航天装备质量态势需求分析

2021-12-20王嘉慧侯兴明王梦雨

中国设备工程 2021年22期

王嘉慧，侯兴明，王梦雨

（航天工程大学航天保障系，北京 102200）

随着大数据和信息技术的发展，现代战争已经开始从信息化战争向智能化战争转变，信息成为战争制胜的关键，战场空间多维一体，科学高效的指挥决策，作战单元看似分散实则聚合性强是智能化战争的典型特征。航天装备是获取、处理和传输战场信息的关键，在战争中的应用越来越广泛，在遂行各类航天作战任务时，各级指挥员需要针对任务中的航天装备有一个总体和具体的质量把控。传统的航天装备质量监测和控制方法已经不能适应快节奏的作战任务，必须采取信息化智能方法，提高装备质量监控和预测的自动化水平。航天装备质量态势要根据目标任务和指挥决策的需要，主动获取质量信息并进行梳理分析，生成需要的质量态势信息。指挥员能够通过更加直观和精确的态势信息迅速了解任务中装备质量的情况，迅速做出科学的装备指挥决策，提高装备质量管理的效率，将航天装备的作战效能发挥到最大。

1 航天装备质量态势生成系统需求分析总体思路

需求分析是指对要解决的问题进行详细的分析，航天装备质量态势的需求分析就是对航天装备质量态势生成的必要性和可行性进行分析，准确理解用户和质量态势的功能和能力，将用户的需求转化为完整的需求定义，确定要做什么的过程。需求分析服务于航天装备质量态势生成全过程，贯穿于质量数据获取、处理分析、态势信息预测及共享展现各个阶段。在开展航天装备质量态势需求分析时，应根据装备质量态势生成的特点，围绕航天装备质量态势服务的任务，充分反映装备质量态势在装备质量管理决策中的支撑作用。

2 航天装备质量态势的必要性与可行性

必要性就是不同任务对航天装备质量态势生成的需要，传统的航天装备质量管理和质量管控方法已经无法适应装备的智能化、体系的融合化和战争的信息化发展趋势，各类任务需要尽可能高效地获取装备质量态势信息。

可行性就是航天装备质量态势生成内部和外部能够给予的资源和条件。

2.1 必要性

航天装备质量态势生成的必要性主要是不同任务中不同用户掌握装备质量态势的需求，即任务分析，主要从军事航天任务、全寿命质量管理、部队建设三个方面分析（如图1）。

图1 不同任务对航天装备质量态势的需求

（1）军事航天任务方面。未来战争作战节奏快，作战空间大，作战人员密度小，战场上双方不仅是军事力量的对比，更是高技术尤其是信息技术在军事中运用的对抗。未来战争中的装备科技含量高，各种信息化装备的监测预警、情报侦察、精确制导、火力打击、指挥控制、互通互联等能力，航天装备在导航定位、气象观测、军事通信、电子侦察、导弹预警等方面发挥着重要作用。因此，在作战任务中，航天装备质量要始终维持在一定的水平。在作战任务中，各级指挥员更关注任务中航天装备的质量情况及发展趋势，由于在作战中，装备容易受到敌方打击、战场恶劣环境的影响，突发性故障较多，在内容上，指挥员需要清楚地掌握重要装备的故障率和完好率、重大故障装备、故障装备能否完成作战任务；故障修复情况等装备质量态势信息。在能力上，任务中的航天装备质量态势要具备快速、准确、全面、突出重点地向各级指挥员展现出所需质量态势信息的能力。

（2）全寿命质量管理方面。面向全寿命周期管理的航天装备质量态势的生成与展现，要根据装备在全寿命周期的变化特点进行态势的构建与生成展现。航天装备从研制生产到投入使用的周期长，人力、物力、财力和技术投入较大，装备一旦出现故障就会造成很大的损失。随着信息化技术的发展和传感器技术的应用，在航天装备全寿命管理中，装备健康管理（PHM）、设备健康监测与故障诊断技术早已得到广泛应用。尽管根据经验和相似型号装备的历史故障信息，可以推断装备发生故障的规律和寿命周期，但是仍无法科学预测装备质量的发展趋势。在航天装备全寿命周期，为了提高质量管理效益，各级管理人员更加关注装备信息数据库的建立、装备质量状态信息的实时显示、装备故障预警、故障装备定位以及预测装备的寿命。航天装备质量态势能够为航天装备全寿命质量管理工作提供需要的信息，提高各级人员对航天装备质量的掌控能力，同时，能够对装备故障预测和精准定位，延长装备寿命期。

（3）部队建设方面。航天部队建设是国防建设在空间领域的延伸和发展。航天装备是高新技术融合的产物，在未来的联合作战中发挥着不可替代的作用。航天装备有着对先进技术的依赖性强、研制生产周期长、耗资多等特点，为了不断提高航天装备的作战效能，就必须提升航天装备质量。部队建设对航天装备质量态势的需求是能够掌握现在航天装备质量的问题和缺陷，具体体现在装备质量情况、装备故障情况、技术缺陷以及装备寿命预测等信息，为以后航天装备质量的提升提供方向。

2.2 可行性

根据SWOT法分析航天装备质量态势的内部优劣势和外部机会及挑战，分析其可行性。

内部优势：军地双方都非常关注航天装备质量态势；军地双方交流合作，先进技术的发展给质量态势生成提供了可能；态势感知、态势生成、态势可视化技术在军事上的应用；有充足的历史数据作为态势分析的基本依据；航天装备质量的监测、评估和预测有一定的研究，为质量态势生成提供一定的技术和经验。

内部劣势：军队的技术落后于地方；法规政策的制定不够完善；质量态势生成与展现没有标准；航天装备分布较广，装备总体质量情况难以把握。

外部机会：信息技术、大数据技术、传感器技术以及态势生成与可视化技术在军事上的应用越来越广泛；掌握先进技术的人才越来越多。国家经济不断发展，有资金投入可以建立其覆盖整个航天装备体系质量态势的数据库和显示界面。

外部威胁：军地双方在航天领域的融合存在一定的壁垒，信息共享存在失泄密风险；先进的技术应用于质量态势生成需要大量的时间；复合型人才短缺的现象在短时间内难以解决。

将航天装备质量管理方面的内部优势与政治、经济、社会和技术带来的机会相结合，充分利用一切有利条件，研究航天装备质量态势生成的策略。一是充分利用政策优势，积极落实有关航天装备发展的各项政策规范，航天装备质量标准，制定航天装备质量态势相关法规标准；二是充分理解任务，对任务进行分析、分解，把前期工作做细做实，梳理任务所需的装备及其质量情况，加强对航天装备的研制数据、试验数据、质量数据、历史故障数据的收集和整理，制定数据收集标准和数据格式规范化，以便质量态势生成；三是重视航天装备质量态势，根据需要引进先进的技术和人才，在质量态势生成的各个关键环节把控标准，严格要求，提高态势信息的质量；四是建立数据分级分类保护制度，并严格执行，防止泄密。

3 基于OODA的航天装备质量态势生成流程分析

OODA(Observation观察、Orientation判断、Decision决策、Action执行)来源于军事领域，在战争中建立OODA环作战模型，取得良好的作战效果。本文借鉴OODA循环理论，将“观察-判断-决策-执行”四个环节应用于航天装备质量态势生成过程。航天装备质量态势生成过程同样是一个循环，即态势感知（质量数据感知）、数据处理分析、态势信息预测、态势信息展现，由于装备质量的评估和预测需要根据装备历史故障规律进行，每一个循环形成的态势信息都可作为下一个循环中的历史数据，为之后的装备质量态势预测提供依据，因此，将“观察-判断-决策-执行”转化为“态势感知-数据处理-态势预测-态势展现”四个环节。一是态势感知。态势感知这一环节主要是感知航天装备质量的变化情况，具体体现在装备质量关键参数的变化，以及装备质量影响因素的参数变化。二是数据处理。将获取的质量数据梳理、分类、统一数据格式，进一步筛选出与装备质量相关性高的数据，进行数据分析，判断装备质量现状。三是态势预测。根据预设的装备质量等级标准和故障规律，结合装备质量影响因素的变化情况，对装备质量发展变化趋势进行合理的推断和预测，形成态势信息。四是态势展现。将态势信息按照用户关注度和时间紧迫性综合排序，清晰准确的态势信息展现给需要的用户，为用户提供最直接的态势信息。

在航天装备质量态势生成的各个环节中，每个环节都包含观察、调整、决策、行动的过程，通过分析建立基于OODA环的航天装备质量态势模型如图2所示。

图2 航天装备质量态势各环节OODA环模型

4 航天装备质量态势的需求

在OODA循环中，速度被认为取得作战胜利的核心因素，航天装备质量态势生成过程同样如此，循环速度越快，各级用户对航天装备质量情况的掌握程度越精确，越能快速做出科学的装备指挥决策。影响航天装备质量态势各个环节循环速度的因素有很多，航天装备质量态势对航天装备管理决策的支撑度与其可信度成正比，可信度=质量数据获取的全面性×数据分析的速度×态势信息展现的精度。为了更好地实现航天装备质量态势OODA循环，以图2的模型为基础，实现各个环节的可信度为目标，形成航天装备质量态势需求框架如表1所示。

表1 航天装备质量态势需求框架

（1）装备质量数据的高效获取。战场空间已经延伸到陆海空天电网各个领域，航天装备分布范围广，信息是未来战场制胜的关键。航天装备质量态势要提高自身的可信度，就要快速高效地获取航天装备质量相关数据和信息，根据任务需求和任务分配，合理调整传感器获取质量相关参数变化信号的范围，提升数据精准高效的捕获能力。

（2）快速的数据处理分析和预测。利用数据挖掘技术和分析技术，对数据进行梳理，筛选失效数据，提升数据的有效性，建立数据和信息表征的统一规范，根据数据获取、数据分类、质量等级划分等标准和规范，形成数据处理逻辑，形成面向任务需求的态势信息。

（3）清晰准确的信息表达和展现。航天装备体系种类繁多，且体系内部各系统、各分系统之间的关联性不同，将会生成大量、多源、异构的质量态势信息，为了满足不同任务各级指挥员直接获取态势信息的需求，对各用户对态势信息的关注度进行分析，将态势信息分类分级，统一态势信息表达方法和展现方式，根据质量态势信息的优先级，将抽象的态势信息以直观的方式展现处理，为指挥员的决策制定和各级单位的任务执行提供有效支撑。

（4）平台间高速信息共享。未来战场是一个相互关联、信息共享的统一体系，各个平台都以信息为支撑，平台间的联合战术都以信息为纽带。航天装备质量态势信息面向各平台用户的需求分发和展现，为了在制定决策时从全局出发、从细处入手，每个平台都需要掌握尽可能多的质量态势信息和战场上其他的情报信息，但是由于态势展现界面有限和态势信息的保密性要求，平台不可能直接获取全部的态势信息，因此，需要各个平台间建立安全快速的通信渠道，对信息进行共享。