装备维修信息化及其辅助决策技术研究

引言

装备维修信息化就是在维修工作中, 充分利用信息技术,借助各种信息平台, 对维修资源实现优化管理与共享, 对维修技术实现远程信息支援。装备维修信息化是一种手段, 是对现代维修技术的完善、补充和提高, 其最终目的是提高装备的完好和战斗恢复率。

特别是在战时, 只有及时获取装备的故障信息, 才有可能采取有效的技术对装备进行维修。对一线的作战部队, 由于发射阵地分散, 武器分布地域广泛, 武器装备受损情况复杂, 在作战前沿阵地, 不可能配备各类高水平的维修技术人员, 也不可能战前配备满足各种故障维修需要的足够的维修备件。在武器装备受损情况下, 最理想的情况是给予一线维修人员必要的技术支援, 帮助对故障进行准确诊断, 并给出合理的维修方案(即让一线维修人员能够完成的维修方案) , 就近调拨所必需的维修备件。

正是基于这种考虑, 维修装备的信息化能力, 也相应的成为各类武器综合检测设备(ATE) 的重要扩展与考核指标。

装备维修信息化设计的目标是, 可以使维修人员在任何地方、任何时间、可以获取任何与维修相关的信息, 而且可以充分利用网络资源, 进行远程交流, 对所需的维修资源进行合理分配。

1 信息化维修保障系统的设计思路和总体构成

传统的维修保障模式, 是一种封闭式的系统运行模式, 信息的交流与处理限于检测诊断系统内部。受地域和装备的种类数量等因素的影响, 这一模式已越来越不适应现实发展的需要。由于缺乏交流, 诊断与维修经验知识不能共享, 使得各个保障单元往往做大量重复的工作, 影响效率。同时, 由于有经验的专家数量有限, 一旦设备同时发生故障, 就可能造成专家疲于奔命的被动局面, 影响设备的快速诊断修复。

然而, 信息化维修保障系统可以依托武器维修设备的信息化能力, 在上一级维修或指控单位建立装备维修信息化系统,可以在正确的时间, 把正确的信息及时发送给正确的使用者,甚至可以借助信息传输平台, 对一些大型复杂系统进行远程自适应修复, 对维修资源和维修技术具有很强的辅助决策能力。

以此为基础所实现的维修信息化, 可以有效缩短维修时间, 提高维修效率, 节约维修资源。

如图1 所示, 信息化维修保障体系可以借助战场代理获取实时需求, 必要时征调民用资源, 强化系统集成和演练、评估等功能, 利用辅助手段如远程决策支持系统、远程备件信息管理系统、远程专家系统等实现实时监控、实时保障, 量体裁衣、精确保障。同时, 根据战场环境, 建立远程机动式野战维修站, 作为远程保障体系的执行器, 对全部实体进行联网, 完成信息共享, 实现分散部署、联合保障。通过多个Agent 的应用, 解决维修过程中存在的必须到现场、诊断时间长、诊断效率低等问题, 更好地服务于现代环境下的武器信息化发展的趋势。在复杂战场环境下, 每个保障单元, 可以根据武器装备的技术状态进行评估, 对紧急的设备故障进行现场诊断和维修,并且可利用无线通讯网络, 获取最直接的备件信息、远程维修中心的专家会诊信息以及当时最近的友方维修站的部署信息。

利用保障体系中的移动定位技术, 远程技术支援中心和后勤保障指挥中心可以在远端求助信息发出的同时, 精确的定位该远端所在的空间位置和物理坐标, 决定远程支持策略或备件物资的投送方式。利用保障体系中的综合故障信息, 可以令指挥人员发现战场故障设备的共同特征, 及时采取补救措施, 避免更大的损失。

在武器装备的服役过程中, 按照例行保养检查程序, 在前方快速采集并实时诊断得出武器状态信息, 为前方人员服务；同时, 可以将武器装备状态测试的完整数据通过网络及时发送到技术保障中心, 由保障中心的技术人员对数据进一步分析,并进行故障预计分析。在武器存在隐患或故障时, 对于软故障, 通过远程网络由保障中心实现远程控制修复, 对于复杂故障或硬故障, 还可由技术保障中心的专业技术人员和前方使用人员通过多媒体交互和物理网络的信息交互, 协同排除故障。

对于诊断维修过程, 分布式网络在信息共享方面将发挥更大的优势。对于维修保障中心知识库中已有的故障模式和维修知识, 或同类武器型号不同分布点已发生过的故障模式和维修方法, 通过自学习机收入自学习知识库的故障模式等, 可以由前方人员通过网络查询“保障中心武器技术保障信息库”, 获取知识, 及时独立解决问题, 充分发挥分布式系统节点之间信息共享带来的优势。

针对信息化维修保障的特点以及武器装备现行维修保障体制的构成需求, 从信息采集现场节点(维修车、维修场站以及维修基地) 、远程诊断中心(远程支援中心、决策指挥中心、数据服务中心、远程专家系统、备件管理中心) 、信息传输途径(卫星、专用通讯网、通讯电台) 等三个方面设计、规划装备维修信息化保障体系的结构以及标准的接口方式; 建立从维修现场到远程保障中心之间的维修、诊断信息链; 构建可视化远程诊断、维修指导模式; 定义远程测试信息的传输控制模式, 以及解决远程异地保障、信息立体互联互通的有效途径问题, 在现行军用装备维修体制的背景下, 建立远程测试与故障诊断体系, 以多Agent 模型为有效手段, 实现测试、诊断和维修信息的分布式处理。

装备维修信息化体系研究的另一个方面是解决与现行军用维修保障体制如何实现最佳融合方式的问题, 在引入新的维修模式、充分利用现有资源的情况下, 实现远程保障体系的实施和推广。

在信息化维修保障体系下, 通过分析、跟踪、评估设备可靠性及变化趋势, 维修部门可进行设备维修决策, 原有基于运行时间的定期维修体制可转换到基于可靠性的维修体制上来。其形式如图2 所示。

2 维修辅助决策系统的设计和实现

2.1 维修辅助决策系统的功能

维修辅助决策系统是信息化维修保障系统的核心。它在数据采集、通信、计算机网络系统的支持下, 对武器装备的远程诊断维修的指挥决策过程给予支持。

典型的决策支持系统如图3 所示。

决策支持系统主要根据故障诊断专家系统的诊断结论、维修现场的检测数据、维修统计数据和系统内维修保障资源, 利用可靠性分析理论进行可用性分析和可靠性预测, 进而作出相关维修决策; 另外, 它还可以根据维修统计数据, 作出备件储备保障决策支持。维修辅助决策支持系统主要具有如下功能:

(1) 能根据与维修指挥决策问题有关的模型库、数据库和知识库进行求解, 给出辅助决策方案;

(2) 对来自各现场的结点的测试与诊断数据进行综合分析和趋势预测;

(3) 采用以专家系统为中心的智能决策支持系统的结构模式和分布式推理、数据挖掘方法, 具有解释功能, 能向指挥人员提供做出决策的依据;

(4) 提供可视化的远程辅助维修手段; 在线指导远程维修、排故过程;

(5) 装备维修信息化系统的维护和管理, 及时收集必要的知识背景, 更新数据库, 不断提高系统的自适应能力和辅助决策水平, 对各种备件信息能够合理分类、准确定位, 为一线维修单位提供技术支持;

(6) 对重要决策指标进行统计和评估, 提出综合维修决策建议。

(7) 系统具有自学习功能, 和丰富的知识表达能力。如图4 所示。

2.2 影响维修辅助决策的重要指标(如图5)

(1) 装备基础数据;

(2) 装备分布状态;

(3) 装备完好率情况;

(4) 装备故障分布情况;

(5) 装备维修情况;

(6) 装备失修率情况;

(7) 备件利用率情况;

(8) 保障基地能力评估。

2.3 辅助决策系统的数据库设计

结合信息化维修保障体系的地域分布特点, 采用松散耦合度的分布式数据库系统实现基础数据和综合决策数据的存储。

采用分布策略、数据分片、查询优化和分解以及分布式数据库系统的并发控制、事务处理与恢复等关键技术。考虑在分布式数据库系统结构下, 基于测试、诊断和维修信息的数据挖掘和数据提取能力。根据分布式数据库设计的场地自治的原则, 对每一个存放数据的节点至少建立一个数据库, 对于不同的运用在同一个地点可以采用多个数据库, 在设计单位和现场测试场合、维修保养单位设立多个物理数据库, 通过网络和数据链路将他们联系在一起, 组成一个统一的全局数据库。

4 结束语

由于信息技术在装备保障领域的广泛应用, 故障诊断智能化、维修准确高效化、航材保障可视化的精确化装备保障已成为信息化战争装备保障的趋势。装备维修信息化将对传统的维修模式带来革命性的变化, 随着装备维修信息化系统的发展、完善和应用的深入, 将改变人们传统的维修观念、维修方式。