面向智慧院所的武器裝備貯存延壽系統設計

/中國運載火箭技術研究院戰術武器事業部

隨著互聯網、物聯網、大數據、人工智能等信息技術的飛速發展，智慧城市、智慧校園、智慧企業等概念受到越來越多的關注和重視。在2013年軍工核心能力數據中心建設思路研討會上，國防科工局信息中心提出了“智慧軍工”這一概念。智慧軍工體系從宏觀層面是指智慧政府，中觀層面是智慧軍工集團，而微觀層面是智慧軍工企業，即智慧院所。

智慧院所是以信息化為基礎，以知識自動化為方法，有效整合和優化利用各類資源，實現信息流、知識流、工作流高度集成與融合的創新型組織，智慧院所概念的提出為科研院所的數字化、信息化建設提供了一套切實可行的理論框架。

一、裝備貯存延壽工作現狀

武器裝備貯存延壽工作的有效開展，對確保裝備戰備完好性、提高作戰效能、延長服役壽命和減少維修保障費用具有重要作用。貯存延壽工作主要包含指標論證、方案設計、產品研制、使用保障、試驗評價、壽命延長和整修改制等，是集管理、設計、分析、試驗與評估等多方面工作于一體的系統工程。

當前，我國裝備貯存延壽工程的開展存在以下3個問題：一是裝備貯存可靠性與貯存壽命設計以及延壽整修措施的制定往往依賴于設計人員的經驗，缺乏規范化設計準則與技術手冊的指導，知識驅動的研制開發尚未實現；二是型號產品貯存試驗數據缺乏有效的積累和共享，在新型裝備研制過程中難以有效利用以往型號的貯存試驗數據，數據共享機制尚未建立；三是型號貯存延壽管理與技術工作缺乏信息化手段支撐，工作效率有待提升。

在智慧院所概念框架的牽引下，結合裝備貯存延壽工程需求，筆者給出了面向智慧院所的武器裝備貯存延壽系統的設計方案與建設思路，該系統為裝備貯存延壽提供了流程驅動的信息化手段。具體來說，該系統構建了貯存延壽知識庫，初步實現了知識驅動的研制開發；建立了貯存數據庫，為數據積累與數據共享奠定基礎；開發了貯存可靠性設計與分析、貯存試驗與評價等模塊，為貯存延壽工程提供了自動化分析工具。

二、貯存延壽工程需求分析

貯存延壽工程是針對特定裝備型號開展貯存延壽設計分析、試驗和評估等工作項目，其內容包含元器件、單機、分系統和裝備系統貯存可靠性指標論證、設計、分析、試驗與評價等，貯存延壽工程業務流程如圖1所示。

型號貯存延壽項目可分為規劃、工作、歸檔3個狀態。規劃狀態主要包含2個階段：一是以型號項目為單位進行規劃，主要是構建型號項目的必須元素。在研型號項目需要先確定當前研制階段，之后構建型號產品樹，建立型號工作系統，確定貯存相關工作項目，分配工作任務并指定責任人，開展從貯存指標論證、貯存剖面與環境載荷譜分析、貯存可靠性設計與分析直至貯存試驗與評價的全過程；而在役型號項目需要構建型號產品樹，建立型號工作系統，開展貯存延壽目標要求論證、貯存環境分析、貯存剖面生成、環境剖面生成、環境載荷譜分析以及貯存試驗設計、貯存試驗與評價等工作。無論是在研型號還是在役型號，其項目元素包括型號項目的基本信息、型號項目所處壽命周期、型號產品樹、型號工作系統、工作項目規劃、分配工作任務并指定工作負責人、角色及訪問權限等。二是明確型號工作計劃，包括明確貯存指標要求、確定各階段貯存延壽工程開展的工作項目以及對相關任務進行WBS分解（主要是確定相關工作項目/任務的輸入輸出以及責任人和完成時間節點）。

圖1 貯存延壽工程業務流程

規劃狀態結束后，轉入工作狀態，主要是設計人員接收任務，并根據任務要求選擇相應工具，按照工作項目要求選擇合適的工具進行設計分析與試驗評價，提交結果數據，同時提交任務進入審批流程。在某個階段的所有工作任務都完成后，可自動生成設計分析或試驗評價報告，并自動將所處階段中需要評審的文檔列出。所有文檔都評審通過后，項目進入階段性歸檔流程，實現階段性技術狀態固化。

三、系統功能設計與開發

貯存延壽系統用以支持全生命周期貯存延壽工作，為裝備貯存可靠性設計分析、貯存試驗與評價及貯存數據收集管理等工作提供信息化手段支撐，實現貯存延壽管理與技術工作的自動化實施及貯存延壽數據信息準確、可靠、高效的采集、管理和共享，最終實現知識驅動與流程驅動的裝備貯存延壽工程。

1.業務架構

貯存延壽系統業務架構分為3個層次，如圖2所示。

管理業務層。由通用系統管理、型號項目管理、計劃任務管理、知識庫管理、綜合數據管理、工具層管理與接口管理組成。貯存延壽項目負責人以及項目管理人員能夠通過該層次功能模塊實現工作規劃、權限管理、任務安排、狀態控制、監督審核、輔助決策等。

工具業務層。為貯存延壽工作全過程提供工具支撐。首先將型號和項目導入系統中，在方案論證與工程研制階段提供貯存剖面與環境載荷譜分析模塊、貯存可靠性設計與分析模塊，前者包括貯存剖面生成、環境剖面生成和環境載荷譜分析等功能，后者包括貯存指標論證、貯存FMECA、貯存可靠性分配與預計以及貯存壽命預估等功能。在貯存階段提供貯存試驗設計以及貯存試驗與評價模塊，前者包括貯存試驗方案設計與試驗件管理等功能，后者包括加速貯存試驗數據處理、加速貯存壽命與可靠性評估以及自然貯存壽命與可靠性評估。這些工具軟件都能在管理層以鏈接方式實現調用以及分析結果數據、文件的提交。

信息業務層。為貯存延壽工作全過程提供數據支撐，主要包含型號產品數據庫與知識庫。

2.功能模塊設計

貯存延壽系統的功能模塊主要包括系統綜合管理模塊、計劃工作管理模塊、型號項目管理模塊、貯存剖面與環境載荷譜分析模塊、貯存可靠性設計與分析模塊、貯存試驗設計模塊、貯存試驗與評價模塊。

系統綜合管理模塊包括通用系統管理、型號項目管理、知識庫管理、綜合數據管理、工具層管理、接口管理等功能模塊，其主要功能是用來管理系統通常的配置以及對外接口和日志等。

圖2 貯存延壽系統業務架構

計劃任務管理模塊根據開展的貯存延壽工作項目自動生成相應的工作計劃列表，項目負責人安排工作計劃，制定計劃任務表，檢查報告提交狀況，監控任務進度和狀態。用戶可根據需要對自動生成的工作計劃和任務信息進行手動修改。

型號項目管理模塊以型號項目為單元，型號產品樹為核心，各層次產品數據為基礎，構建系統的基礎環境。型號項目按系統類型進行分類，在型號產品樹的不同層次上掛接產品信息，為型號貯存延壽工作提供全生命周期的監控和集中管理。

貯存剖面與環境載荷譜分析模塊包括貯存剖面生成、環境剖面生成與環境載荷譜分析3個主要功能。貯存剖面生成一方面能夠根據型號特點給出標準貯存剖面（或推薦貯存剖面），另一方面能夠人工錄入貯存剖面要素（貯存事件、貯存時序與貯存載荷等），根據錄入信息生成貯存剖面。之后，通過對貯存剖面的統計分析，能夠自動生成環境剖面。通過對檢驗的樣本計算均值、標準差和容差上限系數，獲得統計數據特征，由此可得到成品的環境剖面。最后，對環境剖面進行合成與簡化，獲得環境載荷譜，用以支持后續貯存試驗。

貯存可靠性設計與分析模塊包含貯存指標論證、貯存FMECA、貯存可靠性預計與分配以及貯存壽命預估等功能。

貯存指標論證是在數據庫中自動查找與本型號貯存剖面相似的型號產品的貯存指標；支持型號產品貯存剖面比較（極限溫度、極限溫度持續時間、振動量級等因素的比較）。戰備完好性、任務成功性是貯存指標論證的主要依據。

貯存FMECA表格批量導入，支持人工勾選貯存相關故障模式，并將貯存故障模式及相關信息（故障影響、檢測方式等）存儲到貯存故障模式庫中。

貯存可靠性分配支持等分配法、評分分配法、比例組合分配法以及貯存可靠度的再分配法；貯存可靠性預計支持相似產品法、評分預計法、應力預計法以及故障率預計法。

貯存壽命預估支持與貯存延壽數據庫中相關產品信息（主要包括非金屬材料、電子元器件與火工品貯存數據信息）進行匹配，自動調取同一類型或相似產品的信息，以供設計參考。根據貯存延壽數據庫中相關信息（主要包括非金屬材料、電子元器件與火工品貯存數據信息）自動將數據庫中同類型產品（或相似產品）的貯存壽命在產品樹中顯示出來，以最弱鏈理論計算裝備系統的貯存壽命，并且按貯存壽命預估值長短對其進行排序，用以支持貯存薄弱環節分析。

貯存試驗設計模塊包括貯存試驗方案設計和試驗件管理。貯存試驗方案設計是根據試驗產品對象的功能類型與結構組成信息自動匹配數據庫中相同類型產品的貯存試驗信息，并以文檔的形式顯示同類型產品曾經開展的貯存試驗相關內容。

試驗件管理是對加速貯存試驗與自然貯存試驗的試驗件信息（包括產品名稱、生產日期、試驗時間、性能參數記錄、故障情況記錄等）進行人工錄入，實現試驗件數據庫管理。

貯存試驗與評價模塊包含加速貯存試驗數據處理、加速貯存壽命與可靠性評估、自然貯存壽命與可靠性評估功能。其中，加速貯存壽命與可靠性評估功能支持基于加速壽命試驗數據的貯存壽命和貯存可靠性評估、基于加速退化數據的貯存壽命與貯存可靠性評估以及系統級貯存壽命和貯存可靠性評估；自然貯存壽命與可靠性評估功能支持基于自然貯存試驗數據的貯存壽命和貯存可靠性評估。

3.系統開發

系統采用B/S架構，該架構類型能夠解決系統使用人員多樣性、系統工具差異性以及業務流程靈活性等問題，使用面向服務編程的方式能夠降低系統內部的耦合性，從而快速搭建起一個穩定而開放性好的系統框架。J2EE架構以其企業級MVC架構的標準性和成熟性被廣泛應用在各類B/S架構上，適合作為本系統的開發框架。J2EE框架的標準中，現在主流分為SSH和SSM，本系統選用SSM架構。SSM作為新興的技術框架，針對貯存延壽系統復雜和靈活的業務需求，更有利于后續系統的改進和衍生。

貯存延壽系統采用B/S架構，使用SSM作為開發框架，加上工作流引擎對業務編排的支持，能夠很好的完成業務流程的編制和試驗的流程設計，滿足用戶管理和業務管理的需求。該系統的設計與實現能夠有效解決當前裝備貯存延壽工程存在的主要問題，為貯存延壽管理與技術工作提供自動化工具，為貯存延壽數據信息的積累與共享提供有效機制，為智慧院所的建設奠定了基礎。▲