基于模塊化思想的航空裝備保障設備功能型譜標準研究

曾照洋 劉敏航 林聰

摘 要：為了研究如何將MOSA（模塊化開放系統方法）應用于航空裝備保障設備的設計研制工作中，本文分析了MOSA的發展歷程以及MIL-STD-864如何將模塊化設計方法應用于保障設備設計研制領域，闡明了美軍保障設備模塊化設計方法對我軍保障設備發展的啟示。以此為基礎，進一步開展我軍航空裝備保障設備功能型譜發展建議研究，先后提出了保障設備模塊化設計方法以及模塊化保障設備功能型譜設計方法，明確了標準化對于保障設備模塊化設計的意義，提出了航空裝備保障設備功能型譜。為推進保障設備模塊化設計思路在我軍的應用提供了引導和支撐。

關鍵詞：保障設備，航空裝備，MOSA，功能型譜

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.05.016

0 引 言

航空裝備保障設備是指用于航空裝備維修、維護的各類裝置、儀器、設備和工具的統稱。一直以來，保障設備的研制基本是“以型號為中心”，能夠滿足單一型號訓練及作戰使用需求。但是，隨著近年來多型號聯合保障等需求的提出，航空裝備面臨的轉場保障規模大的問題日益突出[1]。現行保障設備建設方式所帶來的通用化程度低、系列化規模弱、組合化能力差等缺點，越來越難以適應航空裝備快速、靈活、機動部署能力要求，保障設備“尾大不掉”已成為制約航空裝備戰斗力生成的重要因素[2]，急需開展保障設備功能型譜研究，為支撐保障設備研制單位的選型設計、組合使用提供參考和依據。

通過對國內航空裝備保障設備配置情況的調研分析可以發現，當前在保障設備建設方面主要存在以下問題：

（1）保障設備專用性強，難以實現不同航空裝備型號之間的通用互換[3-4]；

（2）保障設備功能單一，導致轉場攜行保障規模大，嚴重影響保障效率[5-6]；

（3）保障設備缺少頂層標準約束與統一的管理機制[7-8]，新的保障設備研制時缺少規劃、發展混亂。

造成上述問題的主要原因主要包括以下三個方面：

（1）早期保障設備的設計參考了蘇、美等不同國家的經驗，設計思路差異較大。

保障設備是服務于主裝備的，我國早期的航空裝備幾乎都以仿制蘇、美為主，因此，保障設備也幾乎照搬了相關型號的配置。但蘇、美體制在保障設備接口形式、尺寸等方面存在天然的差異，從而影響了我國保障設備的通用性。

（2）保證設備品類多、與主裝備耦合關系強，未考慮綜合集成需求。

長期以來，保障設備一直被視為主裝備的“附屬品”，研制單位主要按照品類來設計保障設備，從而確保能夠依據以往經驗為裝備提供完整的保障設備。但是，卻忽視了保障設備綜合集成對提升保障效率、壓縮保障規模、增加裝備可用性所帶來的益處。

（3）保障設備標準化對象以具體設備為主，缺乏標準體系約束，導致標準無序發展。

本文梳理了保障（裝）設備行業級別以上標準300余項，其中包含了100余項為圖紙類標準，圖紙類標準往往由零組件設計圖紙轉化而來，難以在行業中全面推廣，降低了標準的可參考性。長此以往，會使保障設備標準體系變得越來越龐大、雜亂，不利于綜合化、集成化保障設備的發展。標準化工作應從頂層出發[9]，在兼顧各類法規細則、現行國家和行業標準的同時推陳出新，建立適用的產品標準，切實發揮標準化的引領和支撐作用[10-12]。

綜上所述，基于當前我軍航空裝備保障設備“不統一、難通用、重復建設”等情況，本文將對美軍裝備模塊化設計的思想、現狀及標準應用開展分析，結合我軍航空裝備保障設備實際使用需求，提出融入模塊化思想的航空裝備保障設備功能型譜發展建議，規劃保障設備模塊分級分類，為我軍航空裝備保障設備發展提供思路及參考。

1 美軍模塊化設計理念發展及裝備保障設備模塊化標準研究

1.1 美軍推行模塊化設計理念

模塊化開放系統方法（Modular Open SystemApproach， MOSA）是模塊化設計方法的核心內容，也是美軍近年來在國防采辦改革著重推行的裝備設計理念，其基本思想是：通過對裝備進行模塊化設計、定義關鍵接口、采購通用化設備等手段，來提高裝備的“通用化、系列化、組合化”水平，壓縮產品種類數量，達到“一型多用、組合使用”的目的。

自MOSA被提出以來，美國各軍兵種、研究機構以及供應商近20年來都聚焦不同的領域（如硬件、網絡、數據、軟件、系統等）開展了MOSA實踐研究。基于上述美軍MOSA應用實踐取得的成果及其給裝備集成帶來的優勢，美國國會于2017年通過的年度國防授權法案（NDAA，編號：P.L. 114-328 2017）中規定：“自2019年1月1日起，所有到達里程碑A和里程碑B的主要國防采辦項目必須最大程度上采用模塊化開放系統方法（MOSA）進行設計與開發，以便促進供應商競爭、技術創新和互操作性水平。”由此可見，模塊化設計理念已成為美軍未來裝備研制主要發展方向。

1.2 美軍保障設備模塊化標準概況

模塊化的設計思想被提出后，被應用于美軍裝備研制中，為推進模塊化設計理念在裝備保障設備全壽命周期中的應用，美軍發布了軍用標準MILSTD-864《保障設備功能分類》，從功能視角對保障設備類別進行劃分，明確了保障設備功能分類及各類保障設備應滿足的功能性能指標。

美軍標準中將航空裝備保障設備定義為：使系統或子系統在其預定環境中運行或保持其運行所需的所有設備。包括：飛機拖桿、工具、測試設備、自動測試設備、地面動力車、彈藥裝載機和拖車，此外也包括了飛機野戰級和基地級維修所涉及的保障設備。對于上述保障設備，美軍根據功能將其劃分為17個大類83個小類，主要分類信息如表1所示。

1.3 美軍保障設備模塊化設計方法分析

美軍的保障設備功能分類一般分為對象和功能兩部分，如測量、測試和校準類設備的對象是飛機相關的物理量，包括：電氣類參數、機械類參數等，功能則是測量、測試；發動機和導彈系統的檢查和測試設備的對象是發動機和導彈系統，功能是檢查和測試。

可以看出美軍在對保障設備功能分類時采用了先拆分后合并的方式，將用于不同對象、不同功能的保障設備進行種類劃分，而后又將具備通用性的保障設備功能進行歸類，最大程度減少了保障設備種類，將專用保障設備功能、通用保障設備功能整合形成了覆蓋范圍全面的保障設備功能分類清單。

此外，明確各類保障設備應具備的特征參數也是美軍在該標準中提出的值得參考的保障設備型譜模塊化功能型譜設計思路。在MIL-STD-864標準中，對大部分保障設備功能模塊都提出了輸入輸出特征參數要求，明確了該模塊應具備的能力，為確定各個功能模塊的使用對象和范圍提供參考。

1.4 對我軍保障設備發展建設的啟示

通過對MIL-STD-864所提出的保障設備功能分類的研究，對形成適用于我國的航空裝備保障設備模塊化設計體系、構建航空裝備保障設備功能型譜提供了一定啟示，具體如下。

（1）現階段我國缺少保障設備模塊化設計相關標準

從MIL-STD-864標準的頒布可以看出，美軍對保障設備的設計及發展提出了要求及規劃，一定程度上規范了保障設備功能模塊的職能，為保障設備的研制提供參考。近年來，雖然模塊化設計思路經常在我國保障設備設計研制過程中被提及，但由于缺少相關頂層標準的指導，模塊化設計思路一直難以落實到生產中，保障設備模塊化頂層標準的制定能夠明確保障設備模塊的劃分方法，規范保障設備模塊間接口的連接技術條件，進一步形成各功能模塊的設計規范能夠約束保障設備發展，實現不同保障設備功能模塊的組合使用。

（2）我軍保障設備功能模塊劃分不應照搬國外成果

我軍與美軍對保障設備的定義不同，通過對MIL-STD-864標準分析可知，美軍將隨機配置的保障設備、機場提供的保障設備及場站設施甚至彈藥等物資統稱保障設備并進行了功能模塊劃分。但其中場站照明設備、救火救援設備、炸彈導彈等設備或物資無法進行模塊化設計，難以通過與其他保障設備功能模塊相組合的方式形成新的保障能力。因此，我軍保障設備功能模塊劃分應以“減少保障規模、提高保障效率”為牽引，形成真正適用于我軍的保障功能型譜。

2 我國航空裝備保障設備功能型譜發展建議研究

2.1 保障設備模塊化設計方法

在聯合作戰背景下，我國航空裝備保障人員投入數量是同等裝備規模下美軍的數倍，嚴重影響了作戰效能的生成，其主要原因就是保障設備“散、亂、雜、碎”對人員需求數量大。軍方用戶高度關注此問題，隨著自動化、信息化技術的發展，軍方已經開始提出一些集成化保障設備需求，如能夠同時提供供電、發動機地面起動及油液加注的綜合保障車[13]，因此需要開展航空裝備保障設備功能型譜研究。

保障設備模塊化設計是以功能模塊為最終成果，將保障設備內部各系統功能進行拆解，形成能夠在不同保障設備間通用或專用的功能模塊，達到拆解后將不同功能模塊進行組合，形成全新保障能力，服務不同航空裝備，從而實現減少保障設備數量的目的。借鑒美軍保障設備功能模塊化設計思路，模塊化設計應分為功能拆解、模塊組合兩個步驟，如圖1所示。

本文中保障設備模塊化設計方法的提出是通過對國外航空裝備保障設備模塊化設計理論、MOSA基本思想的深入分析，結合我國實際使用需求提出的，基于設備功能分解的保障設備設計方法，模塊化設計過程中應注重以下內容：

（1）模塊化設計的功能拆解過程應盡可能形成可重復利用的通用化模塊，利于功能模塊數量的縮減；

（2）功能相同的通用模塊及專用模塊應設置通用接口，用于實現模塊間的組合互換；

（3）通用模塊的設計應根據性能需求進行規劃，避免重復設計大量性能相近的同功能通用模塊；

（4）形成新型號保障設備時應盡量選取現存通用模塊，減少功能模塊的衍生。

模塊化設計過程共包含了功能拆解和模塊組合兩個過程，而這兩個過程的核心是通用模塊的重復使用，通過配合不同通用模塊和少量專用模塊形成不同保障能力[14]。通用模塊的拆解和設計應符合以下條件：

（1）通用性

通用模塊應能夠盡可能適用于多種保障設備的研制需要，具備互換性，能被廣泛的重復使用和共同使用。

（2）功能共性

通用模塊需具備完成具體任務的功能，由該功能拆解形成的通用模塊應至少能應用于兩型以上保障設備，此外該功能應不依賴于保障設備整體中其他功能模塊的性能要求。

（3）結構獨立性

通用模塊需具有獨立的結構，用以滿足在不同保障設備間的互換以及獨立設計、生產、采購需求，便于重復使用和共同使用。

（4）可組裝性

通用模塊不但具有結構獨立性，而且具有通用的或者標準的電氣、機械和數據接口，便于和其他模塊組合、聯通，形成不同功能的保障設備。

2.2 保障接口標準化

保障接口是保障設備與航空裝備機載系統相連接部分，用于向機載系統填加保障資源或傳遞電氣、數據信號，根據傳遞介質的不同一般可分為：機械類接口、電氣類接口和數據類接口。保障設備模塊化設計的目的是縮減保障設備規模，提高保障工作效率，而保障接口的標準化設計是實現保障設備模塊化的重要途徑之一[15]。

在缺少頂層規范及設計標準約束的情況下，保障接口的無序發展導致了保障設備的通用化程度差。以充氮設備為例，不同航空裝備所配置的充氮接口尺寸差異大，導致保障工作需要配置多型充氮設備保證使用需求，當使用模塊化設計方法對充氮設備進行重新設計時，可以通過規范充氮接口的結構、尺寸，形成具有統一接口的充氮模塊，在性能系列化設計的基礎上可以縮減性能相近的設備數量并實現充氮模塊與其他功能模塊的組合使用。

因此，保障接口的標準化設計是實現保障設備模塊化設計，縮減保障設備規模的重要手段。根據保障接口傳遞介質的差異，保障接口的標準化工作應根據接口種類不同對其涉及的關鍵技術指標進行規范，機械類接口、電氣類接口和數據類接口一般涉及的關鍵技術指標如下：

（1）機械類接口：結構尺寸、流量、壓力、操作空間、強度等；

（2）電氣類接口：電壓、接觸電阻、介質耐電壓、絕緣電阻等；

（3）數據類接口：連接器型式、針腳分布、針腳功能定義等。

2.3 模塊化保障設備功能型譜設計方法

保障設備型譜設計是用于規范保障設備發展的方法手段，融入模塊化設計思路后，保障設備型譜設計應分為以下三個步驟，如圖2所示。

（1）功能拆解

功能拆解是以航空裝備保障能力需求為牽引，對保障設備功能進行類別劃分，結合我國實際使用情況功能拆解如下：油液加注、油液排放、氣體填充、機械供能、環控供給、飛機供電、任務支援、機載設備功能測試。

（2）功能細分

功能細分是以功能拆解的成果為基礎，結合保障工作內容，進一步細化，用于保障設備的功能模塊分類。

（3）特征參數規劃

特征參數是在完成功能模塊劃分的基礎上，結合實際使用需求對各功能模塊性能指標提出的參數規劃。以充氮模塊為例，不同航空裝備對充氮模塊性能需求存在差異，但常見的輪胎充氮壓力需求和機載系統充氮壓力需求差異巨大，導致接口的尺寸需求無法統一，因此，結合保障需求規劃特征參數才能在覆蓋保障能力的前提下最大程度減少保障設備功能模塊數量。

2.4 航空裝備保障設備功能型譜建議

本文基于對保障設備模塊化方法的研究及航空裝備保障設備使用需求，對保障設備功能模塊進行了分級分類，根據保障設備所提供的保障功能，將保障設備分為了機械類、電氣類、數據類；進行功能拆解，形成8類主要功能，并進一步細化梳理歸納為22個功能模塊，提出航空裝備保障設備功能型譜。

該型譜是借鑒美軍標準對保障設備功能模塊劃分的思路并結合我國實際情況提出的，對比美軍對保障設備功能模塊的劃分，該架構采用了面向綜合功能的分類方式，對MIL-STD-864提出的測量、測試和校準設備進行了剪裁，這種分級分類方式所形成的保障設備功能模塊能夠獨立完成至少一項保障工作，更貼合航空裝備實際保障工作的需求。同時由于職責劃分的差異，本文提出的保障設備功能型譜不包含場站設施及武器，因此MILSTD-86 4中提出的照明設備、人員和物品保護設備、飛機設備和固體物料的搬運、移動、停止、推進和降落設備、救火、救援、生存設備、培訓與模擬設備、破壞和毀滅設備（包括戰斗武器和彈藥）也未納入本文的架構中。最終，本文將MIL-STD-864中剩余的保障設備功能模塊進行整理、合并，形成了圖3的保障設備功能型譜。

3 結論與建議

本文以我國航空裝備保障設備研制、使用現狀出發，深入分析了現存問題及原因，借鑒美軍提出的MOSA模塊化設計方法，分析了美軍航空裝備保障設備功能型譜的模塊化設計實例，并結合我國實際使用需求，提出了適用于我國航空裝備的保障設備功能模塊分級分類架構。

標準化工作作為裝備工作的重要組成部分，貫穿裝備建設始終，構建標準體系，開展標準建設，是支撐裝備研制和貫徹標準的基礎性、規劃性工作[16]。前文所述以技術實現為主，但想要徹底解決航空裝備保障設備無序發展的問題、減少保障設備規模、提高保障工作效率，急需開展保障設備研制通用規范、保障設備專用設計標準的制修訂工作，并通過頂層法律法規的約束[17-18]，開展標準符合性驗證工作用以保證規范及標準的落實，具體應分為以下幾步驟開展實際工作：

（1）制定頂層標準與管理規范

通過制定保障設備頂層標準與管理規范，對保障設備的論證、設計、研制進行約束。通過提出保障設備模塊化設計要求等頂層標準，將模塊化思想融入實際的設計中，并建議相關的管理規范及制度，對保障設備設計研制流程進行嚴格要求，減少保障設備研制過程中有標不依的問題。

（2）完善保障設備標準體系

以保障設備功能型譜為基礎，進一步對各類保障設備功能模塊開展研究，以航空裝備需求為牽引，初步形成各保障設備功能模塊主要技術指標系列化參數，形成保障設備設計標準及規范，并持續更新，為保障設備的設計提供依據。

（3）強化保障設備驗收關

根據使用需求及前期制定的設計標準，在保障設備論證、設計、制造、驗收各階段開展標準符合性驗證工作。此外，結合模塊化設計思路，同步開展保障設備互換性、擴展性的驗證，對保障設備間相互連接配合使用的能力提出要求，將模塊化設計貫徹到保障設備研制過程中，提高保障效率，縮減保障規模。

綜上所述，保障設備模塊化設計方法能夠有效減少保障設備數量、提高保障工作效率，但方法的落地實施仍需從管理、研究各方面努力。

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作者簡介

曾照洋，碩士，研究員，研究方向為裝備綜合保障、智能保障技術、標準化技術。

劉敏航，碩士，通信作者，工程師，研究方向為航空裝備保障設備標準化。

林聰，博士，高級工程師，研究方向為體系可用性、裝備通用質量特性。

（責任編輯：張瑞洋）