全寿命周期装备综合保障信息化框架研究

胥永康，吴家菊，杨永辉，潘泽友

(中国工程物理研究院计算机应用研究所， 四川绵阳621999)

0 引言

随着装备系统的复杂化，装备保障已经成为影响战斗力的重要因素，各国军队已将其作为装备保障性来要求，与作战性能居于同等重要的地位，已经成为制约装备系统发展和影响寿命周期费用的重要因素。为了满足现代战争对装备战损和装备故障的高效响应以及迅速恢复战斗力的要求，装备保障性必须从装备设计阶段同步展开，并且一直到装备使用阶段持续改善，贯穿装备全寿命周期的整个过程。装备综合保障是在装备系统的研制过程中综合考虑保障问题，使保障影响设计，并在装备部署使用的同时，以最低费用提供与装备相互匹配的保障资源，建立保障系统，满足平时和战备任务要求所进行的一系列技术与管理活动［1-2］。

从20世纪80年代开始，美军在F-18飞机研制中引入保障性设计，随后美军研制的新型武器B-2轰炸机、SSN-21核攻击潜艇以及F-22战斗机，从设计开始就强调保障性设计与分析，将保障设计与武器装备的设计及生产过程进行综合，以保证武器系统战备完好性目标［3］。发达国家的综合保障技术手段走过了一个较长的发展过程，目前已经逐步采用信息化和数字化的综合保障平台实现装备的综合保障设计和规划。国内从20世纪80年代开始由军方率先引入综合后勤保障概念，翻译了大量综合保障资料，2000年后逐步引入了交互式电子手册，保障性分析、综合保障管理等软件，形成了相关国标、国军标，目前主要聚焦在装备综合保障具体业务领域的相关数字化支撑，尚未开展装备综合保障一体化管理。欧美国家早在20世纪90年代就通过仿真技术、信息技术、数据分析处理技术、交互式电子手册技术等实现装备的保障产品的优化设计、保障方案的设计与评估、使用维修、备件、保障信息管理等装备综合保障一体化管理。基于EAGLE、ASENT、MMIS、AIMSS、Arbortext、Relex 等软件支撑的数字化综合保障平台已经在美军进行大量应用。

1 装备综合保障业务内涵

面向全寿命周期的装备综合保障是围绕装备设计和保障系统设计这两条主线进行的，其间的桥梁是保障性分析工作，装备全寿命周期过程中主要包含要求提出方、承制方、装备使用方等三类角色，如图1所示。

图1 面向全寿命周期的装备综合保障业务内涵

装备综合保障业务包括开展装备的保障性设计，即全面开展装备的可靠性、维修性、测试性、保障性和安全性等通用特性的分析和设计;确定装备的保障方案及保障资源，需要可靠性工程师、维修性工程师与保障工程师之间的密切协作，通过保障性分析来完成;提供所要求的保障，包括制订采购和补给方案，提供各种备件、文件、地面保障设备及培训等［4］。装备综合保障工作贯穿于论证、方案、工程设计与研制、生产、使用及退役等寿命周期的各个阶段。

2 装备综合保障信息化目标

开展装备综合保障工作仅仅依靠管理和重视是不够的，还需要专业的管理平台及软件工具作为支撑。面向装备全寿命周期的装备综合保障信息化目标就是从装备全寿命周期信息无纸化入手，逐步建立装备综合保障平台，营造集成数据环境，实现装备全寿命周期信息的数字化、自动化、网络化与集成化，实现装备的论证、设计分析、制造、使用、维修及退役全寿命周期相关各设计院所、生产单位、部队、基地仓库及配套供应商协同一体化保障，最终达到通过全寿命周期装备综合保障信息化工作的开展提升装备保障性能的目标。数字化综合保障平台主要包括保障性设计、保障分析、保障方案、保障应用、技术支持及保障管理几个方面的内容，其中保障管理涵盖装备的全寿命期的各个阶段及相关部门。面向全寿命周期的装备综合保障信息化目标，如图2所示。

图2 面向全寿命周期的装备综合保障信息化目标

装备综合保障贯穿于装备的论证、设计、制造、交付、运行与维修、库存及退役等全寿命周期，在各阶段与装备研制相互关系、相互制约、相互促进。装备综合保障核心数据分为产品定义数据和产品保障数据，产品定义数据包括工程图样、设计规范、技术报告、分析与试验数据等，产品保障数据包括产品档案数据、可靠性与维修性数据、使用与维修手册、供应与维修数据、保障性分析记录及各保障要素数据等。在装备全寿命周期的不同阶段，装备综合保障各设计院所、生产单位、部队、基地仓库及配套供应商对这些数据存在各不相同的使用需求。

3 装备综合保障信息化框架

根据面向全寿命周期的装备综合保障的业务内涵和信息化目标，面向全寿命周期的装备综合保障信息化框架主要包含综合保障平台、数字化研发和制造平台、综合保障门户系统、规范标准体系和基础支撑平台等。综合保障平台由保障设计分析及方案、综合保障管理及技术支持、远程应用等三层组成，并将相关综合保障信息推送到综合保障门户系统。数字化研发平台和数字化制造平台为综合保障平台提供相应的设计和制造数据，综合保障平台反馈保障分析数据便于开展设计制造优化工作。基础支撑体系从业务集成平台、数据中心及硬件支撑平台等三个方面支撑综合保障平台，通过标准规范体系、信息安全体系、运维管理体系保障综合保障工作的规范、安全和高效。面向全寿命周期的装备综合保障信息化框架，如图3所示。

图3 装备综合保障信息化框架

3.1 保障设计分析及方案

保障设计分析及方案主要由装备研制方使用，主要包括保障设计系统、保障分析系统及保障方案系统。保障设计系统将综合保障指标要求分解为装备五性顶层要求，开展装备五性协同设计将五性指标分配、设计到装备各级组件中，从而实现对装备可靠性、维修性、测试性、保障性和安全性的设计和分析。保障分析系统从可靠性分析、维修性分析、测试性分析、保障性分析、安全性分析、故障模式影响及危害性分析、以可靠性为中心的维修分析、使用及维修工作分析、修理级别分析、全寿命周期费用分析、故障分析等方面进行保障分析，提供保障设计结果验证，将设计、分析、验证结果存入全寿命周期数据库，实现与综合保障设计系统间的数据交换。保障方案系统根据保障性设计系统及保障性分析系统的结论制定装备出厂配置方案、装备维修方案、装备维护保养方案、备件备品供应方案、装备培训方案等保障方案，并将保障方案数据反馈给保障性分析系统进行分析，依据分析结论进行方案调整和优化，调整优化后的保障方案作为装备保障的依据，依据保障方案进行装备保障管理。

3.2 综合保障管理及技术支持

综合保障管理及技术支持分为综合保障管理和外场技术支持两部分，装备交付前的综合保障管理由装备研制方使用，装备交付后的综合保障管理则由装备使用方使用，外场技术支持由装备使用方使用。

综合保障管理包括交付综合发布系统、武器信息系统、保障资源信息系统、装备使用导航系统、日常管理系统、库存管理系统、维护保养系统、包装拆卸系统、维修系统、训练系统、监测系统、故障系统、故障诊断系统、装备供应系统、技术状态管理系统、质量评估需求跟踪系统、重大发现研究系统等系统。综合保障管理提供交付产品的交付过程、交付资料等管理，采用IETM技术完成0～5级交互式电子手册的制作、发布、出版;提供武器装备通用信息、专有信息、随装附属资料、仪器设备、工具、备件及履历等信息管理;提供武器装备保障资源信息管理;提供装备供应计划、供应品及其分类、供应商的管理，通过准确确定供应品范围和定额、缩短平均后勤延误时间(MLDT)、及时保障维修等提高装备使用可用性;提供涵盖维修、保养、训练、装配等使用场景的装备使用导航管理;提供装备交付前及交付后的日常信息管理，包括有关人员和日常任务等;提供装备交付前及交付后的库存管理，包括存储状态、仓库、货位、出库、入库、调拨等;提供装备交付前及交付后的维护保养信息管理，包括维修保养标准、操作规程、计划、方案、实施过程、人员等;提供装备交付前及交付后包装信息管理，包括包装拆卸标准、操作规程、包装情况、装备组装情况、拆卸情况等;提供装备维修计划、维修实施过程等信息管理;提供装备训练计划、训练实施过程等信息管理;提供装备储存、运输、使用等场景下环境监测信息、监测配置和电子监测信息管理;提供装备技术状态管理和装备需求指标变化情况跟踪管理，评估装备技术状态是否发生变化;提供装备使用运维过程中问题记载和问题跟踪研究等管理。

外场技术支持包括技术资料管理系统、故障管理系统、专家知识库等系统，实现外场所需技术资料的管理，完成外场发生的装备故障闭环管理，提供故障诊断、维修性分析、维修级别分析、风险分析、训练培训等所需的专家知识管理。

3.3 远程应用

远程应用主要由装备使用方使用，远程应用包括日常维护、基地现场维修、战时抢修、远程训练及培训等。为了便于装备有效性分析评估、新型号研究、优化设计、延寿改进等工作的开展，装备使用方在使用相关系统产生的数据需要反馈到装备研制方，主要包括现场可靠性评估数据、日常维护数据、基地现场维修数据、战时抢修数据、培训数据、训练数据、基于IETM的维修工具包的维修经验等。

3.4 综合保障门户系统

综合保障门户系统实现装备综合保障相关业务系统的集成，将装备综合保障相关业务系统的待办接入，产生待办事务;实现各部门信息的统一发布和展现;通过门户系统实现装备相关的设计院所、生产单位、使用部队、基地仓库、备件供应商等的协作应用功能，体现组织层次、数据层次及应用层次;实现业务系统的单点登录，使日常办公不用在多个系统中切换，提高工作效率;采用数据抽取技术、数据展现技术丰富业务系统信息的展现方式，满足决策层对数据的综合性、及时性、直观性需求;同时建立统一的模型、业务元数据、信息编码规范和标准，通过统一的武器装备综合保障数据库建设分布实时数据采集，特别是装备状态监测数据的采集。综合保障门户系统主要功能包括各业务系统的独立登录、个性化内容定制、多渠道接入、门户内容管理与系统性能维护、信息集中发布及展示等功能。

4 实现关键技术

面向全寿命周期的装备综合保障信息化作为一项综合性工程，其实现需要多学科技术的综合、渗透和交叉。

4.1 数字化技术

数字化技术是信息化的重要技术之一，数字化综合保障己成为装备保障建设的必然要求。数字化技术主要包括人机交互式技术、数字化故障诊断专家系统服务技术、涉密数据安全防护技术、IETM技术等。通过数字化技术的应用，构建安全、可靠、易用的装备综合保障软件平台，支撑装备综合保障工作的开展，提升保障效率和效能。数字化技术在全寿命周期装备综合保障中的应用是装备保障技术的创新，是提高装备保障综合效能的基础，是装备保障现代化的重要标志。

4.2 仿真技术

仿真技术是装备综合保障的另一项关键技术，以真实的作战与训练任务需求为输入，建立任务仿真模型，对输入参数进行分析计算，预测可能的任务结果和完成任务需要的保障。通过仿真技术对任务结果及完成任务的保障进行分析，为备选保障机构、系统设计参数、维修策略、库存策略等的制定提供决策根据。多种形式的可视化仿真推演，以逼真的三维模拟环境，完成装备综合保障可行性、适应性、风险及效果的评估与检验。

4.3 大数据技术

装备全寿命周期综合保障过程中势必会产生大量繁杂数据，不仅数据尺寸庞大，而且增长速度快于摩尔定律，超过95%的数据都呈现非结构化状态，并且需要长时间存储，非热点数据也会被随机访问，同传统的基于关系型数据库的核心数据存储方式相比有显著的差异。装备综合保障强调保障的联合，着重于不同设备间的保障设备、保障资源和保障手段的通用性，要求建立统一标准，可以整合现有装备的保障体系结构，使其更适用于现有装备的保障需求，并能使将来保障体系的发展兼容现有系统，以实现不同型号新老装备的共同使用。最终需要建立一个基于大数据的综合保障公共基础数据库，数据来源于装备全寿命周期各个阶段，该数据库能为各阶段提供技术数据支持。

4.4 数据分析处理技术

装备综合保障的重点是保障性分析，数据分析处理技术是保障性分析的关键技术。数据分析处理技术，包括数据库技术、统计学、机器学习、信息检索技术、数据可视化和模式识别与人工智能技术、数据抽取技术、数据分析算法、数据建模技术、数据展现技术等。采用数据建模技术对装备综合保障领域的数据进行建模，依据常规数据分析算法及装备的产品特性和数据特性设定特定的分析算法。采用数字化技术对装备综合保障数据模型及分析算法进行实现，采用数据抽取技术将装备综合保障领域的多源异构数据进行有效抽取，采用相关算法进行计算，结果采用数字化展示技术向决策者、管理用户、设计人员、保障人员等进行直观展示，辅助装备综合保障工作开展。数据分析处理技术是面向实际应用的技术，现在已经广泛应用于金融、银行、农业、制造业、零售业、电信、医疗卫生、教育和生物科学等领域。在全寿命周期装备综合保障中的应用数据分析处理技术，将有助于提高保障产品的设计性能，制定最合理的保障方案，提升装备保障管理效率，最终提高装备的保障性能，从而提升装备作战性能。

5 结束语

装备保障与作战性能居于同等重要的地位，装备保障性必须从装备设计阶段同步展开设计，并且持续到装备使用阶段贯穿装备全寿命周期的整个过程。本文在分析面向全寿命周期的装备综合保障业务内涵的基础上，提出了面向全寿命周期的装备综合保障信息化目标就是要建立装备综合保障平台，营造集成数据环境，实现装备全寿命周期信息的数字化、自动化、网络化与集成化，最后给出了以装备综合保障平台为核心的装备综合保障信息化框架，并介绍了相关实现关键技术。面向全寿命周期的装备综合保障信息化框架，对于促进装备保障信息化建设具有一定指导作用。基于该框架开展信息化建设，能够促进装备全寿命周期保障成本有效降低，促进装备研制保障工作一体化展开，促进装备保障质量、效率和能力提升。

［1］ 刘海军，冯玉光，汤 华，等.雷达装备综合保障辅助决策系统开发［J］.电脑知识与技术，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 东.装备综合保障关键技术研究［D］.长沙:国防科学技术大学，2006.Xu Dong.A study on key technologies for integrated logistics support［D］.Changsha:National Universitry of Defense Technology，2006.

［3］ 徐 进.基于CALS的雷达装备保障信息化策略研究［J］.现代雷达，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］ 卢新才，刘景阳.外军工程装备信息化建设现状与发展趋势［J］.国防科技，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.