多類型車輛編隊信息化保障管理系統(tǒng)設計

孫長軍

摘要：針對多類型車輛協(xié)同作業(yè)條件下裝備維修保障需求，構(gòu)建信息化保障管理系統(tǒng)，基于多參數(shù)傳感器和全資可視平臺，實現(xiàn)對編隊車輛裝備的全方位狀態(tài)感知，利用裝備健康狀態(tài)監(jiān)測和輔助決策技術(shù)，開展車輛健康評估和保障態(tài)勢預測，自動生成備件攜行規(guī)劃、裝備維護保養(yǎng)、應急故障搶修等解決方案，進而實現(xiàn)維修資源科學調(diào)配和裝備精準保障，提高車輛視情維修能力。利用維修保障便攜終端，開展維修保障資源信息化管理，實現(xiàn)維修的可視化和多媒體支持，提高裝備維修的指導性。

關(guān)鍵詞：裝備保障；信息化管理；系統(tǒng)設計

一、前言

車輛信息化保障管理系統(tǒng)是以車輛裝備維修保障管理為重點的信息系統(tǒng)。隨著野外作業(yè)車輛種類和數(shù)量的增多，以及裝備維修保障智能化、精準化要求越來越高，車輛裝備保障管理方式逐步由靜態(tài)保障為主向動態(tài)保障轉(zhuǎn)變，保障管理模式由粗放式事后維修向精準式視情維修轉(zhuǎn)變。

通過查閱文獻，郭基聯(lián)等設計開發(fā)了一種航空救生裝備保障管理系統(tǒng)，針對的是航空兵部隊戰(zhàn)訓保障任務的電子化管理需求[1]。黃海金等從售后保障的角度出發(fā)，開展導彈裝備健康管理系統(tǒng)研究，系統(tǒng)更多的是面向型號工業(yè)部門[2]。季成彬?qū)Υаb備保障管理系統(tǒng)設計進行了研究，針對的是船艇裝備保障部門的日常工作需求[3]。上述作者的研究成果為武器裝備的信息化保障管理提供了重要借鑒，但是針對的是單個裝備的保障，面向整個車輛編隊的裝備健康管理與信息化保障的研究實踐較少。

因此，以野外條件下多類型車輛編隊裝備為對象，面向智能化、精準化裝備保障需求，構(gòu)建了信息化保障管理系統(tǒng)。

二、需求分析

信息化保障管理系統(tǒng)對編隊內(nèi)的裝備進行全壽命管理，對裝備信息進行全方位統(tǒng)計分析，監(jiān)測裝備技術(shù)狀態(tài)、質(zhì)量狀態(tài)、保障資源、保障任務等信息，實現(xiàn)全資可視化的裝備保障指揮和決策支持。通過對車輛編隊全方位狀態(tài)監(jiān)控感知，建立故障預測模型，借助智能算法完成裝備的健康狀態(tài)評估，開展數(shù)據(jù)的深度挖掘和保障態(tài)勢預測，實現(xiàn)維修資源的科學調(diào)配和維修方案的自動生成，提升裝備保障的信息化、智能化水平，全面提高裝備的視情維修能力。同時，利用IETM實現(xiàn)維修的可視化、多媒體支持，提高維修的指導性。主要需求如下：

（一）裝備健康管理

采集編隊內(nèi)各裝備狀態(tài)信息，并進行數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)裝備狀態(tài)監(jiān)測和健康管理。

（二）裝備維護維修管理

對裝備維護維修信息、履歷信息等進行采集，實現(xiàn)對裝備的維護維修、履歷信息的管理。

（三）裝備備件器材管理

對維護維修過程中使用的備件進行出入庫操作，實現(xiàn)備件器材的閉環(huán)管理。

（四）全資可視化管理

通過多個維度對裝備進行可視化展示和統(tǒng)計分析，為裝備保障人員提供數(shù)據(jù)支持。

（五）裝備保障規(guī)劃管理

利用全資可視化平臺的統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，實現(xiàn)備件攜行規(guī)劃、器材采購計劃、維護保養(yǎng)方案、應急搶修方案、故障維修方案等規(guī)劃功能。

（六）信息引導管理

信息化引導裝備保障人員開展裝備日常操作與維護保養(yǎng)，以及常見故障的排除與修復。

三、系統(tǒng)總體設計

（一）系統(tǒng)組成與功能

信息化保障管理系統(tǒng)主要由裝備健康管理、輔助保障決策、裝備信息管理、全資可視化平臺、維修資源管理等模塊以及維修保障便攜終端組成。

健康管理模塊包括數(shù)據(jù)采集、故障診斷、健康評估、狀態(tài)預測等子模塊，可以對各車輛運行以及故障信息進行采集處理與評估，為保障人員進行視情維修提供依據(jù)，便于優(yōu)化維修方案。

輔助保障決策模塊包括輔助決策信息采集、備件攜行規(guī)劃、車輛編隊規(guī)劃、器材采購規(guī)劃、應急搶修計劃、維護保養(yǎng)方案生成等子模塊，通過分析車輛健康數(shù)據(jù)變化情況，采用智能算法生成各類規(guī)劃、計劃和保障方案。

裝備信息管理模塊包括裝備管理、履歷管理、維護維修管理、技術(shù)特性管理、待辦與提示管理等子模塊，開展以技術(shù)狀態(tài)為基礎、任務為驅(qū)動的裝備信息管理，充分挖掘保障數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)全壽命周期保障。

全資可視化平臺基于車輛一體化集成系統(tǒng)，從車輛裝備、維修資源、作業(yè)任務等多個維度對獲取的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以圖表等直觀方式進行顯示。

維修資源管理模塊包括備件管理、設備工具管理、器材需求管理等子模塊，實現(xiàn)維修資源的精確化管理，也為備件攜行規(guī)劃的制定提供數(shù)據(jù)支撐。

維修保障便攜終端為便攜式PAD，主要用于各類離線數(shù)據(jù)采集和維修電子技術(shù)手冊等信息資源存儲。

（二）流程設計

根據(jù)信息化保障管理系統(tǒng)的主要功能，工作流程主要包括日常使用流程、故障工作流程、數(shù)據(jù)同步流程。

1.日常使用流程

健康管理模塊根據(jù)維修保障便攜終端回傳的各裝備日常使用、訓練的數(shù)據(jù)以及指揮通信單元采集的裝備狀態(tài)數(shù)據(jù)，評估各裝備的健康狀態(tài)，對故障單元或健康隱患單元提出維修建議，并生成器材采購方案。

輔助保障決策模塊依據(jù)上級下達的協(xié)同作業(yè)任務和各裝備的健康數(shù)據(jù)，為選擇出動裝備提供支撐，根據(jù)任務時長、地點環(huán)境、裝備種類等信息，智能生成野外作業(yè)需要攜帶的備件清單。

裝備信息管理模塊根據(jù)保養(yǎng)清單自動生成日、周、月、年維護提醒，并推送預防性維護項目，裝備保障人員可利用輔助保障決策模塊生成的維護保養(yǎng)方案，并利用維修保障便攜終端提供的維護指導視頻開展工作，并維護資源管理模塊對維護過程和裝備電子履歷進行記錄，通過統(tǒng)計分析后提供給全資可視化平臺。

日常使用流程見圖1。

2.故障維修流程

當裝備發(fā)生故障時，利用故障維修模塊進行故障登記。故障維修時，知識庫自動完成故障分析、定位和排除工作，維修完成后對故障維修工作信息、使用器材、需要器材進行記錄。發(fā)生換件維修時，更新裝備的產(chǎn)品組成和履歷信息。通過維修活動紀實，實現(xiàn)裝備故障信息以及維修器材使用情況的統(tǒng)計。維修過程中可依據(jù)維修保障便攜終端提供的維修指導開展工作。

故障維修流程見圖2。

3.數(shù)據(jù)同步流程

維修保障便攜終端與指控計算機利用指揮通信單元進行組網(wǎng)，當維修保障便攜終端處于組網(wǎng)中時，指控計算機與其進行數(shù)據(jù)同步，且二者進行雙向數(shù)據(jù)同步。首先依據(jù)配置文件進行參數(shù)初始化，到達同步間隔點且數(shù)據(jù)庫可正常連接后，判斷源數(shù)據(jù)庫中是否有待同步的最新數(shù)據(jù)，若有則同步至目標數(shù)據(jù)庫。

（三）軟件功能架構(gòu)

信息化保障管理系統(tǒng)軟件功能架構(gòu)主要劃分為邏輯層與表現(xiàn)層、數(shù)據(jù)訪問層、實體和數(shù)據(jù)庫，包括健康管理、輔助保障方案生成、裝備管理、維護保養(yǎng)、故障維修、履歷數(shù)據(jù)管理、器材管理、全資可視和系統(tǒng)管理等功能。

四、主要模塊設計

（一）健康管理模塊

健康管理模塊提供數(shù)據(jù)上報、軟件外部數(shù)據(jù)接收功能，接收編隊內(nèi)各車輛的健康狀態(tài)數(shù)據(jù)及存儲的歷史健康狀態(tài)數(shù)據(jù)，監(jiān)測編隊狀態(tài)，利用編隊健康管理模型，評估編隊健康狀態(tài)，為車輛編隊提供維護維修建議，實現(xiàn)編隊裝備的視情維修和任務決策（見圖3）。

1.數(shù)據(jù)采集

對于編隊裝備的狀態(tài)監(jiān)測需要采集各裝備的數(shù)據(jù)以及履歷信息。狀態(tài)數(shù)據(jù)可通過指揮通信單元的通信鏈路，以報文的形式發(fā)送給信息化保障管理系統(tǒng)（在線采集）或通過維修保障便攜終端進行離線數(shù)據(jù)采集（離線采集）。隨著裝備運行，監(jiān)測數(shù)據(jù)會逐漸積累，導致存儲空間逐漸被填滿，因此需要對監(jiān)測參數(shù)進行有選擇性的存儲。

2.故障診斷與健康評估

對于模糊度L等于1且已實現(xiàn)BIT功能的LRU，系統(tǒng)通過分析編隊裝備采集到的數(shù)據(jù)，依據(jù)傳感器閾值范圍，直接隔離出發(fā)生故障單元并顯示。對于模糊度L大于1或尚未實現(xiàn)BIT功能的LRU，系統(tǒng)采用“基于故障樹”的方法進行分析，利用自動或人工的方法引導完成故障定位，將故障隔離到設備。

不同的信息反映了裝備不同方面的健康狀態(tài)，利用采集的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建合適的編隊健康管理體系、編隊健康評估模型，對編隊進行健康指標計算、健康狀態(tài)等級評估。

對編隊健康狀態(tài)進行評估時，根據(jù)編隊健康管理體系，結(jié)合裝備的FMECA分析通過編隊健康管理，進行編隊健康評估。考慮到存在動態(tài)編隊的情況，即存在根據(jù)任務需要，編隊內(nèi)裝備的種類和數(shù)量會動態(tài)調(diào)整，編隊健康評估模型根據(jù)編隊動態(tài)調(diào)整自行適應，并通過信息融合的方法提高評估精度和可信度。

3.狀態(tài)預測

狀態(tài)預測主要依靠離線采集的裝備數(shù)據(jù)，基于被監(jiān)測裝備的健康狀態(tài)評估信息，以裝備的當前使用狀態(tài)為起點，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，對裝備未來時間或任務段內(nèi)健康狀態(tài)發(fā)展趨勢進行分析和判斷，預測裝備的健康趨勢、狀態(tài)趨勢等。

常用故障預測方法分為兩類：基于模型的方法、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法[4]。基于模型的方法以性能可靠性理論為數(shù)學基礎，通過建立精確的失效物理模型，進行累計損傷計算，進而推斷出非時壽件的剩余壽命及其統(tǒng)計分布[5]。基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法通過數(shù)據(jù)分析，深度挖掘歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)中可能隱含的表征性能狀態(tài)的信息，檢測和評估系統(tǒng)的動態(tài)變化趨勢，對當前或未來的系統(tǒng)健康狀態(tài)進行判斷和預測，是一種實用的預測方法[6]。基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法不需要事先了解研究對象的先驗知識，也不需要精確建立被監(jiān)測目標的解析模型，避免了基于物理模型和可靠性統(tǒng)計方法的短板，同時也能解決解析模型方法解決不了的系統(tǒng)非線性結(jié)構(gòu)及建模的問題。因此，本方案采用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法進行裝備的狀態(tài)預測。

（二）輔助保障方案生成模塊

輔助保障決策利用裝備位置分布、健康狀態(tài)、故障情況、任務要求等基本信息，針對可能出現(xiàn)的裝備保障需求進行總體籌劃和設計，主要包括任務管理、備件攜行、編隊規(guī)劃、故障維修、維護保養(yǎng)等保障方案生成。

（三）維修資源管理模塊

維修資源管理主要是利用維修保障便攜終端自動記錄備件、設備工具使用情況，實現(xiàn)維修資源的精確化、智能化管理，同時也為備件攜行方案的制定提供數(shù)據(jù)支撐。主要由備件管理、設備工具管理、備件柜管理模塊組成，結(jié)合維修保障便攜終端完成備件和設備工具的自動化出入庫管理。

備件管理主要提供車輛編隊備件清單以及出入庫管理功能，主要包括可進行備件信息的注冊、編輯、刪除、查看、查詢以及備件入庫、出庫記錄、出入庫記錄的查看等功能。備件管理模塊建立編隊和車內(nèi)電子、機械備件品種、數(shù)量、存放位置、使用記錄等信息庫，現(xiàn)場操作人員利用維修保障便攜終端快速精準定位備件存儲位置，完成備件出入庫的自動化操作和過程記錄，有效提高現(xiàn)場操作人員的工作效率，實現(xiàn)備件資源的精準保障，同時實現(xiàn)對備件的全壽命周期狀態(tài)管理，便于備件的統(tǒng)籌規(guī)劃，合理使用。

設備工具管理主要管理配套的設備工具，包括設備工具的名稱、規(guī)格型號、存儲位置等信息。

備件柜管理主要管理機動保障平臺備件艙，為備件管理、設備工具管理、備件攜行方案提供備件柜信息。

五、結(jié)語

針對車輛編隊裝備快速維修保障需求，構(gòu)建信息化保障管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了野外機動伴隨保障管理的精準化、智能化：一是采用健康管理技術(shù)，實現(xiàn)對裝備狀態(tài)的監(jiān)測感知和故障預測，推動裝備未發(fā)生故障時的過度維修，實現(xiàn)從傳統(tǒng)的粗放式保障向精準式保障轉(zhuǎn)變；二是采用輔助決策技術(shù)，實現(xiàn)基于任務要求、裝備健康評估結(jié)果以及維修保障資源約束的備件攜行、編隊規(guī)劃、故障維修、維護保養(yǎng)等保障方案自動生成。

參考文獻

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[2]黃海金，季焓，劉驍佳，等.面向售后保障的導彈裝備健康管理系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù)，2023，51（01）：75-85.

[3]季成彬.船艇裝備保障管理系統(tǒng)設計[D].成都：電子科技大學，2010年.

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[5]季成彬.數(shù)據(jù)驅(qū)動的融合型故障預測方法研究[D].天津：中國民航大學，2019.

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責任編輯：張津平