多类型车辆编队信息化保障管理系统设计

孙长军

摘要：针对多类型车辆协同作业条件下装备维修保障需求，构建信息化保障管理系统，基于多参数传感器和全资可视平台，实现对编队车辆装备的全方位状态感知，利用装备健康状态监测和辅助决策技术，开展车辆健康评估和保障态势预测，自动生成备件携行规划、装备维护保养、应急故障抢修等解决方案，进而实现维修资源科学调配和装备精准保障，提高车辆视情维修能力。利用维修保障便携终端，开展维修保障资源信息化管理，实现维修的可视化和多媒体支持，提高装备维修的指导性。

关键词：装备保障；信息化管理；系统设计

一、前言

车辆信息化保障管理系统是以车辆装备维修保障管理为重点的信息系统。随着野外作业车辆种类和数量的增多，以及装备维修保障智能化、精准化要求越来越高，车辆装备保障管理方式逐步由静态保障为主向动态保障转变，保障管理模式由粗放式事后维修向精准式视情维修转变。

通过查阅文献，郭基联等设计开发了一种航空救生装备保障管理系统，针对的是航空兵部队战训保障任务的电子化管理需求[1]。黄海金等从售后保障的角度出发，开展导弹装备健康管理系统研究，系统更多的是面向型号工业部门[2]。季成彬对船艇装备保障管理系统设计进行了研究，针对的是船艇装备保障部门的日常工作需求[3]。上述作者的研究成果为武器装备的信息化保障管理提供了重要借鉴，但是针对的是单个装备的保障，面向整个车辆编队的装备健康管理与信息化保障的研究实践较少。

因此，以野外条件下多类型车辆编队装备为对象，面向智能化、精准化装备保障需求，构建了信息化保障管理系统。

二、需求分析

信息化保障管理系统对编队内的装备进行全寿命管理，对装备信息进行全方位统计分析，监测装备技术状态、质量状态、保障资源、保障任务等信息，实现全资可视化的装备保障指挥和决策支持。通过对车辆编队全方位状态监控感知，建立故障预测模型，借助智能算法完成装备的健康状态评估，开展数据的深度挖掘和保障态势预测，实现维修资源的科学调配和维修方案的自动生成，提升装备保障的信息化、智能化水平，全面提高装备的视情维修能力。同时，利用IETM实现维修的可视化、多媒体支持，提高维修的指导性。主要需求如下：

（一）装备健康管理

采集编队内各装备状态信息，并进行数据分析，实现装备状态监测和健康管理。

（二）装备维护维修管理

对装备维护维修信息、履历信息等进行采集，实现对装备的维护维修、履历信息的管理。

（三）装备备件器材管理

对维护维修过程中使用的备件进行出入库操作，实现备件器材的闭环管理。

（四）全资可视化管理

通过多个维度对装备进行可视化展示和统计分析，为装备保障人员提供数据支持。

（五）装备保障规划管理

利用全资可视化平台的统计分析数据，实现备件携行规划、器材采购计划、维护保养方案、应急抢修方案、故障维修方案等规划功能。

（六）信息引导管理

信息化引导装备保障人员开展装备日常操作与维护保养，以及常见故障的排除与修复。

三、系统总体设计

（一）系统组成与功能

信息化保障管理系统主要由装备健康管理、辅助保障决策、装备信息管理、全资可视化平台、维修资源管理等模块以及维修保障便携终端组成。

健康管理模块包括数据采集、故障诊断、健康评估、状态预测等子模块，可以对各车辆运行以及故障信息进行采集处理与评估，为保障人员进行视情维修提供依据，便于优化维修方案。

辅助保障决策模块包括辅助决策信息采集、备件携行规划、车辆编队规划、器材采购规划、应急抢修计划、维护保养方案生成等子模块，通过分析车辆健康数据变化情况，采用智能算法生成各类规划、计划和保障方案。

装备信息管理模块包括装备管理、履历管理、维护维修管理、技术特性管理、待办与提示管理等子模块，开展以技术状态为基础、任务为驱动的装备信息管理，充分挖掘保障数据价值，实现全寿命周期保障。

全资可视化平台基于车辆一体化集成系统，从车辆装备、维修资源、作业任务等多个维度对获取的数据进行统计分析，以图表等直观方式进行显示。

维修资源管理模块包括备件管理、设备工具管理、器材需求管理等子模块，实现维修资源的精确化管理，也为备件携行规划的制定提供数据支撑。

维修保障便携终端为便携式PAD，主要用于各类离线数据采集和维修电子技术手册等信息资源存储。

（二）流程设计

根据信息化保障管理系统的主要功能，工作流程主要包括日常使用流程、故障工作流程、数据同步流程。

1.日常使用流程

健康管理模块根据维修保障便携终端回传的各装备日常使用、训练的数据以及指挥通信单元采集的装备状态数据，评估各装备的健康状态，对故障单元或健康隐患单元提出维修建议，并生成器材采购方案。

辅助保障决策模块依据上级下达的协同作业任务和各装备的健康数据，为选择出动装备提供支撑，根据任务时长、地點环境、装备种类等信息，智能生成野外作业需要携带的备件清单。

装备信息管理模块根据保养清单自动生成日、周、月、年维护提醒，并推送预防性维护项目，装备保障人员可利用辅助保障决策模块生成的维护保养方案，并利用维修保障便携终端提供的维护指导视频开展工作，并维护资源管理模块对维护过程和装备电子履历进行记录，通过统计分析后提供给全资可视化平台。

日常使用流程见图1。

2.故障维修流程

当装备发生故障时，利用故障维修模块进行故障登记。故障维修时，知识库自动完成故障分析、定位和排除工作，维修完成后对故障维修工作信息、使用器材、需要器材进行记录。发生换件维修时，更新装备的产品组成和履历信息。通过维修活动纪实，实现装备故障信息以及维修器材使用情况的统计。维修过程中可依据维修保障便携终端提供的维修指导开展工作。

故障维修流程见图2。

3.数据同步流程

维修保障便携终端与指控计算机利用指挥通信单元进行组网，当维修保障便携终端处于组网中时，指控计算机与其进行数据同步，且二者进行双向数据同步。首先依据配置文件进行参数初始化，到达同步间隔点且数据库可正常连接后，判断源数据库中是否有待同步的最新数据，若有则同步至目标数据库。

（三）软件功能架构

信息化保障管理系统软件功能架构主要划分为逻辑层与表现层、数据访问层、实体和数据库，包括健康管理、辅助保障方案生成、装备管理、维护保养、故障维修、履历数据管理、器材管理、全资可视和系统管理等功能。

四、主要模块设计

（一）健康管理模块

健康管理模块提供数据上报、软件外部数据接收功能，接收编队内各车辆的健康状态数据及存储的历史健康状态数据，监测编队状态，利用编队健康管理模型，评估编队健康状态，为车辆编队提供维护维修建议，实现编队装备的视情维修和任务决策（见图3）。

1.数据采集

对于编队装备的状态监测需要采集各装备的数据以及履历信息。状态数据可通过指挥通信单元的通信链路，以报文的形式发送给信息化保障管理系统（在线采集）或通过维修保障便携终端进行离线数据采集（离线采集）。随着装备运行，监测数据会逐渐积累，导致存储空间逐渐被填满，因此需要对监测参数进行有选择性的存储。

2.故障诊断与健康评估

对于模糊度L等于1且已实现BIT功能的LRU，系统通过分析编队装备采集到的数据，依据传感器阈值范围，直接隔离出发生故障单元并显示。对于模糊度L大于1或尚未实现BIT功能的LRU，系统采用“基于故障树”的方法进行分析，利用自动或人工的方法引导完成故障定位，将故障隔离到设备。

不同的信息反映了装备不同方面的健康状态，利用采集的数据信息，构建合适的编队健康管理体系、编队健康评估模型，对编队进行健康指标计算、健康状态等级评估。

对编队健康状态进行评估时，根据编队健康管理体系，结合装备的FMECA分析通过编队健康管理，进行编队健康评估。考虑到存在动态编队的情况，即存在根据任务需要，编队内装备的种类和数量会动态调整，编队健康评估模型根据编队动态调整自行适应，并通过信息融合的方法提高评估精度和可信度。

3.状态预测

状态预测主要依靠离线采集的装备数据，基于被监测装备的健康状态评估信息，以装备的当前使用状态为起点，结合历史数据，对装备未来时间或任务段内健康状态发展趋势进行分析和判断，预测装备的健康趋势、状态趋势等。

常用故障预测方法分为两类：基于模型的方法、基于数据驱动的方法[4]。基于模型的方法以性能可靠性理论为数学基础，通过建立精确的失效物理模型，进行累计损伤计算，进而推断出非时寿件的剩余寿命及其统计分布[5]。基于数据驱动的方法通过数据分析，深度挖掘历史监测数据中可能隐含的表征性能状态的信息，检测和评估系统的动态变化趋势，对当前或未来的系统健康状态进行判断和预测，是一种实用的预测方法[6]。基于数据驱动的方法不需要事先了解研究对象的先验知识，也不需要精确建立被监测目标的解析模型，避免了基于物理模型和可靠性统计方法的短板，同时也能解决解析模型方法解决不了的系统非线性结构及建模的问题。因此，本方案采用基于数据驱动的方法进行装备的状态预测。

（二）辅助保障方案生成模块

辅助保障决策利用装备位置分布、健康状态、故障情况、任务要求等基本信息，针对可能出现的装备保障需求进行总体筹划和设计，主要包括任务管理、备件携行、编队规划、故障维修、维护保养等保障方案生成。

（三）维修资源管理模块

维修资源管理主要是利用维修保障便携终端自动记录备件、设备工具使用情况，实现维修资源的精确化、智能化管理，同时也为备件携行方案的制定提供数据支撑。主要由备件管理、设备工具管理、备件柜管理模块组成，结合维修保障便携终端完成备件和设备工具的自动化出入库管理。

备件管理主要提供车辆编队备件清单以及出入库管理功能，主要包括可进行备件信息的注册、编辑、删除、查看、查询以及备件入库、出库记录、出入库记录的查看等功能。备件管理模块建立编队和车内电子、机械备件品种、数量、存放位置、使用记录等信息库，现场操作人员利用维修保障便携终端快速精准定位备件存储位置，完成备件出入库的自动化操作和过程记录，有效提高现场操作人员的工作效率，实现备件资源的精准保障，同时实现对备件的全寿命周期状态管理，便于备件的统筹规划，合理使用。

设备工具管理主要管理配套的设备工具，包括设备工具的名称、规格型号、存储位置等信息。

备件柜管理主要管理机动保障平台备件舱，为备件管理、设备工具管理、备件携行方案提供备件柜信息。

五、结语

针对车辆编队装备快速维修保障需求，构建信息化保障管理系统，实现了野外机动伴随保障管理的精准化、智能化：一是采用健康管理技术，实现对装备状态的监测感知和故障预测，推动装备未发生故障时的过度维修，实现从传统的粗放式保障向精准式保障转变；二是采用辅助决策技术，实现基于任务要求、装备健康评估结果以及维修保障资源约束的备件携行、编队规划、故障维修、维护保养等保障方案自动生成。

参考文献

[1]郭基联，黄树江，沙俊名.航空救生装备保障管理系统设计与应用[J].现代电子技术，2022，45（12）：110-114.

[2]黄海金，季焓，刘骁佳，等.面向售后保障的导弹装备健康管理系统研究[J].現代防御技术，2023，51（01）：75-85.

[3]季成彬.船艇装备保障管理系统设计[D].成都：电子科技大学，2010年.

[4]李井源，周蓉，刘增军，等.大型卫星地面站故障诊断的增强分层有向图方法[J].国防科技大学学报，2023，45（01）：15-24.

[5]季成彬.数据驱动的融合型故障预测方法研究[D].天津：中国民航大学，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.

责任编辑：张津平