1 引言

目前，我国舰船综合消防系统采用集成优化的设计方法，也即将火灾探测、报警控制、联动灭火三个要素相关的设备进行集成，再通过功能调试、环境应力筛选实验、电磁兼容试验等试验进行优化，最后通过陆上联调实验进行系统验证的设计过程。这种设计方法，在消防安全能力建设的初期，具有相当大的积极作用，在较短的时间里实现了消防安全系统从无到有的突破，并在一定程度上切实提高了火灾安全性。但随着对舰船综合消防系统安全保障要求的提高，逐渐暴露了目前消防安全系统设计能力上的不足。

首先，核心部件国产化程度低，对综合消防系统的设计以及性能升级产生了较大的制约。我国消防安全系统的灭火报警控制系统，基本上是围绕国外的主流消防控制器，对信息采集存储、报警提示、灭火操作提示、控制输出、设备通讯的功能进行了增加和扩展。而对消防安全系统的核心火灾报警控制器、智能探测器和智能监视模块等还无法国产化，这导致目前消防系统装备的研制生产严重依赖于国外技术。在装备的研发交付、维护和升级等方面，都有着很大的限制。

其次，系统架构设计能力比较落后，系统耦合性高、复用性低、研发周期长。现有系统设计所采用集成优化的方法，往往会采取设计验证测试后再返回修改设计如此多次往复的修正过程，效率低成本高，如图1所示。

图1 集成测试开发方法示意图

在这种集成优化的研发过程中，由于阶段之间的工作的相互制约性较大，后一阶段的开展需要前一阶段的输出作为输入才能进行，是一个较为严格的串行流程，如图2所示。需求分析设计和组件设计开发阶段缺乏早期验证和仿真，导致后期的测试阶段出现的问题需要回归到需求分析阶段和设计阶段进行重新的设计工作，这样会导致研制周期大大的延长和工作产品质量的不足。并且，这种集成优化的方式，设计开发的组件和模块扩展性较差，导致在新型号任务研制中，无法实现重用复用，需要重新研制，这大大地增加了成本和降低了效率。

集成优化的研发流程，系统设计信息交互能力薄弱，协同开发困难大，可追溯性差，开发质量难以控制。这种信息单向流动开发过程，往往会导致设计活动之间交互受阻，使得协同开发难度较大，会形成严重的信息孤岛现象。

图2 “瀑布式”开发过程

可见，目前消防安全系统设计中的问题，客观地存在于整个研发过程中，并且突出的表现在诸多层面。解决这些问题，对于提高整个系统安全性能和生命力，有着至关重要的意义。从更高的整体性层次，从系统性思维的角度，采用系统工程、基于模型的设计技术来解决问题，往往会获得比较明显的效果。

2 技术实现方法概述

综合消防系统基于模型的设计技术，是针对当前传统设计方法存在的不足而提出的一种系统设计整体解决方案。由于消防安全系统是一种涉及电子、软件、机械、流体、化学等多个学科领域的安全性关键（Safety-Critical）的复杂系统。因此，可以说，综合消防系统的设计过程也是一项复杂的系统工程，需要以系统工程方法为指导，并结合现行的系统设计方法，综合运用目前国际上先进的优势设计技术，并规划和设计有效的过程支持和流程控制方法，来解决现有综合消防系统设计中存在的不足[1～2]。主要的技术实现方法如下。

1）采用系统工程（Systems Engineering，SE）设计思路为指导，从总体上提高面向系统全生命周期性能需要的研发能力；SE可以综合多学科领域的技术，通过不断的分析和设计迭代，开发出一个满足在全生命周期下，在目标应用环境中，能够满足各种系统应用要求的、总体优化的系统，并保证整个系统在研发、使用、维护、直到报废的整个生命周期中具有良好的时间效率和成本效率[3]；

2）采用及基于模型的设计（Model Based Design，MBD）技术作为架构设计的基础[4～6]，提升设计复用性，提高开发质量，并为进一步开展安全性关键系统能力的拓展提供技术支撑；

3）采用协同仿真（Cosimulation）技术，协同仿真技术涉及到常规模型仿真和协同仿真模型的并行仿真，在相同输入的情况下比较两者的输出，相互验证模型和算法设计的正确性以及算法设计在硬件上执行的正确性，以及算法实际执行时间的测试手段；

4）采用硬件在环（Hard-In-Loop，HiL）仿真技术，可以实现动态实时的仿真测试，能大大地降低成本，缩短开发周期，可以满足不同的测试环境和测试要求，可重用复用，安全可靠，能有效地解决传统控制器开发所面临的试验复杂度以及高昂的试验成本、不断延长的开发和测试周期以及本身具有高风险的试验以及可能由于算法设计错误造成的高风险等一些列难题[11]。

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