文 海

（中國華陰兵器試驗中心 陜西華陰）

一、問題

近年來，靶場試驗設(shè)備具有任務(wù)密度高、轉(zhuǎn)換節(jié)奏快、質(zhì)量要求高的特點，及時、準(zhǔn)確地掌握設(shè)備狀態(tài)，對各級指揮人員、管理人員和技術(shù)人員來說十分重要。比如，指揮人員可據(jù)此高效協(xié)調(diào)參試設(shè)備，掌握測試結(jié)果的可信度；管理人員可據(jù)此快速做好人員、時間、經(jīng)費和物資等保障工作；技術(shù)人員可據(jù)此全面掌握信息，加強預(yù)測和控制，減少故障停機時間。

然而，靶場還沒有建立集中統(tǒng)一的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)，狀態(tài)信息大多停留在基層，依靠逐級上報處置，信息傳遞緩慢、甚至失真，很難滿足靶場試驗需求。

提出一種方法，希望解決3方面問題。一是普適于靶場現(xiàn)役、改造或在研設(shè)備；二是實現(xiàn)狀態(tài)的及時感知；三是確保狀態(tài)得到科學(xué)評估。

二、國內(nèi)外情況

美軍《2020聯(lián)合設(shè)想》提出“主宰機動、精確交戰(zhàn)、聚焦后勤和全維防護”等4種作戰(zhàn)概念，認(rèn)為信息優(yōu)勢只有被轉(zhuǎn)化為優(yōu)勢知識和優(yōu)勢決策時，才能為聯(lián)合部隊提供競爭優(yōu)勢。為實現(xiàn)聚焦后勤的目標(biāo)，要求大幅度縮小后勤保障規(guī)模，實現(xiàn)敏捷、準(zhǔn)確和經(jīng)濟的全球保障。尤其是隨著武器裝備復(fù)雜性、信息化和綜合化程度的大幅提高，美軍裝備維修工作重點已逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕畔⒌墨@取、處理和傳輸并做出維修決策為主。近年來，美軍主推狀態(tài)維修CBM（Condition Based Maintenance），強調(diào)將以信息技術(shù)為代表的各種高新技術(shù)應(yīng)用到維修的全過程，具體是在武器平臺上配備具有預(yù)測“感知”和支持后勤保障行動“響應(yīng)”能力的嵌入式預(yù)測與診斷監(jiān)控管理系統(tǒng)，作為自主式保障感知和響應(yīng)后勤的激勵器，以確定最佳維修時機，提高部件的可靠性，縮減維修工時，提高整個裝備的可用度和任務(wù)可靠性。

目前，國內(nèi)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的成熟應(yīng)用，主要集中在電力、采礦、石化等領(lǐng)域。比如在智能電網(wǎng)監(jiān)視體系中，參考OSACBM標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的電氣設(shè)備狀態(tài)檢修系統(tǒng)，收集設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析挖掘，對狀態(tài)劣化和趨勢不良的設(shè)備及時發(fā)布狀態(tài)預(yù)警消息，以健康評價結(jié)果為參考，通過智能決策，動態(tài)調(diào)整檢修周期和檢修項目，降低檢修成本、縮短檢修停電時間、延長設(shè)備壽命，并能為設(shè)備檢修、電網(wǎng)調(diào)度、營銷等部門提供相關(guān)決策輔助信息。在采油領(lǐng)域，把精細(xì)管理、安全生產(chǎn)作為主要目標(biāo)，開展以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)為核心的預(yù)防維修，確保設(shè)備處于優(yōu)良工況運轉(zhuǎn)。另外，許良柱等就服務(wù)于各類人員，實現(xiàn)集中監(jiān)視、集約管理和綜合分析等功能，給出全景狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計；王德文等依據(jù)最新IEC 61850第2版，建立變電站狀態(tài)監(jiān)測IED的功能與設(shè)備模型，為實現(xiàn)變電站狀態(tài)的在線監(jiān)測奠定了基礎(chǔ)；于見剛等建立狀態(tài)維修的實施模型，開發(fā)了一個融合狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)的設(shè)備管理系統(tǒng)。

當(dāng)前，軍隊維修體制正在向以可靠性維修為指導(dǎo)的狀態(tài)維修和設(shè)備健康狀態(tài)管理方式過渡。在國內(nèi)OSA-CBM標(biāo)準(zhǔn)的成功案例不多和研究報告較簡單的情況下，周圣林提出在新一代型號飛機使用OSA-CBM標(biāo)準(zhǔn)的建議；毛京明等提出裝備保障從狀態(tài)監(jiān)控向狀態(tài)管理轉(zhuǎn)變；陳春良等描述了基于主動式保障的裝備維修保障系統(tǒng)的功能模型；徐玉國等從維修保障網(wǎng)絡(luò)建模與分析、維修保障行為觸發(fā)與響應(yīng)策略、維修決策優(yōu)化以及維修保障資源網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)重構(gòu)與資源配置等方面，闡述了裝備自主維修保障技術(shù)體系；董保良等分析了通信設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的基本方法，探討了智能在線監(jiān)測的基本思路。

三、解決思路

1.OSA-CBM標(biāo)準(zhǔn)概述

由于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測極大地依賴CBM的技術(shù)發(fā)展，而CBM又涉及傳感器、人工智能和計算機軟件等眾多學(xué)科，設(shè)備廠家紛紛推出了自己的CBM系統(tǒng)。但這些系統(tǒng)功能單一、互不兼容，不能很好地解決問題。同時，封閉的系統(tǒng)模式限制了技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展。正是在這種需求的推動下，2001年一個由美國海軍提供部分資助，由波音、卡特皮拉、洛克韋爾自動化、洛克韋爾科學(xué)公司等聯(lián)合組建的工業(yè)小組，制定了OSA-CBM標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)以組件形式，為分布式CBM軟件模塊制定了一個開放的標(biāo)準(zhǔn)化體系結(jié)構(gòu)，分成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)測、健康評估、預(yù)診斷、決策支持等層次不同的技術(shù)模塊，定義了CBM系統(tǒng)組成及數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了來自不同廠商CBM組件間的互換性和互操作性。不同廠家可據(jù)此發(fā)揮各自專業(yè)優(yōu)勢，充分實現(xiàn)技術(shù)整合，共同推進CBM技術(shù)發(fā)展。目前，該標(biāo)準(zhǔn)于2010-6-29發(fā)布了3.3.1版本。

2.體系結(jié)構(gòu)

單個設(shè)備或部分設(shè)備實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測，對于靶場來說，沒有太大意義，只有實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息的匯聚，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)勢知識或優(yōu)勢決策才有價值。為此，參照OSA-CBM標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建適應(yīng)靶場特點的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)靶場所有設(shè)備的集成接入。

靶場設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)見圖1。

第一維為功能維。遵循OSA-CBM標(biāo)準(zhǔn)模型，自底向上分別為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、狀態(tài)監(jiān)測層、健康評估層、預(yù)診斷層、決策支持層。功能維是標(biāo)準(zhǔn)化特征維，是整個體系結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)，為開發(fā)支持標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)平臺、建設(shè)實際應(yīng)用系統(tǒng)確定了功能模型。

第二維是系統(tǒng)維，是針對具體應(yīng)用需求利用標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)平臺所構(gòu)建的應(yīng)用系統(tǒng)，自后向前分別由設(shè)備單元、崗位監(jiān)測終端、基層監(jiān)控系統(tǒng)和靶場監(jiān)測中心等四部分構(gòu)成。

第三維是服務(wù)維：自左向右分別為通信層、服務(wù)層、應(yīng)用層，服務(wù)維是網(wǎng)絡(luò)化特征維，為開發(fā)支持標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)平臺、建設(shè)實際應(yīng)用系統(tǒng)確定了分布式模型。

3.功能維的實現(xiàn)

靶場設(shè)備來源于不同廠家，功能不同、用途各異，既有現(xiàn)役設(shè)備，也有正在改造或新研設(shè)備。綜合靶場設(shè)備現(xiàn)狀，雖然有部分設(shè)備已配發(fā)了CBM系統(tǒng)，但還有部分設(shè)備由于沒有自動化處理設(shè)備根本不可能按要求配備CBM系統(tǒng)，這極不利于靶場集成實現(xiàn)所有設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測管理。

圖1 靶場設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

從建立集中統(tǒng)一的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的角度，須將靶場設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測簡化為一種具有普適性的單設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模型，從而確保功能維得到實現(xiàn)。

靶場設(shè)備最終都是面向科研試驗任務(wù)，為便于信息采集，本文提出將任何一臺套靶場設(shè)備簡化為由量值特性、功能特性和外部可監(jiān)測特性描述的信息模型。具體見圖2所示。其中，量值特性是保證為試驗提供準(zhǔn)確可信的試驗數(shù)據(jù)或結(jié)論，可以通過周期的檢定、校準(zhǔn)或測試等計量工作獲得是否合格的狀態(tài)，也可以在每次測試中或在規(guī)定間隔內(nèi)啟動核查程序獲得是否受控的狀態(tài)。功能特性則是完成試驗任務(wù)的前提，可以通過人工按照標(biāo)準(zhǔn)程序檢查或設(shè)備自身提供的自檢工具獲得是否合格的狀態(tài)。外部可監(jiān)測特性則是通過有關(guān)的專業(yè)單位或廠家提供的組件，采集外部信息，進行模態(tài)分析獲得狀態(tài)。上述3種特性，很容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)測和健康評估，有關(guān)人員可據(jù)上述信息，對故障進行預(yù)診斷作出維修決策，對完好狀態(tài)作出參加科研訓(xùn)練和作戰(zhàn)參試決策，對故障前狀態(tài)可作出維護保養(yǎng)決策。

圖2 單設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的簡化模型

4.系統(tǒng)維的實現(xiàn)

要實現(xiàn)將靶場所有設(shè)備狀態(tài)及時感知，遵照崗位、基層和中心等三級靶場管理體制，可以按圖3所示的拓?fù)鋱D，展開系統(tǒng)維，建立起一個集中統(tǒng)一的管理系統(tǒng)。

其中，被管設(shè)備單元主要是指獨立存在的被管對象，可以通過IP化改造或外部信息以及人工錄入等方式實現(xiàn)狀態(tài)采集；崗位則是靶場試驗的一個基本單元，崗位可以利用操控終端管理控制多個被管設(shè)備單元，在完成試驗工作的同時，完成狀態(tài)信息的采集上報，并根據(jù)基層監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度進行管理；基層監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)調(diào)度和管理所轄范圍內(nèi)的所有崗位，實現(xiàn)在線監(jiān)測設(shè)備的集中管控，對上傳靶場監(jiān)測中心的狀態(tài)信息進行審核，并接受靶場監(jiān)測中心的調(diào)度；靶場監(jiān)測中心主要負(fù)責(zé)全靶場范圍內(nèi)被管設(shè)備單元的入網(wǎng)管理，對各基層監(jiān)控系統(tǒng)、直至崗位操作終端的運行進行管理。

系統(tǒng)可以通過WEB終端、桌面終端或移動終端，向各類人員提供設(shè)備狀態(tài)信息的分級展現(xiàn)。比如在任務(wù)實施過程中，可在指揮大廳部署在線監(jiān)測客戶端，以方便指揮人員實時獲得所有參試設(shè)備的運行狀態(tài)，以利于指揮決策。各級管理人員可對所轄范圍內(nèi)的設(shè)備進行保障決策。各類技術(shù)人員可掌握設(shè)備信息和設(shè)備的最新狀態(tài)，以協(xié)調(diào)本人工作或支持其論證、研究、改進等工作。

5.服務(wù)維的實現(xiàn)

服務(wù)維是該系統(tǒng)是否具有良好的兼容性、擴展性和有效性的基礎(chǔ)，它的實現(xiàn)離不開基于XML/SOAP的通信模型、基于Web Services的支撐服務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)平臺等3大要素的支持。前兩項要素，目前已有十分成熟的標(biāo)準(zhǔn)支持，在實現(xiàn)中沒有難度。標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)平臺，雖然在硬件、軟件平臺、信息傳輸與存貯等方面已經(jīng)有成熟標(biāo)準(zhǔn)，但參照OSA-CBM標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的靶場設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，還需結(jié)合靶場具體應(yīng)用特點進行修改與完善，形成靶場設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)體系。比如在研設(shè)備IP化接口規(guī)范、現(xiàn)役設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測規(guī)范、用戶認(rèn)證接口規(guī)范、狀態(tài)評估規(guī)范、決策干預(yù)策略等。

圖3 靶場設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

另外，故障診斷技術(shù)、故障預(yù)測技術(shù)、性能趨勢預(yù)測分析技術(shù)以及維修策略技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)投入實際應(yīng)用，有大量成熟的模型和算法成果，可通過借鑒這些先進經(jīng)驗，結(jié)合靶場設(shè)備特點，提出多種通用的故障診斷、故障預(yù)測、性能趨勢預(yù)測分析以及維修策略，以供系統(tǒng)應(yīng)用。

四、結(jié)束語

提出的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法，通過在靶場實際應(yīng)用，緊貼靶場指揮、管理與保障現(xiàn)狀，為靶場設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)打下技術(shù)基礎(chǔ)。但一個系統(tǒng)能否滿足精細(xì)化管理、科學(xué)化決策、高效化指揮、精確化保障的期望，離不開人機交互界面優(yōu)秀的信息系統(tǒng)，更少不了使用單位“一號”的主導(dǎo)作用和有關(guān)激勵機制與管理手段。因此，還需從應(yīng)用場合、激勵機制、時機和效果等方面去研究分析，給出靶場制度機制建議，確保系統(tǒng)發(fā)揮應(yīng)有效能。