装备综合保障工程技术与方法研究
2022-05-01
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总第203期 2011年第5期 舰船电子工程 Ship Electronic Engineering VoI.31 No.5 29 装备综合保障工程技术与方法研究 张志明 (海军驻427厂军事代表室广州510715) 摘要综合保障工程涉及作战任务需求、装备设计和保障资源建设诸多方面,需要建立全系统全寿命管理体制,从大 的方面将装备保障体系建设作为装备建设工作的重要组成部分,从型号的立项论证开始就重视装备的保障性论证,推行装 备保障性系统工程,为装备迅速形成作战能力提供有效的工程方法。文章在充分研究国内外装备综合保障工程发展现状的 基础上,指出当前我国装备综合保障方面的不足,对其相关技术进行了剖析,并以舰载某型装备为例设计综合保障系统方 案。 关键词综合保障工程;综合诊断;测试;保障需求 E92 中图分类号Research of Technologies and Methods on Equipment Integrated Supportability System Zhang Zhiming (Military Representative Office of Navy in 427 Factory,Guangzhou 510715) Abstract Equipment Integrated Supportability System(EISS)refers to the requirements of campaign missions,equip— ment designs,establishment of guarantee resources and SO on.It needs to establish an overall life circle manage system.As an important part of equipment’S improvement,EISS will be paid more attention to form rapidly capacity of war-fighting from beginning.Based on the overseas and domestic research of development situation of EISS,this paper points out shortcomings of EISS in our country nowadays,and analyzes the related technologies.Meanwhile an EISS project on shipborne equipment is set up. Key Words equipment integrated supportability system(EISS),integrated diagnosis,test,supportability demands Class Number E92 1 引言 为随时保障装备性能完好,适应未来战争条件 满足战备和任务要求所进行的一系列技术与管理 活动。综合保障工程涉及作战任务需求、装备设计 和保障资源建设诸多方面,需要建立全系统全寿命 管理体制,开展军用装备的可靠性、维修性、测试性 下装备快速抢修的要求,目前在应用以自动测试系 统与电子测量技术为主的装备技术保障方面取得 了较大的进展,装备的保障性建设和功能研制同步 进行的重要性已逐步被更多的科研院所认可并实 施。 和运输性的分析和设计,确定军用装备的保障方案 及保障资源,提供所要求的保障,包括制订采购和 补给方案、提供各种备件、文件、地面保障设备及培 训等。从大的方面将装备保障体系建设作为装备 建设工作的重要组成部分,从型号的立项论证开始 在装备研制过程中综合考虑保障问题,使保障 影响设计,并在装备部署使用的同时,以最低费用 就重视装备的保障性论证,推行装备保障性系统工 程,为装备迅速形成作战能力提供有效的工程方 提供与装备相互匹配的保障资源,建立保障系统, 收稿日期:2010年12月8日,修回日期:2011年1月12日 作者简介:张志明,男,工程师,研究方向:舰船武备监造。 30 张志明:装备综合保障工程技术与方法研究 总第203期 法 。 国防部一直在推行的持续采办和寿命周期保障 (CAI S)策略、后勤商务系统,美国第四代战斗机研 制中采用的交互式电子技术手册、无纸维修车间、 综合维修信息系统以及在军用装备后勤补给中采 用的全资可视化系统等。 本文在充分研究国内外装备综合保障工程发 展现状的基础上,指出当前我国装备综合保障方面 的不足,对其相关技术进行了剖析,并对提升装备 综合保障能力提出了四点建议。 2 国内外综合保障工程的发展 从2O世纪6O年代美国最早提出综合后勤保 障的概念以来,国外综合后勤保障的研究和实践已 3)仿真化:仿真化是RMS技术的深人发展。 建模仿真与虚拟现实技术在综合保障领域的应用 具有广阔的前景。它不仅可用于可靠性维修性保 障性(RMS)的指标论证、方案权衡、分析与设计, 有5O余年的时间,在这段时间内大体可分为四个 主要阶段_2J: 1960年 ̄1975年:综合后勤保障研究的起步 阶段。在这个阶段美国先后颁布了国防部指令和 军用标准,使综合后勤保障的理论在装备研制中得 到了初步的应用。 1976年 ̄1990年:综合后勤保障的全面发展 阶段。在此阶段美国防部、各军兵种到工业部门都 成立了相应的组织机构,具体型号的研制也成立了 综合后勤保障管理机构。至此综合保障工作在国 外型号的研制中得到了广泛的应用。 1991年 ̄1999年:综合后勤保障的深化发展 阶段。在此阶段美国推行采办后勤,此时综合后勤 保障的技术与方法已深人人心,继续得到广泛应 用。 2000年至今:综合后勤保障的创新发展阶段。 美国国防部于2003年5月29日颁布了《国防部武 器系统的保障性设计与评估提高可靠性和缩小 后期保障规模的指南》。2005年8月3日颁布了 《国防部可靠性可用性和维修性指南》等一系列指 导性文件;英国国防部正在制定《装备寿命周期后 勤保障标准》。2005年美国可靠性信息分析中心 出版了《保障性工具箱》,2007年美国后勤保障专 家詹姆斯・琼斯出版《保障性工程手册》,说明保障 性工程在国外不断得到重视。 总结国外在综合保障工程领域的发展趋势主 要有如下几点: 1)综合化:随着科学技术的快速发展,各种技 术相互渗透,全面促进了现代武器装备设计、制造、 维修和保障过程的综合化,出现了多学科综合设 计,即充分利用多学科(各子系统)之间的相互作用 所产生的协同效应获得整体性能最优的装备。 2)信息化:利用当今快速发展的数字化通信、 网络传输等信息技术来完善综合保障管理、改造现 用的后勤保障体系,已成为一条必由之路,如美国 还可用于RMS的试验验证与评价。 4)智能化:计算机技术的飞快发展促使人工 智能技术在各种武器装备的发展中得到广泛应用, 使各种系统具有在任务、环境等变化产生的复杂状 态下靠系统自身完成规定功能的能力,实现智能 化。 5)军民两用化:改进军用标准体系,优先采用 性能规范、民用规范和标准;发展军民两用的RMS 技术和标准;鼓励采用商用现成产品和技术 (COTS)和开放式体系结构,便于技术更新和扩充, 提高互用性。 我国的装备综合保障工程是在2O世纪8O年 代根据国外“综合后勤保障”的概念提出来的。结 合我国国情,国内相关组织跟踪国外发展动态,在 消化、吸收和借鉴国外经验的基础上,结合我国国 情,先后制定了GJB 1371((装备保障性分析》、GJB 3837((装备保障性分析记录》和GJB 3872((装各综 合保障通用要求》等军用标准。2O世纪90年代中 期,国内装备管理和研制部门致力于发展先进的自 动测试设备,加强新研制装备机内自测试技术应 用 ,开始着手为新研装备配套建设测试保障装备。 但目前还存在如下问题: 1)装备本身可测试性能力不足:研发人员在 设计阶段缺乏测试性设计意识,在装备出现故障 时,无处获得必要的信息和数据进行故障定位。 2)缺乏士兵级辅助维修装备:由于士兵水平 的限制,无法使用专业的检测设备进行装备维修, 必须研制人机交互友好的辅助维修设备。 3)缺乏标准的一致性设计方法:缺乏在武器 装备设计过程中,将系统功能、测试性、维修性、可 靠性等进行综合全面考虑,进行一致性设计的设计 方法。 4)自主保障能力弱。为保证装备完好性,必 须有足够合用的备件。目前,我国军用装备无法有 效地综合考虑测试性、自动和人工测试、维修辅助 2011年第5期 舰船电子工程 31 手段、技术信息、人员培训等构成诊断能力的所有 要素,使其难以最有效地检测、隔离装备内已知或 预期发生的所有故障,这导致备件过量,保障成本 高,保障被动。 目前国内在装备研制过程中,尚未有系统地开 展综合保障工程的项目进行。因此有必要对装备 综合保障工程的相关技术进行系统的研究与应用。 3综合保障工程的主要技术研究 为了使装备设计得便于保障,并在交付后及时 形成保障能力,必须在装备研制过程中同步协调地 考虑保障问题,提出明确协调的保障性要求,以指 导装备研制过程中综合保障工作的开展;要求尽早 进行保障的规划工作,使装备在使用过程中的保障 工作尽可能少且简单;要求保障资源与主装备必须 协调匹配,品种和数量较少,尽可能通用并可为多 种装备类型提供保障;要求在装备的使用过程中以 最低的保障费用保证装备的完好。如图1为装备 综合保障过程流程图,涉及到的关键技术包括综合 保障方案确定技术、保障资源需求确定技术、设计一 制造一维护纵向集成测试策略开发技术等。 图I装备综合保障过程流程圈 1)综合保障方案确定技术 综合保障方案是装备在总体上保障工作的系 统级说明,是落实装备保障性要求和实现保障性目 标的总体规划。保障方案规划了对保障对象应进 行的保障工作,不涉及具体的保障资源,但它是确 定保障资源需求的重要输入。其内容主要包括保 障规划方案、人力人员配备方案、供应保障方案、保 障设备配备方案、训练保障方案、设施方案、包装运 输方案、存储方案、技术资料保障方案、计算机资源 保障方案、能源保障方案等,涉及的内容十分繁杂, 在制定时需综合考虑保障方案、使用方案和设计方 案,使得三个方案相协调。以上三者之间的相互依 存关系如图2所示。 图2保障方案、使用方案和设计方案依存关系图 如图2所示,三个方案的任务来源都来自任务 需求,在使用方案中剖些任务的功能需求和能力要 求,功能要求为装备的设计提供主要依据,而保障 方案制定则要满足任务能力要求。同时设计方案 同保障方案互相影响,任务能力的要求同时要反映 到设计方案中,既保障性设计要求中的可靠性、维 修性等设计对设计方案的要求,而保障方案制定时 需考虑各个不同的保障要素对设计的影响。 2)保障资源需求确定技术 保障资源是装备形成保障能力的物质基础,它 对装备保障能力与战斗能力的形成具有重要的影 响。保障资源需求确定是规划保障工作的重要工 作内容,需重点研究使用和维修工作分析、人员人 力需求确定方法、保障设备需求确定方法、备品备 件需求确定方法的流程等。在确定保障资源时需 考虑如下因素: ・拟部署的部队编制体制,特别是保障的编制 体制; ・现有部队保障资源的可利用情况及新装备 部署后可能产生的影响; ・部队上下层次保障资源使用的关系; ・新部署装备的保障系统对部队保障体系的 影响; ・保障费用评估。 3)保障性试验与评价技术 保障性试验与评价工作是装备综合保障工作 的重要组成部分,贯穿于装备寿命周期的各个阶 段,以保障及时掌握装备保障性的现状和水平,发 现保障性的设计缺陷。保障性试验与评价是通过 试验考察装备系统、整机或部件是否满足规定的技 术要求和产品规范,评估装备的保障性水平,检查 保障系统是否与主装备相匹配,是否使装备达到预 32 张志明:装备综合保障工程技术与方法研究 总第203期 定的战备完好性水平。需重点研究寿命周期各阶 段的保障性试验与评价方法,保障性定量和定性要 求的试验与评价方法。在制定评估试验时需按照 如下步骤: ・功能 需求 任务 能力 要求 确定要评价的保障资源; 确定评价问题的方法和所需的数据、资料 ・等; ・确定获得数据、资料的途径; ・进行评价、提出评价报告和解决措施。 4)设计一制造一维护纵向集成测试策略开发技 术 在装备的研制、生产和使用维护的测试中,推 行一种设计一制造一维护纵向集成测试策略,简称E_ M-F测试策略。E_M—F测试策略是指在装备设计 过程中的验证测试、制造过程中的验收实验测试和 使用过程中的故障诊断测试均采用相同的标准、可 通用的测试资源。为了实现E-M—F测试策略,必 须实行并行工程的设计方法和标准化的设计思想。 标准化就是在设计过程中,采用标准化的设计方 法、标准化的测试软硬件资源、标准化的数据格式 等,达到测试之间的兼容;并行工程的设计方法是 指在装备设计过程中,将系统功能、测试性、维修 性、可靠性等进行综合全面考虑,进行一致性设计 的设计方法。 4 某型装备综合保障系统设计方案 依据上述综合保障工程流程图,以舰载某型装 备为例,在充分协调使用方案及设计方案基础上, 设计相应的综合保障系统。 如图3所示,对舰载某型装备使用功能进行分 解,获取其功能需求和任务能力要求。从而在该装 备的全寿命周期内,分别建立了软硬件保障性设计 方案、备品备件生产计划方案、设备运输过程保障 方案、在线检测保障方案、装备维护保障方案等。 在保障方案制定过程中需充分考虑舰载某型装备 强实时、高可靠、智能化的任务能力要求,将保障性 方案融人到装备的设计方案中。 在装备保障的决策部署过程中,涉及到大量数 据的计算和各种因素的权衡,必须遵循一系列的方 法、规范,需开发综合保障辅助决策支持系统,为产 品全寿命周期提供保障系统管理。装备保障辅助 决策系统充分利用计算机处理信息迅速、准确、直 观等优势,能较好地为装备保障方案的制定提供科 学合理的决策支持,提高部队的快速保障能力。 产品 装备没汁I f装备生产f f装备运输f I正常服役f l装备维护 全寿命 周期 设计方案l整墨佳II Il备 萋件f计划方案l l没 蠢输l I在线检测l I装备维护I方案 计 窑皋l Il佴藩 塞I保障方案I fl 藻蓬 f月采l J 陈陴月采l制止 蓬 f 蓑 BIT电路 基于RFID 在线诊断 交互式电 设计+容 的军事 系统+电亍 子技术手 设汁 物流信息 装备综合 册+电子 系统 自动保障 装备综合 设备 自动保障 具体 设备 实施 综合保障辅助决策支持系统 图3舰载某型装备综合保障方案规划图 在制定软硬件保障性设计方案时,全面考虑可 靠性设计、测试性设计及维修性设计。在功能电路 基础上,添加自测试电路(BIT),为装备的正常服 役阶段和装备维护阶段提供底层支撑。同时在功 能设计时要充分考虑容错设计,以保障该装备故障 时应用的动态迁移。 在装备的运输过程中,传统的物流系统效率低 下,无法适应当前舰载装备的多样化、复杂化、大型 化的特点,需建立基于RFID的军事物流信息系 统。该系统应用于军事物流体系的意义在于通过 电子标签和读写器获取大量军事物资仓储、运输过 程中的实时数据,结合RFID软件(包括应用程序 和数据库等)搭建的军事物流管理平台,完成数据 传输,调节系统效率。达到对军事物资数据处理的 稳定、可靠、高效、大容量的目的,链接军事物流动 作的各个环节,实现军事物流配送实体网络和信息 网络的“无缝链接”,满足保障资源需求。 综合自动保障设备满足电子装备的各级自动 保障需求。既能对装备状态实现原位监测和功能 性能全面检测,保障装备的完好率;也能有效地缩 短装备故障诊断定位时间,满足战损装备的快速抢 修需求。该设备可采用多级开放的系统结构,共由 控制子系统、电源子系统、数字系统测试部件、模拟 系统测试部件、通用接口、系统总线和开关网络等 七个部分组成,可对电子装备中的显示部件、操控 部件、接口计算机、任务计算机等的进行测试。 在装备维护阶段,由于舰员专业知识有限,同 2011年第5期 舰船电子工程 33 时缺乏一种人机交互方式友好、智能化的维护手 标。这不仅需要与各专业工程密切协调,权衡和综 段,大多数设备仅仅只能依靠专业技术人员上舰或 返厂进行维修。而随着不间断航行时间的增强,对 装备的智能维护提出了更高的需求,可建立交互式 电子技术手册来辅助舰员进行维护。交互式电子 合相关的各项活动,而且要求用户与装备的承制部 门密切配合。因此,为了保证综合保障工程各项工 作的顺利实施,需要建立与其功能相适应的管理机 构与体制及有效的信息交流渠道,保证保障性要求 的实现与落实。 参考文献 技术手册具有辅助功能多样化、表现力强、查询方 便、版本更新简便、即时远距离传输、多用户能同时 阅读和容易维护等诸多优点。建立一套先进的交 互式电子技术手册系统,可以减少装备的维护成本 和时间,提高保障能力。 [1]宋太亮.装备保障性系统工程EM].北京:国防工业出 版社,2008,11 [2]单志伟,等.装备综合保障工程EM].北京:国防工业出 版社,2008,10 5 结语 综合保障工程贯穿于装备系统寿命周期的各 个阶段,需要按照系统工程的原理,反复运用定义、 分析、综合、权衡、试验和评价技术,实现保障性目 矫 铞 矫 矫 ; ;. ! ;. 矫 ! !矫 钸 ; 铞 ;. ;. E33张宝珍.基于信息的综合诊断体系结构及其在F-35联合 攻击机研制中的应用[J].测控技术,2005,24(3):13 ̄16 E43赵海涛,等.武器装备综合测试诊断发展综述EJ].舰船 电子工程,2007,27(增刊):131 ̄135 币 芥 乖 乖 乖 秘J, 乖 毋 恭 场 钚 绵 (上接第11页) 数据库:充当发布者、订阅者交互的数据存储区,保 存主题、发布/订阅消息和更新数据。当数据发布 时,发布者通过“写”操作将更新数据保存到本地数 据存储区,然后由DDS服务根据特定的主题和 QoS需要实时地将更新数据分发至系统内的订阅 者。 文的基础上,进一步向信息安全保证方向跟踪深 入。 参考文献 E1]孙儒凌.战场态势的描述EJ].军事系统工程,1998(1):2 ~6 E2]陈洪辉,宛海宁,陈涛.一种基于服务的态势信息订制 4 结语 基于发布/订阅的数据分发中间件技术由于是 基于数据为核心构建共享结构,而与数据生产者和 分发方法[J].计算机应用研究,2009,26(4):1428~ 143l [3]邱宁,吕何新,冯淑娟.基于Web Service的数据一致性 维护方法EJ].计算机工程与设计,2006,27(14):2564 ̄ 2566 数据请求者无关,使得其在实时性、抗毁性和提供 QoS保证等方面更具优势,更能满足战场态势数据 分发的要求。DDS是基于发布/订阅的实时数据 分发规范;基于DDS实现的数据分发中间件能够 很好地解决指挥控制管理系统内各战场数据节点 间数据共享的问题。 美国国防部(DoD)在其发布的最新体系架构 建议中,已将数据层或数据视图纳入其系统组成的 重要内容_8]。基于以数据为核心的战场态势数据 分发技术和相关中间件技术的研究成果,已在基于 [4]崔伟,汪诗林.分布式系统中数据同步机制的研究与实 现I-J].计算机工程与设计,2007,28(10):2259 ̄2261 [5]OMG.Data Distribution Service for Real—Time Systems Specification version 1.1[EBl/OI ].http://wwWI omg. org/spec/DDS/:2009,10 E6]曹万华,谢蓓,吴海昕,等.基于DDS的发布/订阅中间 件设计[J].计算机工程,2007,33(18):78 ̄80 [7]卢传富,蔡志明,夏学知.数据分发服务体系结构的研 究EJ].计算机与数字工程,2008,36(5):67 ̄69 [8]DoD.Architecture Framework Version 2.0 Volume 2. 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