2015年及以前

中国网(2016.02.25):专访“潜龙二号”AUV控制系统负责人许以军:跟故障“死磕到底” 细致排查曾拆卸千余个零件

撰稿: 沈阳自动化研究所 发布时间:2016-02-26

  中国网225日讯(记者 葛蕾 舒珺)“4500米级深海资源自主勘查系统(潜龙二号)”是我国首型针对深海多金属硫化物资源调查为目标的自主水下机器人,今年1216日,搭乘“向阳红10”号船赴我国西南印度洋多金属硫化物矿区执行大洋第40航次任务,同时开展第二、三阶段海上试验,以验证其深海多金属硫化物的勘查能力,为今后开展深海资源自主勘查奠定技术基础。近日,中国网记者走进“潜龙二号”技术总负责单位——中科院沈阳自动化研究所,就潜器控制系统的技术特点、成熟程度、可靠性等情况专访了控制系统负责人许以军。 

  许以军接受中国网记者访问(摄影 姜一平) 

  控制系统分五大单元 游戏手柄设计实现信号实时传输 

  初见许以军发现他秉承着技术男特有的性格,严谨、内敛又富有极强的专业知识,在与他的沟通中,能透过他逻辑清晰的介绍,全面了解到“潜龙二号”的控制系统情况。 

  作为该系统负责人,许以军告诉记者,控制系统硬件是4500AUV的一个重要组成部分,它是控制系统完成潜水器航行控制的一个基础,是使命任务的执行、各传感器信号的采集、数字信号处理与识别、航行控制、记录与通讯、故障诊断与应急安全等功能实现的一个硬件平台。 

  所有的信号、功能包括水下任务的执行都是通过这个硬件设备搭建而成,许以军告诉记者,“潜龙二号”控制系统共分为五大单元:水面显控单元,包括水面控制单元、水面遥控装置、水面定位单元;控制单元包括航行控制单元、水面定位通讯与应急单元、避碰与探测控制单元、航行控制传感器单元;推进单元包括推进器和舵机;能源单元包括电池组检测模块、主电池组能源、应急电池组能源;导航单元包括惯性导航系统、长基线定位单元和DVL测速仪与避碰设备等。 

  接着,许以军细致的讲解水面控制单元的功能特质:“水面控制单元简单来说就是水面操作台,对潜器的水面操作检查和使命任务下载,使用结束后进行数据上传和数据分析功能。” 

  “水面遥控装置是由人来完成的吗?”被问到这个问题时,许以军打了个形象的比喻:“水面遥控装置相当于游戏手柄,一开始设计的时候把它作为一个游戏的想法融入到里边,人来遥控蓝牙手柄对AUV系统进行遥控,使它执行水面航行任务。” 

  “那么,您刚提到的遥控装置,人可以在水面进行遥控,那么AUV在水下进行作业时,我们人是否能实时了解潜器的航行状态?” 

  许以军说:“经过多年的探索和技术突破,我们通过水声定位通讯技术实现对潜水器的定位与监控,实时掌握潜器的运行状态。” 

  据介绍,“潜龙二号”控制系统的硬件设备集成密封在电子密封耐压舱内,通过水密电缆或油路进行连接,融合了双总线混合组网技术,分布式系统模块化设计技术等先进技术的应用。水面支持设备考虑到用户的使用,本着便携性、简单实用的策略进行的便携、高集成化技术设计。 

  大洋40航次中进行硬件检查的许以军(摄影舒珺) 

  “潜龙二号”遵从“六性”设计已达到较高的技术水准 

  许以军告诉记者,“潜龙二号”的控制系统在设计方面注重“六性”及标准化设计,即可靠性性、维修性、保障性、测试性、安全性、环境适应性和标准化。 

  紧接着他“掰开揉碎”的向记者一一讲解该系统:“比如可靠性设计,在潜器设计上,包括每一个组部件都进行了可靠性预计,根据元器件的寿命和各方面指标进行计算,预估整个系统组成后可靠性可达到的指标和量级。” 

  许以军所带领的团队将产品的安全性视为重中之重,经过多年的努力和探索,可以说在水上、水下定位监控已达到了先进水平,包括卫星的应用、无线通讯技术、水下声学定位、超短基线的跟踪等等,取得了长足的进步。 

  在“潜龙二号”自身方面设计了完善的安全性措施,如安全航行、自主避碰、故障诊断与应急处理、水上、水下示位与定位等,在潜水器的自救能力方面下足了功夫。“潜器的安全性设计考虑到空天及水下全方位的通讯与监控,自身安全控制策略、故障诊断处理和抛载上浮能力、应急处理等”许以军告诉记者。 

  此外,“潜龙二号”各分系统在设计过程中留有必要的测试点,可通过通用检测设备或专用检测设备对产品的状态进行检查和故障定位。对于必须通过专用检测设备才能进行状态检查和故障定位的则提供专用检测设备,这也是控制系统设计贯彻的可测试性。 

  在故障定位到段或功能置换模块的条件下,潜水器的平均故障修复时间不超过3小时,这一点上充分体现出许以军带领团队对系统的可维修性的设计。 

  “那么潜器如何实现自救?会遇到哪些危险?”面对这个问题,许以军信心满满回答:“AUV作为自主水下机器人,我们通常会事先在系统里设定某些条件,它会根据预设条件判断能否航行,如果通行不了或出现故障,就会根据当前的环境条件来判断故障的状态并进行分级,根据级别不同采取相应的措施,比如潜器里某个设备出现故障影响到试验任务完成时,就会进入故障诊断程序,进行抛载处理也就是潜器上浮。” 

  抛载后的潜器顺利上浮,这时水面安全系统也就是水上定位发挥作用,把潜器当前的位置信息和状态实时反馈给母船,许以军告诉记者:“海洋环境不像陆地可以感知或者人为预判,在海洋中只能模拟一些故障环境,比如漏水、巨型障碍物等等,根据这些假定的条件,潜器自主的进行判断处理并应对。” 

  通过许以军的描述,“潜龙二号”采用可旋转的推进装置,可实现正负90度范围大角度的转动,增大潜器自身的操纵性,就好像鱼可以自由的在水里畅游一样,上升下潜,左右调节及水中悬停等。 

  跟故障“死磕” 细致排查一个月拆卸千余个零件 

  在同事的眼里,许以军沉默内敛,标准的工科男装扮,来到中科院沈阳自动化研究所十年来刻苦钻研,目前已成长为团队的骨干。为了攻克技术难关常常加班加点,有一股“死磕到底”的执着精神,最开始研究时,自动驾驶单元作为潜器控制系统的核心硬件可靠性不高,经常会突然重启。为了排查这个问题,许以军带领团队废寝忘食一个月,不断地拆装元部件进行研究,反复测试,他们先后检查了上千个零件,没有任何抱怨,最后终于找到故障的“元凶”。 

  对于即将到来的大洋40航次科考,许以军告诉记者,此次出航我们的任务目标非常重,一方面是“潜龙二号”去那么大面积的海底探测是一种挑战,另一方面时间安排紧凑,一旦设备出现故障,解决问题会浪费时间,从而使整个任务执行时间拖延,他说:“其实最担心的就是设备出现故障,有的故障可以现场解决,有的故障则难以解决,这对我们来说是极大的考验。” 

  出海时间长对人的体力、心理承受能力也是一种考验,面对茫茫大海难免会有孤独寂寞的情绪,对如何克服这些情绪时,许以军笑了笑说:“在之前的海试的时候专心于试验的过程,潜器是否安全,所想的事情都跟试验有关,其他情绪就在工作状态时无暇顾及了。” 

  据介绍,“潜龙二号”是十二五”国家863计划“深海潜水器装备与技术”重大项目的课题之一。课题总体目标为自主研制出一套4500米级的AUV系统,以此为平台,集成热液异常探测、微地形地貌探测、海底照相和磁力探测等技术,形成一套实用化的深海探测系统,并培养一支装备操作维护队伍,用于多金属硫化物等深海矿产资源勘探作业,该课题由中国大洋协会办公室总体负责,中科院沈阳自动化所为技术抓总单位,联合国家海洋局第二海洋研究所等单位共同研制。 

  “潜龙二号”的成功研制,为我国开展深海资源大范围精细探测提供了重要技术装备,标志着我国深海资源勘查装备已达到实用化水平,使我国自主水下机器人技术及产品跨入了国际领先行列。