武器裝備智能化保障體系建設(shè)研究

高子龍等 /上海機(jī)電工程研究所

隨著區(qū)塊鏈、3D打印、人工智能、元宇宙、虛擬現(xiàn)實(shí)、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新概念和新技術(shù)的不斷發(fā)展并應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，未來戰(zhàn)爭呈智能化作戰(zhàn)態(tài)勢。為適應(yīng)未來戰(zhàn)爭全維對抗、智能對抗的需求，傳統(tǒng)的武器裝備保障模式、保障要求和保障手段在新技術(shù)變革和新時(shí)代作戰(zhàn)需求的雙輪驅(qū)動下，應(yīng)朝著智能化方向發(fā)展，開展智能化建設(shè)研究，讓裝備保障賦能“智能基因”，形成一套系統(tǒng)的武器裝備智能化保障體系，成為提升裝備戰(zhàn)備完好性和作戰(zhàn)能力的新增長點(diǎn)，以支撐新時(shí)代我軍打贏未來智能化戰(zhàn)爭。

一、武器裝備智能化保障體系建設(shè)需求分析

未來作戰(zhàn)場景是高精度、高強(qiáng)度的火力對抗，我軍易遭受敵方火力攻擊，造成裝備受損和人員傷亡。武器裝備智能化保障體系是適配未來戰(zhàn)爭的全維對抗、智能對抗等特點(diǎn)，依托智慧陣地、智能化系統(tǒng)和信息化外部條件，以裝備自動檢測、自動修復(fù)、智能交互為核心的綜合保障概念和方法。智能化保障是在硬件設(shè)施的基礎(chǔ)上，通過軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同功能（主要載體有計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信、光纖通信、無線通信），對各模塊進(jìn)行智能化功能分解，以達(dá)到統(tǒng)一管理、資源共享的目的。

智能化保障可以提高武器裝備保障的效能，提升故障診斷與預(yù)測的準(zhǔn)確性，通過輔助決策判斷系統(tǒng)，集成相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜摇W(xué)者的知識庫和經(jīng)驗(yàn)庫，輔助保障人員開展保障方案設(shè)計(jì)，優(yōu)化方案的有效性和合理性。因此，提高武器裝備保障體系智能化水平，需要進(jìn)行深度的數(shù)據(jù)分析和挖掘，主要包括收集數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)庫、研制和開發(fā)輔助決策系統(tǒng)、裝備健康管理、故障維修、戰(zhàn)損評估、遠(yuǎn)程保障等內(nèi)容。

通過裝備健康管理和智能診斷、故障部位自主維修等方式，提升武器裝備使用保障和維修保障的智慧程度，形成裝備智能化保障能力，配備裝備智能化保障資源，以此形成武器裝備智能化保障體系，達(dá)到大幅提高武器裝備戰(zhàn)備完好性、保障裝備使用效能和作戰(zhàn)能力，助力部隊(duì)提升武器裝備實(shí)戰(zhàn)化能力的目的。

二、武器裝備智能化保障體系建設(shè)的特點(diǎn)

武器裝備智能化保障體系的建設(shè)是在使用保障和維修保障的基礎(chǔ)上賦予智能屬性，通過綜合管理信息系統(tǒng)存儲和處理大量的數(shù)據(jù)，并在運(yùn)用和分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)武器裝備故障準(zhǔn)確預(yù)測、智能修復(fù)、輔助決策、遠(yuǎn)程保障、無人化保障。因此，武器裝備智能化保障體系具有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、實(shí)時(shí)監(jiān)測、人機(jī)交互、精準(zhǔn)調(diào)配、智慧決策等特點(diǎn)。

1.數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

武器裝備智能化保障建立在對裝備數(shù)據(jù)高效運(yùn)用和有效分析的基礎(chǔ)上，智能化保障對裝備數(shù)據(jù)的收集、傳遞、存儲、處理、運(yùn)用和反饋等方面具有較高的依賴性。數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)方面，裝備的智能化保障過程是將收集的裝備數(shù)據(jù)相關(guān)信息運(yùn)用在武器裝備指揮鏈路和使用鏈路中的內(nèi)循環(huán)過程。數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性將決定武器裝備保障的有效性，數(shù)據(jù)流動的及時(shí)性和完整性將決定武器裝備保障決策和實(shí)施的高效性，沒有精確、海量的數(shù)據(jù)信息作為裝備保障工作開展的支撐，就無法構(gòu)建武器裝備智能化保障體系。

2.實(shí)時(shí)監(jiān)測

智能化保障需建立對武器裝備的技術(shù)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測的系統(tǒng)，利用傳感器、檢測設(shè)備監(jiān)控和采集武器系統(tǒng)全壽命周期的各種數(shù)據(jù)信息，借助相應(yīng)的算法和智能模型進(jìn)行智慧診斷。同時(shí)，根據(jù)故障機(jī)理和故障過程的數(shù)據(jù)庫，對武器裝備的故障和失效情況進(jìn)行智能診斷和反饋提醒，滿足實(shí)時(shí)檢測和自主感知態(tài)勢的智能化保障需求，為快速制定故障維修方案、精確調(diào)配保障資源、自主實(shí)施維修行動提供有利條件。

3.人機(jī)交互

隨著元宇宙、人工智能和無人化相關(guān)領(lǐng)域的研究不斷深入，智能化保障的實(shí)施將逐步從以人為主導(dǎo)向以人機(jī)混合、人工智能為主導(dǎo)轉(zhuǎn)變。信息化、智能化的無人保障系統(tǒng)必將成為未來實(shí)施保障活動的關(guān)鍵平臺，其中包括基于元宇宙、虛擬現(xiàn)實(shí)的遠(yuǎn)程支援保障，無人系統(tǒng)搭配人工智能進(jìn)行無人化保障，人機(jī)融合進(jìn)行一體化協(xié)同保障等方式。基于保障先進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)的日趨成熟、人機(jī)交互技術(shù)的廣泛應(yīng)用，成熟的人機(jī)交互模式將會貫穿武器裝備保障的全壽命周期。

4.精準(zhǔn)調(diào)配

智慧保障需結(jié)合裝備所配套保障資源開發(fā)和建設(shè)工作開展，并對其進(jìn)行精準(zhǔn)、系統(tǒng)調(diào)配，快速籌措和進(jìn)行裝備的維修保障，盡快恢復(fù)裝備的戰(zhàn)備完好性，實(shí)現(xiàn)基于健康狀態(tài)管理的精準(zhǔn)維修。智能化保障以用戶的保障需求為出發(fā)點(diǎn)，對保障資源進(jìn)行全要素和全流程管理。

5.智慧決策

智能化保障是對傳統(tǒng)裝備保障模式、保障方式和決策方法的顛覆和創(chuàng)新，以海量數(shù)據(jù)信息為核心和基礎(chǔ)，利用智慧決策進(jìn)行輔助決策，決策的實(shí)施主體實(shí)現(xiàn)從人向人機(jī)混合的轉(zhuǎn)變，決策方式實(shí)現(xiàn)從基于以往經(jīng)驗(yàn)的粗放型決策向基于數(shù)據(jù)挖掘的智能型決策的轉(zhuǎn)變。智能化保障通過實(shí)時(shí)在線監(jiān)控和健康狀態(tài)在線診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品故障預(yù)測及其趨勢分析，并在故障模式庫的數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)上開展綜合保障智慧分析，自主調(diào)配保障資源協(xié)同實(shí)施裝備智能化保障工作。

三、武器裝備智能化保障體系建設(shè)的技術(shù)路徑

武器系統(tǒng)智能化保障體系建設(shè)是基于信息為載體的系統(tǒng)工程，必須開展智慧保障技術(shù)的相關(guān)研究，以適配未來全維對抗、智能對抗的戰(zhàn)場環(huán)境，建立以裝備保障數(shù)據(jù)為核心、智能算法和模型為紐帶，與作戰(zhàn)、訓(xùn)練高度契合的武器裝備智能化保障體系。根據(jù)武器裝備的特點(diǎn)和保障需求，圍繞智慧保障能力建設(shè)的目的和智能化技術(shù)特點(diǎn)，聚焦智慧保障領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。

1.基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)安全和共享技術(shù)

數(shù)據(jù)的規(guī)范收集、使用存儲、可靠傳輸和安全交互是實(shí)現(xiàn)武器裝備智能化保障的基石，解決數(shù)據(jù)信息的安全和共享是實(shí)現(xiàn)裝備智能保障的基本要求。區(qū)塊鏈為解決數(shù)據(jù)信息安全、數(shù)據(jù)可靠防篡改、數(shù)據(jù)存儲傳輸安全、數(shù)據(jù)源可追溯等武器裝備智能化保障中的一系列問題提供了技術(shù)支撐，是實(shí)現(xiàn)智能化保障的保證。

通過區(qū)塊鏈技術(shù)可以構(gòu)建專用鏈路，軍方授權(quán)裝備承研承制單位接入數(shù)據(jù)范圍，保證數(shù)據(jù)的共享范圍可控，裝備承研承制單位利用裝備數(shù)據(jù)開展裝備故障分析，提出維修或改進(jìn)方案，有針對性地處理裝備故障和質(zhì)量問題，同時(shí)對武器裝備的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)管控。軍地雙方也可通過建立公共鏈路，共享轄區(qū)內(nèi)武器裝備、保障資源和技術(shù)支援設(shè)備的狀態(tài)信息，為跨區(qū)域聯(lián)合訓(xùn)練、聯(lián)合作戰(zhàn)提供了基礎(chǔ)。

2.基于3D打印的新型制造技術(shù)

基于3D打印的新型制造技術(shù)的原理是在3D模型的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過逐層疊加方法將計(jì)算機(jī)中的3維模型轉(zhuǎn)換為立體實(shí)物。3D打印在智能化裝備保障體系的建設(shè)中可與產(chǎn)品3D模型數(shù)據(jù)庫、性能數(shù)據(jù)庫、可更換單元數(shù)據(jù)庫融合，通過設(shè)備對故障件或者受損件進(jìn)行掃描，并在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行比對，快速定位到裝備故障或受損的地方，再通過3D打印技術(shù)按照裝備數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行受損零部件實(shí)時(shí)打印，完成故障或受損部位的維修。3D打印技術(shù)可融入武器裝備智能化保障輔助決策系統(tǒng)，從軟件上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，為部隊(duì)作戰(zhàn)人員和裝備保障人員制定武器裝備保障、維修方案提供方便。

3.基于健康狀態(tài)管理的自主維修技術(shù)

基于健康狀態(tài)管理的自主維修技術(shù)是新時(shí)期裝備保障的要求，具有維修保障速度快、準(zhǔn)確度高、經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)，具備對產(chǎn)品狀態(tài)管理能力，實(shí)現(xiàn)對故障部位的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、在線排故、精準(zhǔn)預(yù)測和自行維修功能，以此對產(chǎn)品的健康狀態(tài)管理及故障趨勢進(jìn)行分析。

該技術(shù)是在完善的系統(tǒng)架構(gòu)體系下，利用先進(jìn)的測試方法，對產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)、數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測，歸納出產(chǎn)品性能衰退趨勢、戰(zhàn)技指標(biāo)、健康指數(shù)與產(chǎn)品性能參數(shù)的關(guān)系和影響，采用基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等先進(jìn)算法的技術(shù)升級，實(shí)現(xiàn)對武器裝備故障自主診斷和智慧分析，提升武器裝備使用保障和維修保障的工作效率。

4.基于裝備保障數(shù)據(jù)管理的信息融合技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)裝備故障信息及時(shí)感知、裝備維修需求準(zhǔn)確預(yù)測、裝備維修備件精確籌供、裝備保障過程可控以及裝備保障態(tài)勢全面掌控，需要收集涵蓋產(chǎn)品全壽命周期范圍內(nèi)海量數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行梳理分析和深度挖掘，實(shí)現(xiàn)裝備使用保障工作的整體謀劃、快速準(zhǔn)備、精準(zhǔn)實(shí)施。

開展裝備數(shù)據(jù)管理和信息融合技術(shù)研究，對大量具有價(jià)值的維修保障數(shù)據(jù)進(jìn)行有效挖掘，為產(chǎn)品的態(tài)勢感知、配套保障資源的策劃和應(yīng)用決策提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的自動收集、安全傳輸、分析處理和融合應(yīng)用，利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)對武器裝備數(shù)據(jù)、狀態(tài)、決策進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)呈現(xiàn)，提升裝備保障人員決策效率。

5.基于元宇宙的遠(yuǎn)程保障和沉浸式訓(xùn)練技術(shù)

元宇宙是一個(gè)空間維度上虛擬而時(shí)間維度上真實(shí)的數(shù)字世界，由一系列的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和互聯(lián)網(wǎng)組成。為滿足維修保障人員高效、實(shí)時(shí)、精確地開展裝備的使用保障和維修保障，保障專家團(tuán)隊(duì)需結(jié)合以往的故障案例庫和調(diào)試問題庫，制定故障排除方案和預(yù)案，將裝備故障快速定位到可更換單位，通過元宇宙技術(shù)遠(yuǎn)程指導(dǎo)一線維修保障團(tuán)隊(duì)完成武器裝備復(fù)雜故障的維修保障。

基于元宇宙的遠(yuǎn)程保障技術(shù)研究，通過虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能等技術(shù)手段，在虛擬世界真實(shí)模擬作戰(zhàn)場景或訓(xùn)練態(tài)勢，利用智能監(jiān)控、生理特征識別和視覺識別等先進(jìn)手段，模擬真實(shí)作戰(zhàn)場景，為用戶提供沉浸式的作戰(zhàn)和訓(xùn)練體驗(yàn)，提高指戰(zhàn)人員使用裝備的水平。

6.基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)平臺的智慧決策技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)物與物、人與物智能交互的技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)大的信息交互和態(tài)勢感知能力，實(shí)現(xiàn)對武器系統(tǒng)產(chǎn)品、保障資源、維修設(shè)備和實(shí)時(shí)感知，同時(shí)預(yù)測其變化趨勢，達(dá)到對武器裝備維修保障過程全程可控和全維可視的目的，提高決策科學(xué)性和績效評定合理性。

對基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)平臺的智慧決策技術(shù)進(jìn)行研究，感知未來戰(zhàn)場環(huán)境和故障信息的多維態(tài)勢，將真實(shí)的武器裝備和作戰(zhàn)態(tài)勢在虛擬空間內(nèi)構(gòu)筑成完整的數(shù)據(jù)模型，基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)將實(shí)際作戰(zhàn)模式和戰(zhàn)場環(huán)境映射成全域、多維、可視化的數(shù)字戰(zhàn)場，并根據(jù)制定的作戰(zhàn)方案進(jìn)行模擬預(yù)演，為用戶開展作戰(zhàn)運(yùn)用研究提供數(shù)據(jù)和支撐。

四、武器裝備智能化保障發(fā)展思考

當(dāng)前，智能化技術(shù)飛速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于國防發(fā)展和軍隊(duì)建設(shè)領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)武器裝備智能化保障提供了技術(shù)可行性，也為武器裝備保障模式和體系建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

1.構(gòu)建基于區(qū)塊鏈技術(shù)的武器裝備智能保障應(yīng)用場景

裝備智能化保障的根本目的是在準(zhǔn)確的時(shí)間和地點(diǎn)，為在役武器裝備提供精確的技術(shù)保障和準(zhǔn)確的設(shè)備保障，減少指戰(zhàn)人員在復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境和戰(zhàn)場態(tài)勢下錯(cuò)誤決策的概率。未來的武器裝備保障工作機(jī)制必須重點(diǎn)考慮維修保障數(shù)據(jù)信息的安全性和完整性，數(shù)據(jù)信息能夠安全存儲和自主交互。

區(qū)塊鏈技術(shù)具有防止篡改數(shù)據(jù)、去中心化和智能合約的特征，通過分布式存儲和計(jì)算的方式，任何參與維修保障任務(wù)的相關(guān)要素都可以存儲數(shù)據(jù)信息并對其完整備份，其中的單節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題，剩余節(jié)點(diǎn)則會繼續(xù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、更新、存儲，保證所有保障要素的安全性和完整性。

2.通過3D打印現(xiàn)場制造，支撐武器裝備維修保障高效率

基于3D打印的新型制造技術(shù)具有即用即造、制造簡單、成型速度快和不易受環(huán)境制約等優(yōu)點(diǎn)，一方面，通過智能數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)可以迅速找到裝備故障件存在的問題，利用智能化的輔助決策設(shè)備研究和制定裝備維修保障方案和預(yù)案。另一方面，利用3D打印技術(shù)可以現(xiàn)場制造、打印成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)裝備單元件不受時(shí)間空間約束的優(yōu)點(diǎn)，支撐武器裝備維修保障高效率，滿足各軍兵種武器裝備在復(fù)雜環(huán)境下的裝備維修保障要求。

3.構(gòu)建武器裝備健康狀態(tài)系統(tǒng)，支撐用戶使用保障和維修保障

構(gòu)建武器裝備健康狀態(tài)系統(tǒng)可以提升裝備數(shù)據(jù)信息的搜集、儲存、分析使用效率，對武器裝備部署、維修、故障等信息的規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對未來裝備的故障模式和故障部位進(jìn)行分析和趨勢判斷。

健康狀態(tài)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)精準(zhǔn)地判定武器裝備的健康情況，對武器裝備的故障部位或缺陷部位進(jìn)行診斷、監(jiān)測和修復(fù)提醒，同時(shí)自動對裝備故障維修方案進(jìn)行智能分析、評估和決策，滿足新時(shí)期武器裝備多源數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確收集、精準(zhǔn)運(yùn)用、智能決策的保障需求，提升用戶的使用保障和維修保障水平。

4.建立完善的裝備保障信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提升用戶自主保障能力

建立完善的裝備保障信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以將目前分散的維修保障相關(guān)要素進(jìn)行集成，使維修保障與作戰(zhàn)運(yùn)用、前方使用與后方研制之間真正實(shí)現(xiàn)信息共享與融合，及時(shí)響應(yīng)用戶維修保障需求。

保障信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠提升數(shù)據(jù)收集的全面性和準(zhǔn)確性，對武器裝備保障的相關(guān)要素進(jìn)行有效管理，一線部隊(duì)用戶可以通過智慧網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)向后方的專家團(tuán)隊(duì)請求技術(shù)支援，通過遠(yuǎn)程指導(dǎo)與交流提高用戶的自主保障能力。

5.開展元宇宙技術(shù)研究，拓展維修保障和訓(xùn)練方式

為確保裝備戰(zhàn)備完好性和實(shí)戰(zhàn)化能力，做好裝備的“保障好”工作，利用元宇宙技術(shù)建立虛擬環(huán)境代替實(shí)際武器裝備進(jìn)行模擬訓(xùn)練，通過建立虛擬的戰(zhàn)場態(tài)勢和復(fù)雜環(huán)境，指戰(zhàn)人員在虛擬的空間進(jìn)行操作，拓展維修保障和訓(xùn)練方式。建立基于元宇宙的遠(yuǎn)程保障系統(tǒng)，提高前后方人員的交互緊密性，后方專家團(tuán)隊(duì)可以詳實(shí)地掌握武器裝備的故障狀況。在前端的“好保障”設(shè)計(jì)過程中，可通過元宇宙技術(shù)在虛擬環(huán)境下構(gòu)建與真實(shí)戰(zhàn)場環(huán)境高度一致的仿真與驗(yàn)證系統(tǒng)，提升產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特性與驗(yàn)證評估能力，達(dá)到降低資源消耗、縮短研制周期和提升研制效率的目的。

6.利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)保障資源精準(zhǔn)調(diào)配

武器裝備智能化保障體系建設(shè)可以運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行動態(tài)分析，并與保障任務(wù)的全領(lǐng)信息鏈進(jìn)行整合集成，充分配置、精準(zhǔn)調(diào)配各類資源，為武器裝備保障工作的開展提供足夠的信息支撐。另一方面，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)將實(shí)戰(zhàn)裝備、健康狀態(tài)管理系統(tǒng)、裝備保障信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與保障資源精準(zhǔn)調(diào)配進(jìn)行充分耦合和精細(xì)管理，以便更加高效地開展武器裝備保障資源調(diào)配，充分保障作戰(zhàn)或訓(xùn)練任務(wù)的有效執(zhí)行。

隨著武器裝備作戰(zhàn)運(yùn)用的不斷深化和綜合保障工作的不斷開拓，武器裝備綜合保障的工作思路也發(fā)生了變化。同時(shí)，區(qū)塊鏈、3D打印、人工智能、元宇宙、虛擬現(xiàn)實(shí)、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新概念和新技術(shù)不斷發(fā)展并應(yīng)用于軍事領(lǐng)域推動了武器裝備智慧保障，構(gòu)想一些適應(yīng)未來作戰(zhàn)場景的智能化保障應(yīng)用場景，為逐步建設(shè)適配未來智能化戰(zhàn)爭發(fā)展的新型保障系統(tǒng)提供了有力支撐，從而實(shí)現(xiàn)軍隊(duì)“能打仗、打勝仗”的目標(biāo)。