物联网技术在舰船装备维修器材精细化管理中的应用设计

■傅健

引言

物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种集成应用与系统创新发展，它是物体通过射频识别等信息传感设备并借助互联网技术实现物-物相连。物联网技术发展的与应用是一次新的信息技术和信息产业革命。物联网技术在军事上体现了极为重要的应用空间，最为我们熟知的是数字营区、智慧营区建设、物流供应链、后勤装备维修上的应用。精细化管理是一种管理理念和文化，是一种以最大限度减少管理所占资源和降低管理成本为主要目标的管理方式。舰船装备维修器材精细化管理的实现过程也就是对装备维修器材管理这个目标的分解细化和落实的过程，将复杂的事情简单化，简单的事情流程化，流程化事情定量化，定量的事情信息化。实现对舰船装备维修器材的信息化管理是装备维修器材的精细化管理中最为重要的一个环节，也是最重要的一种手段。

1 物联网概述

1.1 物联网基本概念

物联网的英文名称是Internet of Things，简称IOT。其概念最先是由麻省理工学院自动化研究中心的Ashton教授在1999 年研究RFID 视频技术时提出的。物联网是指物体通过二维码、无线射频识别(RFID，Radio Frequency Identification Devices)、红外感应器、全球定位系统(GPS，Global Position System)、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，使任何物体实现与网络的相连，全面获取现实世界的各种信息，完成物与物、人与物的信息交互，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、管理和控制的一种网络。简而言之，物联网是多种信息技术的融合与集成应用。

1.2 物联网体系结构

从技术架构来看，物联网的体系结构由感知层、网络层和应用层3 部分组成，图1 所示是物联网的基本架构。感知层主要分为数据采集和短距离无线传输部分，数据采集部分通过使用RFID、传感器等技术采集各类信息和数据，短距离无线通信主要对小范围内的多个物品的信息进行集中与互通；网络层建立在现有通信网和互联网的基础之上，将各种网络进行有机集合、综合使用，对采集的数据和信息进行分类和传输；应用层是应用网络，利用云计算对海量的物品信息进行快速处理，通过计算机、手机、智能控制器等输入输出终端，完成对物品信息的智能分析、汇总、协同、共享、互通、分析、决策等功能，用户根据需求获取相应的服务。

图1 物联网网络架构

1.3 关键技术

物联网涉及传感器、集成电路、数据通信、自动化、高性能计算、信息处理及安全等多个领域，它是对现有信息技术的集成应用，其产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送4 个环节。一般认为，物联网建设和应用的关键技术主要涉及3 个部分，即无线射频识别(RFID)技术、无线传感器网络(WSN)技术、传感器。

1.3.1 无线射频技术RFID(Radio Frequency Identification)

RFID 技术俗称电子标签，它是一种利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递的自动识别技术，它可以对信息进行标记、登记、存储和管理。RFID系统由阅读器、应答器（标签）和应用系统3 部分组成，它通过无线电波在响应媒介和询问媒介间传递信息，RFID设备可以在舰艇器材储存舱、仓库、冷库等多种环境和场合下正常使用。标签(Tag) 附着在物体上标识目标对象，它由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码；阅读器(Reader)负责读取（有时还可以写入）标签信息，目前有手持式和固定式阅读器两种；天线(Antenna)是在标签和读取器间传递射频信号的设备。

1.3.2 无线传感器网络技术

无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用，它具有低成本、微型化、低功耗和灵活的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等优点。无线传感器网络技术可以实现联网中物与物、物与人的信息交互。无线多媒体传感器不仅能获取标量信息，还能获取视频、音频和图像等矢量信息，并且可以利用压缩、识别、融合和重建等多种方法来处理信息。

1.3.3 传感器

传感器通常由敏感元件和转换元件组成，敏感元件能够灵敏地感受被测变量并做出响应，转换元件则是能够按照一定规律将被测变量转换成可用信号。传感器除了传统的传感功能外，还要具备一些基本的本地处理能力，它是无线传感器网络技术的核心。物联网正是通过遍布在各个角落和物体上的形形色色的传感器以及由它们组成的无线传感网络来最终感知整个物质世界的。

除了以上3 项关键技术外，还有很多其他技术在物联网发展中发挥着重要作用。比如智能技术，它是为了有效地达到某种预期目的，而利用知识的各种方法和手段。通过在物体中植入智能系统，可以使得物体具备一定的智能性，能够主动或被动的实现与用户的沟通，目前主要的研究方向包括人工智能理论研究、先进的人-机交互技术与系统、智能控制技术与系统、智能信号处理等。

2 舰船装备维修器材物联网智能管理系统及应用设计

2.1 舰船装备维修器材物联网智能管理系统构建

舰船装备维修器材物联网智能管理系统的构建基于物联网的内涵和构成，结合舰船装备维修器材管理制度、流程和特点，在物联网技术应用的基础上，通过整合舰船装备维修器材管理系统、装备维修器材数据库等模块，进一步拓展舰船装备维修器材管理功能、优化管理手段的舰船装备维修器材管理系统。该系统是涵盖舰船装备维修器材信息采集、器材入库、仓库管理、器材出库、动用管理、技术保障、资源管理等各个环节的智能化器材管理系统。

舰船装备维修器材物联网智能管理系统，主要由舰船装备维修器材管理子系统、器材技术保障业务处理子系统和装备维修器材数据库3 部分组成。舰船装备维修器材管理子系统，包括舰船装备维修器材数据采集、消耗及库存实时上报、器材动态管理等模块，主要实现舰船装备维修器材的日常管理和库存信息的实时采集，具备舰船装备维修器材信息更新、历史记录和业务记录存取等动能。器材技术保障业务处理子系统，包括远程技术支援、装备和器材故障实时上报、器材故障案例分析和器材维修履历查询等模块，具备远程视频指导、故障上报、故障分析等功能，完成器材技术保障任务。维修器材数据库，包括器材各项战技性能标准、数据统计和交互式电子技术手册（IETM）查询功能，完成器材资料查询和器材维修技术支援任务。

舰船装备维修器材物联网智能管理系统根据物联网的体系结构可分为传感层、传输层、应用层3 部分。传感层，主要采取射频识别技术和信息传感技术，通过给维修器材加装“器材信息识别标签”、信息采集模块及分布式传感器，实现信息统计、实时监控、出入库状态上报和质量监控。传输层，主要采用Wi-Fi 无线网络和专用有线网，实现维修器材管理全过程的数据汇总和信息传输。应用层，以各级管理控制节点为主体，通过舰艇智能仓储管理子模块、环境检测子模块、维修器材动态管理子模块及技术支援平台子模块，实现维修器材管理的智能化、技术保障的实时性和资源分配的合理性。

2.2 舰船装备维修器材物联网智能管理系统的应用设计

2.2.1 实现维修器材管理信息的数字化网络传输

利用器材信息采集终端和计算机网络，将上级的命令、指示，采集的舰船装备维修器材技术信息、管理信息和决策指令进行拟制、传送和建档，并将各类舰船装备维修器材管理信息存储到舰船装备维修器材管理信息子系统中，自动生成舰船装备维修器材管理统计报表和料单，完成舰船装备维修器材收发、数据汇总统计及动态管理等功能，进一步提升舰船装备维修器材管理的时效性、准确性和可靠性。

2.2.2 实现维修器材信息的精确识别

通过给装备维修器材安装RFID 电子标签，使维修器材成为“智能物体”，并在库用机械、自动立体货架、库房进出通道及室外移动节点等关键部位，安装信息自动采集器和阅读器，读取装备实时状态信息，并传送给信息中心，实现自动识别、定位与统计。其中，RFID电子标签是联结舰船装备维修器材仓库管理活动的纽带，存储有装备各种不同属性的信息，可实现舰船装备维修器材的身份识别、存储定位、数量统计、跟踪监控和历史记录等功能。

2.2.3 实现维修器材出入库信息的精准感知

加装过RFID电子标签的维修器材，其备件名称、生产单位、生产日期、数质量情况、所适用装备、寿命期等信息都能够存储在与之身份对应的唯一电子标签中。器材进入器材仓库后，射频识别技术能够自动登记存放地点、自动生成备件入库清单。器材出库作业，射频识别技术能够准确告知器材存放位置等信息，提高器材出库工作效率，并且自动生成出库清单，做到对库存器材数据的精确统计，大大减轻人工盘存工作量。

2.2.4 实现维修器材维护需求的实时提示

维修器材需要定期进行维护，以往器材维护工作具有很大的滞后性，主要原因在于维护保养时间的不掌握或者掌握较少，传统管理方式已经无法满足器材精细化管理的需要。在维修器材数据库的支持下，维修器材技术保障业务处理子系统，可根据“器材信息识别标签”的告警信息确定维护需求，并及时提示操作维护人员进行针对性维护；针对复杂情况还可以通过异地视频方式，远程指导所属部（分）队完成器材维护。同时根据器材性能指标的异常变化，及时提示维护人员排除故障隐患，实现预防性维护。还可以存储维护、维修的历史数据，建立完善的器材维修履历，以便器材管理人员快速排除故障。

2.2.5 实现装备维修器材的共享和快速保障

根据辖区内单位任务、位置分布、器材储备情况，科学划分器材保障区域，通过器材技术保障业务处理子系统，实时掌握保障单位装备故障和维修器材数质量等情况。当装备出现故障需要维修时，可利用维修器材管理系统了解友邻单位维修器材和备件的储备情况，在上级业务部门的统一组织下，根据器材存储情况，既可从友邻单位就近调拨装备维修器材，也可从辖区外单位调拨维修器材及时排除装备故障，实现维修器材共享和跨区域快速保障，提高保障效率。

2.2.6 装备维修器材保障资源的合理配置

维修器材的合理配置在于能够依据不同类型的保障对象、保障方式和保障需求，实现维修器材资源的合理分配和有效利用。因此，应通过物联网技术，依据任务目标和任务类型，对维修器材进行量化分析和效果模拟仿真，利用计算机计算和仿真出最优的保障模型，采取模块化的维修器材储备方式进行器材保障。海军护航军舰的模块化器材储备，有效保证了舰艇在远海条件下的维修器材供应保障，为装备故障修复提供了有力的物质基础支撑，提高了器材保障效率，实现了器材保障资源的合理配置。

3 结束语

物联网技术是实现舰船装备维修器材精细化管理、提高器材保障效率的有效手段，它在舰船装备维修器材保障领域的应用，打通了器材保障的“最后一公里”。它不仅能实现器材管理信息的数字化网络传输、信息的精确识别、出入库的精准感知、维护需求实时提示，还能实现器材资源快速保障和合理配置。物联网技术使器材保障活动与战场活动融为一体，实现了保障行动与作战行动的一体化，提高了器材保障的信息化程度和保障效率。基于物联网技术的装备维修器材物联网智能管理系统在装备保障领域的广泛运用，对于进一步提高舰船装备维修器材保障能力、打赢现代化局部战争将发挥至关重要的作用。