一種面向智能化艦艇的智能計算服務(wù)環(huán)境研究與設(shè)計*

戴新發(fā)

（中國船舶集團有限公司第七〇九研究所 武漢 430205）

1 引言

自20世紀(jì)后期以來，人們的生活、工作環(huán)境已發(fā)生巨大深刻變化，世界已從PH（PhysicsHuman society）二元空間結(jié)構(gòu)變?yōu)镃PH（CyberPhysicsHuman society）三元空間結(jié)構(gòu)。學(xué)術(shù)界相繼出現(xiàn)自動化、信息化和智能化等學(xué)術(shù)概念，在自動化和信息化技術(shù)主要面向確定性復(fù)雜問題的簡化和精細化解決基礎(chǔ)上，智能化技術(shù)主要旨在提高不確定性復(fù)雜問題的解決能力。進而，工業(yè)界也相繼涌現(xiàn)出嵌入式系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、信息物理系統(tǒng)[1～2]、邊緣計算系統(tǒng)[3]、工業(yè) 4.0、自主計算[4]等應(yīng)用系統(tǒng)，不斷促進了人們生活生產(chǎn)的便捷性與高效性。

在軍事領(lǐng)域現(xiàn)代艦艇系統(tǒng)主要由支撐艦艇機動航行的各種自動化船舶機/電裝備和信息化武器裝備（艦艇C4ISRK電子信息系統(tǒng)）等組成，屬于一種跨越了艦艇物理世界、信息世界和作戰(zhàn)人員意識空間的復(fù)雜系統(tǒng)。其物理組件來自機械、電氣、電子、液壓、熱力、電磁、水聲等廣泛領(lǐng)域的物理實體，“物理”組件與遵循物理定律和連續(xù)時間變化的自然環(huán)境密切相關(guān)；“信息”部分通常被概括為“3C”，即計算（Computation）、通信（Communication）和控制（Control）的組合，其功能是邏輯的、離散的或可切換的。信息組件是物理組件與人（艦員）聯(lián)結(jié)的橋梁與潤滑劑，促進人船一體、高效作戰(zhàn)。此外，現(xiàn)代艦艇系統(tǒng)的復(fù)雜性還包括艦艇QoS相關(guān)的強實時性、高可靠性、高安全性、高可用性等非功能屬性，與由不可避免的隨機艦員行為和一些模糊的物理動力學(xué)因素引起的具有一定概率分布的行為和過程，以及艦艇敵我外界環(huán)境的影響。

自2010年以來，專家系統(tǒng)、機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、強化學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)得到深入研究與發(fā)展，并在計算智能、感知智能、認(rèn)知智能等不同的應(yīng)用層次得到爆炸式增長。相應(yīng)，在軍事領(lǐng)域，美國“第三次抵消戰(zhàn)略”中提出“將人工智能和自主性技術(shù)等嵌入信息化作戰(zhàn)”[5]。因而，軍事智能不是簡單的軍事應(yīng)用與人工智能的疊加，軍事智能更需要軍事博弈，包含了各層次的智能應(yīng)用與反智能，是一種智慧形式（如塞翁失馬、誘敵深入等）[6]，其核心在于“知己知彼”、“兵貴神速”和“兵者詭道也”。

未來，海戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變、實時數(shù)據(jù)海量、對抗環(huán)境復(fù)雜，如何在高時變、高動態(tài)、強對抗條件下實現(xiàn)OODA的快速循環(huán)與博弈對抗是打贏戰(zhàn)爭的關(guān)鍵。其中，艦艇系統(tǒng)將呈現(xiàn)智能化、少人化、柔性化等特征。傳統(tǒng)的航母、驅(qū)護艦、潛艇等作戰(zhàn)平臺將在機械化、自動化、信息化的基礎(chǔ)上，深度融合人工智能技術(shù)，在船舶操縱、武器使用、指揮決策等方面實現(xiàn)態(tài)勢全維感知、信息高效處理、策略指令自主生成、戰(zhàn)力精準(zhǔn)釋放，以及船舶機動平穩(wěn)、OODA高速循環(huán)等智能化能力，解決未來海戰(zhàn)場艦艇航行、作戰(zhàn)過程中的復(fù)雜性和不確定性問題，并具備高效搭載無人平臺的協(xié)同作戰(zhàn)能力和出動回收保障能力[7～17]。

2 艦艇智能化的挑戰(zhàn)

工業(yè)領(lǐng)域中，依據(jù)DIKW（Data-Information-Knowledge-Wisdom）智慧模型，智慧化系統(tǒng)要求以數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，實現(xiàn)科學(xué)決策和精準(zhǔn)執(zhí)行，并通過閉環(huán)實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程和產(chǎn)業(yè)體系的迭代優(yōu)化[3，18]。其關(guān)鍵是要實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的流動和分享，在流動過程中數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)不同的環(huán)節(jié)，通過計算智能讓數(shù)據(jù)以隱性數(shù)據(jù)、顯性數(shù)據(jù)、信息、知識等不同的形態(tài)展示出來，實現(xiàn)基于智能的感知和認(rèn)知，在數(shù)據(jù)形態(tài)不斷變化的過程，面向系統(tǒng)各環(huán)節(jié)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的價值提升，最終實現(xiàn)系統(tǒng)功能的高效性、靈活性與自主性。

自然界中，“自組織”的有機生物群所構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)，依靠系統(tǒng)內(nèi)物資的自然流動和合理配置，當(dāng)遇到系統(tǒng)自生的疲勞性波動或一定的外界隨機干擾，系統(tǒng)都能做出適應(yīng)性反應(yīng)，以回復(fù)到系統(tǒng)初始穩(wěn)定狀態(tài)；系統(tǒng)初始穩(wěn)定狀態(tài)遭遇系統(tǒng)內(nèi)部局部故障或外部強干擾破壞后，系統(tǒng)也能夠自我修復(fù)到另一穩(wěn)定的狀態(tài)；并且，當(dāng)外界環(huán)境長期變化不斷累積過程中，生態(tài)系統(tǒng)還能夠不斷進行自優(yōu)化，一定程度后實現(xiàn)系統(tǒng)的自進化。這些自適應(yīng)、自修復(fù)、自優(yōu)化、自進化等自主屬性[4，19]對“他組織”的艦艇系統(tǒng)來說，也是其迫切期望得到的智能屬性。

因此，系統(tǒng)的智能化設(shè)計，本質(zhì)上就是系統(tǒng)如何通過其所屬各種資源的優(yōu)化配置和組織，實現(xiàn)系統(tǒng)信息的自然流動和自主性。智能化艦艇，它需要艦艇作戰(zhàn)指揮員與艦艇物理實體、艦艇敵我外界環(huán)境等作戰(zhàn)要素的優(yōu)化組配、高效互聯(lián)、高度融合，充分挖掘艦艇數(shù)據(jù)、信息、知識和智慧，從而進行綜合運用與干擾對抗。

根據(jù)艦艇智能化的能力需求，從DIKW智慧模型和艦艇OODA作戰(zhàn)模型視角綜合看，目前艦艇系統(tǒng)的智能化設(shè)計面臨四大挑戰(zhàn)，如圖1所示。

圖1 艦艇智能化的挑戰(zhàn)

1）艦艇物理域和信息域的跨界協(xié)作挑戰(zhàn)

艦艇系統(tǒng)作為一種跨越了艦艇物理世界、信息世界和作戰(zhàn)人員意識空間的復(fù)雜系統(tǒng)。艦艇系統(tǒng)設(shè)計時，其“信息域”的系統(tǒng)功能與邏輯流程等設(shè)計信息，需要與艦艇“物理域”中物理實體的設(shè)計緊密配合。

人們生活、生產(chǎn)活動中，其信息系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的典型區(qū)別是信息系統(tǒng)的輸入輸出主要圍繞人，而控制系統(tǒng)則主要處理物理實體的輸入輸出。當(dāng)代艦艇信息化裝備是信息系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的綜合，艦艇計算機是其基石，它是在艦艇物理約束下的計算工程。物理約束通過計算過程和與物理實體交互兩種形式來表征，即在物理實體中執(zhí)行和對物理實體的響應(yīng)?？刂评碚摻鉀Q響應(yīng)約束，計算機工程解決執(zhí)行約束。艦艇計算機設(shè)計的關(guān)鍵是掌握計算與兩類約束之間的相互作用，并在給定物理實體中滿足給定的需求。日常生活生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)中使用的通用計算機設(shè)計方法將計算與物理分割開的基本概念對艦艇計算機不再有效。相反，艦艇信息化裝備的計算機需要從硬件、軟件設(shè)計和控制理論三方面的基本風(fēng)格綜合起來的整體性處理方法。

在未來智能海戰(zhàn)環(huán)境中，智能化艦艇的物理域與信息域之間需要進一步的高度融合。在系統(tǒng)層面，艦艇系統(tǒng)的艦艇平臺綜合管理系統(tǒng)與作戰(zhàn)信息系統(tǒng)之間需要密切聯(lián)系與配合，二者只有緊密協(xié)同工作才能實現(xiàn)艦艇作戰(zhàn)的智能化。比如，在艦艇作戰(zhàn)運行過程中，需要綜合考慮艦艇面對的戰(zhàn)場態(tài)勢和艦艇各機電船舶裝置/子系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如艦艇平穩(wěn)度、機動性、生命力等艦艇平臺運行狀態(tài)信息，以便在提高艦艇武器打擊精度同時也能確保艦艇生存性。

目前，傳統(tǒng)艦艇系統(tǒng)的“信息域”與“物理域”之間存在一定程度的兼容性、隔斷性問題[16]。因此，未來智能化艦艇系統(tǒng)需要進一步將其“信息域”的系統(tǒng)需求合理分解到“物理域”，并通過在“物理域”的系統(tǒng)設(shè)計，高效集成出符合預(yù)期的“信息域”作戰(zhàn)效能。

2）艦艇作戰(zhàn)數(shù)據(jù)信息難以有效流動與集成

按前述DIKW智慧模型，艦艇智能化要求以艦艇數(shù)據(jù)的智能分析為基礎(chǔ)，實現(xiàn)科學(xué)決策和艦艇智能操控與精準(zhǔn)打擊，并通過OODA閉環(huán)循環(huán)實現(xiàn)作戰(zhàn)流程的持續(xù)智能優(yōu)化。在這個智慧系統(tǒng)中，需要將數(shù)據(jù)、信息作為新型作戰(zhàn)要素，通過對艦員、物、環(huán)境、過程等對象進行數(shù)字采集而感知到數(shù)據(jù)，進而利用艦艇網(wǎng)絡(luò)及總線實現(xiàn)在艦艇各環(huán)節(jié)的價值傳遞與適時共享，最終實現(xiàn)艦艇智能操縱與智能作戰(zhàn)。

但是，一方面目前傳統(tǒng)艦艇網(wǎng)絡(luò)總線種類多樣，也缺少統(tǒng)一的信息與服務(wù)定義模型。另一方面，傳統(tǒng)艦艇系統(tǒng)“煙囪化”的子系統(tǒng)容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)孤島問題，致使信息難以有效流動與價值提升，甚至導(dǎo)致部分作戰(zhàn)數(shù)據(jù)流程割裂。

信息有效流動與集成是支撐艦艇作戰(zhàn)全環(huán)節(jié)協(xié)同、數(shù)據(jù)賦能、智能作戰(zhàn)的基礎(chǔ)，需要建立艦艇運行與作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的全生命周期管理與集成，需要將艦艇各作戰(zhàn)環(huán)節(jié)的不同形態(tài)、不同語義的數(shù)據(jù)、信息進行集成，統(tǒng)一表示和規(guī)范操作，進而進行數(shù)據(jù)的智能處理與分析。

3）艦艇作戰(zhàn)知識難以模型化是巨大挑戰(zhàn)

智慧系統(tǒng)中，知識是智慧的前提。知識模型（Knowledge Model）主要解決知識的表示、組織與交互關(guān)系，知識的有序化以及知識處理模型，是將知識進行形式化和結(jié)構(gòu)化的抽象；知識模型不是知識，是知識的抽象，以便于計算機理解與處理[3，18]。艦艇知識模型輸入存在信息不完整、不準(zhǔn)確和不充分的挑戰(zhàn)；知識模型處理的算法與建模還需持續(xù)改進與優(yōu)化；知識模型輸出的應(yīng)用場景有限，需要持續(xù)積累。

知識模型是高效實現(xiàn)智能化海戰(zhàn)的關(guān)鍵，它使作戰(zhàn)決策從模糊的經(jīng)驗化轉(zhuǎn)變?yōu)榛跀?shù)字、模型的科學(xué)化，智能化艦艇的知識模型將主要面向戰(zhàn)場態(tài)勢模型展開。目前指揮員對海戰(zhàn)場敵我態(tài)勢的理解和認(rèn)知是在不確定、不完備乃至對立沖突信息條件下進行的，其內(nèi)在作用機理與運作方式目前還尚不清楚[7]，建立良好的態(tài)勢模型具有較大的挑戰(zhàn)性。

4）海戰(zhàn)編隊作戰(zhàn)體系變得復(fù)雜，增加了艦艇作戰(zhàn)各環(huán)節(jié)間協(xié)作集成的挑戰(zhàn)

未來海戰(zhàn)，體系對抗將成為主流，艦艇系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)向著更加網(wǎng)絡(luò)化、綜合化、體系化方向發(fā)展。

目前，在自動化和信息化技術(shù)的支撐下，艦艇系統(tǒng)中某些單個裝備已具有了一定的局部智能性，信息化艦艇系統(tǒng)中信息處理的部分節(jié)點具有一定的智能化能力，提高了局部處理的精細度和敏捷度，例如海戰(zhàn)場海量多源情報處理、作戰(zhàn)目標(biāo)航跡預(yù)測、作戰(zhàn)指揮輔助決策等方面實現(xiàn)了局部的智能化，已取得了一定的作戰(zhàn)效果，但是它并不成體系。局部智能難以形成艦艇體系化智能能力，需要構(gòu)建新型艦艇智能體系。

此外，傳統(tǒng)艦艇系統(tǒng)預(yù)設(shè)式的剛性結(jié)構(gòu)難以支撐智能化作戰(zhàn)要素的融合。傳統(tǒng)艦艇系統(tǒng)中各子系統(tǒng)等具有功能固化、單一的剛性結(jié)構(gòu)，由這些剛性結(jié)構(gòu)組合而成的OODA作戰(zhàn)環(huán)，當(dāng)其中部分節(jié)點遭到破壞時就容易導(dǎo)致回環(huán)破裂，難以支撐未來智能海戰(zhàn)多樣化作戰(zhàn)任務(wù)對作戰(zhàn)資源快速按需定制的需求，需要將艦艇作戰(zhàn)資源分解為可被人工智能驅(qū)動的要素，實現(xiàn)作戰(zhàn)要素的智慧互聯(lián)、能力融合，構(gòu)建動態(tài)多變、靈活組織的高可用、高彈性、柔性化殺傷網(wǎng)，形成精準(zhǔn)控制、整體反應(yīng)、主動實施的作戰(zhàn)新模式，有效完成多樣化作戰(zhàn)任務(wù)[11，17]。

艦艇需要將以往基于剛性結(jié)構(gòu)、既定功能性能、預(yù)設(shè)系統(tǒng)流程實現(xiàn)的預(yù)設(shè)式集成，轉(zhuǎn)變?yōu)橹С殖蓡T動態(tài)加入/退出的在線演進式開放式集成。在開放架構(gòu)基礎(chǔ)上，不僅要實現(xiàn)成員動態(tài)加入/退出的資源集成、信息集成和功能集成，而且要實現(xiàn)艦艇體系資源動態(tài)優(yōu)化配置和體系流程重構(gòu)的資源集成和過程集成。

亟待構(gòu)建基于艦艇公共計算[20]和人工智能的艦艇信息體系，進行信息處理資源管理，面向傳感器、武器和機電裝備建立計算、控制、通信等不同類型信息處理資源的調(diào)用模型和交聯(lián)關(guān)系；面向不同作戰(zhàn)業(yè)務(wù)，實現(xiàn)處理資源“全艦共享、按需流轉(zhuǎn)”，滿足艦艇多樣化作戰(zhàn)任務(wù)要求。這些，顯著增加了艦艇作戰(zhàn)各環(huán)節(jié)間協(xié)作集成的挑戰(zhàn)。

3 艦艇智能計算服務(wù)環(huán)境設(shè)計

針對智能化艦艇的軍事需求和挑戰(zhàn)，未來艦艇系統(tǒng)需要設(shè)計艦艇作戰(zhàn)資源的優(yōu)化組配方案和組織形式，構(gòu)建出艦艇作戰(zhàn)人員、信息域與物理域以及艦艇敵我外界環(huán)境之間，面向數(shù)據(jù)高效自動流動的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)實時處理與分析、指揮科學(xué)決策、控制精準(zhǔn)執(zhí)行的閉環(huán)智慧賦能服務(wù)平臺。首先，將隱藏在艦艇物理域中的隱性數(shù)據(jù)經(jīng)過信號、數(shù)據(jù)采集與感知被轉(zhuǎn)化為顯性數(shù)據(jù)；進而，在艦艇信息域進行實時智能計算與分析，將顯性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為對艦艇系統(tǒng)有價值的信息；然后，將艦艇航行和OODA不同作戰(zhàn)環(huán)節(jié)子系統(tǒng)的信息經(jīng)過處理、集成，將信息進一步轉(zhuǎn)化為戰(zhàn)場態(tài)勢等知識，并形成對戰(zhàn)場的科學(xué)決策；最后，以更優(yōu)化的數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)執(zhí)行作用到艦艇物理域，構(gòu)成數(shù)據(jù)的閉環(huán)流動。

面向艦艇系統(tǒng)的智能化技術(shù)需求，本文參考CPS、自主計算理論和邊緣計算系統(tǒng)架構(gòu)，提出一種艦艇智能計算服務(wù)環(huán)境，它在當(dāng)前面向全艦信息化的公共計算環(huán)境[20]基礎(chǔ)上，從架構(gòu)上進一步優(yōu)化，采用先進的計算、通信、控制等技術(shù)，將艦艇的人與物，物與物高度融合，構(gòu)建艦艇物理域與信息域中人、機、物、環(huán)境、信息等作戰(zhàn)要素相互映射、適時交互、高效協(xié)同的自主計算系統(tǒng)。通過計算系統(tǒng)的自監(jiān)控、自配置、自修復(fù)、自優(yōu)化和自保護等自主能力實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源自主協(xié)同、自動配置重組和運行按需響應(yīng)、動態(tài)優(yōu)化、快速迭代，增強艦艇人、機、物、環(huán)境、信息等各作戰(zhàn)要素的聚集性、靈活性和協(xié)作性，加深信息資源一體化程度，以實現(xiàn)響應(yīng)更快、精度更高、規(guī)模更大、分布式協(xié)調(diào)控制功能更強、效率更高的智能化艦艇系統(tǒng)。

3.1 智能計算服務(wù)環(huán)境物理視圖

艦艇智能計算服務(wù)環(huán)境物理視圖如圖2所示。整體硬件形態(tài)上，由若干個操控單元、數(shù)據(jù)處理單元、知識處理單元、嵌入式控制單元以及一體化網(wǎng)絡(luò)總線構(gòu)成。各知識處理單元資源聚合成為知識處理資源池，各數(shù)據(jù)處理單元資源聚合成為數(shù)據(jù)處理資源池。各單元綜合集成后呈現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的、分布式的柔性化智能計算服務(wù)平臺。

圖2 艦艇智能計算服務(wù)環(huán)境物理視圖

嵌入式控制單元深嵌于艦艇各物理實體中，包括低功耗、小型化、抗惡劣環(huán)境的嵌入式感知控制器和執(zhí)行控制器。感知控制器通過傳感器件讀取物理實體狀態(tài)數(shù)據(jù)，承擔(dān)宿主物理實體現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)采集任務(wù)，通過現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理資源池；執(zhí)行控制器接受數(shù)據(jù)處理資源發(fā)送過來的決策策略，進行宿主物理實體的執(zhí)行任務(wù)，寫入由物理實體上下游變化引起的響應(yīng)操作。

操控單元位于艦艇作戰(zhàn)人員的操控或指揮戰(zhàn)位，用于艦員對艦艇物理設(shè)備和業(yè)務(wù)流程的監(jiān)控與作戰(zhàn)指揮。操控單元物理形態(tài)包括傳統(tǒng)顯控臺、可穿戴設(shè)備和數(shù)字孿生訓(xùn)練設(shè)備（子系統(tǒng)）等。

一體化網(wǎng)絡(luò)總線聯(lián)接各硬件單元，形成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，一體化網(wǎng)絡(luò)既支持與物理實體相關(guān)業(yè)務(wù)傳輸時間的確定性和數(shù)據(jù)完整性，也支持業(yè)務(wù)的靈活部署和實施。

數(shù)據(jù)處理資源池主要承擔(dān)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)處理和實時閉環(huán)控制，接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)來自嵌入式感知控制單元的數(shù)據(jù)流；向嵌入式執(zhí)行控制單元發(fā)送控制流，以及轉(zhuǎn)發(fā)來自知識處理資源池的控制流。提供數(shù)據(jù)分析、智能計算、智能感知、安全邊界保護、過程優(yōu)化和實時控制等時間敏感服務(wù)。

知識處理資源池提供決策支持資源，以及決策支持、服務(wù)化延伸和個性化定制等特定領(lǐng)域的服務(wù)。知識處理資源池從數(shù)據(jù)處理資源池接收數(shù)據(jù)流，并向數(shù)據(jù)處理資源池、以及通過數(shù)據(jù)處理資源池向嵌入式控制單元發(fā)送控制信息，提供知識服務(wù)，從全艦艇系統(tǒng)范圍內(nèi)對資源調(diào)度和各物理實體協(xié)同性運行過程進行優(yōu)化。

數(shù)據(jù)處理資源池和知識處理資源池包含計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)等硬件資源，以及處理資源實時虛擬化和資源管理服務(wù)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)、知識處理服務(wù)等軟件。實時虛擬化主要負責(zé)資源聚合與池化功能。資源管理軟件主要功能是提供業(yè)務(wù)編排或資源直接調(diào)用的能力，并對處理單元進行統(tǒng)一的管理與資源調(diào)度，操作處理資源完成上述數(shù)據(jù)處理和知識處理任務(wù)，包括艦艇應(yīng)用業(yè)務(wù)開發(fā)服務(wù)的全生命周期、部署運營服務(wù)的全生命周期、數(shù)據(jù)處理服務(wù)與知識處理服務(wù)的全生命周期、安全服務(wù)的全生命周期等管理任務(wù)。

數(shù)據(jù)處理資源與知識處理資源在資源使用、服務(wù)分工、應(yīng)用支持上相互協(xié)同、互為補充。知識處理資源主要承擔(dān)艦艇系統(tǒng)全局性、準(zhǔn)實時、長周期的大數(shù)據(jù)處理與分析，主要在長周期維護、業(yè)務(wù)決策支撐等方面發(fā)揮優(yōu)勢。數(shù)據(jù)處理資源主要用于艦艇相關(guān)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)局部性、實時性、短周期數(shù)據(jù)的處理與分析，能更好地支撐艦艇業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的實時智能化決策與執(zhí)行。數(shù)據(jù)處理資源更是知識處理資源所需高價值數(shù)據(jù)的采集和初步處理環(huán)境，可以更好地支撐知識服務(wù)。知識處理資源通過大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化輸出的業(yè)務(wù)規(guī)則或模型，下發(fā)到數(shù)據(jù)處理資源，數(shù)據(jù)處理資源基于新的業(yè)務(wù)規(guī)則或模型進行優(yōu)化運行。

智能計算服務(wù)環(huán)境面向艦艇業(yè)務(wù)提供使用兩種服務(wù)方式：第一種，直接將計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲資源進行封裝，提供直接調(diào)用的服務(wù)接口，環(huán)境的資源管理以業(yè)務(wù)軟件下載、網(wǎng)絡(luò)策略配置和數(shù)據(jù)庫操作等方式使用處理資源；第二種，智能計算環(huán)境進一步基于軟件定義方法將處理資源按艦艇業(yè)務(wù)功能領(lǐng)域封裝成功能模塊，艦艇各業(yè)務(wù)可通過模型驅(qū)動的業(yè)務(wù)編排的方式組合和調(diào)用功能模塊，實現(xiàn)基于智能計算服務(wù)環(huán)境的業(yè)務(wù)一體化開發(fā)和敏捷部署。

3.2 智能計算服務(wù)環(huán)境功能視圖

智能計算服務(wù)環(huán)境在物理上主要構(gòu)建了艦艇的作戰(zhàn)人員、信息域、物理域和艦艇外界環(huán)境之間基于艦艇數(shù)據(jù)自動流動的狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與分析、指揮科學(xué)決策、控制精準(zhǔn)執(zhí)行的閉環(huán)智慧賦能服務(wù)平臺。這個閉環(huán)中同時也蘊含了一種面向優(yōu)化控制的反饋機制和一種面向進化的學(xué)習(xí)機制。

其中，反饋機制是一種艦艇信息域與物理域緊密協(xié)作的工作流程，是指通過物理實體中嵌入式感知控制器實時采集物理實體的狀態(tài)參數(shù)，通過一體化網(wǎng)絡(luò)與總線傳遞到數(shù)據(jù)處理資源池實時性地進行數(shù)據(jù)分析與基于機器學(xué)習(xí)的智能優(yōu)化后，形成精確控制參數(shù)輸出給物理實體的嵌入式執(zhí)行控制器執(zhí)行，進而調(diào)節(jié)物理實體的精準(zhǔn)運行。

學(xué)習(xí)機制是艦艇信息域、物理域、作戰(zhàn)人員意識心理域之間密切協(xié)作的工作機制，也是一種準(zhǔn)實時和非實時的反饋機制。這種反饋機制不同于第一種短期內(nèi)的實時反饋，而是經(jīng)過一段時間的裝備實戰(zhàn)化訓(xùn)練和基于數(shù)字孿生設(shè)備的仿真訓(xùn)練學(xué)習(xí)積累后，以及在知識處理資源中基于深度學(xué)習(xí)、強化學(xué)習(xí)后，提煉成相關(guān)規(guī)律或知識模型輸入到數(shù)據(jù)處理資源進化處理，形成進化的控制參數(shù)輸出到物理實體的嵌入式執(zhí)行控制器中執(zhí)行，指導(dǎo)物理實體的后續(xù)進化運行，實現(xiàn)計算服務(wù)環(huán)境的功能演進。

通過這兩種機制，智能計算服務(wù)環(huán)境實現(xiàn)了其智能功能：自適應(yīng)、自修復(fù)、自優(yōu)化、自進化功能。功能視圖如圖3所示。

圖3 艦艇智能計算服務(wù)環(huán)境功能視圖

1）自適應(yīng)：智能計算服務(wù)環(huán)境通過其軟硬件的高可靠性、高可用性和保障性技術(shù)，在提高其基本生命力基礎(chǔ)上，對預(yù)設(shè)條件內(nèi)的內(nèi)部疲勞和外界環(huán)境可能的擾動做出調(diào)正性的自應(yīng)對措施。主要通過預(yù)置運行安全狀態(tài)模型和健康預(yù)測模型，將采集、監(jiān)控到的原始運行狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為評估的狀態(tài)量與預(yù)測結(jié)論，并通過數(shù)據(jù)處理資源池的數(shù)據(jù)分析，分析出在計算服務(wù)環(huán)境疲勞衰退過程中和外界可能的干擾下，尚未達到顯性故障的“亞健康”狀態(tài)，及時采取預(yù)防調(diào)整措施，以維持其運行穩(wěn)定。

2）自修復(fù)：當(dāng)智能計算服務(wù)環(huán)境遭遇預(yù)設(shè)條件外的外界強干擾和內(nèi)部故障時，智能計算服務(wù)環(huán)境通過其柔性結(jié)構(gòu)和冗余容錯功能，動態(tài)重構(gòu)計算服務(wù)平臺，自恢復(fù)計算服務(wù)環(huán)境到平衡狀態(tài)。

3）自優(yōu)化：智能計算服務(wù)環(huán)境的自優(yōu)化功能主要基于其反饋機制。將采集到的物理實體運行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理資源池的實時大數(shù)據(jù)分析與機器學(xué)習(xí)過程，獲取服務(wù)環(huán)境的優(yōu)化控制策略，并將其用于物理實體的調(diào)整控制，優(yōu)化后續(xù)運行。

4）自進化：智能計算服務(wù)環(huán)境的自進化功能主要基于其學(xué)習(xí)機制。一方面知識處理資源池自動獲取系統(tǒng)運行參數(shù)，挖掘參數(shù)之間的相關(guān)性規(guī)律，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為領(lǐng)域知識，實現(xiàn)自學(xué)習(xí)過程；另一方面，通過數(shù)字孿生訓(xùn)練設(shè)備的仿真運行，揭示智能計算服務(wù)環(huán)境的隱秩序和效能瓶頸，實現(xiàn)人機協(xié)同學(xué)習(xí)，為智能計算服務(wù)環(huán)境及其宿主艦艇系統(tǒng)的演進選擇進化或改進的方向。

3.3 智能計算服務(wù)環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)

艦艇智能計算服務(wù)環(huán)境關(guān)鍵技術(shù)主要包括計算智能及其硬件模塊化技術(shù)、硬件資源實時虛擬化及其協(xié)同服務(wù)技術(shù)、基于智能算法的數(shù)據(jù)處理與知識模型化技術(shù)、知識與經(jīng)驗驅(qū)動的數(shù)據(jù)孿生訓(xùn)練技術(shù)。

1）計算智能及其硬件模塊化技術(shù)是實現(xiàn)智能計算服務(wù)環(huán)境的物質(zhì)基礎(chǔ)。主要面向自主可控的各硬件單元，提供高性能密度高可靠的信號處理、數(shù)據(jù)處理與存儲、圖形圖像處理等硬件資源，并支持服務(wù)平臺的動態(tài)重構(gòu)和升級保先。

2）硬件資源實時虛擬化及其協(xié)同服務(wù)技術(shù)面向自主可控硬件單元實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理資源與知識處理資源池化及其管理，提供便捷而靈活的實時與準(zhǔn)實時計算服務(wù)，以及數(shù)據(jù)處理資源與知識處理資源的協(xié)同服務(wù)。支持資源快速部署和服務(wù)獲取，進行動態(tài)可伸縮擴展及供給，以及海量數(shù)據(jù)的實時、快速、有序處理等，為基于智能計算服務(wù)環(huán)境的各類艦艇業(yè)務(wù)提供處理資源整合交互和軟件定義業(yè)務(wù)功能的基礎(chǔ)平臺，提供任務(wù)處理資源分配與調(diào)用的靈活性和適應(yīng)性。

3）基于智能算法的數(shù)據(jù)處理與知識模型化技術(shù)，主要基于深度學(xué)習(xí)等算法進行艦艇大數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)集成與信息集成，進而實現(xiàn)艦艇業(yè)務(wù)知識模型的構(gòu)建和艦艇物理實體控制參數(shù)的優(yōu)化。

4）知識與經(jīng)驗驅(qū)動的數(shù)字孿生訓(xùn)練系統(tǒng)技術(shù)主要基于基于強化學(xué)習(xí)的知識處理，提供人機推演與模擬博弈對抗平臺，在艦艇日常培訓(xùn)和模擬訓(xùn)練過程中不斷收斂計算服務(wù)環(huán)境的最佳狀態(tài)，并完成智能計算服務(wù)環(huán)境的能力演進。

4 結(jié)語

總之，智能計算服務(wù)環(huán)境可為艦艇系統(tǒng)構(gòu)建智慧賦能服務(wù)平臺與自主能動能力，實現(xiàn)全艦網(wǎng)絡(luò)互連向泛在物聯(lián)發(fā)展，為艦艇系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)據(jù)處理資源及其數(shù)據(jù)共享環(huán)境，促進艦艇系統(tǒng)物理域與信息域的緊密協(xié)同；在公共計算基礎(chǔ)上，進一步提高艦艇系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)從緊耦合到松耦合的發(fā)展，實現(xiàn)艦艇系統(tǒng)從剛性定制向柔性定義發(fā)展，促進艦艇系統(tǒng)的健壯性、靈活性和適應(yīng)性；構(gòu)建艦艇系統(tǒng)知識服務(wù)平臺，促進艦艇作戰(zhàn)從網(wǎng)絡(luò)中心向知識中心、決策中心發(fā)展。從而有效提高艦艇在未來海戰(zhàn)場智能化戰(zhàn)爭中面對航行、作戰(zhàn)過程中的復(fù)雜性和不確定性問題的應(yīng)對能力。