雷达装备综合保障数字化业务平台研究
引 言
当前雷达探测领域涌现出许多具有国际先进水平的新型国产装备，这些新装备具有设备组成复杂、使用寿命长、功能多、作战对象种类多、配套保障设备复杂等特点，新雷达装备面临的保障问题更突出。目前装备综合保障已经成为制约我军装备发展和影响寿命周期费用(LCC)的重要环节。外军装备保障经验表明，装备的保障特性(主要指可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性等设计特性，简称五性设计)必须从装备设计阶段同步展开设计，并且一直到装备使用阶段持续改善。
1 国内外发展状况
1.1国外装备保障设计发展状况
从20世纪80年代开始，美军在F-18飞机研制中引入保障性设计，随后美研制的新型武器B-2轰炸机、SSN-21核攻击潜艇以及F-22战斗机，从设计开始就强调保障性设计与分析，将保障设计与武器装备的设计及生产过程进行综合，以保证武器系统战备完好性目标。发达国家的综合保障技术手段走过了一个较长的发展过程，目前已经逐步采用信息化和数字化的综合保障业务平台实现装备的综合保障设计和规划。
当今装备研发技术方面引人注目的发展趋势是：产品研发技术已经由原来单一的主体设计平台逐步发展成为由设计仿真平台、试验业务平台和综合保障业务平台紧密协同构成的一个更加完整、承载能力更强的一个体系。这个体系就将成为下一代的产品综合研发体系，如图1所示。
国际上综合保障业务平台的技术发展趋势主要有2点：(1)加强与工业部门的设计平台的协同，包括产品数据管理(PDM)等；(2)综合保障平台本身的数字化、集成化、仿真化等。综合保障平台将发展成为下一代装备综合研发体系中的一个有机组成部分。
1.2国内雷达综合保障设计现状
长期以来，我军雷达装备的研制过程主要采用传统的序贯模式，装备的技术性能成为整个研制过程唯一关注焦点。即先有主雷达装备，再去考虑雷达保障问题。由于产品已经设计完成，在装备研制后期只能根据产品的现状被动地进行保障系统设计，远远没有做到保障性要求影响设计。按照序贯模式研制的雷达投入使用后，难以快速形成战斗力。主要表现在系统可靠性低、故障率高；系统BIT能力明显不足，故障定位、隔离能力低下，使用和维修保障困难；技术资料不完备，内容更新不及时。这在一定程度上影响了装备效能的发挥，导致雷达装备的战备完好率低下。
随着信息技术的发展，雷达装备的承制方对综合保障设计业务平台越来越重视，积极采用信息化手段提高装备保障性设计水平。部分雷达研制单位采用计算机辅助设计手段提高雷达综合保障设计水平，主要依靠一些独立的功能模块对装备的部分保障特性进行优化设计，很少涉及到保障系统的设计、仿真及验证工作。这样还不能构成完整的设计体系，不能满足大型相控阵雷达综合保障设计和管理工作。主要表现在以下5个方面：(1)五性要求只做单项分析，很少做综合分析与权衡；(2)五性设计软件工具功能单一，难以支持多种参数并行分析；(3)五性设计和分析不能在同一数据库中集成；(4)缺乏进行保障性分析的一体化平台；(5)五性设计和保障性分析与产品数据管理系统之间还不能进行数据交换。
1.3新型雷达装备综合保障特点
新型雷达装备综合保障工作主要具有以下特点：
(1)技术体制复杂，设备量多，保障任务繁重。现代大型有源相控阵雷达阵面规模大，采用模块化设计，阵面模块的测试、维护和维修等问题已经成为雷达维修保障的关注重点。比如美国弹道导弹预警系统中骨干装备“铺路爪”雷达系统单面阵约有2700个天线单元，设备量非常庞大，其年总维修停机时间仅为175h左右。该雷达设备量非常大，维修、维护任务繁重等特点对雷达综合保障设计提出了新的挑战。
(2)任务可靠性高。某些雷达要求具有24h连续工作能力，高任务可靠性成为现代大型相控阵雷达设计特点之一。据外军报道，“铺路爪”雷达其任务可靠性高达1000h以上，系统使用可用度高达0.98以上。为实现如此高的使用要求，主要借助于综合保障设计业务平台，采用多种设计仿真方法，采用有效的可靠性设计技术措施达到或提高系统任务可靠性指标要求。
(3)保障类型多。现代一些固定站大型雷达装备兼容可搬移或高机动设计，要求从多角度考虑雷达的保障问题。既考虑平时固定站的使用保障，也要考虑搬移保障。要求设计人员采用有效的仿真手段规划解决雷达各种保障问题。
(4)新装备采购与保障的高费用决定了按费用设计的重要性。合理的全寿命周期费用成为雷达综合保障设计重点之一。必须从装备设计开始重点关注以合理的全寿命周期费用满足系统战备完好性要求。
总之，采用传统的装备综合保障设计方法和手段已很难满足现代大型雷达装备的研制技术要求。对雷达装备设计及综合保障设计业务手段提出了新要求。
2 需求和目标
2.1 需求
现代大型相控阵雷达规模庞大、技术复杂、电子元器件种类、数量极大，必须借助信息化平台和手段，实现大型有源相控阵雷达保障方案的最优化、信息传输网络化、信息处理自动化、保障资源可视化、维修决策智能化、保障训练模拟化等目标。数字化业务平台建设应围绕以下5方面提升系统设计能力和水平：
(1)对装备保障特性(可靠性、维修性、测试性等)做综合论证与权衡分析；
(2)为大型复杂装备的保障性分析提供有力支撑手段；
(3)便于形成保障方案(规划使用与维修及其保障资源)；
(4)对保障方案进行评价和评估；
(5)对五性和保障性分析数据集成。
2.2目标
综合保障数字化业务平台预期形成的目标能力如下：(1)具备雷达保障特性设计和保障方案进行综合论证、分析以及数据集成的能力；(2)通过仿真验证对雷达五性设计和保障方案进行评价的能力；(3)在研制阶段对雷达五性设计和保障方案进行同步管理的能力；(4)提供研制雷达综合保障系统所需数据的能力。
3 设想
由于综合保障业务平台功能复杂，业务广泛，国内外各专业厂家陆续推出了装备综合保障方面的功能软件包，这些模块常常侧重于装备单一特性设计分析，如可靠性设计分析模块、测试性设计分析模块等，还不能形成一个完整的业务平台。这里将主要根据雷达装备的综合保障特点，论述雷达综合保障业务平台模型及功能架构。
3.1业务模型
综合保障数字化业务平台紧密结合大型雷达装备综合保障业务需求，覆盖雷达装备全寿命周期综合保障工作，面向装备研制、使用维护设计等需求。综合保障业务平台的业务模型，如图2所示。
该业务平台模型主要实现功能有五性与保障要求论证、五性分析、保障性分析、保障方案生成(含使用与维修规划/保障资源规划等)、仿真评估、综合数据库、与企业PDM的数据交换等。
雷达装备设计过程中，基于全寿命周期综合保障数据库，通过保障特性设计和分析业务、综合保障分析设计管理业务生成的综合保障方案可通过技术仿真验证平台进行验证，验证结束后将结果反馈到企业PDM其他设计业务平台，对系统设计方案调整；或者可根据雷达系统设计结果对雷达装备保障特性及综合保障业务平台所设计的保障方案进行优化和调整，实现了系统设计与综合保障设计的交互及相互影响，将大大提高雷达装备综合保障能力和水平。
3.2平台实现架构
雷达综合保障业务平台支持C/S和B/S架构，客户端数量不受限制；服务器数量根据需要，可在企业数据中心配置多种类型数据库，负责存放雷达研制过程中生成的各类综合保障数据，构成企业综合保障数据中心。综合保障设计、仿真通常利用各种数学方程式来建立模型和模拟使用维修场景，对雷达保障方案及保障效能进行评估。所有设计、分析、仿真功能由系统服务器完成。该设计系统作为本单位产品数据系统PDM的一个有机组成部分，与PDM进行无缝集成，确保设计师在同一个设计平台下工作。基本架构如图3所示。
3.3软件功能结构
本平台方案主要由3大主体业务和1个数据库系统组成，分别为保障特性(通常指五性)设计和分析业务、保障系统分析设计管理业务、综合保障仿真验证评估业务、综合保障数据库系统。雷达全寿命周期数字化综合保障业务平台软件功能结构，如图4所示。
3.3.1 五性设计和分析系统
该系统主要实现雷达装备五性设计和管理。装备的保障特性是装备保障基础。借助于五性设计系统对雷达装备的可靠性、维修性、测试性、保障性及安全性等特性进行分析设计，得出装备的五性设计要求，并落实到雷达设计中去，使其满足系统保障特性设计要求，使雷达自身具有可保障特性。平台的输入是装备的五性论证要求，输出是五性设计方案以及验证结果等。
五性设计和分析业务系统主要实现五性建模、五性设计及分析、五性数据发布、测试性分析、维修性和可用性分析等保障特性设计管理功能。由于目前五性设计软件模块较多，该系统提供集成接口对现有五性设计模块实现集成。
3.3.2 综合保障分析设计管理系统
综合保障分析设计管理系统实现辅助保障性分析、保障方案生成、保障方案评价、保障资源要求制订等功能，是综合保障工作平台核心的部分。平台的输入是雷达装备五性设计结果以及保障系统的保障要求等，输出是雷达装备的保障方案。另外，该系统将提供的交互式电子技术手册制作功能，与企业PDM集成，更方便技术资料制作人员在同一个平台下协同进行雷达IETM的制作。
3.3.3综合保障仿真验证系统
应用仿真技术建立仿真对象和环境，可以前移雷达综合保障系统的验证阶段。在设计阶段采用仿真技术对保障方案和维修方案进行仿真分析，可以比较和评价不同方案的优劣，修改和优化雷达综合保障方案，得到最佳综合保障方案。
仿真建模模块对系统的作战任务进行想定编辑，建立完成想定任务的保障环境模型，如产品模型、保障组织模型、保障资源模型等。协同仿真模块以想定作战任务为驱动，模拟工作环境，按照设计的保障方案对雷达保障性能进行仿真计算，通过运行管理器可查看仿真过程中的计算情况。
综合保障仿真评估利用协同仿真的计算结果数据，可对保障资源、修理级别、供应方案、 保障组织等关键保障方案进行评估。
保障方案优化模块对最佳保障方案进行分析，优化资源的配置和资源的使用、供应策略、确定其他与雷达后勤保障相关问题的最优解。
可视化维修仿真可对维修中的装配顺序进行仿真，实现维修中零件间干涉的仿真、产品和维修资源之间干涉的仿真、人机工程仿真、评估维修周边设备设施对维修工艺和效率的影响等。
总之，建立大型雷达综合保障方案的仿真模型，通过对系统整体在一定时间内进行运行模拟，对运行结果进行分析，反映出系统总体特性，如使用可用度、寿命周期费用、资源利用率等。通过这些指标来评价大型复杂雷达装备的设计、使用、维修和保障方案的优劣，确定更符合大型雷达装备使用方的需求和所关心的实际问题的最佳综合保障方案。
3.3.4 综合保障业务数据库系统
雷达综合保障业务数据库系统用于规划、收集、存贮、管理雷达设计状态信息、配套系统信息、通用数据信息，以及围绕生命周期内各种信息交互。
数据库主要功能如下：
(1)保障系统设计数据包括综合保障基本数据、产品使用信息、综合保障文档数据、方案仿真数据等。
(2)五性设计数据包括五性设计信息数据、故障模式信息、设计准则、环境信息、试验数据、五性分析预计数据等。
(3)基本数据管理包括对五性及综保数据的查询、浏览、统计、显示、维护等功能，可执行常规查询统计、组合关联查询统计、数据表输出、数据总览、显示、报表生成等操作。
综合保障数据库是本数字化业务平台基础，为装备综合保障的规划设计、研制生产、维修保障等提供所有数据支持。
4 结束语
雷达综合保障数字化业务平台具有：全周期覆盖、全资源集成、全系统协同、全数据管理等特点。通过雷达装备五性设计和分析业务、综合保障业务和综合保障技术验证3大业务集成的平台建设，运用雷达五性设计、试验、虚拟验证的方法、手段和工具，实现雷达综合保障业务的数字化、信息化，将大幅度提高雷达综合保障设计和管理水平，从而提高复杂雷达装备综合保障质量、效率和能力，能够有效降低雷达装备全寿命周期保障成本。
