唐 琳,李建濤,郭 勇,黃 猛
(1.中國(guó)人民解放軍91977 部隊(duì),北京 102249;2.海軍裝備部,北京 136100)
隨著信息化的發(fā)展,數(shù)據(jù)資源已經(jīng)成為獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息控制權(quán)的要素之一。戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知、任務(wù)規(guī)劃、自主協(xié)同等都取決于海量數(shù)據(jù)的獲取和處理[1]。大數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)成為影響世界局勢(shì)和主導(dǎo)權(quán)的關(guān)鍵因素[2–3]。當(dāng)前,種類繁多的海量裝備數(shù)據(jù)資源仍以原始形式存儲(chǔ)在各單位和部門中,物理分布在不同地域,難以得到有效地組織和利用,存在管理系統(tǒng)多、兼容互通少,動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)多、采集方法少,數(shù)據(jù)采集多,分析利用少等問(wèn)題[4]。因此,建立合理的裝備保障數(shù)據(jù)體系,實(shí)現(xiàn)裝備保障數(shù)據(jù)的規(guī)范管理,對(duì)于提高裝備保障信息化水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
裝備保障是“為使所配備的武器裝備順利遂行各種任務(wù)而采取的各項(xiàng)保證措施與進(jìn)行的相應(yīng)組織指揮活動(dòng)的統(tǒng)稱”[5–8]。裝備保障數(shù)據(jù)體系是能夠完整描述武器裝備從研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)、部署、訓(xùn)練、作戰(zhàn)、維修、報(bào)廢整個(gè)生命周期內(nèi)所有信息的數(shù)據(jù)集合,主要包括描述裝備生命周期的各類元數(shù)據(jù)、物理數(shù)據(jù)和文件[9–11]。
裝備保障數(shù)據(jù)涉及到裝備全壽命過(guò)程的各個(gè)階段,具有以下特點(diǎn):
1)多源性。由于保障方式和獲取手段的多樣性,導(dǎo)致了保障數(shù)據(jù)的多源性,數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)格式有較大的的差異,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
2)多態(tài)性。由于保障數(shù)據(jù)的多源性,也導(dǎo)致了保障數(shù)據(jù)存在形態(tài)多樣,包括格式化和非格式化數(shù)據(jù),這也增加了數(shù)據(jù)處理的難度。
3)多樣性。保障數(shù)據(jù)包含的信息類型較為龐雜,給數(shù)據(jù)管理增加了難度。
4)關(guān)聯(lián)性。孤立的數(shù)據(jù)發(fā)揮的作用甚小,而通過(guò)裝備保障數(shù)據(jù)可以將機(jī)構(gòu)、人員、裝備、裝備保障過(guò)程和時(shí)空環(huán)境串聯(lián)在一起,形成一個(gè)有機(jī)的整體,以最大化發(fā)揮裝備保障數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)。
信息系統(tǒng)建設(shè)是現(xiàn)代化裝備保障發(fā)展的需要,裝備保障數(shù)據(jù)體系建設(shè)的意義在于整合“數(shù)據(jù)孤島”,使海量的保障數(shù)據(jù)發(fā)揮整體功效。構(gòu)建一個(gè)含裝備研制、試驗(yàn)、交裝和后期使用與保障的全壽命裝備保障數(shù)據(jù)體系,對(duì)于提高裝備保障信息化水平具有重要意義[5]。具體在以下2 個(gè)方面發(fā)揮著重要作用:
1)提高保障數(shù)據(jù)的共享程度。完善的裝備數(shù)據(jù)保障體系能夠充分發(fā)揮保障數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值;裝備保障數(shù)據(jù)是裝備信息化建設(shè)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),完善的裝備數(shù)據(jù)保障體系可以提高信息資源規(guī)劃管理能力,適應(yīng)裝備保障高效的管理新模式的需要。隨著裝備信息化建設(shè)越來(lái)越依賴裝備保障信息的支持,加強(qiáng)裝備保障數(shù)據(jù)體系建設(shè),建立和完善裝備信息資源基礎(chǔ),可以大幅度地提高裝備信息資源的總體開發(fā)利用水平。
2)在裝備保障數(shù)據(jù)體系建設(shè)中,按照特有的訪問(wèn)控制機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保護(hù)控制,能夠確保裝備信息資源的完整性、保密性、真實(shí)性和可用性。
裝備保障數(shù)據(jù)體系作為裝備保障數(shù)據(jù)的系統(tǒng)級(jí)集成,是裝備保障和業(yè)務(wù)應(yīng)用的紐帶,裝備保障數(shù)據(jù)體系的構(gòu)建應(yīng)遵循以下原則[12–13]:
1)完整性。應(yīng)包含裝備保障所需要的的各種類型數(shù)據(jù),能夠支撐裝備保障各類業(yè)務(wù);
2)合理性。數(shù)據(jù)描述、引用及關(guān)聯(lián)關(guān)系合理準(zhǔn)確;
3)獨(dú)立性。各模塊功能具有相對(duì)獨(dú)立性,完成某個(gè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)支撐服務(wù);
4)一致性。不同來(lái)源的數(shù)據(jù)描述應(yīng)一致;
5)穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)總體結(jié)構(gòu)應(yīng)有穩(wěn)定性,在不大范圍變動(dòng)的情況下可持續(xù)更新完善。
裝備保障數(shù)據(jù)體系總體上分為原始層、基礎(chǔ)層、綜合層和共享層4 部分,如圖1 所示。
圖1 裝備保障數(shù)據(jù)體系Fig.1 Equipment support data system
原始層包含了所有的數(shù)據(jù)來(lái)源,數(shù)據(jù)類型、格式呈現(xiàn)多樣性。文件類型包括文本、二進(jìn)制數(shù)據(jù)、XML文件以及應(yīng)用系統(tǒng)文件。從結(jié)構(gòu)上又分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和無(wú)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。其中最大數(shù)據(jù)來(lái)源是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集,標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集是一種半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),用來(lái)描述裝備保障過(guò)程中得到的各類記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
圖2 裝備保障數(shù)據(jù)源體系結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Equipment support data source architecture diagram
基礎(chǔ)層由數(shù)據(jù)集庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)、專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)以及基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)組成。其中數(shù)據(jù)集庫(kù)管理文件類型數(shù)據(jù),標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)和專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)集庫(kù)進(jìn)行關(guān)系化存儲(chǔ),元數(shù)據(jù)保存XML、代碼、日志等。
1)數(shù)據(jù)集庫(kù)。存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)裝備保障數(shù)據(jù)文件,裝備保障數(shù)據(jù)通常會(huì)由一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)文件組成,數(shù)據(jù)集庫(kù)對(duì)這些文件匯集處理,集中管理,與其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)形成一個(gè)整體,方便備份恢復(fù)。
2)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)包括基礎(chǔ)代碼、基礎(chǔ)信息和數(shù)據(jù)字典,用于裝備保障信息的共享交換。
基礎(chǔ)代碼主要包括組織機(jī)構(gòu)代碼、裝備目錄代碼、國(guó)防科研生產(chǎn)單位代碼、企業(yè)化修理工廠代碼、倉(cāng)庫(kù)目錄代碼等數(shù)據(jù)。
基礎(chǔ)信息主要包括單位信息、裝備信息、人員信息、倉(cāng)庫(kù)工程和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范信息。其中,單位信息主要包含生產(chǎn)單位、研制單位、修理工廠的信息;裝備信息主要包含裝備基本性能信息,主要包括裝備通用信息、配套信息、性能、保障指標(biāo)等信息;裝備唯一標(biāo)識(shí)信息主要包含裝備基本特征信息、唯一碼等信息;人員信息主要包含人員通用信息,國(guó)防科研生產(chǎn)單位技術(shù)人員,企業(yè)化修理工廠技術(shù)人員,專家人才等信息;倉(cāng)庫(kù)工程信息主要包含裝備儲(chǔ)備單位及其規(guī)模、分布、庫(kù)容和保障能力,以及儲(chǔ)備裝備的品種、型號(hào)、數(shù)量、質(zhì)量、分布等信息;標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范信息主要包含所遵循的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
數(shù)據(jù)應(yīng)用字典主要包括標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用字典和數(shù)據(jù)屬性定義字典兩類。標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用字典指在裝備保障過(guò)程中涉及到的、內(nèi)容相對(duì)固定的枚舉型分類數(shù)據(jù),為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供共用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)屬性定義字典是對(duì)裝備保障過(guò)程中的共性數(shù)據(jù)項(xiàng)名稱、類型等進(jìn)行規(guī)范化描述的字典數(shù)據(jù)。
綜合層由整合數(shù)據(jù)庫(kù)、專題數(shù)據(jù)庫(kù)和元數(shù)據(jù)組成,為數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用和決策提供服務(wù)。
1)整合數(shù)據(jù)庫(kù)?;A(chǔ)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)提取、轉(zhuǎn)換、匯集等處理后形成。
滑坡區(qū)地勢(shì)整體北高南低,覆蓋層厚度小,山坡坡頂邊坡可見基巖出露(圖1)?;潞缶壩逍菍W(xué)校施工現(xiàn)場(chǎng)地面高程151~152 m,前緣高程122 m,相對(duì)高差29~30 m,一般坡度約為30°~35°,滑坡平面形態(tài)上呈半橢圓狀,后部呈弧形?;驴v向上坡度大體相等,前緣-中部陡,后緣緩?;麦w寬約170 m,縱長(zhǎng)約55.5 m,滑坡體體積約9.4×104 m3,滑坡主滑方向115°,滑坡類型為小型淺層牽引式土質(zhì)滑坡。
2)專題數(shù)據(jù)集。在整合數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上,針對(duì)特定領(lǐng)域創(chuàng)建的數(shù)據(jù)視圖,由用戶自定義創(chuàng)建并維護(hù)。
3)整合元數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)添加整合數(shù)據(jù)庫(kù)、專題數(shù)據(jù)集的背景數(shù)據(jù),對(duì)基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)進(jìn)行重新整理形成整合元數(shù)據(jù)庫(kù)。
共享層匯集原始層、基礎(chǔ)層和綜合層產(chǎn)生的最終數(shù)據(jù),包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)等最終產(chǎn)品。
數(shù)據(jù)產(chǎn)品通常按照加工程度和應(yīng)用角度分類,一般分為中間產(chǎn)品、最終產(chǎn)品或常規(guī)數(shù)據(jù)、服務(wù)數(shù)據(jù)。
中間產(chǎn)品指經(jīng)過(guò)部分處理,例如各類裝備在保障過(guò)程中各類過(guò)程數(shù)據(jù)就是中間數(shù)據(jù)產(chǎn)品。最終產(chǎn)品可以直接使用,它可以是一個(gè)數(shù)據(jù)視圖或是一個(gè)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)結(jié)果,產(chǎn)生來(lái)源可以很多,包括數(shù)據(jù)庫(kù)讀取或數(shù)據(jù)分析挖掘的結(jié)果。
常規(guī)產(chǎn)品指日常數(shù)據(jù)處理生成的數(shù)據(jù),其生產(chǎn)模式、時(shí)間和數(shù)量較為穩(wěn)定,使用范圍較廣。在常規(guī)產(chǎn)品基礎(chǔ)上,根據(jù)用戶需求生成的定制數(shù)據(jù)稱為服務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
裝備保障數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)的作用是從整體上構(gòu)建裝備保障數(shù)據(jù)應(yīng)用的軟件框架和軟件總線標(biāo)準(zhǔn),對(duì)系統(tǒng)的功能模塊、接口、軟件、信息流程、人機(jī)交互進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范。體系架構(gòu)采用SOA 方法,各功能模塊獨(dú)立設(shè)計(jì),通過(guò)服務(wù)總線進(jìn)行集成。系統(tǒng)中的所有模塊和業(yè)務(wù)流程都需要調(diào)用數(shù)據(jù),因此一個(gè)模塊的功能不能僅限于某一個(gè)具體的業(yè)務(wù)過(guò)程,其功能應(yīng)該是通用的、獨(dú)立的,一個(gè)具體的業(yè)務(wù)流程應(yīng)該是對(duì)這些功能模塊的再組合,從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能動(dòng)態(tài)重組。
SOA 本身是一個(gè)多層的服務(wù)平臺(tái),包含了各個(gè)信息中心的業(yè)務(wù)模塊,并基于共享服務(wù)平臺(tái)提供服務(wù)的共享和信息的互通。各個(gè)數(shù)據(jù)中心的共享服務(wù)平臺(tái)端點(diǎn),不管其部署位置,都通過(guò)中間件連接到SOA 服務(wù),并通過(guò)服務(wù)總線實(shí)現(xiàn)信息交換、服務(wù)調(diào)用。
數(shù)據(jù)質(zhì)量是裝備保障數(shù)據(jù)體系能否實(shí)現(xiàn)建設(shè)目標(biāo)的關(guān)鍵因素之一[14],其質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響到裝備全壽命管理任務(wù)的完成質(zhì)量,主要包括數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估技術(shù)、數(shù)據(jù)清洗技術(shù)、數(shù)據(jù)集成技術(shù)、數(shù)據(jù)審核技術(shù)、數(shù)據(jù)增強(qiáng)技術(shù)等。
1)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估技術(shù)
采取一種數(shù)據(jù)質(zhì)量績(jī)效管理方法,有利于呈現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量管理與組織信息相關(guān)活動(dòng)的銜接情況。許多組織面臨的挑戰(zhàn)是,數(shù)據(jù)管理的發(fā)展與功能應(yīng)用需求一樣,往往是事后彌補(bǔ)。數(shù)據(jù)分析員開始作為企業(yè)資產(chǎn)來(lái)評(píng)判數(shù)據(jù)的組織價(jià)值,暴露的差距說(shuō)明了煙囪式業(yè)務(wù)應(yīng)用收集的功能需求和良好數(shù)據(jù)管理實(shí)踐之間的分歧。評(píng)估并解決這種分歧的一個(gè)方法是評(píng)價(jià)與數(shù)據(jù)質(zhì)量實(shí)踐相關(guān)的當(dāng)前成熟度等級(jí),之后設(shè)定一個(gè)最能滿足組織需求的目標(biāo)成熟度等級(jí)。反之,這種方法將此愿景定為一種比較標(biāo)準(zhǔn),用于對(duì)一個(gè)組織的成熟度與其他組織的工作方法進(jìn)行比較,找出不足,并尋求提高。
針對(duì)具體的裝備數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估任務(wù),首先要構(gòu)建適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)體系,指標(biāo)體系的構(gòu)建可以看成對(duì)完整的數(shù)據(jù)質(zhì)量維度分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇或裁剪的過(guò)程。數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法主要有定性方法、定量方法和綜合方法[15]。
2)數(shù)據(jù)清洗技術(shù)
由于大量數(shù)據(jù)已脫離數(shù)據(jù)獲取環(huán)境,不可能重新獲取或返回修改,需要通過(guò)數(shù)據(jù)清洗提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題包括重復(fù)記錄,邏輯錯(cuò)誤、異常數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)清洗一般流程包括數(shù)據(jù)檢測(cè)、錯(cuò)誤分析、數(shù)據(jù)修正。數(shù)據(jù)清洗是一個(gè)代價(jià)高昂的過(guò)程,需要花費(fèi)大量的資源,相當(dāng)?shù)墓ぷ餍枰斯そ换ナ降赝瓿?,如何提高?shù)據(jù)清洗效率、增加數(shù)據(jù)清洗的自動(dòng)化水平是數(shù)據(jù)清洗技術(shù)的研究重點(diǎn)之一。
3)數(shù)據(jù)審核技術(shù)
數(shù)據(jù)審核是數(shù)據(jù)質(zhì)量管理與控制的手段之一。數(shù)據(jù)審核通過(guò)制定審核規(guī)則(數(shù)據(jù)一致性、完整性、規(guī)范性等),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)審核,發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并修正。在裝備保障數(shù)據(jù)建設(shè)時(shí),按照確定的數(shù)據(jù)需求,一方面通過(guò)數(shù)據(jù)采集工具進(jìn)行新錄入數(shù)據(jù)的采集,另一方面對(duì)需要的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換集成。因此我們需要有一個(gè)部署于系統(tǒng)之上的數(shù)據(jù)審核角色來(lái)推動(dòng)數(shù)據(jù)審核過(guò)程的不斷發(fā)展,并與管理決策層建立起必要的溝通渠道,以不斷完善數(shù)據(jù)管理規(guī)范,并促進(jìn)全面數(shù)據(jù)質(zhì)量管理體系的建立。
4)數(shù)據(jù)增強(qiáng)技術(shù)
在數(shù)據(jù)應(yīng)用過(guò)程中,各種應(yīng)用會(huì)頻繁復(fù)制修改數(shù)據(jù),導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)大量重復(fù)使數(shù)據(jù)質(zhì)量嚴(yán)重下降,為了提高數(shù)據(jù)質(zhì)量,基于多源數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)增強(qiáng)技術(shù),通過(guò)尋找多數(shù)據(jù)源之間的共性,采用基于沖突值的質(zhì)量評(píng)估方法合并重疊數(shù)據(jù)源來(lái)提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。
裝備保障指揮是一項(xiàng)集戰(zhàn)場(chǎng)技術(shù)偵察、裝備維修、器材彈藥供應(yīng)等工作的指揮決策于一體的復(fù)雜性工作,保障數(shù)量多、型號(hào)多、環(huán)節(jié)多、時(shí)效性要求高、決策難度大[16]。隨著裝備保障信息化建設(shè)大力發(fā)展,裝備保障數(shù)據(jù)量成指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),信息類型繁多,對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力提出了更高的要求。通過(guò)構(gòu)建裝備保障數(shù)據(jù)體系,實(shí)現(xiàn)海量裝備數(shù)據(jù)的積累,快速完成數(shù)據(jù)的價(jià)值提煉,篩選裝備保障指揮的有效信息,為指揮員科學(xué)決策提供支撐。
以裝備維修保障指揮為例,流程圖如圖3 所示。下級(jí)報(bào)告當(dāng)前裝備損壞及分布情況,系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)戰(zhàn)損評(píng)估,計(jì)算出當(dāng)前各級(jí)所需維修能力;系統(tǒng)根據(jù)各級(jí)維修力量的數(shù)量及分布計(jì)算出各級(jí)現(xiàn)有維修能力;根據(jù)當(dāng)前各級(jí)現(xiàn)有維修能力和所需維修能力,并結(jié)合當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)及首長(zhǎng)決心,通過(guò)裝備保障數(shù)據(jù)體系,系統(tǒng)能夠快速生成優(yōu)質(zhì)的裝備維修保障方案。
圖3 裝備維修保障指揮流程圖Fig.3 Equipment maintenance support command flow chart
裝備故障預(yù)測(cè)是指根據(jù)裝備當(dāng)前的使用狀態(tài),結(jié)合裝備的參數(shù)特性、使用環(huán)境及歷史參數(shù),對(duì)裝備可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析預(yù)判,列出可能出現(xiàn)的故障類型、嚴(yán)重程度、故障位置、故障原因和可能后果,以便采取措施,預(yù)先消除隱患,保障作戰(zhàn)和訓(xùn)練任務(wù)順利完成[17–18]。
隨著裝備保障信息化水平的不斷提高而帶來(lái)的海量的裝備故障信息,給開展裝備故障預(yù)測(cè)工作帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。通過(guò)構(gòu)建裝備保障數(shù)據(jù)體系,對(duì)海量裝備信息進(jìn)行聚合,采用統(tǒng)一規(guī)范的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)提取、去偽存真、去粗求精,消除數(shù)據(jù)誤差,挖掘出數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性,建立定量數(shù)據(jù)模型,掌握裝備故障發(fā)生特點(diǎn)規(guī)律,對(duì)故障進(jìn)行提前預(yù)測(cè)。裝備故障智能預(yù)測(cè)流程如圖4 所示。
圖4 裝備故障智能預(yù)測(cè)流程圖Fig.4 Flow chart of intelligent prediction of equipment failure
裝備保障數(shù)據(jù)體系構(gòu)建是一項(xiàng)全局性的系統(tǒng)工程,站在裝備全過(guò)程數(shù)據(jù)管理全局、數(shù)據(jù)服務(wù)全局的高度,進(jìn)行多方位、多視角的審視,對(duì)裝備保障數(shù)據(jù)的建設(shè)進(jìn)行全盤的設(shè)計(jì),形成一個(gè)完整的、涵蓋了裝備全壽命過(guò)程的裝備保障數(shù)據(jù)體系,能夠?yàn)樘嵘b備保障信息化水平提供理論和技術(shù)支持。