祝東攀 曹繼平

（火箭軍工程大學作戰(zhàn)保障學院 西安 710025）

1 引言

隨著現(xiàn)代電子信息技術的快速發(fā)展和在軍事領域的深入應用，武器裝備電子化與信息化程度也在不斷提升，裝備在遂行作戰(zhàn)任務過程中故障產生的概率也明顯提高，特別是裝備的一些復雜零部件、信息化核心部組件出現(xiàn)故障對裝備完成作戰(zhàn)任務影響重大。戰(zhàn)時裝備使用環(huán)境惡劣，作戰(zhàn)區(qū)域廣闊，作戰(zhàn)強度大，裝備發(fā)生故障的概率也會增大，從而裝備的維修任務量也會加大，維修任務具有隨機性、動態(tài)性、區(qū)域分布性等特點［1］。戰(zhàn)時對裝備維修保障要求的時效性越來越高，只有信息、裝備、保障的無縫結合方能保障整個作戰(zhàn)體系的高效運轉，贏得戰(zhàn)爭主動權［2］。裝備維修保障是維系裝備生命周期的重要力量，而維修保障資源又是裝備維修保障能力的重要支撐［3］，因此維修保障資源的優(yōu)化就顯得格外重要［4］。由于戰(zhàn)時各作戰(zhàn)單元維修保障資源攜行能力和伴隨保障能力有限，保障時效性要求高，因此，戰(zhàn)場裝備維修保障資源優(yōu)化分布、調度和配送是戰(zhàn)時裝備維修保障指揮決策的關鍵問題。

當今世界是一個系統(tǒng)集成和信息技術高度發(fā)展的世界，在裝備維修保障領域，網絡技術和信息技術已被廣泛應用，未來如何實現(xiàn)對裝備狀態(tài)信息的預測，做到維修保障網絡化和精確化，無疑是一個重要發(fā)展方向。面對新的環(huán)境，如何根據(jù)部隊裝備維修保障工作實際，廣泛應用現(xiàn)代信息科學技術，提高部隊對信息資源的開發(fā)利用和控制能力，實現(xiàn)裝備維修保障集約、高效、準確、可靠，是一個亟待解決的重大現(xiàn)實問題［5］。因此研究一種基于網絡為中心，綜合運用系統(tǒng)工程、軍事運籌、系統(tǒng)最優(yōu)化和故障診斷與預測技術等理論、方法與技術，具備對任務中裝備狀態(tài)的實時監(jiān)控、裝備維修任務規(guī)劃，維修保障資源配置、調度和配送功能為一體的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)，對提高裝備維修精確保障能力具有重要意義。

2 系統(tǒng)能力及目標

系統(tǒng)能力是指面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)為適應信息化戰(zhàn)爭所必須具備的維修保障能力，主要包括裝備狀態(tài)感知能力、維修輔助決策能力、維修任務規(guī)劃能力、維修保障資源部署能力、維修保障資源調度能力、維修保障資源配送能力等。系統(tǒng)目標是為解決任務時裝備維修保障資源分配不科學、計劃不周到、預測不準確、利用不充分等問題，為裝備機關制定保障計劃、規(guī)劃保障資源提供技術支持，縮短裝備維修保障時間，最大限度提高維修保障效能。

2.1 狀態(tài)感知能力

狀態(tài)感知能力是指面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)必須具備的，通過利用信息采集器、狀態(tài)傳感器、信息網絡等軟硬件手段獲取裝備技術狀態(tài)信息的能力。具體體現(xiàn)在狀態(tài)感知所需時長、實時性、準確度以及持續(xù)工作時間等方面。狀態(tài)感知能力應達到的目標：1）利用一系列技術手段完成對裝備技術狀態(tài)信息的監(jiān)控、存儲和傳送；2）綜合運用歷史信息、預測模型、遠程故障診斷、專家系統(tǒng)等技術方法完成裝備故障診斷、壽命估計、故障預警等故障預測工作，并形成維修保障資源需求信息。

2.2 維修輔助決策能力

輔助決策能力是指面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)為實現(xiàn)有針對性的、精確的、及時高效的保障，所具備的指揮、決策、協(xié)調、控制等能力的總稱。具體體現(xiàn)在綜合分析、輔助決策、反饋協(xié)調等方面。輔助決策能力應達到的目標：1）實時了解保障需求，準確掌控保障態(tài)勢，通過對大量感知的裝備技術狀態(tài)信息的存儲、分析、處理、挖掘，將大規(guī)模數(shù)據(jù)信息高效可靠地組織起來，為裝備維修保障決策提供技術支持；2）準確把握維修管理工作中的保障資源規(guī)劃布局的重點、方向和規(guī)模，把計算機數(shù)據(jù)計算與人的信息人知結合起來，進行智能的數(shù)據(jù)及信息中間處理，做出維修點庫存是否充足，維修需求預測，維修時間要求，維修滿意度確定，維修能力是否達到要求等預測和決策［6］。

2.3 維修任務規(guī)劃能力

維修任務規(guī)劃能力是指面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)在已知的作戰(zhàn)任務條件下，為提高維修效率，合理分配保障資源，所具備的對維修保障資源、維修保障任務進行合理劃分與安排的能力。具體體現(xiàn)在維修任務的優(yōu)先程度安排、維修時間進度的計劃安排、維修資源的分配、維修任務的劃分等方面［7］。維修任務規(guī)劃能力應達到的目標：1）根據(jù)裝備類型、裝備損傷程度、裝備對戰(zhàn)斗的重要程度以及待修裝備與維修力量之間的距離等，確定維修任務的優(yōu)先級；2）合理優(yōu)化維修計劃時間，分配維修資源，減少維修成本，提高維修效率；3）將多個維修任務優(yōu)化分配給合適的維修機構，并對任務的事實進行維修排序、調度。

2.4 維修保障資源部署能力

維修保障資源點部署能力是指裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)在遂行任務保障時，所具備的能夠結合戰(zhàn)場態(tài)勢、任務要求、資源消耗規(guī)律等因素，以對作戰(zhàn)任務保障資源和保障時間最大滿意度為目標，科學計算裝備維修保障資源部署的位置、種類和數(shù)量的能力。具體現(xiàn)在保障資源的部署位置、部署數(shù)量以及隨著任務變化后的動態(tài)調整等方面。保障資源點選址能力應達到的目標：1）任務前，能夠結合既定作戰(zhàn)任務目標，綜合考慮運力、容量、時效，以對作戰(zhàn)任務保障資源和保障時間最大滿意度為目標，合理確定裝備維修保障資源分布的位置、類別和數(shù)量；2）任務中，能夠結合戰(zhàn)場環(huán)境和任務需求的變化，對保障資源的部署進行動態(tài)的相應調整。

2.5 維修保障資源調度能力

維修保障資源調度能力是指裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)所具備的，通過分析戰(zhàn)場維修資源保障要求和特點，基于保障資源點的選址和資源預置，再通過信息網絡獲取所需的保障資源分布和需求狀態(tài)信息的條件下，以最小化調度完成時間和參與調度的保障資源點數(shù)為目標，對保障活動所需要的各類資源進行合理分配［8］。從而確定最佳戰(zhàn)場裝備維修保障資源調度方案的能力。具體體現(xiàn)在保障資源需求的確定、參與調度的保障資源點確定、保障資源的調配等方面。保障資源調度能力應達到的目標：1）能夠根據(jù)保障資源點的資源量、運力、路徑情況，充分考慮潛在需求，以保障滿意度最大為目標，對戰(zhàn)時裝備維修保障資源調度進行定量分析，及時給出裝備維修保障資源優(yōu)化調度方案；2）針對戰(zhàn)場突發(fā)情況，比如某一保障資源點被炸或某需求點的資源需求量損耗過多，原調度方案無法滿足實際情況，能夠及時動態(tài)調整修改調度方案。

2.6 維修保障資源配送能力

維修保障資源配送能力是指裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)為實現(xiàn)任務時各作戰(zhàn)單位對保障資源數(shù)量、質量、時間和空間的需求，在維修任務規(guī)劃、保障資源部署、保障資源調度分析的基礎上，以最小化完成配送的時間和參與配送的保障資源點數(shù)為目標，給出最佳裝備維修保障資源配送方案的能力。具體體現(xiàn)在配送路線的選擇，配送時間、配送成本、配送對象等方面。保障資源配送能力應達到的目標：1）任務中能夠根據(jù)各作戰(zhàn)單位對維修保障資源的需求和時間要求，綜合考慮各保障資源點的資源儲備種類、數(shù)量、運輸能力以及可選擇的運輸路線等因素，在資源儲備量、車輛最大載重等約束下，及時給出合理的車輛配送方案；2）針對戰(zhàn)場突發(fā)情況，比如道路中斷、車輛故障、資源需求變化等突發(fā)因素，原配送方案無法執(zhí)行時，及時動態(tài)調整修改配送方案。

3 系統(tǒng)工作機理

裝備維修保障是為了使裝備保持、恢復、改善規(guī)定的技術狀態(tài)實施的全部活動。從本質上說，是借助各種優(yōu)化決策工具和信息網絡，實現(xiàn)保障資源與保障任務的最佳匹配，從而實現(xiàn)高效、低耗、快速的完成保障任務。在面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)中，保障任務是牽引，保障資源是基礎，保障信息是紐帶。面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)是采用故障預測健康管理和物聯(lián)網等技術，利用信息采集器、狀態(tài)傳感器、信息網絡等軟硬件手段，運用剩余壽命估計、交互式電子手冊、遠程故障診斷、專家系統(tǒng)等技術方法，通過智能感知裝備維修保障資源需求和擁有的資源，實現(xiàn)保障資源的科學運用。系統(tǒng)的工作機理如圖1所示。

圖1 面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)工作機理

感知層實現(xiàn)各作戰(zhàn)單位（資源需求點）和各維修保障資源點的全面數(shù)據(jù)感知，在智能輸入端，把設備傳感器數(shù)據(jù)、射頻數(shù)據(jù)、自動測試設備數(shù)據(jù)和人主觀感知到的信息結合起來，得到裝備的基本信息及表征，形成一種新的輸入方式。通過傳感器、監(jiān)控器、自動和手動采集設備等，采集外部的數(shù)據(jù)，然后通過射頻識別（RFID）、條碼、軍事無線網絡等短距離傳輸技術傳遞數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各作戰(zhàn)單位（資源需求點）和各維修保障資源點的全面數(shù)據(jù)感知和在線處理。其中，裝備編碼是系統(tǒng)實現(xiàn)信息交換內部的核心和關鍵。編碼是裝備在信息網絡中的身份表示，是一個物理編碼，編碼實現(xiàn)了裝備的數(shù)字化，是裝備實現(xiàn)自動識別的基礎。

傳輸層主要用來傳輸信息，它通過移動通信網絡、互聯(lián)網等無線傳輸方式及中繼通信模式，構建混合的信息傳輸網絡，實現(xiàn)裝備、資源、決策中心之間通過無線自組織子網的方式連接［9］。將裝備狀態(tài)信息進行匯總，通過無線網絡傳輸給不同維修點和網絡終端，保障感知數(shù)據(jù)的完整傳輸，完善各層次間的信息流。

處理層將物聯(lián)網技術與裝備維修保障需求相結合，對由網絡層傳輸來的海量數(shù)據(jù)和信息，在高性能計算和海量存儲技術的支撐下，運用神經網絡、云計算、模糊識別等智能計算技術，進行快速分析，實現(xiàn)信息智能處理，實時生成對裝備的智能化控制指令，并通過各種設備與人進行交互。實現(xiàn)大量感知的裝備信息（如預測信息、任務單元信息、維修任務信息、維修機構信息、維修資源信息等）的存儲、處理、分析、挖掘，將大規(guī)模數(shù)據(jù)信息高效、可靠地組織起來，為裝備維修保障的決策提供支持。

決策層將計算機數(shù)據(jù)計算和人的信息認知結合起來，進行智能的數(shù)據(jù)及信息中間處理，做出維修點庫存是否充足，維修需求預測，維修時間要求，維修滿意度確定，維修能力是否達到要求等的預測和決策。

方案層把機器運算結果與人的價值決策相互匹配，根據(jù)實際需要生成可執(zhí)行的維修任務規(guī)劃方案、維修資源分布方案、維修資源調度方案和維修資源配送方案，實現(xiàn)智能化決策。

4 系統(tǒng)結構

面對裝備維修保障需求存在的動態(tài)性、隨機性的特點，面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)必須實現(xiàn)從單個裝備到整個維修保障系統(tǒng)的全維可視、整體控制和信息融合。系統(tǒng)利用傳感器對裝備技術狀態(tài)和資源需求進行實時感知，從而掌握裝備的總體維修態(tài)勢，通過決策支持系統(tǒng)組織維修人員、維修資源、維修設施的調度與管理，系統(tǒng)主要由裝備技術狀態(tài)感知網絡子系統(tǒng)、維修保障資源感知網絡子系統(tǒng)、維修保障技術與決策網絡子系統(tǒng)和維修保障行為實施網絡子系統(tǒng)組成，其結構如圖2所示。

圖2 面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)結構圖

4.1 裝備技術狀態(tài)感知網絡子系統(tǒng)

裝備技術狀態(tài)感知網絡子系統(tǒng)，主要由資源需求點、故障監(jiān)測、故障預測等要素構成，利用傳感器與測試系統(tǒng)實現(xiàn)對裝備技術狀態(tài)信息的監(jiān)控、保存和傳輸，由人機交互的智能系統(tǒng)完成故障診斷、壽命估計、故障預警等故障預測工作，并形成維修保障資源需求信息，然后將資源需求信息及時反饋給裝備維修保障指揮控制中心，從而激發(fā)維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)。

4.2 裝備維修保障資源感知網絡子系統(tǒng)

裝備維修保障資源感知網絡子系統(tǒng)具備采集各類維修保障資源信息的能力，由資源供應點及其狀態(tài)監(jiān)測要素構成，包括各類資源供應中心等資源實體，也包括倉儲系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、定位系統(tǒng)等各類附屬系統(tǒng)，能夠實時感知、傳遞、管理維修資源的位置、種類、可用性等信息。

4.3 裝備維修保障技術與決策網絡子系統(tǒng)

裝備維修保障技術與決策網絡子系統(tǒng)立足于裝備作戰(zhàn)使用任務要求與指揮管理者意圖，充分利用信息網絡技術與分布式處理能力，綜合裝備技術狀態(tài)感知網絡和維修保障資源感知網絡提供的裝備技術狀態(tài)數(shù)據(jù)（實時狀態(tài)監(jiān)控與故障預測信息）與可用資源的配置信息，做出裝備維修與資源配置決策。

4.4 維修保障行為實時網絡子系統(tǒng)

維修保障行為實時網絡子系統(tǒng)由維修保障基礎設施、設備、器材等資源以及保障力量等對維修保障需求作出反應的節(jié)點構成，是面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)的響應網絡，其中的節(jié)點不僅包括傳統(tǒng)的補給鏈節(jié)點，還包括能滿足特定需求的節(jié)點或潛在節(jié)點。各節(jié)點能夠根據(jù)自身能力與需求的變化，動態(tài)地調整組織結構，全面響應不同層次和整個區(qū)域范圍內的維修保障任務。

5 系統(tǒng)關鍵技術支持

面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)建設是一項復雜的系統(tǒng)工程，它的實現(xiàn)需要綜合運用故障診斷技術、狀態(tài)感知技術、預測與健康管理技術、數(shù)據(jù)傳輸技術等多種科學技術。

5.1 狀態(tài)感知技術

狀態(tài)感知技術是指利用各種具有感知能力的設備組成，包括射頻識別（RFID）和讀寫器、各類傳感器、傳感網絡和傳感器網關等裝置，主要完成感知和識別裝備的狀態(tài)、環(huán)境等工作，如裝備所處地理位置、溫度、濕度、壓力等［10］，從而及時獲得相關技術信息，提高維修工作效率。狀態(tài)感知技術目前被廣泛應用于各行各業(yè)，無論是傳統(tǒng)的醫(yī)療、電力、交通等領域，還是新興的物聯(lián)網、人工智能、網絡安全等領域，狀態(tài)感知技術應用都一定程度上促進了這些行業(yè)的發(fā)展［11］。

5.2 故障診斷技術

所謂故障診斷就是利用被診斷系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息和已有的各種知識，運用數(shù)學、物理、化學、機械動力學等基礎學科的理論和方法，建立科學的故障模型，并對獲取的信息進行綜合處理，最終實現(xiàn)對系統(tǒng)的整體運行情況和故障狀況進行綜合評價的過程［12］。其目的就是快速掌握武器裝備的工作狀態(tài)，快速診斷出所存在的故障問題，從而快速正確的評價武器裝備的整體狀態(tài)，為武器裝備的使用和維修提供重要依據(jù)。

5.3 預測與健康管理技術

預測與健康管理技術是指系統(tǒng)利用傳感器等技術手段盡可能獲取裝備工作時的數(shù)據(jù)信息，并利用各種算法和智能模型來預測、診斷、監(jiān)控和管理武器裝備的狀態(tài)［13］。在裝備發(fā)生故障前對其可能出現(xiàn)的故障進行預測，并及時采取相應的維修保障措施對裝備進行修理，確保裝備始終處于良好的使用狀態(tài)。

5.4 數(shù)據(jù)傳輸技術

數(shù)據(jù)傳輸技術是指數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)終端之間通過一個或多個數(shù)據(jù)信道或鏈路、共同遵循一個通信協(xié)議而進行的數(shù)據(jù)傳輸技術的方法和設備。構建裝備維修保障的信息傳輸網絡，是實現(xiàn)面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)的基礎。信息傳輸網絡是保障各種維修信息快速交互流動的高速公路。廣泛利用軍用民用、有線無線等多種通信手段，構建保密性強、傳輸速度快、準確率高、易于使用的裝備保障信息網絡，實現(xiàn)各級裝備系統(tǒng)之間、裝備與保障系統(tǒng)之間、指揮與保障系統(tǒng)之間的互通互通以及信息實時共享。

6 結語

本文給出了面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)應具備的關鍵能力，然后給出了系統(tǒng)的工作機理和體系結構，為建立使用面向任務的裝備維修保障資源調度與動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)提供了一種合理的實現(xiàn)方案，對提高裝備維修保障能力具有重要意義。