全壽命周期裝備綜合保障信息化框架研究

胥永康，吳家菊，楊永輝，潘澤友

(中國工程物理研究院計算機應用研究所， 四川綿陽621999)

0 引言

隨著裝備系統的復雜化，裝備保障已經成為影響戰斗力的重要因素，各國軍隊已將其作為裝備保障性來要求，與作戰性能居于同等重要的地位，已經成為制約裝備系統發展和影響壽命周期費用的重要因素。為了滿足現代戰爭對裝備戰損和裝備故障的高效響應以及迅速恢復戰斗力的要求，裝備保障性必須從裝備設計階段同步展開，并且一直到裝備使用階段持續改善，貫穿裝備全壽命周期的整個過程。裝備綜合保障是在裝備系統的研制過程中綜合考慮保障問題，使保障影響設計，并在裝備部署使用的同時，以最低費用提供與裝備相互匹配的保障資源，建立保障系統，滿足平時和戰備任務要求所進行的一系列技術與管理活動［1-2］。

從20世紀80年代開始，美軍在F-18飛機研制中引入保障性設計，隨后美軍研制的新型武器B-2轟炸機、SSN-21核攻擊潛艇以及F-22戰斗機，從設計開始就強調保障性設計與分析，將保障設計與武器裝備的設計及生產過程進行綜合，以保證武器系統戰備完好性目標［3］。發達國家的綜合保障技術手段走過了一個較長的發展過程，目前已經逐步采用信息化和數字化的綜合保障平臺實現裝備的綜合保障設計和規劃。國內從20世紀80年代開始由軍方率先引入綜合后勤保障概念，翻譯了大量綜合保障資料，2000年后逐步引入了交互式電子手冊，保障性分析、綜合保障管理等軟件，形成了相關國標、國軍標，目前主要聚焦在裝備綜合保障具體業務領域的相關數字化支撐，尚未開展裝備綜合保障一體化管理。歐美國家早在20世紀90年代就通過仿真技術、信息技術、數據分析處理技術、交互式電子手冊技術等實現裝備的保障產品的優化設計、保障方案的設計與評估、使用維修、備件、保障信息管理等裝備綜合保障一體化管理?；贓AGLE、ASENT、MMIS、AIMSS、Arbortext、Relex 等軟件支撐的數字化綜合保障平臺已經在美軍進行大量應用。

1 裝備綜合保障業務內涵

面向全壽命周期的裝備綜合保障是圍繞裝備設計和保障系統設計這兩條主線進行的，其間的橋梁是保障性分析工作，裝備全壽命周期過程中主要包含要求提出方、承制方、裝備使用方等三類角色，如圖1所示。

圖1 面向全壽命周期的裝備綜合保障業務內涵

裝備綜合保障業務包括開展裝備的保障性設計，即全面開展裝備的可靠性、維修性、測試性、保障性和安全性等通用特性的分析和設計;確定裝備的保障方案及保障資源，需要可靠性工程師、維修性工程師與保障工程師之間的密切協作，通過保障性分析來完成;提供所要求的保障，包括制訂采購和補給方案，提供各種備件、文件、地面保障設備及培訓等［4］。裝備綜合保障工作貫穿于論證、方案、工程設計與研制、生產、使用及退役等壽命周期的各個階段。

2 裝備綜合保障信息化目標

開展裝備綜合保障工作僅僅依靠管理和重視是不夠的，還需要專業的管理平臺及軟件工具作為支撐。面向裝備全壽命周期的裝備綜合保障信息化目標就是從裝備全壽命周期信息無紙化入手，逐步建立裝備綜合保障平臺，營造集成數據環境，實現裝備全壽命周期信息的數字化、自動化、網絡化與集成化，實現裝備的論證、設計分析、制造、使用、維修及退役全壽命周期相關各設計院所、生產單位、部隊、基地倉庫及配套供應商協同一體化保障，最終達到通過全壽命周期裝備綜合保障信息化工作的開展提升裝備保障性能的目標。數字化綜合保障平臺主要包括保障性設計、保障分析、保障方案、保障應用、技術支持及保障管理幾個方面的內容，其中保障管理涵蓋裝備的全壽命期的各個階段及相關部門。面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化目標，如圖2所示。

圖2 面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化目標

裝備綜合保障貫穿于裝備的論證、設計、制造、交付、運行與維修、庫存及退役等全壽命周期，在各階段與裝備研制相互關系、相互制約、相互促進。裝備綜合保障核心數據分為產品定義數據和產品保障數據，產品定義數據包括工程圖樣、設計規范、技術報告、分析與試驗數據等，產品保障數據包括產品檔案數據、可靠性與維修性數據、使用與維修手冊、供應與維修數據、保障性分析記錄及各保障要素數據等。在裝備全壽命周期的不同階段，裝備綜合保障各設計院所、生產單位、部隊、基地倉庫及配套供應商對這些數據存在各不相同的使用需求。

3 裝備綜合保障信息化框架

根據面向全壽命周期的裝備綜合保障的業務內涵和信息化目標，面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化框架主要包含綜合保障平臺、數字化研發和制造平臺、綜合保障門戶系統、規范標準體系和基礎支撐平臺等。綜合保障平臺由保障設計分析及方案、綜合保障管理及技術支持、遠程應用等三層組成，并將相關綜合保障信息推送到綜合保障門戶系統。數字化研發平臺和數字化制造平臺為綜合保障平臺提供相應的設計和制造數據，綜合保障平臺反饋保障分析數據便于開展設計制造優化工作?；A支撐體系從業務集成平臺、數據中心及硬件支撐平臺等三個方面支撐綜合保障平臺，通過標準規范體系、信息安全體系、運維管理體系保障綜合保障工作的規范、安全和高效。面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化框架，如圖3所示。

圖3 裝備綜合保障信息化框架

3.1 保障設計分析及方案

保障設計分析及方案主要由裝備研制方使用，主要包括保障設計系統、保障分析系統及保障方案系統。保障設計系統將綜合保障指標要求分解為裝備五性頂層要求，開展裝備五性協同設計將五性指標分配、設計到裝備各級組件中，從而實現對裝備可靠性、維修性、測試性、保障性和安全性的設計和分析。保障分析系統從可靠性分析、維修性分析、測試性分析、保障性分析、安全性分析、故障模式影響及危害性分析、以可靠性為中心的維修分析、使用及維修工作分析、修理級別分析、全壽命周期費用分析、故障分析等方面進行保障分析，提供保障設計結果驗證，將設計、分析、驗證結果存入全壽命周期數據庫，實現與綜合保障設計系統間的數據交換。保障方案系統根據保障性設計系統及保障性分析系統的結論制定裝備出廠配置方案、裝備維修方案、裝備維護保養方案、備件備品供應方案、裝備培訓方案等保障方案，并將保障方案數據反饋給保障性分析系統進行分析，依據分析結論進行方案調整和優化，調整優化后的保障方案作為裝備保障的依據，依據保障方案進行裝備保障管理。

3.2 綜合保障管理及技術支持

綜合保障管理及技術支持分為綜合保障管理和外場技術支持兩部分，裝備交付前的綜合保障管理由裝備研制方使用，裝備交付后的綜合保障管理則由裝備使用方使用，外場技術支持由裝備使用方使用。

綜合保障管理包括交付綜合發布系統、武器信息系統、保障資源信息系統、裝備使用導航系統、日常管理系統、庫存管理系統、維護保養系統、包裝拆卸系統、維修系統、訓練系統、監測系統、故障系統、故障診斷系統、裝備供應系統、技術狀態管理系統、質量評估需求跟蹤系統、重大發現研究系統等系統。綜合保障管理提供交付產品的交付過程、交付資料等管理，采用IETM技術完成0～5級交互式電子手冊的制作、發布、出版;提供武器裝備通用信息、專有信息、隨裝附屬資料、儀器設備、工具、備件及履歷等信息管理;提供武器裝備保障資源信息管理;提供裝備供應計劃、供應品及其分類、供應商的管理，通過準確確定供應品范圍和定額、縮短平均后勤延誤時間(MLDT)、及時保障維修等提高裝備使用可用性;提供涵蓋維修、保養、訓練、裝配等使用場景的裝備使用導航管理;提供裝備交付前及交付后的日常信息管理，包括有關人員和日常任務等;提供裝備交付前及交付后的庫存管理，包括存儲狀態、倉庫、貨位、出庫、入庫、調撥等;提供裝備交付前及交付后的維護保養信息管理，包括維修保養標準、操作規程、計劃、方案、實施過程、人員等;提供裝備交付前及交付后包裝信息管理，包括包裝拆卸標準、操作規程、包裝情況、裝備組裝情況、拆卸情況等;提供裝備維修計劃、維修實施過程等信息管理;提供裝備訓練計劃、訓練實施過程等信息管理;提供裝備儲存、運輸、使用等場景下環境監測信息、監測配置和電子監測信息管理;提供裝備技術狀態管理和裝備需求指標變化情況跟蹤管理，評估裝備技術狀態是否發生變化;提供裝備使用運維過程中問題記載和問題跟蹤研究等管理。

外場技術支持包括技術資料管理系統、故障管理系統、專家知識庫等系統，實現外場所需技術資料的管理，完成外場發生的裝備故障閉環管理，提供故障診斷、維修性分析、維修級別分析、風險分析、訓練培訓等所需的專家知識管理。

3.3 遠程應用

遠程應用主要由裝備使用方使用，遠程應用包括日常維護、基地現場維修、戰時搶修、遠程訓練及培訓等。為了便于裝備有效性分析評估、新型號研究、優化設計、延壽改進等工作的開展，裝備使用方在使用相關系統產生的數據需要反饋到裝備研制方，主要包括現場可靠性評估數據、日常維護數據、基地現場維修數據、戰時搶修數據、培訓數據、訓練數據、基于IETM的維修工具包的維修經驗等。

3.4 綜合保障門戶系統

綜合保障門戶系統實現裝備綜合保障相關業務系統的集成，將裝備綜合保障相關業務系統的待辦接入，產生待辦事務;實現各部門信息的統一發布和展現;通過門戶系統實現裝備相關的設計院所、生產單位、使用部隊、基地倉庫、備件供應商等的協作應用功能，體現組織層次、數據層次及應用層次;實現業務系統的單點登錄，使日常辦公不用在多個系統中切換，提高工作效率;采用數據抽取技術、數據展現技術豐富業務系統信息的展現方式，滿足決策層對數據的綜合性、及時性、直觀性需求;同時建立統一的模型、業務元數據、信息編碼規范和標準，通過統一的武器裝備綜合保障數據庫建設分布實時數據采集，特別是裝備狀態監測數據的采集。綜合保障門戶系統主要功能包括各業務系統的獨立登錄、個性化內容定制、多渠道接入、門戶內容管理與系統性能維護、信息集中發布及展示等功能。

4 實現關鍵技術

面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化作為一項綜合性工程，其實現需要多學科技術的綜合、滲透和交叉。

4.1 數字化技術

數字化技術是信息化的重要技術之一，數字化綜合保障己成為裝備保障建設的必然要求。數字化技術主要包括人機交互式技術、數字化故障診斷專家系統服務技術、涉密數據安全防護技術、IETM技術等。通過數字化技術的應用，構建安全、可靠、易用的裝備綜合保障軟件平臺，支撐裝備綜合保障工作的開展，提升保障效率和效能。數字化技術在全壽命周期裝備綜合保障中的應用是裝備保障技術的創新，是提高裝備保障綜合效能的基礎，是裝備保障現代化的重要標志。

4.2 仿真技術

仿真技術是裝備綜合保障的另一項關鍵技術，以真實的作戰與訓練任務需求為輸入，建立任務仿真模型，對輸入參數進行分析計算，預測可能的任務結果和完成任務需要的保障。通過仿真技術對任務結果及完成任務的保障進行分析，為備選保障機構、系統設計參數、維修策略、庫存策略等的制定提供決策根據。多種形式的可視化仿真推演，以逼真的三維模擬環境，完成裝備綜合保障可行性、適應性、風險及效果的評估與檢驗。

4.3 大數據技術

裝備全壽命周期綜合保障過程中勢必會產生大量繁雜數據，不僅數據尺寸龐大，而且增長速度快于摩爾定律，超過95%的數據都呈現非結構化狀態，并且需要長時間存儲，非熱點數據也會被隨機訪問，同傳統的基于關系型數據庫的核心數據存儲方式相比有顯著的差異。裝備綜合保障強調保障的聯合，著重于不同設備間的保障設備、保障資源和保障手段的通用性，要求建立統一標準，可以整合現有裝備的保障體系結構，使其更適用于現有裝備的保障需求，并能使將來保障體系的發展兼容現有系統，以實現不同型號新老裝備的共同使用。最終需要建立一個基于大數據的綜合保障公共基礎數據庫，數據來源于裝備全壽命周期各個階段，該數據庫能為各階段提供技術數據支持。

4.4 數據分析處理技術

裝備綜合保障的重點是保障性分析，數據分析處理技術是保障性分析的關鍵技術。數據分析處理技術，包括數據庫技術、統計學、機器學習、信息檢索技術、數據可視化和模式識別與人工智能技術、數據抽取技術、數據分析算法、數據建模技術、數據展現技術等。采用數據建模技術對裝備綜合保障領域的數據進行建模，依據常規數據分析算法及裝備的產品特性和數據特性設定特定的分析算法。采用數字化技術對裝備綜合保障數據模型及分析算法進行實現，采用數據抽取技術將裝備綜合保障領域的多源異構數據進行有效抽取，采用相關算法進行計算，結果采用數字化展示技術向決策者、管理用戶、設計人員、保障人員等進行直觀展示，輔助裝備綜合保障工作開展。數據分析處理技術是面向實際應用的技術，現在已經廣泛應用于金融、銀行、農業、制造業、零售業、電信、醫療衛生、教育和生物科學等領域。在全壽命周期裝備綜合保障中的應用數據分析處理技術，將有助于提高保障產品的設計性能，制定最合理的保障方案，提升裝備保障管理效率，最終提高裝備的保障性能，從而提升裝備作戰性能。

5 結束語

裝備保障與作戰性能居于同等重要的地位，裝備保障性必須從裝備設計階段同步展開設計，并且持續到裝備使用階段貫穿裝備全壽命周期的整個過程。本文在分析面向全壽命周期的裝備綜合保障業務內涵的基礎上，提出了面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化目標就是要建立裝備綜合保障平臺，營造集成數據環境，實現裝備全壽命周期信息的數字化、自動化、網絡化與集成化，最后給出了以裝備綜合保障平臺為核心的裝備綜合保障信息化框架，并介紹了相關實現關鍵技術。面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化框架，對于促進裝備保障信息化建設具有一定指導作用?；谠摽蚣荛_展信息化建設，能夠促進裝備全壽命周期保障成本有效降低，促進裝備研制保障工作一體化展開，促進裝備保障質量、效率和能力提升。

［1］ 劉海軍，馮玉光，湯 華，等.雷達裝備綜合保障輔助決策系統開發［J］.電腦知識與技術，2007(17):1380-1381.Liu Haijun，Feng Yuguang，Tang Hua，et al.Design on decision suport system for radar equipment synthesis support［J］.Computer Knowledge and Technology，2007(17):1380-1381.

［2］ 徐 東.裝備綜合保障關鍵技術研究［D］.長沙:國防科學技術大學，2006.Xu Dong.A study on key technologies for integrated logistics support［D］.Changsha:National Universitry of Defense Technology，2006.

［3］ 徐 進.基于CALS的雷達裝備保障信息化策略研究［J］.現代雷達，2008，30(10):1-5.Xu Jin.Research on radar equipment support informatization tactics based on CALS［J］.Modern Radar，2008，30(10):1-5.

［4］ 盧新才，劉景陽.外軍工程裝備信息化建設現狀與發展趨勢［J］.國防科技，2007(2):81-84.Lu Xincai，Liu Jingyang.Information construction status and tendency of foreign army［J］.National Defense of Science and Technology，2007(2):81-84.