确无人艇任务系统的功能配置、性能指标及艇载任务载荷的设备选型，并将功能域的设计要素反馈给任务域，对无人艇任务域进行指标兑现。根据任务域与功能域的设计要求和设计输入，明确无人艇总体设计参数、总能性能指标、总布置设计以及任务载荷安装搭载形式等，并将总体域的设计特征反馈给任务域与功能域，实现任务域与功能域在总体域的设计体现。根据任务域、功能域与总体域的设计要求和设计指标，明确任务系统的功能配置、性能指标及所属设备选型，并将系统域的设计要素反馈到总体域，实现无人艇系统域与总体域的耦合设计，提高无人艇的综合作战效能。根据系统域、总体域、功能域及任务域的设计要求和设计输入，明确无人艇任务载荷的设备选型、安装技术要求及集成安装形式等，并将设备域的设计集成反馈到系统域与总体域中，实现设备域为功能域与总体域提供功能实现。

这里，基于无人艇任务域与功能域的设计要求，明确了无人艇的系统域与设备域设计要素，即明确了任务载荷的设备选型与安装技术要求。基于无人艇排水量与主尺度限制，其艇体型深设计具有一定的局限性，故主艇体的舱室空间高度不能满足较大尺度任务载荷的安装要求。基于无人艇总体域的设计要求，按照总体布置与任务载荷集成的耦合设计原则，避免任务载荷的积木式搭载设计，进而提出任务载荷与上层建筑一体化集成式设计，在满足任务域与功能域的设计要求的同时，也兼顾了总体域与设备域的设计实现。

在其中一个实施例中，提供了一种基于任务驱动的无人艇上层建筑与任务载荷的一体化集成设计系统，所述系统包括：

第一模块，用于针对无人艇总体设计要素，按照总体性能与综合作战效能最优的设计策略，建立设计域，包括任务域、功能域、总体域、系统域以及设备域；

第二模块，用于对任务域、功能域、总体域、系统域、设备域分别进行设计要素划分；

第三模块，用于基于上述设计域相互耦合、相互兼容、相互嵌入的原则对各域设计要素进行融合设计，在任务域中实现功能域的设计要素，在功能域中实现总体域的设计特征，在总体域中实现系统域的设计效能，在系统域中实现设备域的设计集成，设备域的设计布置与总体域的设计特征相互实现，最终达到无人艇上层建筑与任务载荷的一体化集成设计；

第四模块，用于基于融合设计获得的总体集成设计方案，再塑任务使命流程；

第五模块，用于对总体集成设计方案进行综合量化评价，若满足研制要求，则输出该方案，否则重新执行第三模块进行融合设计。

关于基于任务驱动的无人艇上层建筑与任务载荷的一体化集成设计系统的具体限定可以参见上文中对于基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法的限定，在此不再赘述。上述基于任务驱动的无人艇上层建筑与任务载荷的一体化集成设计系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

针对无人艇总体设计要素，按照总体性能与综合作战效能最优的设计策略，建立设计域，包括任务域、功能域、总体域、系统域以及设备域；

对任务域、功能域、总体域、系统域、设备域分别进行设计要素划分；

基于上述设计域相互耦合、相互兼容、相互嵌入的原则对各域设计要素进行融合设计，在任务域中实现功能域的设计要素，在功能域中实现总体域的设计特征，在总体域中实现系统域的设计效能，在系统域中实现设备域的设计集成，设备域的设计布置与总体域的设计特征相互实现，最终达到无人艇上层建筑与任务载荷的一体化集成设计。

2.根据权利要求1所述的基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法，其特征在于，所述任务域根据研制要求或任务书中无人艇的使命任务和作战对象，确定总体设计要素，包括无人艇艇型设计、主尺度与排水量设计、上层建筑结构构型，为无人艇功能域与总体域提供设计输入。

3.根据权利要求2所述的基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法，其特征在于，所述功能域根据无人艇任务域的设计要求与功能要求，确定功能域的设计要素，包括无人艇任务系统的组成配置、性能指标及任务载荷设备选型，并将功能域的设计要素反馈给任务域，实现无人艇功能域与任务域的总体匹配。

4.根据权利要求3所述的基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法，其特征在于，所述总体域根据任务域与功能域的设计要求和设计输入，确定总体域的设计特征，包括无人艇总体设计参数、总能性能指标、总布置设计以及任务载荷安装搭载形式，并将总体域的设计特征反馈给任务域与功能域，实现任务域与功能域在总体域的设计体现。

5.根据权利要求4所述的基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法，其特征在于，所述系统域根据任务域、功能域与总体域的设计要求和设计指标，确定系统域的设计要素，包括任务系统的功能配置、性能指标及所属设备选型，并将系统域的设计要素反馈到总体域，实现无人艇系统域与总体域的耦合设计。

6.根据权利要求5所述的基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法，其特征在于，所述设备域根据系统域、总体域、功能域及任务域的设计要求和设计输入，确定设备域的设计集成，包括无人艇任务载荷的设备选型、安装技术要求及集成安装形式，并将设备域的设计集成反馈到系统域与总体域中，实现设备域为功能域与总体域提供功能实现。

7.根据权利要求1所述的基于任务驱动无人艇上层建筑与任务载荷一体化设计方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于融合设计获得的总体集成设计方案，再塑任务使命流程；

对总体集成设计方案进行综合量化评价，若满足研制要求，则输出该方案，否则返回重新进行融合设计。

8.基于权利要求1至7任意一项所述方法的基于任务驱动的无人艇上层建筑与任务载荷的一体化集成设计系统，其特征在于，所述系统包括：

第一模块，用于针对无人艇总体设计要素，按照总体性能与综合作战效能最优的设计策略，建立设计域，包括任务域、功能域、总体域、系统域以及设备域；

第二模块，用于对任务域、功能域、总体域、系统域、设备域分别进行设计要素划分；

第三模块，用于基于上述设计域相互耦合、相互兼容、相互嵌入的原则对各域设计要素进行融合设计，在任务域中实现功能域的设计要素，在功能域中实现总体域的设计特征，在总体域中实现系统域的设计效能，在系统域中实现设备域的设计集成，设备域的设计布置与总体域的设计特征相互实现，最终达到无人艇上层建筑与任务载荷的一体化集成设计。

9.根据权利要求8所述的基于任务驱动的无人艇上层建筑与任务载荷的一体化集成设计系统，其特征在于，所述系统还包括：

第四模块，用于基于融合设计获得的总体集成设计方案，再塑任务使命流程；

第五模块，用于对总体集成设计方案进行综合量化评价，若满足研制要求，则输出该方案，否则重新执行第三模块进行融合设计。

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