面向維修決策的裝備保障綜合信息系統規劃

鄭顯柱， 張京京， 王樹禮， 杜家興， 周澤云

(1. 裝甲兵工程學院科研部， 北京 100072； 2. 中國船舶重工集團第714研究所， 北京 100012； 3. 裝甲兵工程學院訓練部， 北京 100072)

面向維修決策的裝備保障綜合信息系統規劃

鄭顯柱1， 張京京2， 王樹禮3， 杜家興1， 周澤云1

(1. 裝甲兵工程學院科研部， 北京 100072； 2. 中國船舶重工集團第714研究所， 北京 100012； 3. 裝甲兵工程學院訓練部， 北京 100072)

通過分析部隊裝備保障信息系統的發展現狀和不足，將業務流程再造和數據挖掘分析的方法應用到信息系統的設計中。提出了面向維修決策的裝備保障綜合信息系統的總體構想，規劃了系統的體系架構，并詳細分析了系統的信息流程和主要功能模塊，充分考慮各專業、各業務特點，融合各種數據分析功能，構建了一體化裝備保障綜合信息系統，有效地提高了裝備保障效益，為形成基于信息系統的體系裝備保障能力提供了新思路。

裝備保障；維修決策；信息系統

隨著信息技術的發展應用，裝備保障領域研制并配發了很多信息系統。這些系統在一定階段和應用范圍內能夠滿足部隊業務工作需要，提高了部隊裝備保障信息化水平，但也存在一些不足：一方面，這些信息系統大都是業務管理信息系統，缺乏集數據處理、挖掘、分析和決策模型為一體的綜合信息系統；另一方面，這些信息系統缺乏統一的規劃設計，信息比較分散，導致了“信息孤島”和“信息黑洞”的形成，數據處理和歸并比較困難。這些都成為制約裝備保障信息化發展的瓶頸，嚴重阻礙了裝備保障工作的開展，因此迫切需要進行裝備保障綜合信息系統規劃研究，實現業務融合互動和基于信息系統的輔助決策。

1 裝備保障綜合信息系統建設總體構想

裝備保障信息化建設源于技術、基于系統、形于體系、歸于轉型，要緊緊圍繞“形成信息化條件下體系裝備保障能力，推動裝備保障能力生成模式轉變，優化裝備保障運行機制，構建基于信息系統的裝備保障新體系”這一目標[1-2]；以信息為牽引，按照保障效率和效益最優的原則進行業務流程再造，利用綜合信息平臺進行集成建設，促進裝備保障要素融合，建立新型的保障指揮與管理關系；運用先進技術手段降低保障需求和減小保障力量規模，科學統籌裝備保障任務，動態配置裝備保障資源，精確、高效地開展裝備保障行動。

裝備保障的核心業務是維修保障，無論是裝備日常管理還是器材供應，都是為維修保障而服務的，維修業務是把裝備保障其他業務聯系起來的紐帶，維修信息也不僅僅是修理過程信息，它還包括了與維修相關的一切信息。因此，本文所討論的信息系統不是單一修理業務系統，而是集管理、維修、儲供、訓練于一體的裝備保障綜合信息系統。對系統建設而言，依據上述思路不僅要能夠處理裝備管理、維修、儲供等業務工作，而且要能夠實現業務信息有序流轉和融合互動，達到以實時的項管數據支持裝備精細管理，以可靠的管理數據輔助維修決策，以精確的維修需求牽引器材供應，以動態的庫存變化反映儲備要求，從而在數據流層面真正實現“以管定修、以修定供、以供定儲”的目標。

2 裝備保障綜合信息系統體系架構規劃

裝備保障綜合信息系統主要是針對裝備保障平時業務工作。為了能與一體化指揮平臺裝備保障分系統(簡稱“一體化指揮平臺”)互聯互通，實現平、戰快速轉換(即將平時積累的基礎數據、業務數據快速轉換到一體化指揮平臺中，為開展戰時裝備保障工作提供數據支撐)，在規劃裝備保障綜合信息系統時，要依據全軍一體化指揮平臺的標準規范，采用構件化的設計理念，按照基礎層、數據庫層、數據挖掘層和應用軟件層的結構進行架構，涵蓋裝備保障各個領域，滿足機關、部隊、各保障要素、各重點部位管理作業需要的綜合信息平臺，兼具保障業務、日常辦公、安全防范等功能。圖1為裝備保障綜合信息系統體系架構，各層主要組成和功能如下。

1) 基礎層。該層包含各種硬件環境和系統運行的操作系統、網絡環境等。

2) 數據庫層。該層用來存儲各種裝備保障數據，支持知識的存儲、合并和檢索，并能將預處理后的數據表示成多維模型的形式，為數據挖掘層提供數據支持。由于裝備保障數據具有分布式、異構性、網絡性、高維等特性，因此數據存儲、選擇等均離不開數據倉庫技術的支持。

具體來說，數據庫層包括基礎數據庫、業務數據庫、共享數據庫及其他相關的數據庫。為實現各業務、各專業的集成，基礎數據庫主要為裝備保障綜合數據庫和各專業綜合數據庫提供基礎的數據結構和編碼目錄，如各類目錄數據(單位目錄和裝備目錄等)、業務標準規范、數據字典、戰技術性能等；業務數據庫為綜合統計查詢服務，由軍械、裝甲、工程、防化、車輛、陸軍船艇等業務數據組成，存儲各專業匯總的業務數據，同時與各專業的業務數據庫進行實時的數據交互；共享數據庫是裝備保障綜合數據庫與一體化指揮平臺進行數據交互、綜合數據上報的緩沖區，系統通過共享數據庫為其提供基礎數據支撐，主要包括基礎數據、部隊基本情況和裝備保障綜合情況等信息。

3) 數據挖掘層。該層集成裝備保障數據挖掘分析所需的算法，如粗糙集理論、數據分組處理方法(Group Method of Data Handling，GMDH)等[3-4]，可以具體實現為一個數據挖掘算法工具集。

4) 軟件集成層。該層采用構件化的模式進行軟件集成，將開發的各種功能形成通用構件、業務構件和決策模型構件。

5) 應用軟件層。該層根據需要的形式實現對裝備保障各業務功能、各要素的展現，實現裝備保障信息的維護、統計和分析，實現裝備保障智能決策。根據需要采用B/S、C/S等方式，并能夠跨平臺、在局域網環境下應用。

3 裝備保障綜合信息系統信息流程和主要功能模塊設計

裝備保障綜合信息系統主要是通過對信息資源的管理，以信息流引導業務流，實現裝備保障工作的信息化。裝備保障信息流程及綜合信息系統主要功能模塊如圖2所示，在一個體系框架內，以各專業(軍械、裝甲、工程、防化、車輛等)的裝備調撥供應、技術管理、修理、維修器材保障、裝備訓練等各項業務需求為依據，分別設置了裝備管理、維修管理、器材管理、訓練管理和數據挖掘分析等業務功能，涵蓋了裝備保障領域各個專業、各類業務、各種要素，實現了保障信息的實時共享和扭轉。

圖1 裝備保障綜合信息系統體系架構

圖2 裝備保障信息流程及綜合信息系統主要功能模塊

具體來說，在裝備管理中，利用先進的狀態監測和故障診斷等手段，實時評估各個重要部件系統和整裝的技術狀況，實現裝備管理精細化；應用裝備管理分系統可查閱裝備技術狀態、履歷、故障、動用等歷史信息，提出修理等級、維修范圍等建議，為維修決策提供科學依據。在維修管理中，利用維修管理系統對裝備管理分系統提供的待修裝備歷史信息和維修建議進行綜合分析，參照以往同型裝備維修的經驗數據，準確定位裝備修理范圍、修理程度和器材需求，科學調配維修資源，高效調控維修工序，實現快捷、精準的維修。在器材管理中，根據維修分系統提出的器材需求，利用儲供保障系統快速提供器材的儲存位置、庫存數量等信息，借助信息化儲供手段實現快速供應；依據每項器材消耗信息的精確記錄，科學分析各類裝備的器材消耗規律，并對照現有庫存、貨位、出入庫歷史數據等信息，科學評估器材籌措的種類、時機和數量，實現儲備合理化。反過來，器材管理分系統可以為制定修理計劃提供相應的器材保障能力信息，維修分系統又可為裝備管理中科學動用使用提供依據。而數據挖掘和決策支持分系統利用綜合信息平臺、規范的數據庫和數據倉庫，對裝備保障各業務數據進行提取分析，并依據數據挖掘分析算法獲取知識，實時提供輔助決策。

4 關鍵技術應用

面向維修決策的裝備保障綜合信息系統規劃是一個復雜的系統工程，也是一個交叉的學科領域，涉及到裝備綜合保障理論、經典維修理論、復雜系統建模技術、數據挖掘分析技術、業務流程再造技術、數據采集傳感技術以及網絡技術等眾多領域。本文主要對業務流程再造技術和數據挖掘分析技術進行說明。

4.1 業務流程再造技術

對裝備保障工作而言，其業務流程再造是以裝備保障業務流程為導向對流程進行再設計，目的是通過建立扁平化的組織機構體系，實現對裝備全系統、全過程的有效保障和管理，提高成本、效率、質量、滿意度等各項指標，達到整體最優。在信息系統規劃過程中，充分考慮和運用業務流程再造，首先要明確其相互關系：一方面，信息系統和信息技術是業務流程再造的基礎，是實現業務流程再造的技術手段，如自動化處理、信息處理、順序控制等功能能夠使串行業務工作方式變為并行，從而實現流程合并和精簡；另一方面，業務流程再造與重構也為信息系統的發展明確了方向、提出了需求，給出了信息系統發揮其作用的支點。業務流程再造過程利用系統工程的原理和方法對整個業務進行分析診斷，在此基礎上定義了信息技術發展的戰略目標和規劃重點，著眼全局最優，提出了信息技術實現流程再造的需求[5-7]。兩者之間相互促進、相互影響、相互依賴。

既然是綜合信息系統規劃，就要在一個平臺上整合軍械、裝甲、工程、防化、車輛和陸軍船艇等專業，融合管理、維修、儲供、訓練等業務，在規劃設計時，采用“數據元素相同合一、業務流程相似合并”的方法，系統考慮數據庫和流程的設計，按照“明確再造目標—組建再造團隊—流程調研—流程分析診斷—確定再造流程—流程再造—流程再造評估—流程再造實施—流程維護”的步驟實施再造。具體來說，在進行流程調研后，首先對現有裝備保障業務流程進行建模和描述，包括每個專業和每個業務部門的流程運行情況、環節以及操作模式；然后對現有流程進行分析診斷，發現潛在的問題，確定裝備保障需要再造的流程，運用業務流程建模分析工具進行流程再造，如集成計算器輔助制造定義方法(ICMA DEFinition Method，IDEF)、角色行為圖(Role Activity Diagram，RAD)、事件驅動的過程鏈模型(Event-dri-ven Process Chain，EPC)[6-8]等，設計更為科學合理的業務流程和信息流程，指導信息系統的設計和研發。

4.2 數據挖掘分析技術

如圖2所示，在裝備保障綜合信息系統規劃設計時集成了數據挖掘分析功能，該功能主要包括以下模塊。

1) 數據選擇提取模塊。根據挖掘任務的需要從數據庫、數據表中提取與挖掘任務相關的屬性、數據，系統將從這些數據中挖掘知識。

2) 數據預處理模塊。該模塊對數據選擇提取模塊提取的屬性、數據進行預處理，主要包括以下功能。

(1)數據清洗、校驗。針對數據樣本存在的一些不確定內容(如空缺值、噪聲數據、孤立點等)進行數據清洗、校驗，如：采用平均值來填充空缺值；通過回歸函數來平滑一些噪聲數據等。

(2)數據集成轉換。將多個數據源中的數據結合起來存放在一個一致數據存儲中，并根據各類數據挖掘方法的不同數據輸入要求，對數據進行編碼和構造，使其成為挖掘方法所要求的格式，如數據規范化、數據概化、構造新屬性等。

(3)數據離散化。其本質是利用選取的斷點來把連續屬性的取值范圍或取值區間劃分為若干個小區間，同時用區間標號(代號)代替實際的數值[9]。因此，裝備保障數據離散化就是根據裝備保障數據(如發動機消耗、剩余，車體的行駛公里，發射彈數等)挖掘的實際需求，在特定屬性的值域范圍內設定若干個斷點，將值域劃分為離散化區間，最后用不同的標號或整數值代表落在每個子區間中的屬性值。可采用基于信息熵和不相容度的分類離散化算法對數據進行離散處理。

(4)屬性約簡。其考察的是信息系統或數據庫中獲取的數據、知識是否都必要，是指在保持原始數據完整性的前提下刪除冗余的知識。它主要包括屬性降維和屬性值約簡：前者是指檢測并刪除不相關、弱相關或冗余的屬性或維；后者是指檢測并刪除冗余的屬性值。筆者采用改進的屬性重要度和互信息的約簡算法[10]對離散后的數據進行約簡處理，該算法運算效率較高，能夠得到較好的結果。

3)數據挖掘分析模塊。該模塊利用預處理后的數據，可采用GMDH、聚類分析、規則推理等算法[9-10]輸出各種決策模型。需要說明的是：屬性約簡實際上也是一種數據挖掘算法，通過約簡可以獲取相應的知識和規則，其在數據預處理模塊中已經進行了運用。

4) 可視化模塊。該模塊包括數據可視化、模型可視化和過程可視化3個部分，貫穿于整個數據挖掘過程，確保挖掘過程和結果的可理解性，為決策者提供直觀、形象、生動的信息顯示界面，從而提高決策者對信息的認知能力。

5) 知識管理模塊。該模塊對獲取的知識進行管理，如建立檔案等。

6) 算法評估模塊。該模塊中包含了很多數據挖掘算法，并采用精度、效率等指標對這些算法進行評估[11-13]。

5 結論

基于信息系統的體系裝備保障能力建設是裝備保障能力生成的重要途徑。筆者按照上述思路和方法對機械化部隊通用裝備保障的各項業務工作進行分析、論證和規劃，并進行業務流程梳理和優化設計，研發了“XXX業務管理信息系統”，首次將各專業、各業務集成在一個平臺中，是面向維修決策的裝備保障綜合信息系統建設的初探。該系統已在戰術級部隊推廣應用，促進了軍械、裝甲、工程、防化、通用車輛、陸軍船艇等保障專業，以及保障要素、保障資源、保障功能的高度融合，應用效果較好。下一步將按照聯合作戰、聯合訓練、聯合保障的要求，在一體化平臺基礎上集成現有信息化建設成果，充分考慮各專業、各業務特點，融合各種數據分析功能，推動裝備保障綜合信息系統研制工作，構建聯合保障新體系。

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(責任編輯: 尚彩娟)

Integrative Information System Design of Equipment Support for Maintenance Decision-making

ZHENG Xian-zhu1, ZHANG Jing-jing2, WANG Shu-li3, DU Jia-xing1, ZHOU Ze-yun1

(1. Department of Science Research, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China;2.714 Research Institute, China Shipbuilding Industry Corporation, Beijing 100012, China;3. Department of Training, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)

According to analysis of development status and disadvantages of current equipment support information system, the paper, which applies the theories of business process reengineering and data mining to the design of information system, puts forward the whole thought of the integrative information system of equipment support for maintenance decision-making, designs the system structure, and expatiates the information process and main function module. Finally, it considers the characteristics of each specialty and business, integrates data analysis function, constructs the integrative information system of equipment support and improves the efficiency of equipment support effectively, which provides a new idea for forming equipment support capability based on information system.

equipment support; maintenance decision-making; information system

1672-1497(2015)05-0084-05

2015-06-06

軍隊科研計劃項目

鄭顯柱(1982-)，男，助理研究員，博士。

TP315

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2015.05.017