鄭顯柱， 張京京， 王樹禮， 杜家興， 周澤云

(1. 裝甲兵工程學院科研部， 北京 100072； 2. 中國船舶重工集團第714研究所， 北京 100012； 3. 裝甲兵工程學院訓練部， 北京 100072)

面向維修決策的裝備保障綜合信息系統(tǒng)規(guī)劃

鄭顯柱1， 張京京2， 王樹禮3， 杜家興1， 周澤云1

(1. 裝甲兵工程學院科研部， 北京 100072； 2. 中國船舶重工集團第714研究所， 北京 100012； 3. 裝甲兵工程學院訓練部， 北京 100072)

通過分析部隊裝備保障信息系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和不足，將業(yè)務流程再造和數(shù)據(jù)挖掘分析的方法應用到信息系統(tǒng)的設計中。提出了面向維修決策的裝備保障綜合信息系統(tǒng)的總體構想，規(guī)劃了系統(tǒng)的體系架構，并詳細分析了系統(tǒng)的信息流程和主要功能模塊，充分考慮各專業(yè)、各業(yè)務特點，融合各種數(shù)據(jù)分析功能，構建了一體化裝備保障綜合信息系統(tǒng)，有效地提高了裝備保障效益，為形成基于信息系統(tǒng)的體系裝備保障能力提供了新思路。

裝備保障；維修決策；信息系統(tǒng)

隨著信息技術的發(fā)展應用，裝備保障領域研制并配發(fā)了很多信息系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在一定階段和應用范圍內(nèi)能夠滿足部隊業(yè)務工作需要，提高了部隊裝備保障信息化水平，但也存在一些不足：一方面，這些信息系統(tǒng)大都是業(yè)務管理信息系統(tǒng)，缺乏集數(shù)據(jù)處理、挖掘、分析和決策模型為一體的綜合信息系統(tǒng)；另一方面，這些信息系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃設計，信息比較分散，導致了“信息孤島”和“信息黑洞”的形成，數(shù)據(jù)處理和歸并比較困難。這些都成為制約裝備保障信息化發(fā)展的瓶頸，嚴重阻礙了裝備保障工作的開展，因此迫切需要進行裝備保障綜合信息系統(tǒng)規(guī)劃研究，實現(xiàn)業(yè)務融合互動和基于信息系統(tǒng)的輔助決策。

1 裝備保障綜合信息系統(tǒng)建設總體構想

裝備保障信息化建設源于技術、基于系統(tǒng)、形于體系、歸于轉型，要緊緊圍繞“形成信息化條件下體系裝備保障能力，推動裝備保障能力生成模式轉變，優(yōu)化裝備保障運行機制，構建基于信息系統(tǒng)的裝備保障新體系”這一目標[1-2]；以信息為牽引，按照保障效率和效益最優(yōu)的原則進行業(yè)務流程再造，利用綜合信息平臺進行集成建設，促進裝備保障要素融合，建立新型的保障指揮與管理關系；運用先進技術手段降低保障需求和減小保障力量規(guī)模，科學統(tǒng)籌裝備保障任務，動態(tài)配置裝備保障資源，精確、高效地開展裝備保障行動。

裝備保障的核心業(yè)務是維修保障，無論是裝備日常管理還是器材供應，都是為維修保障而服務的，維修業(yè)務是把裝備保障其他業(yè)務聯(lián)系起來的紐帶，維修信息也不僅僅是修理過程信息，它還包括了與維修相關的一切信息。因此，本文所討論的信息系統(tǒng)不是單一修理業(yè)務系統(tǒng)，而是集管理、維修、儲供、訓練于一體的裝備保障綜合信息系統(tǒng)。對系統(tǒng)建設而言，依據(jù)上述思路不僅要能夠處理裝備管理、維修、儲供等業(yè)務工作，而且要能夠實現(xiàn)業(yè)務信息有序流轉和融合互動，達到以實時的項管數(shù)據(jù)支持裝備精細管理，以可靠的管理數(shù)據(jù)輔助維修決策，以精確的維修需求牽引器材供應，以動態(tài)的庫存變化反映儲備要求，從而在數(shù)據(jù)流層面真正實現(xiàn)“以管定修、以修定供、以供定儲”的目標。

2 裝備保障綜合信息系統(tǒng)體系架構規(guī)劃

裝備保障綜合信息系統(tǒng)主要是針對裝備保障平時業(yè)務工作。為了能與一體化指揮平臺裝備保障分系統(tǒng)(簡稱“一體化指揮平臺”)互聯(lián)互通，實現(xiàn)平、戰(zhàn)快速轉換(即將平時積累的基礎數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)快速轉換到一體化指揮平臺中，為開展戰(zhàn)時裝備保障工作提供數(shù)據(jù)支撐)，在規(guī)劃裝備保障綜合信息系統(tǒng)時，要依據(jù)全軍一體化指揮平臺的標準規(guī)范，采用構件化的設計理念，按照基礎層、數(shù)據(jù)庫層、數(shù)據(jù)挖掘層和應用軟件層的結構進行架構，涵蓋裝備保障各個領域，滿足機關、部隊、各保障要素、各重點部位管理作業(yè)需要的綜合信息平臺，兼具保障業(yè)務、日常辦公、安全防范等功能。圖1為裝備保障綜合信息系統(tǒng)體系架構，各層主要組成和功能如下。

1) 基礎層。該層包含各種硬件環(huán)境和系統(tǒng)運行的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡環(huán)境等。

2) 數(shù)據(jù)庫層。該層用來存儲各種裝備保障數(shù)據(jù)，支持知識的存儲、合并和檢索，并能將預處理后的數(shù)據(jù)表示成多維模型的形式，為數(shù)據(jù)挖掘層提供數(shù)據(jù)支持。由于裝備保障數(shù)據(jù)具有分布式、異構性、網(wǎng)絡性、高維等特性，因此數(shù)據(jù)存儲、選擇等均離不開數(shù)據(jù)倉庫技術的支持。

具體來說，數(shù)據(jù)庫層包括基礎數(shù)據(jù)庫、業(yè)務數(shù)據(jù)庫、共享數(shù)據(jù)庫及其他相關的數(shù)據(jù)庫。為實現(xiàn)各業(yè)務、各專業(yè)的集成，基礎數(shù)據(jù)庫主要為裝備保障綜合數(shù)據(jù)庫和各專業(yè)綜合數(shù)據(jù)庫提供基礎的數(shù)據(jù)結構和編碼目錄，如各類目錄數(shù)據(jù)(單位目錄和裝備目錄等)、業(yè)務標準規(guī)范、數(shù)據(jù)字典、戰(zhàn)技術性能等；業(yè)務數(shù)據(jù)庫為綜合統(tǒng)計查詢服務，由軍械、裝甲、工程、防化、車輛、陸軍船艇等業(yè)務數(shù)據(jù)組成，存儲各專業(yè)匯總的業(yè)務數(shù)據(jù)，同時與各專業(yè)的業(yè)務數(shù)據(jù)庫進行實時的數(shù)據(jù)交互；共享數(shù)據(jù)庫是裝備保障綜合數(shù)據(jù)庫與一體化指揮平臺進行數(shù)據(jù)交互、綜合數(shù)據(jù)上報的緩沖區(qū)，系統(tǒng)通過共享數(shù)據(jù)庫為其提供基礎數(shù)據(jù)支撐，主要包括基礎數(shù)據(jù)、部隊基本情況和裝備保障綜合情況等信息。

3) 數(shù)據(jù)挖掘層。該層集成裝備保障數(shù)據(jù)挖掘分析所需的算法，如粗糙集理論、數(shù)據(jù)分組處理方法(Group Method of Data Handling，GMDH)等[3-4]，可以具體實現(xiàn)為一個數(shù)據(jù)挖掘算法工具集。

4) 軟件集成層。該層采用構件化的模式進行軟件集成，將開發(fā)的各種功能形成通用構件、業(yè)務構件和決策模型構件。

5) 應用軟件層。該層根據(jù)需要的形式實現(xiàn)對裝備保障各業(yè)務功能、各要素的展現(xiàn)，實現(xiàn)裝備保障信息的維護、統(tǒng)計和分析，實現(xiàn)裝備保障智能決策。根據(jù)需要采用B/S、C/S等方式，并能夠跨平臺、在局域網(wǎng)環(huán)境下應用。

3 裝備保障綜合信息系統(tǒng)信息流程和主要功能模塊設計

裝備保障綜合信息系統(tǒng)主要是通過對信息資源的管理，以信息流引導業(yè)務流，實現(xiàn)裝備保障工作的信息化。裝備保障信息流程及綜合信息系統(tǒng)主要功能模塊如圖2所示，在一個體系框架內(nèi)，以各專業(yè)(軍械、裝甲、工程、防化、車輛等)的裝備調(diào)撥供應、技術管理、修理、維修器材保障、裝備訓練等各項業(yè)務需求為依據(jù)，分別設置了裝備管理、維修管理、器材管理、訓練管理和數(shù)據(jù)挖掘分析等業(yè)務功能，涵蓋了裝備保障領域各個專業(yè)、各類業(yè)務、各種要素，實現(xiàn)了保障信息的實時共享和扭轉。

圖1 裝備保障綜合信息系統(tǒng)體系架構

圖2 裝備保障信息流程及綜合信息系統(tǒng)主要功能模塊

具體來說，在裝備管理中，利用先進的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷等手段，實時評估各個重要部件系統(tǒng)和整裝的技術狀況，實現(xiàn)裝備管理精細化；應用裝備管理分系統(tǒng)可查閱裝備技術狀態(tài)、履歷、故障、動用等歷史信息，提出修理等級、維修范圍等建議，為維修決策提供科學依據(jù)。在維修管理中，利用維修管理系統(tǒng)對裝備管理分系統(tǒng)提供的待修裝備歷史信息和維修建議進行綜合分析，參照以往同型裝備維修的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，準確定位裝備修理范圍、修理程度和器材需求，科學調(diào)配維修資源，高效調(diào)控維修工序，實現(xiàn)快捷、精準的維修。在器材管理中，根據(jù)維修分系統(tǒng)提出的器材需求，利用儲供保障系統(tǒng)快速提供器材的儲存位置、庫存數(shù)量等信息，借助信息化儲供手段實現(xiàn)快速供應；依據(jù)每項器材消耗信息的精確記錄，科學分析各類裝備的器材消耗規(guī)律，并對照現(xiàn)有庫存、貨位、出入庫歷史數(shù)據(jù)等信息，科學評估器材籌措的種類、時機和數(shù)量，實現(xiàn)儲備合理化。反過來，器材管理分系統(tǒng)可以為制定修理計劃提供相應的器材保障能力信息，維修分系統(tǒng)又可為裝備管理中科學動用使用提供依據(jù)。而數(shù)據(jù)挖掘和決策支持分系統(tǒng)利用綜合信息平臺、規(guī)范的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫，對裝備保障各業(yè)務數(shù)據(jù)進行提取分析，并依據(jù)數(shù)據(jù)挖掘分析算法獲取知識，實時提供輔助決策。

4 關鍵技術應用

面向維修決策的裝備保障綜合信息系統(tǒng)規(guī)劃是一個復雜的系統(tǒng)工程，也是一個交叉的學科領域，涉及到裝備綜合保障理論、經(jīng)典維修理論、復雜系統(tǒng)建模技術、數(shù)據(jù)挖掘分析技術、業(yè)務流程再造技術、數(shù)據(jù)采集傳感技術以及網(wǎng)絡技術等眾多領域。本文主要對業(yè)務流程再造技術和數(shù)據(jù)挖掘分析技術進行說明。

4.1 業(yè)務流程再造技術

對裝備保障工作而言，其業(yè)務流程再造是以裝備保障業(yè)務流程為導向對流程進行再設計，目的是通過建立扁平化的組織機構體系，實現(xiàn)對裝備全系統(tǒng)、全過程的有效保障和管理，提高成本、效率、質量、滿意度等各項指標，達到整體最優(yōu)。在信息系統(tǒng)規(guī)劃過程中，充分考慮和運用業(yè)務流程再造，首先要明確其相互關系：一方面，信息系統(tǒng)和信息技術是業(yè)務流程再造的基礎，是實現(xiàn)業(yè)務流程再造的技術手段，如自動化處理、信息處理、順序控制等功能能夠使串行業(yè)務工作方式變?yōu)椴⑿?，從而實現(xiàn)流程合并和精簡；另一方面，業(yè)務流程再造與重構也為信息系統(tǒng)的發(fā)展明確了方向、提出了需求，給出了信息系統(tǒng)發(fā)揮其作用的支點。業(yè)務流程再造過程利用系統(tǒng)工程的原理和方法對整個業(yè)務進行分析診斷，在此基礎上定義了信息技術發(fā)展的戰(zhàn)略目標和規(guī)劃重點，著眼全局最優(yōu)，提出了信息技術實現(xiàn)流程再造的需求[5-7]。兩者之間相互促進、相互影響、相互依賴。

既然是綜合信息系統(tǒng)規(guī)劃，就要在一個平臺上整合軍械、裝甲、工程、防化、車輛和陸軍船艇等專業(yè)，融合管理、維修、儲供、訓練等業(yè)務，在規(guī)劃設計時，采用“數(shù)據(jù)元素相同合一、業(yè)務流程相似合并”的方法，系統(tǒng)考慮數(shù)據(jù)庫和流程的設計，按照“明確再造目標—組建再造團隊—流程調(diào)研—流程分析診斷—確定再造流程—流程再造—流程再造評估—流程再造實施—流程維護”的步驟實施再造。具體來說，在進行流程調(diào)研后，首先對現(xiàn)有裝備保障業(yè)務流程進行建模和描述，包括每個專業(yè)和每個業(yè)務部門的流程運行情況、環(huán)節(jié)以及操作模式；然后對現(xiàn)有流程進行分析診斷，發(fā)現(xiàn)潛在的問題，確定裝備保障需要再造的流程，運用業(yè)務流程建模分析工具進行流程再造，如集成計算器輔助制造定義方法(ICMA DEFinition Method，IDEF)、角色行為圖(Role Activity Diagram，RAD)、事件驅動的過程鏈模型(Event-dri-ven Process Chain，EPC)[6-8]等，設計更為科學合理的業(yè)務流程和信息流程，指導信息系統(tǒng)的設計和研發(fā)。

4.2 數(shù)據(jù)挖掘分析技術

如圖2所示，在裝備保障綜合信息系統(tǒng)規(guī)劃設計時集成了數(shù)據(jù)挖掘分析功能，該功能主要包括以下模塊。

1) 數(shù)據(jù)選擇提取模塊。根據(jù)挖掘任務的需要從數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)表中提取與挖掘任務相關的屬性、數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將從這些數(shù)據(jù)中挖掘知識。

2) 數(shù)據(jù)預處理模塊。該模塊對數(shù)據(jù)選擇提取模塊提取的屬性、數(shù)據(jù)進行預處理，主要包括以下功能。

(1)數(shù)據(jù)清洗、校驗。針對數(shù)據(jù)樣本存在的一些不確定內(nèi)容(如空缺值、噪聲數(shù)據(jù)、孤立點等)進行數(shù)據(jù)清洗、校驗，如：采用平均值來填充空缺值；通過回歸函數(shù)來平滑一些噪聲數(shù)據(jù)等。

(2)數(shù)據(jù)集成轉換。將多個數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)結合起來存放在一個一致數(shù)據(jù)存儲中，并根據(jù)各類數(shù)據(jù)挖掘方法的不同數(shù)據(jù)輸入要求，對數(shù)據(jù)進行編碼和構造，使其成為挖掘方法所要求的格式，如數(shù)據(jù)規(guī)范化、數(shù)據(jù)概化、構造新屬性等。

(3)數(shù)據(jù)離散化。其本質是利用選取的斷點來把連續(xù)屬性的取值范圍或取值區(qū)間劃分為若干個小區(qū)間，同時用區(qū)間標號(代號)代替實際的數(shù)值[9]。因此，裝備保障數(shù)據(jù)離散化就是根據(jù)裝備保障數(shù)據(jù)(如發(fā)動機消耗、剩余，車體的行駛公里，發(fā)射彈數(shù)等)挖掘的實際需求，在特定屬性的值域范圍內(nèi)設定若干個斷點，將值域劃分為離散化區(qū)間，最后用不同的標號或整數(shù)值代表落在每個子區(qū)間中的屬性值。可采用基于信息熵和不相容度的分類離散化算法對數(shù)據(jù)進行離散處理。

(4)屬性約簡。其考察的是信息系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫中獲取的數(shù)據(jù)、知識是否都必要，是指在保持原始數(shù)據(jù)完整性的前提下刪除冗余的知識。它主要包括屬性降維和屬性值約簡：前者是指檢測并刪除不相關、弱相關或冗余的屬性或維；后者是指檢測并刪除冗余的屬性值。筆者采用改進的屬性重要度和互信息的約簡算法[10]對離散后的數(shù)據(jù)進行約簡處理，該算法運算效率較高，能夠得到較好的結果。

3)數(shù)據(jù)挖掘分析模塊。該模塊利用預處理后的數(shù)據(jù)，可采用GMDH、聚類分析、規(guī)則推理等算法[9-10]輸出各種決策模型。需要說明的是：屬性約簡實際上也是一種數(shù)據(jù)挖掘算法，通過約簡可以獲取相應的知識和規(guī)則，其在數(shù)據(jù)預處理模塊中已經(jīng)進行了運用。

4) 可視化模塊。該模塊包括數(shù)據(jù)可視化、模型可視化和過程可視化3個部分，貫穿于整個數(shù)據(jù)挖掘過程，確保挖掘過程和結果的可理解性，為決策者提供直觀、形象、生動的信息顯示界面，從而提高決策者對信息的認知能力。

5) 知識管理模塊。該模塊對獲取的知識進行管理，如建立檔案等。

6) 算法評估模塊。該模塊中包含了很多數(shù)據(jù)挖掘算法，并采用精度、效率等指標對這些算法進行評估[11-13]。

5 結論

基于信息系統(tǒng)的體系裝備保障能力建設是裝備保障能力生成的重要途徑。筆者按照上述思路和方法對機械化部隊通用裝備保障的各項業(yè)務工作進行分析、論證和規(guī)劃，并進行業(yè)務流程梳理和優(yōu)化設計，研發(fā)了“XXX業(yè)務管理信息系統(tǒng)”，首次將各專業(yè)、各業(yè)務集成在一個平臺中，是面向維修決策的裝備保障綜合信息系統(tǒng)建設的初探。該系統(tǒng)已在戰(zhàn)術級部隊推廣應用，促進了軍械、裝甲、工程、防化、通用車輛、陸軍船艇等保障專業(yè)，以及保障要素、保障資源、保障功能的高度融合，應用效果較好。下一步將按照聯(lián)合作戰(zhàn)、聯(lián)合訓練、聯(lián)合保障的要求，在一體化平臺基礎上集成現(xiàn)有信息化建設成果，充分考慮各專業(yè)、各業(yè)務特點，融合各種數(shù)據(jù)分析功能，推動裝備保障綜合信息系統(tǒng)研制工作，構建聯(lián)合保障新體系。

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(責任編輯: 尚彩娟)

Integrative Information System Design of Equipment Support for Maintenance Decision-making

ZHENG Xian-zhu1, ZHANG Jing-jing2, WANG Shu-li3, DU Jia-xing1, ZHOU Ze-yun1

(1. Department of Science Research, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China;2.714 Research Institute, China Shipbuilding Industry Corporation, Beijing 100012, China;3. Department of Training, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)

According to analysis of development status and disadvantages of current equipment support information system, the paper, which applies the theories of business process reengineering and data mining to the design of information system, puts forward the whole thought of the integrative information system of equipment support for maintenance decision-making, designs the system structure, and expatiates the information process and main function module. Finally, it considers the characteristics of each specialty and business, integrates data analysis function, constructs the integrative information system of equipment support and improves the efficiency of equipment support effectively, which provides a new idea for forming equipment support capability based on information system.

equipment support; maintenance decision-making; information system

1672-1497(2015)05-0084-05

2015-06-06

軍隊科研計劃項目

鄭顯柱(1982-)，男，助理研究員，博士。

TP315

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2015.05.017