未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)條件下航天裝備維修保障數(shù)字化研究與應(yīng)用

孫朋成、張衛(wèi)、尹嚴(yán)研 /航天科工智能運(yùn)籌與信息安全研究院（武漢）有限公司

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)大量應(yīng)用航天武器裝備，快速打擊、跨域打擊、精準(zhǔn)打擊成為主要作戰(zhàn)樣式。隨著軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備工作的深入，實(shí)裝實(shí)彈演練成為常態(tài)，航天武器裝備運(yùn)用頻次、范圍、強(qiáng)度成倍增加，裝備維修保障需求量指數(shù)級(jí)增加。與此同時(shí)，一線部隊(duì)對(duì)裝備維修保障力量機(jī)動(dòng)性、裝備維修保障時(shí)效性要求更高?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)持續(xù)時(shí)間短、備品備件消耗量大，依靠傳統(tǒng)手段無(wú)法實(shí)現(xiàn)航天裝備故障快速預(yù)測(cè)、診斷、定位、維修，無(wú)法滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)“全縱深、全立體、全時(shí)空”裝備保障需要，航天裝備維修保障迫切需要走向數(shù)字化、精準(zhǔn)化和智能化。

一、裝備維修保障數(shù)字化內(nèi)涵及模式

1.裝備維修保障數(shù)字化概念

裝備維修保障數(shù)字化是指在裝備生命周期內(nèi)，將現(xiàn)代信息技術(shù)運(yùn)用到裝備維修保障故障監(jiān)測(cè)、診斷、定位、隔離、修復(fù)、資源調(diào)配及管理全流程，使裝備系統(tǒng)、子系統(tǒng)、軟件和支持系統(tǒng)達(dá)到完好性等級(jí)和作戰(zhàn)能力要求，保持或恢復(fù)到能完成規(guī)定功能的狀態(tài)而使用的各種技術(shù)和管理活動(dòng)的集合。

2.武器裝備維修保障模式發(fā)展歷程

裝備保障對(duì)作戰(zhàn)效能發(fā)揮和戰(zhàn)斗力提升起著關(guān)鍵作用，逐漸發(fā)展成為與作戰(zhàn)能力同等重要的關(guān)鍵能力?！耙淮b備，一代保障”，隨著作戰(zhàn)需求、裝備設(shè)計(jì)技術(shù)、裝備信息化水平、保障性設(shè)計(jì)特性、裝備診斷測(cè)試技術(shù)不斷演進(jìn)和發(fā)展，裝備保障模式及理念經(jīng)歷了修復(fù)性維修、預(yù)防性維修、預(yù)測(cè)性維修等階段，正在向智能化維修方向轉(zhuǎn)變。

二、國(guó)內(nèi)外武器裝備保障數(shù)字化應(yīng)用現(xiàn)狀

裝備保障數(shù)字化技術(shù)可以精準(zhǔn)定位、隔離故障，大幅提高裝備維修效率，節(jié)約維修保障成本，受到多國(guó)重視。

1.國(guó)外裝備維修保障數(shù)字化現(xiàn)狀

現(xiàn)代信息技術(shù)在美、英等外軍裝備維修保障中得到了廣泛應(yīng)用，基本實(shí)現(xiàn)了維修保障指揮及控制自動(dòng)化、資源管理透明化、作戰(zhàn)訓(xùn)練及維修培訓(xùn)數(shù)字化和保障決策科學(xué)化。

（1）維修保障指揮信息系統(tǒng)

1996～2000 年，美軍在《2010聯(lián)合構(gòu)想》《2020 聯(lián)合構(gòu)想》中陸續(xù)提出了“精確保障、聚焦保障、感知與響應(yīng)保障”的作戰(zhàn)保障理念，裝備保障思想從“越多、越快、越好”向“適時(shí)、適地、適量”轉(zhuǎn)變，建立了美軍聯(lián)合全資產(chǎn)可視系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括在儲(chǔ)資產(chǎn)系統(tǒng)、在修資產(chǎn)系統(tǒng)和在運(yùn)資產(chǎn)系統(tǒng)。

2003 年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)踐證明，美軍聯(lián)合全資產(chǎn)可視系統(tǒng)可及時(shí)、準(zhǔn)確地向美軍作戰(zhàn)指揮機(jī)關(guān)提供作戰(zhàn)部隊(duì)、作戰(zhàn)人員、作戰(zhàn)裝備及各類維修、保障、補(bǔ)給物資的所在位置、運(yùn)輸情況及裝備特性等信息，實(shí)現(xiàn)了作戰(zhàn)指揮自動(dòng)化和后勤保障可視化，極大地提高了保障效率，節(jié)約了保障資源，提高了作戰(zhàn)效能。

（2）維修保障技術(shù)信息化

美軍將數(shù)據(jù)處理及傳輸技術(shù)、無(wú)線通信及加密技術(shù)、人工智能及自動(dòng)化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到裝備維修保障領(lǐng)域，用于裝備故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)、質(zhì)量監(jiān)控、故障預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、故障檢測(cè)診斷等過(guò)程，開(kāi)發(fā)出一系列數(shù)字化維修保障技術(shù)和產(chǎn)品。

裝備維修保障專家系統(tǒng)（MSES）。該系統(tǒng)包含故障自動(dòng)檢測(cè)子系統(tǒng)、故障診斷子系統(tǒng)和作業(yè)指導(dǎo)子系統(tǒng)，建立了大量裝備維修保障模型庫(kù)、算法庫(kù)等維修知識(shí)庫(kù)，可以根據(jù)維修保障需求進(jìn)行推理、演繹、判斷，給出維修決策建議。在美軍裝甲師、機(jī)械化部隊(duì)大量應(yīng)用，分別將M1A1 主戰(zhàn)坦克故障診斷準(zhǔn)確率和維修效率提高了24%和92%。

表1 裝備保障技術(shù)及理念發(fā)展歷程

傳感器人工智能通信一體化維修系統(tǒng)（SACIMS）。該系統(tǒng)包含視頻輔助修理子系統(tǒng)、單兵支援網(wǎng)絡(luò)、便攜式計(jì)算機(jī)、故障診斷系統(tǒng)和一體化維修子系統(tǒng)，建立了一線維修技術(shù)人員和后方專家的技術(shù)橋梁，提高了故障診斷準(zhǔn)確率和裝備修復(fù)效率。

交互式電子技術(shù)手冊(cè)（IETM）。該系統(tǒng)包括診斷知識(shí)庫(kù)、電子技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和小型測(cè)試程序，維修人員可通過(guò)該系統(tǒng)快速調(diào)閱裝備技術(shù)數(shù)據(jù)、維修指南和診斷建議，在美軍M119 榴彈炮、“愛(ài)國(guó)者”地空導(dǎo)彈系統(tǒng)、“霍克”導(dǎo)彈雷達(dá)系統(tǒng)等裝備中得到了廣泛應(yīng)用。

故障監(jiān)測(cè)與健康管理系統(tǒng)（PHM）。該系統(tǒng)具有故障診斷（故障監(jiān)測(cè)、定位、隔離）、關(guān)鍵系統(tǒng)及部件故障預(yù)測(cè)、部件壽命跟蹤、殘余壽命預(yù)測(cè)、性能降級(jí)趨勢(shì)追蹤、信息傳輸、輔助決策管理和信息綜合管理等功能，應(yīng)用該系統(tǒng)后，美軍F-35 故障率降低82%，戰(zhàn)機(jī)出動(dòng)率提升25%，保障成本降低一半以上。

（3）作戰(zhàn)模擬與維修培訓(xùn)數(shù)字化

作戰(zhàn)模擬和仿真系統(tǒng)。英軍作戰(zhàn)模擬和仿真系統(tǒng)可以根據(jù)戰(zhàn)爭(zhēng)規(guī)模、作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)目的與目標(biāo)、裝備性能等進(jìn)行仿真推演，精準(zhǔn)測(cè)試作戰(zhàn)消耗數(shù)量，為作戰(zhàn)部隊(duì)提供精準(zhǔn)保障決策支持。在馬島戰(zhàn)爭(zhēng)中，英軍根據(jù)作戰(zhàn)模擬和仿真系統(tǒng)保障決策建議，精準(zhǔn)組織了保障物資生產(chǎn)、調(diào)度和補(bǔ)給，最大程度地減少了資源浪費(fèi)、戰(zhàn)爭(zhēng)成本和人員傷亡。

虛擬訓(xùn)練及培訓(xùn)系統(tǒng)。美軍將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到作戰(zhàn)、維修、保障培訓(xùn)領(lǐng)域，將敵我雙方彈藥、燃料、裝備完好狀況、淡水及其他物資消耗情況、作戰(zhàn)規(guī)模、作戰(zhàn)編成和裝備狀態(tài)進(jìn)行可視化展示，應(yīng)用到陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的作戰(zhàn)訓(xùn)練、后勤保障訓(xùn)練中，提升了培訓(xùn)效果，控制了訓(xùn)練成本。

2.國(guó)內(nèi)裝備數(shù)字化維修保障現(xiàn)狀

在兩伊戰(zhàn)爭(zhēng)中成功應(yīng)用作戰(zhàn)指揮、保障自動(dòng)化技術(shù)，美軍及其聯(lián)軍取得了壓倒性作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)，極大地震撼了我軍作戰(zhàn)管理部門，我國(guó)在20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始了作戰(zhàn)指揮、維修、保障自動(dòng)化方面的研究。

（1）作戰(zhàn)勤務(wù)指揮保障信息體系

我國(guó)初步建成了“平戰(zhàn)一體、軍民結(jié)合”的武器裝備維修保障指揮體系，分為戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)3 個(gè)層級(jí)，戰(zhàn)略級(jí)裝備維修保障指揮系統(tǒng)依托軍委總部作戰(zhàn)、裝備、后勤部門建設(shè)，戰(zhàn)役級(jí)維修保障體系依托各戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)勤部門建設(shè)，戰(zhàn)術(shù)級(jí)裝備維修保障體系依托師級(jí)戰(zhàn)勤部門建設(shè)。

射頻識(shí)別技術(shù)是全資產(chǎn)可視化的關(guān)鍵技術(shù)，“十一五”期間，國(guó)家科技部863 計(jì)劃設(shè)立“射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）與應(yīng)用”專項(xiàng)，開(kāi)展了RFID 前瞻性技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、硬件產(chǎn)品以及集成系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，在列車車號(hào)識(shí)別、身份證和票據(jù)管理、特種設(shè)備與危險(xiǎn)品管理等領(lǐng)域成功應(yīng)用。在后勤保障領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)在裝備保障物資、軍事物流等方面開(kāi)展了全資產(chǎn)可視化設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究。

（2）維修保障信息技術(shù)研究與應(yīng)用

交互式電子技術(shù)手冊(cè)（IETM）。該系統(tǒng)是裝備全壽命周期管理戰(zhàn)略核心組成部分，包括設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行平臺(tái)，具有數(shù)據(jù)交互功能，實(shí)現(xiàn)了裝備技術(shù)手冊(cè)的電子化、智能化。國(guó)內(nèi)IETM 技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、艦炮、艦載電子系統(tǒng)、軌道交通裝備、工程機(jī)械裝備等領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用，在航天裝備維修保障領(lǐng)域取得了可喜進(jìn)展。

故障監(jiān)測(cè)與健康管理系統(tǒng)（PHM）?！笆濉逼陂g，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了PHM 技術(shù)驗(yàn)證與評(píng)價(jià)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等研究，搭建了健康表征、健康度量與演化規(guī)律挖掘理論體系，設(shè)計(jì)了機(jī)電、電子、結(jié)構(gòu)等演示系統(tǒng)與輔助工具。國(guó)內(nèi)在PHM 系統(tǒng)集成、復(fù)雜系統(tǒng)故障診斷、預(yù)警和健康管理、健康管理工程應(yīng)用等方面與美國(guó)仍有差距。

（3）作戰(zhàn)模擬與維修培訓(xùn)數(shù)字化

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種人機(jī)交互、人機(jī)接口技術(shù)，在地圖導(dǎo)航、培訓(xùn)與教育、虛擬購(gòu)物、視頻游戲等領(lǐng)域進(jìn)行了成熟應(yīng)用，在復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)裝配、作戰(zhàn)虛擬訓(xùn)練及仿真推演、裝備虛擬維修等領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)尚不成熟。

三、未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)條件下航天裝備保障需求分析

未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)作戰(zhàn)空間將拓展至深海、太空、網(wǎng)電領(lǐng)域，由物理空間向虛擬空間延伸，作戰(zhàn)樣式由火力對(duì)抗轉(zhuǎn)變?yōu)轶w系對(duì)抗，前后方界線、攻防界線變得越來(lái)越模糊，對(duì)航天裝備維修保障提出了新要求。

1.建立航天裝備戰(zhàn)損快速感知及評(píng)估能力

未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，航天裝備維修保障系統(tǒng)要具備戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)多維感知、故障精準(zhǔn)診斷定位能力，航天裝備與后方維修保障系統(tǒng)建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)映射關(guān)系，實(shí)時(shí)感知裝備的可靠性狀態(tài)、戰(zhàn)損情況及剩余作戰(zhàn)能力評(píng)估，為作戰(zhàn)部隊(duì)作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃及維修保障提供技術(shù)支持。

2.建立航天裝備精準(zhǔn)維修及敏捷決策能力

全域、多域、跨域等將成為未來(lái)主要作戰(zhàn)樣式，要求航天裝備維修保障系統(tǒng)具備智能維修預(yù)測(cè)、自動(dòng)保障響應(yīng)、快速維修決策能力，精準(zhǔn)定位裝備故障，快速調(diào)配維修保障資源，實(shí)施維修保障任務(wù)，在準(zhǔn)確的時(shí)間、地點(diǎn)為作戰(zhàn)行動(dòng)提供“適時(shí)、適地、適量”的維修保障服務(wù)，發(fā)揮最大作戰(zhàn)效能。

3.建立航天裝備可視化維修保障服務(wù)網(wǎng)絡(luò)

未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，打擊頻次高、行動(dòng)快速，裝備、彈藥及備品備件消耗量大，裝備維修保障及時(shí)性成為影響戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的關(guān)鍵，客觀上要求建立分布式、可視化航天裝備維修保障服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，快速修復(fù)，就近保障，保持航天裝備的可用性、可靠性。

四、航天裝備維修保障數(shù)字化的實(shí)施路徑

1.裝備保障要素的數(shù)字化

通過(guò)航天裝備維修保障全要素?cái)?shù)字化，建立維修保障業(yè)務(wù)現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的數(shù)字孿生體，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、實(shí)時(shí)映射，提升航天裝備維修保障效能和智能化水平。維修保障要素?cái)?shù)字化包括航天裝備自身數(shù)字化（設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、制造、使用、保障等）、維修保障資源數(shù)字化（技術(shù)資料、圖紙、視頻、音頻、維修信息等）和維修保障管理活動(dòng)數(shù)字化（計(jì)劃、規(guī)劃、質(zhì)量、安全等）。

2.航天裝備保障數(shù)字化的手段

按照持續(xù)采辦和全壽命支持標(biāo)準(zhǔn)對(duì)航天裝備維修保障業(yè)務(wù)要素多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化處理，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、信息、人員、設(shè)備以及物資等數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一存儲(chǔ)、檢索、調(diào)用、共享。航天裝備CAD 文件、CAM 文件、制造、工藝計(jì)劃及質(zhì)量數(shù)據(jù)等工程數(shù)據(jù)可以通過(guò)掃描進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，技術(shù)圖紙和其他技術(shù)資料通常需要通過(guò)文字識(shí)別技術(shù)、圖片掃描、PS 技術(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式電子數(shù)據(jù)，維修保障視頻、音頻和動(dòng)畫文件要通過(guò)壓縮、格式轉(zhuǎn)換，完成數(shù)字化過(guò)程。航天裝備維修保障數(shù)字化手段如圖1 所示。

圖1 航天裝備維修保障數(shù)字化手段

3.航天裝備維修保障數(shù)字化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與模式實(shí)現(xiàn)

航天裝備健康管理系統(tǒng)對(duì)裝備故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、診斷、定位，將診斷結(jié)果和維修決策建議實(shí)時(shí)映射到航天裝備維修保障數(shù)據(jù)庫(kù)，形成維修保障需求和決策意見(jiàn)；航天裝備維修保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)根據(jù)維修決策意見(jiàn)，形成維修業(yè)務(wù)單和維修計(jì)劃，自主調(diào)配維修人員、備品備件、維修工裝工具等維修保障資源，實(shí)施維修保障作業(yè)，組織修復(fù)后測(cè)試、評(píng)估工作，形成維修檔案；維修保障業(yè)務(wù)流程結(jié)束后，航天裝備維修保障管理系統(tǒng)發(fā)起裝備故障歸零、維修檔案歸檔、裝備交付培訓(xùn)和保障性設(shè)計(jì)建議反饋流程，完成計(jì)劃、質(zhì)量、培訓(xùn)、設(shè)計(jì)反饋和合同閉環(huán)，形成航天裝備維修案例，進(jìn)入航天裝備維修保障數(shù)據(jù)庫(kù)，為裝備健康管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。航天裝備維修保障數(shù)字化業(yè)務(wù)模式及流程如圖2 所示。

圖2 航天裝備維修保障數(shù)字化業(yè)務(wù)模式及流程

未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)呈現(xiàn)出體系化、分布式、智能化特點(diǎn)，航天裝備維修保障需向精準(zhǔn)保障、自主保障、智能保障方向轉(zhuǎn)型。為掌握未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)，要加強(qiáng)航天裝備維修保障數(shù)字化建設(shè)規(guī)劃研究，強(qiáng)化數(shù)字孿生、人工智能、增材制造等技術(shù)在維修保障中的應(yīng)用研究，加強(qiáng)航天裝備健康管理、裝備動(dòng)用過(guò)程監(jiān)管、人因工程等方面的安全應(yīng)用研究，加強(qiáng)工業(yè)部門、使用部門和管理部門維修保障數(shù)據(jù)共享技術(shù)研究，建設(shè)航天裝備數(shù)字化維修保障標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)和產(chǎn)品體系，提高航天裝備維修保障數(shù)字化和智能化水平。