未來戰爭條件下航天裝備維修保障數字化研究與應用

孫朋成、張衛、尹嚴研 /航天科工智能運籌與信息安全研究院（武漢）有限公司

現代戰爭大量應用航天武器裝備，快速打擊、跨域打擊、精準打擊成為主要作戰樣式。隨著軍事斗爭準備工作的深入，實裝實彈演練成為常態，航天武器裝備運用頻次、范圍、強度成倍增加，裝備維修保障需求量指數級增加。與此同時，一線部隊對裝備維修保障力量機動性、裝備維修保障時效性要求更高。現代戰爭持續時間短、備品備件消耗量大，依靠傳統手段無法實現航天裝備故障快速預測、診斷、定位、維修，無法滿足現代戰爭“全縱深、全立體、全時空”裝備保障需要，航天裝備維修保障迫切需要走向數字化、精準化和智能化。

一、裝備維修保障數字化內涵及模式

1.裝備維修保障數字化概念

裝備維修保障數字化是指在裝備生命周期內，將現代信息技術運用到裝備維修保障故障監測、診斷、定位、隔離、修復、資源調配及管理全流程，使裝備系統、子系統、軟件和支持系統達到完好性等級和作戰能力要求，保持或恢復到能完成規定功能的狀態而使用的各種技術和管理活動的集合。

2.武器裝備維修保障模式發展歷程

裝備保障對作戰效能發揮和戰斗力提升起著關鍵作用，逐漸發展成為與作戰能力同等重要的關鍵能力?！耙淮b備，一代保障”，隨著作戰需求、裝備設計技術、裝備信息化水平、保障性設計特性、裝備診斷測試技術不斷演進和發展，裝備保障模式及理念經歷了修復性維修、預防性維修、預測性維修等階段，正在向智能化維修方向轉變。

二、國內外武器裝備保障數字化應用現狀

裝備保障數字化技術可以精準定位、隔離故障，大幅提高裝備維修效率，節約維修保障成本，受到多國重視。

1.國外裝備維修保障數字化現狀

現代信息技術在美、英等外軍裝備維修保障中得到了廣泛應用，基本實現了維修保障指揮及控制自動化、資源管理透明化、作戰訓練及維修培訓數字化和保障決策科學化。

（1）維修保障指揮信息系統

1996～2000 年，美軍在《2010聯合構想》《2020 聯合構想》中陸續提出了“精確保障、聚焦保障、感知與響應保障”的作戰保障理念，裝備保障思想從“越多、越快、越好”向“適時、適地、適量”轉變，建立了美軍聯合全資產可視系統，該系統主要包括在儲資產系統、在修資產系統和在運資產系統。

2003 年伊拉克戰爭實踐證明，美軍聯合全資產可視系統可及時、準確地向美軍作戰指揮機關提供作戰部隊、作戰人員、作戰裝備及各類維修、保障、補給物資的所在位置、運輸情況及裝備特性等信息，實現了作戰指揮自動化和后勤保障可視化，極大地提高了保障效率，節約了保障資源，提高了作戰效能。

（2）維修保障技術信息化

美軍將數據處理及傳輸技術、無線通信及加密技術、人工智能及自動化技術、物聯網技術應用到裝備維修保障領域，用于裝備故障狀態監測、質量監控、故障預測預報、故障檢測診斷等過程，開發出一系列數字化維修保障技術和產品。

裝備維修保障專家系統（MSES）。該系統包含故障自動檢測子系統、故障診斷子系統和作業指導子系統，建立了大量裝備維修保障模型庫、算法庫等維修知識庫，可以根據維修保障需求進行推理、演繹、判斷，給出維修決策建議。在美軍裝甲師、機械化部隊大量應用，分別將M1A1 主戰坦克故障診斷準確率和維修效率提高了24%和92%。

表1 裝備保障技術及理念發展歷程

傳感器人工智能通信一體化維修系統（SACIMS）。該系統包含視頻輔助修理子系統、單兵支援網絡、便攜式計算機、故障診斷系統和一體化維修子系統，建立了一線維修技術人員和后方專家的技術橋梁，提高了故障診斷準確率和裝備修復效率。

交互式電子技術手冊（IETM）。該系統包括診斷知識庫、電子技術數據庫和小型測試程序，維修人員可通過該系統快速調閱裝備技術數據、維修指南和診斷建議，在美軍M119 榴彈炮、“愛國者”地空導彈系統、“霍克”導彈雷達系統等裝備中得到了廣泛應用。

故障監測與健康管理系統（PHM）。該系統具有故障診斷（故障監測、定位、隔離）、關鍵系統及部件故障預測、部件壽命跟蹤、殘余壽命預測、性能降級趨勢追蹤、信息傳輸、輔助決策管理和信息綜合管理等功能，應用該系統后，美軍F-35 故障率降低82%，戰機出動率提升25%，保障成本降低一半以上。

（3）作戰模擬與維修培訓數字化

作戰模擬和仿真系統。英軍作戰模擬和仿真系統可以根據戰爭規模、作戰樣式、作戰目的與目標、裝備性能等進行仿真推演，精準測試作戰消耗數量，為作戰部隊提供精準保障決策支持。在馬島戰爭中，英軍根據作戰模擬和仿真系統保障決策建議，精準組織了保障物資生產、調度和補給，最大程度地減少了資源浪費、戰爭成本和人員傷亡。

虛擬訓練及培訓系統。美軍將虛擬現實技術應用到作戰、維修、保障培訓領域，將敵我雙方彈藥、燃料、裝備完好狀況、淡水及其他物資消耗情況、作戰規模、作戰編成和裝備狀態進行可視化展示，應用到陸軍和海軍陸戰隊的作戰訓練、后勤保障訓練中，提升了培訓效果，控制了訓練成本。

2.國內裝備數字化維修保障現狀

在兩伊戰爭中成功應用作戰指揮、保障自動化技術，美軍及其聯軍取得了壓倒性作戰優勢，極大地震撼了我軍作戰管理部門，我國在20 世紀80 年代開始了作戰指揮、維修、保障自動化方面的研究。

（1）作戰勤務指揮保障信息體系

我國初步建成了“平戰一體、軍民結合”的武器裝備維修保障指揮體系，分為戰略、戰役、戰術3 個層級，戰略級裝備維修保障指揮系統依托軍委總部作戰、裝備、后勤部門建設，戰役級維修保障體系依托各戰區戰勤部門建設，戰術級裝備維修保障體系依托師級戰勤部門建設。

射頻識別技術是全資產可視化的關鍵技術，“十一五”期間，國家科技部863 計劃設立“射頻識別技術（RFID）與應用”專項，開展了RFID 前瞻性技術、標準、硬件產品以及集成系統關鍵技術攻關，在列車車號識別、身份證和票據管理、特種設備與危險品管理等領域成功應用。在后勤保障領域，國內在裝備保障物資、軍事物流等方面開展了全資產可視化設計與應用研究。

（2）維修保障信息技術研究與應用

交互式電子技術手冊（IETM）。該系統是裝備全壽命周期管理戰略核心組成部分，包括設計開發平臺和運行平臺，具有數據交互功能，實現了裝備技術手冊的電子化、智能化。國內IETM 技術在航空發動機、艦炮、艦載電子系統、軌道交通裝備、工程機械裝備等領域進行了應用，在航天裝備維修保障領域取得了可喜進展。

故障監測與健康管理系統（PHM）?！笆濉逼陂g，國內開展了PHM 技術驗證與評價、系統設計等研究，搭建了健康表征、健康度量與演化規律挖掘理論體系，設計了機電、電子、結構等演示系統與輔助工具。國內在PHM 系統集成、復雜系統故障診斷、預警和健康管理、健康管理工程應用等方面與美國仍有差距。

（3）作戰模擬與維修培訓數字化

虛擬現實技術、增強現實技術和混合現實技術是一種人機交互、人機接口技術，在地圖導航、培訓與教育、虛擬購物、視頻游戲等領域進行了成熟應用，在復雜系統設計裝配、作戰虛擬訓練及仿真推演、裝備虛擬維修等領域的應用技術尚不成熟。

三、未來戰爭條件下航天裝備保障需求分析

未來戰爭作戰空間將拓展至深海、太空、網電領域，由物理空間向虛擬空間延伸，作戰樣式由火力對抗轉變為體系對抗，前后方界線、攻防界線變得越來越模糊，對航天裝備維修保障提出了新要求。

1.建立航天裝備戰損快速感知及評估能力

未來戰爭條件下，航天裝備維修保障系統要具備戰場態勢多維感知、故障精準診斷定位能力，航天裝備與后方維修保障系統建立實時數據映射關系，實時感知裝備的可靠性狀態、戰損情況及剩余作戰能力評估，為作戰部隊作戰任務規劃及維修保障提供技術支持。

2.建立航天裝備精準維修及敏捷決策能力

全域、多域、跨域等將成為未來主要作戰樣式，要求航天裝備維修保障系統具備智能維修預測、自動保障響應、快速維修決策能力，精準定位裝備故障，快速調配維修保障資源，實施維修保障任務，在準確的時間、地點為作戰行動提供“適時、適地、適量”的維修保障服務，發揮最大作戰效能。

3.建立航天裝備可視化維修保障服務網絡

未來戰爭條件下，打擊頻次高、行動快速，裝備、彈藥及備品備件消耗量大，裝備維修保障及時性成為影響戰爭勝負的關鍵，客觀上要求建立分布式、可視化航天裝備維修保障服務網絡，快速修復，就近保障，保持航天裝備的可用性、可靠性。

四、航天裝備維修保障數字化的實施路徑

1.裝備保障要素的數字化

通過航天裝備維修保障全要素數字化，建立維修保障業務現實世界和虛擬世界的數字孿生體，實現互聯互通、實時映射，提升航天裝備維修保障效能和智能化水平。維修保障要素數字化包括航天裝備自身數字化（設計、研制、生產、制造、使用、保障等）、維修保障資源數字化（技術資料、圖紙、視頻、音頻、維修信息等）和維修保障管理活動數字化（計劃、規劃、質量、安全等）。

2.航天裝備保障數字化的手段

按照持續采辦和全壽命支持標準對航天裝備維修保障業務要素多源異構數據進行格式化處理，實現技術、信息、人員、設備以及物資等數據資源統一存儲、檢索、調用、共享。航天裝備CAD 文件、CAM 文件、制造、工藝計劃及質量數據等工程數據可以通過掃描進行格式轉換，技術圖紙和其他技術資料通常需要通過文字識別技術、圖片掃描、PS 技術轉換成標準格式電子數據，維修保障視頻、音頻和動畫文件要通過壓縮、格式轉換，完成數字化過程。航天裝備維修保障數字化手段如圖1 所示。

圖1 航天裝備維修保障數字化手段

3.航天裝備維修保障數字化系統設計與模式實現

航天裝備健康管理系統對裝備故障實時監測、診斷、定位，將診斷結果和維修決策建議實時映射到航天裝備維修保障數據庫，形成維修保障需求和決策意見；航天裝備維修保障業務系統根據維修決策意見，形成維修業務單和維修計劃，自主調配維修人員、備品備件、維修工裝工具等維修保障資源，實施維修保障作業，組織修復后測試、評估工作，形成維修檔案；維修保障業務流程結束后，航天裝備維修保障管理系統發起裝備故障歸零、維修檔案歸檔、裝備交付培訓和保障性設計建議反饋流程，完成計劃、質量、培訓、設計反饋和合同閉環，形成航天裝備維修案例，進入航天裝備維修保障數據庫，為裝備健康管理提供基礎數據。航天裝備維修保障數字化業務模式及流程如圖2 所示。

圖2 航天裝備維修保障數字化業務模式及流程

未來戰爭呈現出體系化、分布式、智能化特點，航天裝備維修保障需向精準保障、自主保障、智能保障方向轉型。為掌握未來戰爭的主動權，要加強航天裝備維修保障數字化建設規劃研究，強化數字孿生、人工智能、增材制造等技術在維修保障中的應用研究，加強航天裝備健康管理、裝備動用過程監管、人因工程等方面的安全應用研究，加強工業部門、使用部門和管理部門維修保障數據共享技術研究，建設航天裝備數字化維修保障標準、技術和產品體系，提高航天裝備維修保障數字化和智能化水平。