黃海金，季焓，劉驍佳，楊波，王寧

（上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600）

0 引言

隨著新技術(shù)、新工藝越來(lái)越多地被軍工裝備工業(yè)方所采用，導(dǎo)彈裝備的戰(zhàn)技性能出現(xiàn)了大幅提升。與此同時(shí)，裝備系統(tǒng)組成日趨復(fù)雜，技術(shù)集成水平持續(xù)上升，售后維護(hù)保障的重要性日益凸顯，使得導(dǎo)彈裝備售后服務(wù)保障工作在廣度和深度上較以往有了新的發(fā)展。為保證常態(tài)化作戰(zhàn)值班、實(shí)戰(zhàn)化演練任務(wù)條件下導(dǎo)彈裝備的戰(zhàn)備完好性與應(yīng)急應(yīng)戰(zhàn)能力，列裝部隊(duì)需要快速識(shí)別裝備當(dāng)前狀態(tài)，確認(rèn)或預(yù)測(cè)裝備能否作戰(zhàn)。為此，將故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)［1-4］（prognostics and health management，PHM）引入導(dǎo)彈裝備售后保障工作，通過(guò)對(duì)導(dǎo)彈裝備進(jìn)行故障診斷、故障預(yù)測(cè)和健康評(píng)價(jià)，保障裝備的完好性、安全性以及任務(wù)成功率，實(shí)現(xiàn)裝備精確、精準(zhǔn)、高效保障，進(jìn)而提升部隊(duì)?wèi)?yīng)急應(yīng)戰(zhàn)能力。

近年來(lái)，在裝備保障和健康管理方面開(kāi)展了一些研究：文獻(xiàn)［5］采用微服務(wù)架構(gòu)構(gòu)建了“云、網(wǎng)、端”一體的裝備保障信息系統(tǒng)集成平臺(tái)；文獻(xiàn)［6］開(kāi)展了全生命周期覆蓋、全資源集成、全系統(tǒng)協(xié)同和全數(shù)據(jù)管理的航天裝備綜合保障信息管理平臺(tái)研究，并研制了典型產(chǎn)品；文獻(xiàn)［7］研究了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能裝備遠(yuǎn)程故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法和徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷及基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障預(yù)測(cè)；文獻(xiàn)［8］開(kāi)展了面向裝甲裝備的基于自回歸滑動(dòng)平均模型-誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合的故障預(yù)測(cè)研究；文獻(xiàn)［9］研究了面向三坐標(biāo)搜索雷達(dá)的基于故障關(guān)聯(lián)和自組織映射網(wǎng)絡(luò)的健康狀態(tài)評(píng)估及基于隨機(jī)模糊理論和加權(quán)最小支持向量機(jī)的剩余使用壽命預(yù)測(cè)；文獻(xiàn)［10］研究了面向自行火炮的基于劣化度的健康狀態(tài)評(píng)估模型和基于改進(jìn)灰色馬爾可夫故障預(yù)測(cè)模型；文獻(xiàn)［11］建立了潛艇故障預(yù)測(cè)與健康管理體系結(jié)構(gòu)，論述了關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法；文獻(xiàn)［12］提出了面向?qū)椦b備故障的基于數(shù)據(jù)融合和改進(jìn)新陳代謝不等間距灰色模型的預(yù)測(cè)方法；文獻(xiàn)［13］提出了基于大數(shù)據(jù)的雷達(dá)健康管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)框架，介紹了雷達(dá)健康管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。上述文獻(xiàn)的研究成果為武器裝備的信息化保障、健康管理提供了重要借鑒，但針對(duì)導(dǎo)彈裝備售后保障具體場(chǎng)景面向型號(hào)實(shí)際應(yīng)用的健康管理系統(tǒng)研究實(shí)踐較少。

為提升導(dǎo)彈列裝部隊(duì)的自主保障能力、提高裝備保障快速反應(yīng)能力，轉(zhuǎn)變裝備工業(yè)方傳統(tǒng)售后保障模式，根據(jù)售后保障工作中發(fā)掘的需求和多年來(lái)的保障經(jīng)驗(yàn)積累，本文以某型導(dǎo)彈裝備為背景開(kāi)展健康管理系統(tǒng)研究，面向?qū)椦b備售后保障需求，提出了基于微服務(wù)和云平臺(tái)的健康管理系統(tǒng)架構(gòu)、功能模塊設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)，并開(kāi)展了系統(tǒng)建設(shè)和面向試點(diǎn)型號(hào)的應(yīng)用。

1 導(dǎo)彈裝備售后保障現(xiàn)狀與需求

進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，導(dǎo)彈裝備保障工作隨著裝備交付數(shù)量的增加、實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練檢驗(yàn)的增多、戰(zhàn)斗力的形成受到了越來(lái)越多的關(guān)注和重視。為保障裝備的完好性、確保演訓(xùn)等任務(wù)的成功率，以某型導(dǎo)彈裝備為例，其售后保障主要包括：①周期性的裝備巡修巡檢活動(dòng)：對(duì)列裝部隊(duì)進(jìn)行例行巡訪，了解部隊(duì)在裝備及支援設(shè)備的使用、維護(hù)、轉(zhuǎn)運(yùn)、貯存等環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題，視問(wèn)題類(lèi)型和嚴(yán)重程度開(kāi)展檢查維修工作或研究制定解決方案和實(shí)施計(jì)劃；②重要任務(wù)保障活動(dòng)：針對(duì)部隊(duì)重要戰(zhàn)訓(xùn)任務(wù)，開(kāi)展針對(duì)性的裝備保障工作，力保戰(zhàn)訓(xùn)任務(wù)順利執(zhí)行、圓滿(mǎn)完成；③故障裝備維修保障活動(dòng)：裝備工業(yè)方在接到部隊(duì)反饋的裝備故障后，派遣總體所設(shè)計(jì)師、相關(guān)專(zhuān)業(yè)所設(shè)計(jì)師、總裝廠工藝師和專(zhuān)業(yè)技能人員到故障發(fā)生地點(diǎn)開(kāi)展裝備故障排除工作；④專(zhuān)項(xiàng)保障活動(dòng)：為消除已交付裝備的由設(shè)計(jì)、工藝等因素造成的缺陷，裝備工業(yè)方派遣專(zhuān)業(yè)技術(shù)技能人員根據(jù)工藝規(guī)程開(kāi)展裝備維修維護(hù)保障專(zhuān)項(xiàng)作業(yè)；⑤部隊(duì)人員培訓(xùn)活動(dòng)：針對(duì)在部隊(duì)中裝備的使用維護(hù)場(chǎng)景，裝備工業(yè)方開(kāi)展編制培訓(xùn)教材、開(kāi)班授課、培訓(xùn)考核等工作，提升部隊(duì)人員的技術(shù)能力。

多年來(lái)，在軍廠雙方的共同努力下，導(dǎo)彈裝備售后保障體系不斷完善，有力地保障了列裝部隊(duì)順利完成演習(xí)、訓(xùn)練、值班等各項(xiàng)任務(wù)，同時(shí)通過(guò)這些任務(wù)的執(zhí)行也逐步明確了導(dǎo)彈裝備售后保障的信息化、智能化需求，包括：①針對(duì)簡(jiǎn)單故障的裝備快速診斷和自主維修建議；②針對(duì)疑難問(wèn)題的遠(yuǎn)程專(zhuān)家診斷和維修指導(dǎo)；③裝備故障預(yù)測(cè)和健康評(píng)價(jià)；④裝備全壽命周期履歷信息管理；⑤包含裝備使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)、培訓(xùn)教材、維修案例等電子文件在內(nèi)的裝備知識(shí)庫(kù)。上述需求對(duì)本文開(kāi)展導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)研究與建設(shè)提供了指導(dǎo)思路。

2 導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig. 1 System architecture

系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)通裝置等設(shè)備實(shí)現(xiàn)裝備實(shí)時(shí)狀態(tài)的感知，通過(guò)PDM、MES（manufacturing execution system）等信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝備歷史數(shù)據(jù)集成，結(jié)合本系統(tǒng)的售后保障記錄形成涵蓋生產(chǎn)制造、交付、使用維護(hù)、售后保障等全壽命周期的裝備履歷數(shù)據(jù)包。通過(guò)數(shù)據(jù)清洗治理、統(tǒng)計(jì)分析、挖掘訓(xùn)練構(gòu)建模型實(shí)現(xiàn)裝備故障快速診斷、故障預(yù)測(cè)、健康評(píng)估，通過(guò)遠(yuǎn)程專(zhuān)家會(huì)診解決裝備疑難雜癥，通過(guò)梳理故障案例、保障經(jīng)驗(yàn)知識(shí)實(shí)現(xiàn)故障裝備維修方案推薦、備品備件需求預(yù)測(cè)和維修保障計(jì)劃初步制定，進(jìn)而提升導(dǎo)彈裝備保障的效率、效能。

2.2 系統(tǒng)物理架構(gòu)

導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)不是一個(gè)孤立系統(tǒng)，需要同工業(yè)方其他系統(tǒng)信息進(jìn)行集成以形成所需的裝備履歷數(shù)據(jù)包，同時(shí)要適應(yīng)多種不同工況，如：裝備返廠返修、列裝部隊(duì)演訓(xùn)維護(hù)、工業(yè)方售后保障等，因此導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)在部分使用場(chǎng)景下處于網(wǎng)絡(luò)離線狀態(tài)，并在需要時(shí)能夠與中心機(jī)房聯(lián)網(wǎng)獲得系統(tǒng)全功能服務(wù)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的裝備保障。由于涉及導(dǎo)彈裝備健康管理的工業(yè)方、列裝部隊(duì)、軍修廠等多方單位存在物理空間上的距離間隔，其健康管理系統(tǒng)需設(shè)計(jì)相應(yīng)的物理架構(gòu)。

根據(jù)某型導(dǎo)彈裝備售后保障過(guò)程中軍廠雙方的需求，結(jié)合目前工業(yè)方與各部隊(duì)的信息互聯(lián)現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)物理架構(gòu)，如圖2 所示。

系統(tǒng)云平臺(tái)設(shè)置在工業(yè)方中心機(jī)房，與PDM，MES 等系統(tǒng)信息集成，通過(guò)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)可全面收集生產(chǎn)制造、售后返修、大修、延壽等階段的由工業(yè)方車(chē)間感知層提供的裝備履歷數(shù)據(jù)，工業(yè)方車(chē)間感知層包含工位終端、手持PAD、測(cè)試設(shè)備、多通道自動(dòng)導(dǎo)通臺(tái)、智能定力工具、環(huán)境監(jiān)測(cè)終端等設(shè)備；受限于列裝部隊(duì)網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)方涉密網(wǎng)之間的不連通，軍廠雙方信息系統(tǒng)難以直接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，在列裝部隊(duì)的裝備使用維護(hù)和售后保障通過(guò)導(dǎo)彈裝備健康管理App 開(kāi)展相關(guān)工作，App 在本地存儲(chǔ)了所列裝或待保障裝備的履歷數(shù)據(jù)、知識(shí)庫(kù)、模型，可離線使用，也可通過(guò)衛(wèi)星加密通信和北斗短報(bào)文通信鏈路構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)［14］與系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心聯(lián)網(wǎng)，以獲得完整數(shù)據(jù)、最新模型和交互服務(wù)。

2.3 系統(tǒng)軟件技術(shù)架構(gòu)

導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)軟件技術(shù)架構(gòu)如圖3 所示，包括物理層、基礎(chǔ)設(shè)施層、云平臺(tái)層、微服務(wù)平臺(tái)層、業(yè)務(wù)層和展示層。

圖3 系統(tǒng)軟件技術(shù)架構(gòu)Fig. 3 Technical architecture of system software

（1） 物理層。包含接入導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)終端、多通道自動(dòng)導(dǎo)通裝置、掃碼槍等物理設(shè)備實(shí)體。系統(tǒng)通過(guò)物理層，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈裝備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備指令下達(dá)等功能。

（2） 基礎(chǔ)設(shè)施層。為導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、計(jì)算等資源。

（3） 云平臺(tái)層。由以HDFS（hadoop distributed file system）分布式大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)為核心的云存儲(chǔ)和以Spark 內(nèi)存計(jì)算框架為核心的云計(jì)算組成，為導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)集中管理和為高強(qiáng)度計(jì)算提供能力支撐。

（4） 微服務(wù)平臺(tái)層。由Spring Cloud 框架的組件和工具包組成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)層各微服務(wù)的服務(wù)接入、服務(wù)治理、配置管理、監(jiān)控等功能，同時(shí)提供了消息總線、任務(wù)調(diào)度、大數(shù)據(jù)接入等開(kāi)發(fā)工具包。

（5） 業(yè)務(wù)層。包括應(yīng)用服務(wù)層，以微服務(wù)方式實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)，包括裝備履歷管理服務(wù)、裝備故障維修服務(wù)等；公共服務(wù)層，是面向域內(nèi)所有信息系統(tǒng)的平臺(tái)級(jí)公共服務(wù)集合，包括消息隊(duì)列、權(quán)限管理、即時(shí)通信等服務(wù)，為應(yīng)用服務(wù)層提供底層組件支持。

（6） 展示層。向用戶(hù)提供人機(jī)交互接口，通過(guò)調(diào)用業(yè)務(wù)層的應(yīng)用服務(wù)，將系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能以Web 網(wǎng)頁(yè)、桌面應(yīng)用程序或安卓App 等形式呈現(xiàn)給用戶(hù)，也支持對(duì)外部系統(tǒng)提供服務(wù)接口。

2.4 系統(tǒng)組成

導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)由在線版系統(tǒng)和離線版App 組成，如圖4 所示。在線版系統(tǒng)用于裝備故障診斷與預(yù)測(cè)、健康評(píng)價(jià)、履歷信息匯集和數(shù)據(jù)包生成、知識(shí)庫(kù)維護(hù)更新、PHM 模型訓(xùn)練等；離線版App 用于離線條件下的裝備履歷查看與更新、故障診斷和健康評(píng)價(jià)等。在線版系統(tǒng)和離線版App 在聯(lián)網(wǎng)時(shí)可進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步，也可以在非聯(lián)網(wǎng)情況下通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出功能實(shí)現(xiàn)信息的更新。

圖4 系統(tǒng)組成Fig. 4 System composition

在線版系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)功能包括：

（1） 裝備履歷管理。通過(guò)與PDM，MES 等系統(tǒng)的集成，按導(dǎo)彈個(gè)體抽取裝備基本信息（型號(hào)、批次、編號(hào)、出廠時(shí)間等）、配套信息（以樹(shù)結(jié)構(gòu)形式組織裝備各組成的圖號(hào)、名稱(chēng)、配套廠家、編號(hào)等）、生產(chǎn)管理信息（生產(chǎn)工序的開(kāi)始結(jié)束時(shí)間、操作人員、生產(chǎn)依據(jù)等）、質(zhì)量信息（生產(chǎn)過(guò)程檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、測(cè)試數(shù)據(jù)、聲像記錄、質(zhì)量問(wèn)題等）等；根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)和PHM 需求將部分履歷信息分離成履歷模板和履歷數(shù)據(jù)，便于后續(xù)故障診斷、故障預(yù)測(cè)等業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)利用；根據(jù)裝備交裝、型號(hào)管理等要求，將抽取的履歷信息整合成可交付的裝備履歷數(shù)據(jù)包；裝備履歷數(shù)據(jù)的查詢(xún)、追溯、常規(guī)統(tǒng)計(jì)（最值、均值、方差、成功包絡(luò)等）和分析。

（2） 裝備故障維修。在發(fā)現(xiàn)裝備異常后，填報(bào)發(fā)生異常的裝備信息、時(shí)間、地點(diǎn)、作業(yè)概述、現(xiàn)象等基本信息，系統(tǒng)調(diào)用異常裝備履歷信息，通過(guò)故障診斷模型開(kāi)展智能診斷計(jì)算，診斷成功后結(jié)合案例知識(shí)庫(kù)給出故障維修方案建議；若診斷失敗，可通過(guò)遠(yuǎn)程專(zhuān)家會(huì)診方式連線總體所、專(zhuān)業(yè)所的專(zhuān)家，共享異常裝備履歷信息，由專(zhuān)家給出故障診斷結(jié)果和故障維修方案。

（3） 裝備故障預(yù)測(cè)與健康評(píng)價(jià)。根據(jù)需求，系統(tǒng)可定期后臺(tái)進(jìn)行裝備的故障預(yù)測(cè)和健康評(píng)價(jià)，從而能更加科學(xué)地預(yù)測(cè)備品備件的需求量和采購(gòu)量，同時(shí)設(shè)置更加合理的保障計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)裝備視情維修。

（4） 裝備知識(shí)管理。實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備故障案例、技術(shù)資料進(jìn)行維護(hù)更新，用于工業(yè)方和列裝部隊(duì)相關(guān)人員查閱學(xué)習(xí)；實(shí)現(xiàn)對(duì)故障診斷模型、故障預(yù)測(cè)模型和健康評(píng)價(jià)模型的管理，系統(tǒng)采用模型和計(jì)算分離的架構(gòu)，通過(guò)不斷更新優(yōu)化模型，提升裝備故障診斷的準(zhǔn)確率、預(yù)測(cè)和健康評(píng)價(jià)的置信度。

離線版App 主要業(yè)務(wù)功能包括：

（1） 裝備履歷管理。App 通過(guò)連接測(cè)試設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)終端等硬件組成的裝備狀態(tài)感知層，集成裝備狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)疊加使用維護(hù)、維修保障過(guò)程中填寫(xiě)履歷信息，形成完整的裝備履歷數(shù)據(jù)包，為部隊(duì)用戶(hù)、保障人員提供裝備履歷查詢(xún)追溯和統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)。

（2） 裝備故障維修與健康評(píng)價(jià)。App 基于裝備履歷數(shù)據(jù)包和內(nèi)置的故障診斷及健康評(píng)價(jià)模型，提供面向使用維護(hù)、維修保障的故障診斷維修、健康評(píng)價(jià)服務(wù)。

（3） 裝備知識(shí)管理。為用戶(hù)提供故障案例、技術(shù)資料的查閱服務(wù)。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（1） 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成和重組技術(shù)

為確保導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行故障診斷、預(yù)測(cè)和健康評(píng)價(jià)，系統(tǒng)履歷數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)確、全面，數(shù)據(jù)來(lái)源包括：PDM 的配套件組成、工藝信息、檢驗(yàn)元數(shù)據(jù)，MES 的計(jì)劃信息、派工信息，質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)的配套信息、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、照片錄像，測(cè)試設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)終端、導(dǎo)通裝置等設(shè)備上的數(shù)據(jù)報(bào)表，售后保障過(guò)程中記錄的維修保障信息等。數(shù)據(jù)類(lèi)型涉及結(jié)構(gòu)化數(shù)值和文本、半結(jié)構(gòu)化報(bào)表（文本、Word，Excel）、非結(jié)構(gòu)化報(bào)表（PDF）、照片和錄像等。

多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成和重組技術(shù)在裝備數(shù)據(jù)分類(lèi)的基礎(chǔ)上構(gòu)建如圖5 所示的裝備履歷數(shù)據(jù)架構(gòu)，通過(guò)與PDM，MES 等系統(tǒng)的信息集成接口實(shí)現(xiàn)裝備數(shù)據(jù)的批量抽取，再進(jìn)行分類(lèi)整理、統(tǒng)一表示、重新組織、建立關(guān)聯(lián)并存儲(chǔ)在云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)面向批次狀態(tài)、時(shí)空、BOM、生產(chǎn)制造流程、質(zhì)量特性等多個(gè)維度的數(shù)據(jù)組織，兼顧裝備數(shù)據(jù)的可視化展示、多維查詢(xún)和面向故障診斷、預(yù)測(cè)等業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)挖掘。

圖5 裝備履歷數(shù)據(jù)架構(gòu)Fig. 5 Equipment record data architecture

（2） 導(dǎo)彈裝備故障診斷技術(shù)

導(dǎo)彈裝備故障診斷技術(shù)一般基于導(dǎo)彈裝備實(shí)時(shí)狀態(tài)信息給出裝備是否故障、故障發(fā)生部位、故障產(chǎn)生原因和故障排除方案等信息，在條件允許的情況下也可以加入歷史履歷信息參與計(jì)算，對(duì)工業(yè)方或列裝部隊(duì)開(kāi)展快速裝備維修保障工作具有重要意義。為充分利用現(xiàn)有的裝備質(zhì)量問(wèn)題數(shù)據(jù)庫(kù)和多年來(lái)的裝備履歷數(shù)據(jù)，取得最佳的故障診斷效果，導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)采用基于知識(shí)推理、孿生網(wǎng)絡(luò)［15-18］和遠(yuǎn)程專(zhuān)家會(huì)診的多層次故障診斷。系統(tǒng)故障診斷流程如圖6 所示：步驟1，在發(fā)現(xiàn)導(dǎo)彈裝備故障現(xiàn)象后，將故障代碼或故障現(xiàn)象輸入系統(tǒng)中；步驟2，系統(tǒng)基于裝備知識(shí)庫(kù)采用知識(shí)推理的方式對(duì)故障進(jìn)行診斷，若診斷成功則執(zhí)行步驟5，否則繼續(xù)下一步驟；步驟3，系統(tǒng)基于履歷數(shù)據(jù)包采用孿生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)故障模式進(jìn)行計(jì)算，若診斷成功則執(zhí)行步驟5，否則繼續(xù)下一步驟；步驟4，系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)診斷故障，系統(tǒng)指引相關(guān)人員通過(guò)遠(yuǎn)程專(zhuān)家會(huì)診的方式進(jìn)行故障診斷；步驟5，根據(jù)診斷結(jié)論，系統(tǒng)輸出或人工錄入裝備故障定位，制定維修方案；步驟6，根據(jù)維修方案，開(kāi)展故障維修工作并填報(bào)維修履歷，完成閉環(huán)。

圖6 導(dǎo)彈裝備故障診斷流程Fig. 6 Equipment record data architecture

（3） 導(dǎo)彈裝備故障預(yù)測(cè)技術(shù)

導(dǎo)彈裝備故障預(yù)測(cè)技術(shù)一般是基于導(dǎo)彈裝備歷史履歷數(shù)據(jù)對(duì)裝備未來(lái)可能發(fā)生的故障情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，以提前做好備件采購(gòu)、安排保障任務(wù)，是實(shí)現(xiàn)裝備預(yù)防維修的關(guān)鍵。導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)流程如圖7 所示：①建立導(dǎo)彈故障預(yù)測(cè)模型，首先明確需要進(jìn)行預(yù)測(cè)的導(dǎo)彈指標(biāo)集合，包括重要測(cè)試項(xiàng)目、內(nèi)部設(shè)備可靠性、損耗件完好性等，并確定指標(biāo)所屬的預(yù)測(cè)類(lèi)型（包括經(jīng)驗(yàn)規(guī)則預(yù)測(cè)型、灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［19-20］預(yù)測(cè)型），再根據(jù)預(yù)測(cè)類(lèi)型從規(guī)則庫(kù)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)為各指標(biāo)分配預(yù)測(cè)算法或模型；②設(shè)置預(yù)測(cè)時(shí)間、導(dǎo)彈編號(hào)等條件，系統(tǒng)根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)預(yù)測(cè)算法或模型的計(jì)算要求，從履歷數(shù)據(jù)包中抽取預(yù)測(cè)計(jì)算所需的輸入數(shù)據(jù)集，代入預(yù)測(cè)算法或模型進(jìn)行計(jì)算；③根據(jù)指標(biāo)集預(yù)測(cè)結(jié)果，分析判斷導(dǎo)彈的故障情況，對(duì)于不能直接判斷故障的（如測(cè)試項(xiàng)目結(jié)果），可通過(guò)故障診斷模塊進(jìn)行故障分析，最終輸出預(yù)期可能發(fā)生的故障列表和維修建議。

圖7 導(dǎo)彈裝備故障預(yù)測(cè)流程Fig.7 Missile equipment fault prediction process

（4） 導(dǎo)彈裝備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)

導(dǎo)彈裝備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)不僅包括對(duì)導(dǎo)彈當(dāng)前健康程度的定性或定量評(píng)價(jià)，還可以包含裝備理論剩余壽命、無(wú)故障時(shí)間預(yù)測(cè)、維修預(yù)測(cè)、維護(hù)保養(yǎng)建議、基于性能指標(biāo)的導(dǎo)彈裝備選用輔助決策等內(nèi)容，從而最大限度發(fā)揮裝備戰(zhàn)斗力。導(dǎo)彈裝備健康評(píng)價(jià)采用層次分析法，原理如圖8 所示：①根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，篩選與導(dǎo)彈裝備健康相關(guān)的因素，構(gòu)建健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，包括生產(chǎn)制造過(guò)程、交裝服役過(guò)程、儲(chǔ)存環(huán)境、測(cè)試數(shù)據(jù)、故障情況等全壽命周期內(nèi)各環(huán)節(jié)的指標(biāo)，再根據(jù)設(shè)計(jì)原理、生產(chǎn)制造及售后服務(wù)的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)論確定權(quán)重矩陣，建立健康評(píng)價(jià)模型；②對(duì)健康評(píng)價(jià)模型的各指標(biāo)設(shè)置合適的統(tǒng)一化處理算法，并對(duì)各指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要求處理完成的結(jié)果處于［0，100］區(qū)間；③將經(jīng)統(tǒng)一化處理后的指標(biāo)值代入健康評(píng)價(jià)模型，計(jì)算得出處于［0，100］區(qū)間的健康指數(shù)，為便于用戶(hù)正確認(rèn)知評(píng)價(jià)結(jié)果，系統(tǒng)參照GJB 7893.12—2019《衛(wèi)星在軌測(cè)控管理規(guī)程 第12 部分：健康狀態(tài)評(píng)估》［21］將健康指數(shù)轉(zhuǎn)化為由健康、基本健康、降級(jí)和不健康組成的四分法健康等級(jí)。

圖8 導(dǎo)彈裝備健康評(píng)價(jià)原理Fig. 8 Principles of missile equipment health assessment

4 系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用

由于導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)涉及業(yè)務(wù)功能多、技術(shù)難度大，為扎實(shí)推進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)展、縮短建設(shè)周期，系統(tǒng)按照“一次規(guī)劃設(shè)計(jì)、分段推進(jìn)實(shí)施，技術(shù)攻關(guān)與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)并行開(kāi)展，智能算法模型循環(huán)迭代完善”的思路建設(shè)。目前，圍繞保障履歷管理、故障診斷等核心功能業(yè)務(wù)，已完成了系統(tǒng)階段性建設(shè)，主要工作包括：

（1） 跨部門(mén)組建系統(tǒng)建設(shè)團(tuán)隊(duì)，主要包括系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)、基于大數(shù)據(jù)的算法模型開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)、基于業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)庫(kù)構(gòu)建團(tuán)隊(duì)、數(shù)據(jù)治理團(tuán)隊(duì)等，各團(tuán)隊(duì)按系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方案獨(dú)立完成相關(guān)工作。

（2） 在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面，完成感知層狀態(tài)數(shù)據(jù)集成、履歷數(shù)據(jù)管理、知識(shí)管理等業(yè)務(wù)功能，完成可配置的裝備故障診斷、故障預(yù)測(cè)和健康管理功能框架；在算法模型開(kāi)發(fā)方面，完成試點(diǎn)型號(hào)典型場(chǎng)景的故障診斷模型構(gòu)建和訓(xùn)練；在知識(shí)庫(kù)構(gòu)建方面，完成試點(diǎn)型號(hào)故障知識(shí)的獲取和結(jié)構(gòu)化。

（3） 完成系統(tǒng)階段性開(kāi)發(fā)后，單位武器領(lǐng)域內(nèi)部開(kāi)展了導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)裝備履歷管理、故障診斷等進(jìn)行了試用和優(yōu)化。

（4） 與試點(diǎn)型號(hào)某列裝部隊(duì)開(kāi)展合作，進(jìn)行了系統(tǒng)應(yīng)用，如圖9~11 所示。主要包括：①通過(guò)離線的PAD 或筆記本，實(shí)現(xiàn)了裝備履歷離線結(jié)構(gòu)化記錄，并與裝備測(cè)試設(shè)備進(jìn)行集成，導(dǎo)入的測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)為裝備履歷；②通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置加密的故障知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了基于故障代碼、測(cè)試報(bào)錯(cuò)結(jié)果的故障診斷，并提供故障嚴(yán)重等級(jí)、故障影響和維修建議；③根據(jù)裝備的作訓(xùn)任務(wù)、故障情況、交付年限等，進(jìn)行裝備健康評(píng)價(jià)，為裝備消耗優(yōu)先級(jí)、備附件采購(gòu)提供參考。通過(guò)一年的應(yīng)用，部隊(duì)采用系統(tǒng)對(duì)單位內(nèi)所有的試點(diǎn)型號(hào)裝備進(jìn)行管理，驗(yàn)證了履歷可追溯性、故障診斷準(zhǔn)確率和健康評(píng)價(jià)有效性，使用反饋良好。

圖9 裝備履歷數(shù)據(jù)離線填寫(xiě)Fig. 9 Fill in equipment resume data offline

圖10 裝備故障查詢(xún)Fig. 10 Equipment fault knowledge search

導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)的內(nèi)外部應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)和技術(shù)研究方向合理可行，符合工業(yè)方和列裝部隊(duì)的應(yīng)用要求。

圖11 裝備健康評(píng)價(jià)Fig. 11 Equipment health evaluation

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)多年來(lái)導(dǎo)彈裝備保障工作的總結(jié)梳理，本文結(jié)合裝備保障未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了導(dǎo)彈裝備健康管理系統(tǒng)需求分析，提出了系統(tǒng)總體架構(gòu)、物理架構(gòu)和軟件技術(shù)架構(gòu)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)，闡述了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與實(shí)施應(yīng)用。該健康管理系統(tǒng)的實(shí)踐表明了系統(tǒng)方案的可行性和系統(tǒng)的有效性，后續(xù)重點(diǎn)開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)的突破，提高裝備故障診斷、故障預(yù)測(cè)的置信度和健康評(píng)價(jià)的效度，助力導(dǎo)彈裝備保障實(shí)現(xiàn)從應(yīng)急搶修到預(yù)防性維修再到智能保障的跨越。