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（中國艦船研究設計中心，武漢430064）

艦船綜合保障系統(tǒng)設計

祝泓，張平

（中國艦船研究設計中心，武漢430064）

本文在分析國外綜合保障系統(tǒng)的基礎上，提出了適用于我國艦船的保障系統(tǒng)頂層設計方案，給出了系統(tǒng)組成、主要功能和主要技術指標，將綜合保障系統(tǒng)劃分為保障資源系統(tǒng)、裝備綜合保障管理信息系統(tǒng)、裝備故障診斷與健康管理系統(tǒng)三個分系統(tǒng)，并對各分系統(tǒng)的系統(tǒng)功能和組成進行了闡述，為艦船裝備開展綜合保障系統(tǒng)集成和管理提供了參考。

艦船；綜合保障系統(tǒng)；系統(tǒng)設計；保障資源

1　前言

艦船裝備作為投資大、生命周期長、構造復雜、且經常遠離岸基執(zhí)行任務的作戰(zhàn)裝備，具有良好的綜合保障能力是節(jié)省經費，保證持續(xù)戰(zhàn)斗力的重要保證。隨著艦船裝備逐步向電子化、數字化、智能化、集成化等方向發(fā)展，使得在高技術條件下，裝備的使用、維修和保障工作也越來越復雜，與此相關的費用在裝備全壽期費用中所占的比例越來越高，約占總費用的60%～80%。因此，加強艦船裝備的綜合保障系統(tǒng)設計，對服役后降低艦船裝備的全壽期費用，具有重要的意義。

20世紀60年代，美軍通過長期的部署訓練和多次實踐應用，深刻認識到裝備保障與裝備性能同等重要，并從調整裝備研制與采辦策略入手落實裝備保障要求。為了解決由于裝備技術復雜程度增大而引起的裝備保障問題，美國國防部于1964年首次發(fā)布了DoDD4100.35《系統(tǒng)和設備的綜合后勤保障的研制》指令[1]，首次規(guī)定在裝備設計中應用裝備綜合保障（integrated logistics support，ILS）技術，開展ILS管理活動，ILS就是在這種背景下發(fā)展起來的。

GJB 3872《裝備綜合保障通用要求》中對“綜合保障”的定義是：在裝備的壽命周期內，為滿足系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性要求，降低壽命周期費用，綜合考慮裝備的保障問題，確定保障性要求，進行保障性設計，規(guī)劃并研制保障資源，及時提供裝備所需保障的一系列管理和技術活動。

綜合保障系統(tǒng)（ILSs）通過統(tǒng)一的可靠性、維修性、保障性、測試性頂層設計、規(guī)劃及高效的管理，將各種保障資源組成具有能夠滿足艦艇使用與維修需要的系統(tǒng)，為主裝備的正常運行提供有效的保障。

本文在分析國外綜合保障系統(tǒng)集成的基礎上，提出了艦船保障系統(tǒng)頂層設計的方案，給出了系統(tǒng)組成、主要功能和主要技術指標，并對各分系統(tǒng)的系統(tǒng)功能和組成進行了說明，為艦船裝備開展保障系集成和管理提供了思路。

2　國外綜合保障系統(tǒng)集成

外國海軍部署了多個保障系統(tǒng)，如戰(zhàn)備狀態(tài)控制系統(tǒng)、綜合狀態(tài)評估系統(tǒng)、遠程技術保障系統(tǒng)、交互式訓練與培訓系統(tǒng)等，有力保障了艦船的戰(zhàn)備完好性。綜合保障系統(tǒng)集成設計主要有兩類，一類為基于綜合保障要素集成的計算機維修信息管理系統(tǒng)；另一類是基于狀態(tài)維修的控制系統(tǒng)。

2.1基于綜合保障要素的計算機維修信息管理系統(tǒng)

2.1.1計算機輔助維修及器材信息管理系統(tǒng)（3-M）

在20世紀60年代初，美國海軍面臨日趨復雜的裝備技術對維修管理所提出的挑戰(zhàn)，其主要問題表現為：非整體化的維修規(guī)程、文件報表成災，管理機關缺乏真正的管理，軍官缺乏經驗，艦員缺乏訓練，維修文件資料缺乏指導性和可操作性，維修器材保障滯后。針對這些問題，美國海軍著手研制并推行標準化的維修與器材管理系統(tǒng)，即3-M系統(tǒng)，以通過改進維修與器材的管理模式，來抑制維修及保障費用的上漲，提高艦船裝備戰(zhàn)備完好性。1963年3月8日，由海軍作戰(zhàn)部長簽發(fā)第4700.6號指令，正式要求在海軍中實施3-M系統(tǒng)，具體為如下兩個方面的工作：第一，發(fā)展和貫徹維修計劃管理的標準，為所有的在役艦船部隊從總體上完成計劃維修提供依據；第二，發(fā)展和貫徹一個整體化的系統(tǒng)，進行維修信息的收集、分析、處理和反饋，從而使維修管理機構在保障艦艇部隊時，能更好地發(fā)揮其管理職能。前者被稱為計劃維修系統(tǒng)，后者被稱為維修數據采集系統(tǒng)[3]。

由于3-M系統(tǒng)在實施過程中，充分地發(fā)揮了如下兩個方面的作用，而得到艦隊的普遍歡迎：第一，為艦艇部隊提供了可用于管理、安排計劃和實施維修作業(yè)的工具；第二，為那些負責維修保障管理機構提供了有關艦船裝備維修的信息和維修保障活動的經驗。美國海軍為確保3-M系統(tǒng)的正常運行，在其作戰(zhàn)部頒布的3-M系統(tǒng)手冊中，明確規(guī)定了3-M系統(tǒng)的組織及其各組織機構中指揮官的職責，同時也明確了3-M系統(tǒng)在岸上的訓練要求。

在3-M系統(tǒng)配置到艦艇上后，還進行艦上訓練，分為集體訓練和單兵訓練兩種：在集體訓練中，一般要達到使所有人員重視3-M系統(tǒng)的目的，并學會各種表格的使用；在單兵訓練中要學會執(zhí)掌范圍內的所有維修需求卡的使用并進行現場操作。

2.1.2計算機輔助維修管理系統(tǒng)（CAMS）

綜合保障工作主要是通過維修規(guī)劃、裝備設計階段的保障性分析，產生用于裝備使用和維修保障的八項資源需求，而CAMS的主要任務是對這些資源進行管理，并輔助艦員開展預防性維修及修復性維修工作。CAMS包括三個方面，CAMS軟件、初始數據包及CAMS軟件運行所需要的硬件資源（服務器、客戶機、打印機、網絡設施等），其功能主要包括裝備配置管理、培訓管理、技術資料管理、零部件管理、維修管理、供應管理、艦岸庫存接口管理、人員管理，CAMS軟件架構如圖1所示。

2.2基于狀態(tài)的維修控制系統(tǒng)

2.2.1戰(zhàn)備狀態(tài)測試系統(tǒng)（ORTS）

美國海軍的“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)是一個非常復雜的自動化綜合武器控制系統(tǒng)，部署在現役“提康德羅加”級巡洋艦和“阿利·伯克”級驅逐艦上，通過不斷的演化發(fā)展，始終代表著世界海軍作戰(zhàn)系統(tǒng)的最高發(fā)展水平。為了保證“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)隨時都處于可用狀態(tài)，美國海軍專門為其開發(fā)和部署了先進的戰(zhàn)備狀態(tài)測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有強大的功能，能夠自動監(jiān)控、測試和評價“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，自動隔離故障并進行系統(tǒng)重新配置，并以測試診斷結果為基礎規(guī)劃開展和協(xié)調相應的維修活動，還可在維修結束后立即進行系統(tǒng)級的測試檢驗，為維持和提高作戰(zhàn)系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性提供了重要保障[2]?；趹?zhàn)備狀態(tài)測試系統(tǒng)，使得美國海軍能夠實時掌握艦船作戰(zhàn)系統(tǒng)的狀態(tài)信息，作戰(zhàn)系統(tǒng)的戰(zhàn)備狀態(tài)也由以往被動的“狀態(tài)顯示”發(fā)展提高到主動的“狀態(tài)控制”階段，實現了質的飛躍。

2.2.2綜合狀態(tài)評估系統(tǒng)（ICAS）

美國海軍過去采用的是響應性和預防性的維修理念來指導維修工作。近年來，隨著可用資金和人力資源的持續(xù)減少，海軍開始尋求不同的途徑，以減輕艦員的工作負荷和繁重的工作程序，節(jié)約費用。但是，這一目標必須要在保證海軍艦船高戰(zhàn)備水平的前提下實現?；谶@些要求，海軍開始將傳統(tǒng)的計劃維修系統(tǒng)（PMS）向基于狀態(tài)的維修（CBM）和以可靠性為中心的維修（RCM）等轉變。即從原先的計劃維修轉變?yōu)榛谠O備狀態(tài)、性能進行維修。為實現這些目標，海軍需要對艦上設備進行狀態(tài)監(jiān)測和分析，ICAS由此產生。ICAS可以監(jiān)控和評估艦上設備的運行狀態(tài)，診斷設備的異常行為，預測設備的運行趨勢和使用壽命，還可以為設備操作和維修人員提供決策支持信息和維修建議等，目前已普遍應用在美國海軍的大部分艦艇上。

3　綜合保障系統(tǒng)頂層設計

3.1保障資源規(guī)劃流程

綜合保障組成要素包括維修規(guī)劃、設計接口、人力和人員、供應保障、保障設備、技術資料、訓練與訓練保障、計算機資源保障、保障設施以及包裝、裝卸、儲存和運輸。其中維修規(guī)劃、設計接口為技術和管理要素，其余8項為保障資源要素[4，5]。

根據GJB 1371，在艦船論證階段，由訂購方組織開展艦船使用研究，提出艦船初始保障方案。在方案設計、技術設計階段，由總體單位牽頭，系統(tǒng)、設備單位參與開展各自裝備的使用分析和維修分析工作，并與總體設計同步進行，經協(xié)調后提出保障資源需求，形成保障方案。在施工設計階段對保障資源進行優(yōu)化，最后納入到綜合保障建議書中。保障資源規(guī)劃流程如圖2所示。

圖2　保障資源規(guī)劃流程Fig.2　Support resource planning flow

3.2系統(tǒng)組成

根據GJB 3872的定義，保障系統(tǒng)是保障資源及其管理的組合。艦船裝備保障系統(tǒng)分艦內保障系統(tǒng)和艦外保障系統(tǒng)兩部分，本文主要研究艦內保障系統(tǒng)，主要是通過綜合保障設計，完成艦上保障資源的規(guī)范化集成和管理，同時對艦外的保障系統(tǒng)提出接口設計要求。

綜合保障系統(tǒng)的組成如圖3所示，包括保障資源系統(tǒng)、裝備綜合保障管理信息系統(tǒng)和裝備故障診斷與健康管理系統(tǒng)。保障資源要素的物化部分納入綜合保障系統(tǒng)，包括供應保障、保障設備、技術資料、訓練與訓練設備，該部分內容集成為綜合保障資源分系統(tǒng)；綜合保障系統(tǒng)的管理部分集成為裝備綜合保障管理信息系統(tǒng)；為適應艦船維修技術的更新，綜合保障系統(tǒng)設置了裝備故障診斷及健康管理分系統(tǒng)，將基于狀態(tài)維修的成果用于指導裝備維修。

圖3　綜合保障系統(tǒng)組成Fig.3　Composition of ILSs

3.3主要功能

綜合保障系統(tǒng)的主要功能有：

1）為艦上系統(tǒng)/設備的正常使用和維修提供供應保障、保障設備、技術資料、訓練保障；

2）通過計算機技術和網絡技術，利用計算機硬件、軟件和通信設備，對保障系統(tǒng)進行信息管理；

3）根據艦上主要系統(tǒng)或設備的性能或運行狀況，對其故障進行診斷，提供保障資源補給、裝備預防性維修計劃、修復性維修安排等輔助決策建議。

3.4主要技術指標

綜合保障系統(tǒng)中涵蓋多個艦船綜合保障性參數指標，這些指標衡量了戰(zhàn)備完好性、任務成功性、可靠性、維修性、測試性和保障性水平，如表1所示。

表1　綜合保障參數指標Table 1　Indexes for ILS

綜合保障系統(tǒng)自身的技術指標是衡量保障系統(tǒng)運行效率的重要依據，如表2所示。

表2　綜合保障系統(tǒng)技術指標Table 2　Indexes for ILSs

4　綜合保障系統(tǒng)各分系統(tǒng)設計

4.1保障資源系統(tǒng)

綜合保障資源系統(tǒng)主要是保障資源要素中物化的部分，包括供應保障、保障設備、技術資料、訓練保障四個部分。

4.1.1供應保障

供應保障系統(tǒng)為艦船裝備的使用和維修過程提供所需的備件和消耗品，其主要組成為備件和消耗品。備件是用于裝備維修時更換有故障（或失效）的零部件，消耗品是維修所消耗掉的材料，如墊圈、開口銷、焊料、焊條、涂料、膠布等。

4.1.2保障設備

保障設備是使用與維修裝備所需的設備，包括使用保障設備、維修保障設備和訓練保障設備。保障設備系統(tǒng)組成如圖4所示。

圖4　保障設備系統(tǒng)組成Fig.4　Composition of support equipment system

4.1.3技術資料

技術資料是使用與維修裝備所需的說明書、手冊、規(guī)程、細則、清單、工程圖樣等的統(tǒng)稱，是系統(tǒng)地為艦船上人員正確使用與維修裝備提供的基本依據。技術資料系統(tǒng)組成圖如圖5所示，分為紙質技術資料和交互式電子手冊兩大類，紙質技術資料包括全船性完工文件、系統(tǒng)/設備的隨機文件、基地級維修文件等，交互式電子手冊由軟件和硬件組成，讓用戶能夠與裝備使用或維修操作所需的技術資料實現信息交互。

圖5　技術資料系統(tǒng)組成Fig.5　Composition of technical documentation system

全船性完工文件是指艦船建造結束后，根據設計、施工、檢驗、試驗結果為滿足艦員使用、維修而編制的完工圖樣和技術文件。它主要包含全船性完工文件目錄、圖樣和圖表、技術說明書、使用說明書、維修說明書、計算書、供應品清單、備品備件及工具清單、履歷簿等其他有關文件。

隨機文件是指隨同系統(tǒng)或設備出廠（所）的圖樣和技術文件。主要包括系統(tǒng)/設備的隨機文件目錄、技術說明書、使用說明書、維修說明書、安裝調試說明文件及圖樣、試驗大綱、履歷簿、試驗記錄資料及報告、有關清單、明細表、驗收報告和合格證明文件等。

基地級維修文件主要通過維修設計完成，主要包括基地級維修手冊、修理技術要求、器材目錄等。

交互式電子技術手冊的硬件包括：數據庫服務器、客戶機、便攜式維修輔助設備（portable maintenance aids，PMA）等，軟件包括閱讀器或瀏覽器、IETM數據包等。

4.1.4訓練保障

訓練保障是訓練裝備使用與維修人員的活動與所需的程序、方法、技術、教材和器材等，訓練保障系統(tǒng)的主要功能是輔助訓練指揮官完成全艦訓練計劃制定、訓練過程監(jiān)督及訓練結果評估；輔助艦員在線培訓和測評；提供平臺、作戰(zhàn)及艦載機模擬訓練功能。訓練保障系統(tǒng)包括訓練決策管理子系統(tǒng)、裝備知識培訓子系統(tǒng)、模擬訓練系統(tǒng)，其構成見圖6。

圖6　訓練保障系統(tǒng)的組成Fig.6　Composition of training support system

4.2裝備綜合保障管理信息系統(tǒng)

裝備綜合保障管理信息系統(tǒng)主要實現裝備配置管理、使用管理、維修管理、技術資料管理、物資器材管理、系統(tǒng)管理等功能。該系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個方面，其組成如圖7所示，硬件包括服務器、客戶機、打印機、文檔掃描儀。軟件包括管理系統(tǒng)應用軟件、數據庫軟件、管理系統(tǒng)初始數據包（主要包括裝備信息、艙室信息、裝備的備件信息和技術資料信息等）和管理系統(tǒng)運行支持軟件。

圖7　裝備綜合保障管理信息系統(tǒng)組成Fig.7　Composition of ship integrated logistics support management information information system

4.3裝備故障診斷與健康管理系統(tǒng)

裝備故障診斷與健康管理系統(tǒng)的功能是對艦船裝備進行故障診斷并提供維修指導，感知設備運行狀態(tài)并進行狀態(tài)評估和健康管理，提出基于狀態(tài)維修的建議[6，7]。該系統(tǒng)組成如圖8所示，包括：

圖8　裝備故障診斷與健康管理系統(tǒng)的組成Fig.8　Composition of failure diagnosis and health management system

1）實時監(jiān)控單元，主要針對重要設備，用于實時采集被監(jiān)控設備的狀態(tài)信息，實時監(jiān)控單元一般是機內測試單元（BIT）；

2）固定式數據錄入終端和便攜式數據錄入終端（PDA），用于人工錄入設備的狀態(tài)信息；

3）狀態(tài)數據記錄服務器，用于記錄被監(jiān)測設備的歷史狀態(tài)信息；

4）顯示服務器及顯示大屏，用于處理需顯示的信息；

5）智能診斷服務器，用于進行設備的智能診斷分析及壽命預測分析，服務器內安裝有智能故障診斷軟件和預測與健康管理（PHM）軟件；

6）便攜式診斷儀，用于現場故障診斷，診斷儀內部應安裝定制開發(fā)的帶故障診斷功能的智能交互式電子技術手冊。

該系統(tǒng)的設計過程，首先是進行總體規(guī)劃，制定總體方案，提出全艦重要系統(tǒng)和設備的監(jiān)測范圍；其次是制定統(tǒng)一設計標準，包括傳感器選型、接口協(xié)議簽署等；然后進行相關的陸上聯(lián)調試驗、進行樣機設計和制造、例行試驗、裝艦及交付試驗等。

5　結語

隨著我國艦船行業(yè)對綜合保障問題認識的加深，綜合保障系統(tǒng)設計的實用性和有效性越來越重要，建立完善的艦船綜合保障系統(tǒng)和管理方法，成為艦船綜合保障系統(tǒng)設計的重點。

目前綜合保障系統(tǒng)缺少對總體、系統(tǒng)和設備單位各類設計、使用和維修數據的采集方案和接口設計，導致保障性信息缺少，應提供總體對系統(tǒng)、系統(tǒng)對設備的保障性信息采集手段，實現艦船裝備全壽期、全方面的管理。

[1]陳學軍，趙方庚，張連武.美軍裝備維修保障同步建設及其特點分析[J].裝備制造技術，2013（8）：227-230．

[2]王繼石，趙紅艷.美國海軍武器系統(tǒng)艦上維修保障技術[J].情報指揮控制系統(tǒng)與仿真技術，1998（8）：1-10．

[3]OPNAV Instruction 4709.4B，3-M Manual[Z].1988．

[4]GJB 3872—1999裝備綜合保障通用要求[S].1999．

[5]GJB 1371—1992裝備保障性分析[S].1992．

[6]Martin D B，Martin Marietta.AEGIS ORIT-the first and future ultimate integrated diagnosis system[J].IEEE AES System Magazine，1994，19（2）：40-45．

[7]徐宗昌.保障性工程[M].北京：兵器工業(yè)出版社，1995．

Integrated logistics support system design for ships

Zhu Hong，Zhang Ping
（China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China）

Based on the analysis of integrated logistics support system abroad，this paper presents a top design for integrate logistics support system on domestic ships.It explains the system composition，main function and main technical indexes，and divides the integrated logistics support system into three subsystems，which are support resource system，ship integrated logistics support management information system，failure diagnosis and health management system.The function and composition of each subsystem is also elaborated in the paper.It can be referred for the integration and management for ship integrated logistics support system.

ship；integrated logistics support system；system design；support resource

E23

A

1009-1742（2015）00-0044-07

2014-12-12

祝泓，1986年出生，女，湖北武漢市人，工程師，主要從事艦船綜合保障工作；E-mail：hongspirit@163.com