孫朋成、張衛(wèi)、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(xiàn)代戰(zhàn)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(zhàn)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(tài)，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(xiàn)代戰(zhàn)爭持續(xù)時間短、備品備件消耗量大，依靠傳統(tǒng)手段無法實現(xiàn)航天裝備故障快速預測、診斷、定位、維修，無法滿足現(xiàn)代戰(zhàn)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(xiàn)代信息技術運用到裝備維修保障故障監(jiān)測、診斷、定位、隔離、修復、資源調配及管理全流程，使裝備系統(tǒng)、子系統(tǒng)、軟件和支持系統(tǒng)達到完好性等級和作戰(zhàn)能力要求，保持或恢復到能完成規(guī)定功能的狀態(tài)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(fā)展歷程

裝備保障對作戰(zhàn)效能發(fā)揮和戰(zhàn)斗力提升起著關鍵作用，逐漸發(fā)展成為與作戰(zhàn)能力同等重要的關鍵能力。“一代裝備，一代保障”，隨著作戰(zhàn)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(fā)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(xiàn)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(jié)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(xiàn)狀

現(xiàn)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(xiàn)了維修保障指揮及控制自動化、資源管理透明化、作戰(zhàn)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(tǒng)

1996～2000 年，美軍在《2010聯(lián)合構想》《2020 聯(lián)合構想》中陸續(xù)提出了“精確保障、聚焦保障、感知與響應保障”的作戰(zhàn)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(lián)合全資產可視系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括在儲資產系統(tǒng)、在修資產系統(tǒng)和在運資產系統(tǒng)。

2003 年伊拉克戰(zhàn)爭實踐證明，美軍聯(lián)合全資產可視系統(tǒng)可及時、準確地向美軍作戰(zhàn)指揮機關提供作戰(zhàn)部隊、作戰(zhàn)人員、作戰(zhàn)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(xiàn)了作戰(zhàn)指揮自動化和后勤保障可視化，極大地提高了保障效率，節(jié)約了保障資源，提高了作戰(zhàn)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(lián)網技術應用到裝備維修保障領域，用于裝備故障狀態(tài)監(jiān)測、質量監(jiān)控、故障預測預報、故障檢測診斷等過程，開發(fā)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(tǒng)（MSES）。該系統(tǒng)包含故障自動檢測子系統(tǒng)、故障診斷子系統(tǒng)和作業(yè)指導子系統(tǒng)，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(zhàn)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(fā)展歷程

傳感器人工智能通信一體化維修系統(tǒng)（SACIMS）。該系統(tǒng)包含視頻輔助修理子系統(tǒng)、單兵支援網絡、便攜式計算機、故障診斷系統(tǒng)和一體化維修子系統(tǒng)，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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)、“霍克”導彈雷達系統(tǒng)等裝備中得到了廣泛應用。

故障監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)（PHM）。該系統(tǒng)具有故障診斷（故障監(jiān)測、定位、隔離）、關鍵系統(tǒng)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(tǒng)后，美軍F-35 故障率降低82%，戰(zhàn)機出動率提升25%，保障成本降低一半以上。

（3）作戰(zhàn)模擬與維修培訓數字化

作戰(zhàn)模擬和仿真系統(tǒng)。英軍作戰(zhàn)模擬和仿真系統(tǒng)可以根據戰(zhàn)爭規(guī)模、作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)目的與目標、裝備性能等進行仿真推演，精準測試作戰(zhàn)消耗數量，為作戰(zhàn)部隊提供精準保障決策支持。在馬島戰(zhàn)爭中，英軍根據作戰(zhàn)模擬和仿真系統(tǒng)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(zhàn)爭成本和人員傷亡。

虛擬訓練及培訓系統(tǒng)。美軍將虛擬現(xiàn)實技術應用到作戰(zhàn)、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(zhàn)規(guī)模、作戰(zhàn)編成和裝備狀態(tài)進行可視化展示，應用到陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊的作戰(zhàn)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(xiàn)狀

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

（1）作戰(zhàn)勤務指揮保障信息體系

我國初步建成了“平戰(zhàn)一體、軍民結合”的武器裝備維修保障指揮體系，分為戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術3 個層級，戰(zhàn)略級裝備維修保障指揮系統(tǒng)依托軍委總部作戰(zhàn)、裝備、后勤部門建設，戰(zhàn)役級維修保障體系依托各戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)勤部門建設，戰(zhàn)術級裝備維修保障體系依托師級戰(zhàn)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(tǒng)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(tǒng)是裝備全壽命周期管理戰(zhàn)略核心組成部分，包括設計開發(fā)平臺和運行平臺，具有數據交互功能，實現(xiàn)了裝備技術手冊的電子化、智能化。國內IETM 技術在航空發(fā)動機、艦炮、艦載電子系統(tǒng)、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(jiān)測與健康管理系統(tǒng)（PHM）?！笆濉逼陂g，國內開展了PHM 技術驗證與評價、系統(tǒng)設計等研究，搭建了健康表征、健康度量與演化規(guī)律挖掘理論體系，設計了機電、電子、結構等演示系統(tǒng)與輔助工具。國內在PHM 系統(tǒng)集成、復雜系統(tǒng)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(zhàn)模擬與維修培訓數字化

虛擬現(xiàn)實技術、增強現(xiàn)實技術和混合現(xiàn)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(tǒng)設計裝配、作戰(zhàn)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(zhàn)爭條件下航天裝備保障需求分析

未來戰(zhàn)爭作戰(zhàn)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(zhàn)樣式由火力對抗轉變?yōu)轶w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(zhàn)損快速感知及評估能力

未來戰(zhàn)爭條件下，航天裝備維修保障系統(tǒng)要具備戰(zhàn)場態(tài)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(tǒng)建立實時數據映射關系，實時感知裝備的可靠性狀態(tài)、戰(zhàn)損情況及剩余作戰(zhàn)能力評估，為作戰(zhàn)部隊作戰(zhàn)任務規(guī)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(zhàn)樣式，要求航天裝備維修保障系統(tǒng)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(zhàn)行動提供“適時、適地、適量”的維修保障服務，發(fā)揮最大作戰(zhàn)效能。

3.建立航天裝備可視化維修保障服務網絡

未來戰(zhàn)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(zhàn)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(yè)務現(xiàn)實世界和虛擬世界的數字孿生體，實現(xiàn)互聯(lián)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(guī)劃、質量、安全等）。

2.航天裝備保障數字化的手段

按照持續(xù)采辦和全壽命支持標準對航天裝備維修保障業(yè)務要素多源異構數據進行格式化處理，實現(xiàn)技術、信息、人員、設備以及物資等數據資源統(tǒng)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(tǒng)設計與模式實現(xiàn)

航天裝備健康管理系統(tǒng)對裝備故障實時監(jiān)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(yè)務系統(tǒng)根據維修決策意見，形成維修業(yè)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(yè)，組織修復后測試、評估工作，形成維修檔案；維修保障業(yè)務流程結束后，航天裝備維修保障管理系統(tǒng)發(fā)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(huán)，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(yè)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(yè)務模式及流程

未來戰(zhàn)爭呈現(xiàn)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(zhàn)爭的主動權，要加強航天裝備維修保障數字化建設規(guī)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(jiān)管、人因工程等方面的安全應用研究，加強工業(yè)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。