多類型車輛編隊信息化保障管理系統設計

孫長軍

摘要：針對多類型車輛協同作業條件下裝備維修保障需求，構建信息化保障管理系統，基于多參數傳感器和全資可視平臺，實現對編隊車輛裝備的全方位狀態感知，利用裝備健康狀態監測和輔助決策技術，開展車輛健康評估和保障態勢預測，自動生成備件攜行規劃、裝備維護保養、應急故障搶修等解決方案，進而實現維修資源科學調配和裝備精準保障，提高車輛視情維修能力。利用維修保障便攜終端，開展維修保障資源信息化管理，實現維修的可視化和多媒體支持，提高裝備維修的指導性。

關鍵詞：裝備保障；信息化管理；系統設計

一、前言

車輛信息化保障管理系統是以車輛裝備維修保障管理為重點的信息系統。隨著野外作業車輛種類和數量的增多，以及裝備維修保障智能化、精準化要求越來越高，車輛裝備保障管理方式逐步由靜態保障為主向動態保障轉變，保障管理模式由粗放式事后維修向精準式視情維修轉變。

通過查閱文獻，郭基聯等設計開發了一種航空救生裝備保障管理系統，針對的是航空兵部隊戰訓保障任務的電子化管理需求[1]。黃海金等從售后保障的角度出發，開展導彈裝備健康管理系統研究，系統更多的是面向型號工業部門[2]。季成彬對船艇裝備保障管理系統設計進行了研究，針對的是船艇裝備保障部門的日常工作需求[3]。上述作者的研究成果為武器裝備的信息化保障管理提供了重要借鑒，但是針對的是單個裝備的保障，面向整個車輛編隊的裝備健康管理與信息化保障的研究實踐較少。

因此，以野外條件下多類型車輛編隊裝備為對象，面向智能化、精準化裝備保障需求，構建了信息化保障管理系統。

二、需求分析

信息化保障管理系統對編隊內的裝備進行全壽命管理，對裝備信息進行全方位統計分析，監測裝備技術狀態、質量狀態、保障資源、保障任務等信息，實現全資可視化的裝備保障指揮和決策支持。通過對車輛編隊全方位狀態監控感知，建立故障預測模型，借助智能算法完成裝備的健康狀態評估，開展數據的深度挖掘和保障態勢預測，實現維修資源的科學調配和維修方案的自動生成，提升裝備保障的信息化、智能化水平，全面提高裝備的視情維修能力。同時，利用IETM實現維修的可視化、多媒體支持，提高維修的指導性。主要需求如下：

（一）裝備健康管理

采集編隊內各裝備狀態信息，并進行數據分析，實現裝備狀態監測和健康管理。

（二）裝備維護維修管理

對裝備維護維修信息、履歷信息等進行采集，實現對裝備的維護維修、履歷信息的管理。

（三）裝備備件器材管理

對維護維修過程中使用的備件進行出入庫操作，實現備件器材的閉環管理。

（四）全資可視化管理

通過多個維度對裝備進行可視化展示和統計分析，為裝備保障人員提供數據支持。

（五）裝備保障規劃管理

利用全資可視化平臺的統計分析數據，實現備件攜行規劃、器材采購計劃、維護保養方案、應急搶修方案、故障維修方案等規劃功能。

（六）信息引導管理

信息化引導裝備保障人員開展裝備日常操作與維護保養，以及常見故障的排除與修復。

三、系統總體設計

（一）系統組成與功能

信息化保障管理系統主要由裝備健康管理、輔助保障決策、裝備信息管理、全資可視化平臺、維修資源管理等模塊以及維修保障便攜終端組成。

健康管理模塊包括數據采集、故障診斷、健康評估、狀態預測等子模塊，可以對各車輛運行以及故障信息進行采集處理與評估，為保障人員進行視情維修提供依據，便于優化維修方案。

輔助保障決策模塊包括輔助決策信息采集、備件攜行規劃、車輛編隊規劃、器材采購規劃、應急搶修計劃、維護保養方案生成等子模塊，通過分析車輛健康數據變化情況，采用智能算法生成各類規劃、計劃和保障方案。

裝備信息管理模塊包括裝備管理、履歷管理、維護維修管理、技術特性管理、待辦與提示管理等子模塊，開展以技術狀態為基礎、任務為驅動的裝備信息管理，充分挖掘保障數據價值，實現全壽命周期保障。

全資可視化平臺基于車輛一體化集成系統，從車輛裝備、維修資源、作業任務等多個維度對獲取的數據進行統計分析，以圖表等直觀方式進行顯示。

維修資源管理模塊包括備件管理、設備工具管理、器材需求管理等子模塊，實現維修資源的精確化管理，也為備件攜行規劃的制定提供數據支撐。

維修保障便攜終端為便攜式PAD，主要用于各類離線數據采集和維修電子技術手冊等信息資源存儲。

（二）流程設計

根據信息化保障管理系統的主要功能，工作流程主要包括日常使用流程、故障工作流程、數據同步流程。

1.日常使用流程

健康管理模塊根據維修保障便攜終端回傳的各裝備日常使用、訓練的數據以及指揮通信單元采集的裝備狀態數據，評估各裝備的健康狀態，對故障單元或健康隱患單元提出維修建議，并生成器材采購方案。

輔助保障決策模塊依據上級下達的協同作業任務和各裝備的健康數據，為選擇出動裝備提供支撐，根據任務時長、地點環境、裝備種類等信息，智能生成野外作業需要攜帶的備件清單。

裝備信息管理模塊根據保養清單自動生成日、周、月、年維護提醒，并推送預防性維護項目，裝備保障人員可利用輔助保障決策模塊生成的維護保養方案，并利用維修保障便攜終端提供的維護指導視頻開展工作，并維護資源管理模塊對維護過程和裝備電子履歷進行記錄，通過統計分析后提供給全資可視化平臺。

日常使用流程見圖1。

2.故障維修流程

當裝備發生故障時，利用故障維修模塊進行故障登記。故障維修時，知識庫自動完成故障分析、定位和排除工作，維修完成后對故障維修工作信息、使用器材、需要器材進行記錄。發生換件維修時，更新裝備的產品組成和履歷信息。通過維修活動紀實，實現裝備故障信息以及維修器材使用情況的統計。維修過程中可依據維修保障便攜終端提供的維修指導開展工作。

故障維修流程見圖2。

3.數據同步流程

維修保障便攜終端與指控計算機利用指揮通信單元進行組網，當維修保障便攜終端處于組網中時，指控計算機與其進行數據同步，且二者進行雙向數據同步。首先依據配置文件進行參數初始化，到達同步間隔點且數據庫可正常連接后，判斷源數據庫中是否有待同步的最新數據，若有則同步至目標數據庫。

（三）軟件功能架構

信息化保障管理系統軟件功能架構主要劃分為邏輯層與表現層、數據訪問層、實體和數據庫，包括健康管理、輔助保障方案生成、裝備管理、維護保養、故障維修、履歷數據管理、器材管理、全資可視和系統管理等功能。

四、主要模塊設計

（一）健康管理模塊

健康管理模塊提供數據上報、軟件外部數據接收功能，接收編隊內各車輛的健康狀態數據及存儲的歷史健康狀態數據，監測編隊狀態，利用編隊健康管理模型，評估編隊健康狀態，為車輛編隊提供維護維修建議，實現編隊裝備的視情維修和任務決策（見圖3）。

1.數據采集

對于編隊裝備的狀態監測需要采集各裝備的數據以及履歷信息。狀態數據可通過指揮通信單元的通信鏈路，以報文的形式發送給信息化保障管理系統（在線采集）或通過維修保障便攜終端進行離線數據采集（離線采集）。隨著裝備運行，監測數據會逐漸積累，導致存儲空間逐漸被填滿，因此需要對監測參數進行有選擇性的存儲。

2.故障診斷與健康評估

對于模糊度L等于1且已實現BIT功能的LRU，系統通過分析編隊裝備采集到的數據，依據傳感器閾值范圍，直接隔離出發生故障單元并顯示。對于模糊度L大于1或尚未實現BIT功能的LRU，系統采用“基于故障樹”的方法進行分析，利用自動或人工的方法引導完成故障定位，將故障隔離到設備。

不同的信息反映了裝備不同方面的健康狀態，利用采集的數據信息，構建合適的編隊健康管理體系、編隊健康評估模型，對編隊進行健康指標計算、健康狀態等級評估。

對編隊健康狀態進行評估時，根據編隊健康管理體系，結合裝備的FMECA分析通過編隊健康管理，進行編隊健康評估?？紤]到存在動態編隊的情況，即存在根據任務需要，編隊內裝備的種類和數量會動態調整，編隊健康評估模型根據編隊動態調整自行適應，并通過信息融合的方法提高評估精度和可信度。

3.狀態預測

狀態預測主要依靠離線采集的裝備數據，基于被監測裝備的健康狀態評估信息，以裝備的當前使用狀態為起點，結合歷史數據，對裝備未來時間或任務段內健康狀態發展趨勢進行分析和判斷，預測裝備的健康趨勢、狀態趨勢等。

常用故障預測方法分為兩類：基于模型的方法、基于數據驅動的方法[4]?；谀Ｐ偷姆椒ㄒ孕阅芸煽啃岳碚摓閿祵W基礎，通過建立精確的失效物理模型，進行累計損傷計算，進而推斷出非時壽件的剩余壽命及其統計分布[5]?；跀祿寗拥姆椒ㄍㄟ^數據分析，深度挖掘歷史監測數據中可能隱含的表征性能狀態的信息，檢測和評估系統的動態變化趨勢，對當前或未來的系統健康狀態進行判斷和預測，是一種實用的預測方法[6]?；跀祿寗拥姆椒ú恍枰孪攘私庋芯繉ο蟮南闰炛R，也不需要精確建立被監測目標的解析模型，避免了基于物理模型和可靠性統計方法的短板，同時也能解決解析模型方法解決不了的系統非線性結構及建模的問題。因此，本方案采用基于數據驅動的方法進行裝備的狀態預測。

（二）輔助保障方案生成模塊

輔助保障決策利用裝備位置分布、健康狀態、故障情況、任務要求等基本信息，針對可能出現的裝備保障需求進行總體籌劃和設計，主要包括任務管理、備件攜行、編隊規劃、故障維修、維護保養等保障方案生成。

（三）維修資源管理模塊

維修資源管理主要是利用維修保障便攜終端自動記錄備件、設備工具使用情況，實現維修資源的精確化、智能化管理，同時也為備件攜行方案的制定提供數據支撐。主要由備件管理、設備工具管理、備件柜管理模塊組成，結合維修保障便攜終端完成備件和設備工具的自動化出入庫管理。

備件管理主要提供車輛編隊備件清單以及出入庫管理功能，主要包括可進行備件信息的注冊、編輯、刪除、查看、查詢以及備件入庫、出庫記錄、出入庫記錄的查看等功能。備件管理模塊建立編隊和車內電子、機械備件品種、數量、存放位置、使用記錄等信息庫，現場操作人員利用維修保障便攜終端快速精準定位備件存儲位置，完成備件出入庫的自動化操作和過程記錄，有效提高現場操作人員的工作效率，實現備件資源的精準保障，同時實現對備件的全壽命周期狀態管理，便于備件的統籌規劃，合理使用。

設備工具管理主要管理配套的設備工具，包括設備工具的名稱、規格型號、存儲位置等信息。

備件柜管理主要管理機動保障平臺備件艙，為備件管理、設備工具管理、備件攜行方案提供備件柜信息。

五、結語

針對車輛編隊裝備快速維修保障需求，構建信息化保障管理系統，實現了野外機動伴隨保障管理的精準化、智能化：一是采用健康管理技術，實現對裝備狀態的監測感知和故障預測，推動裝備未發生故障時的過度維修，實現從傳統的粗放式保障向精準式保障轉變；二是采用輔助決策技術，實現基于任務要求、裝備健康評估結果以及維修保障資源約束的備件攜行、編隊規劃、故障維修、維護保養等保障方案自動生成。

參考文獻

[1]郭基聯，黃樹江，沙俊名.航空救生裝備保障管理系統設計與應用[J].現代電子技術，2022，45（12）：110-114.

[2]黃海金，季焓，劉驍佳，等.面向售后保障的導彈裝備健康管理系統研究[J].現代防御技術，2023，51（01）：75-85.

[3]季成彬.船艇裝備保障管理系統設計[D].成都：電子科技大學，2010年.

[4]李井源，周蓉，劉增軍，等.大型衛星地面站故障診斷的增強分層有向圖方法[J].國防科技大學學報，2023，45（01）：15-24.

[5]季成彬.數據驅動的融合型故障預測方法研究[D].天津：中國民航大學，2019.

[6]Matthew O.T.Cole，Wichaphon Fakkaew，An active magnetic bearing for thin-walled rotors：vibrational dynamics and stabilizing control[J].IEEE Transactions on Mechatronics，2019，23（06）：2859-2869.

責任編輯：張津平