未来战争条件下航天装备维修保障数字化研究与应用

孙朋成、张卫、尹严研 /航天科工智能运筹与信息安全研究院（武汉）有限公司

现代战争大量应用航天武器装备，快速打击、跨域打击、精准打击成为主要作战样式。随着军事斗争准备工作的深入，实装实弹演练成为常态，航天武器装备运用频次、范围、强度成倍增加，装备维修保障需求量指数级增加。与此同时，一线部队对装备维修保障力量机动性、装备维修保障时效性要求更高。现代战争持续时间短、备品备件消耗量大，依靠传统手段无法实现航天装备故障快速预测、诊断、定位、维修，无法满足现代战争“全纵深、全立体、全时空”装备保障需要，航天装备维修保障迫切需要走向数字化、精准化和智能化。

一、装备维修保障数字化内涵及模式

1.装备维修保障数字化概念

装备维修保障数字化是指在装备生命周期内，将现代信息技术运用到装备维修保障故障监测、诊断、定位、隔离、修复、资源调配及管理全流程，使装备系统、子系统、软件和支持系统达到完好性等级和作战能力要求，保持或恢复到能完成规定功能的状态而使用的各种技术和管理活动的集合。

2.武器装备维修保障模式发展历程

装备保障对作战效能发挥和战斗力提升起着关键作用，逐渐发展成为与作战能力同等重要的关键能力。“一代装备，一代保障”，随着作战需求、装备设计技术、装备信息化水平、保障性设计特性、装备诊断测试技术不断演进和发展，装备保障模式及理念经历了修复性维修、预防性维修、预测性维修等阶段，正在向智能化维修方向转变。

二、国内外武器装备保障数字化应用现状

装备保障数字化技术可以精准定位、隔离故障，大幅提高装备维修效率，节约维修保障成本，受到多国重视。

1.国外装备维修保障数字化现状

现代信息技术在美、英等外军装备维修保障中得到了广泛应用，基本实现了维修保障指挥及控制自动化、资源管理透明化、作战训练及维修培训数字化和保障决策科学化。

（1）维修保障指挥信息系统

1996～2000 年，美军在《2010联合构想》《2020 联合构想》中陆续提出了“精确保障、聚焦保障、感知与响应保障”的作战保障理念，装备保障思想从“越多、越快、越好”向“适时、适地、适量”转变，建立了美军联合全资产可视系统，该系统主要包括在储资产系统、在修资产系统和在运资产系统。

2003 年伊拉克战争实践证明，美军联合全资产可视系统可及时、准确地向美军作战指挥机关提供作战部队、作战人员、作战装备及各类维修、保障、补给物资的所在位置、运输情况及装备特性等信息，实现了作战指挥自动化和后勤保障可视化，极大地提高了保障效率，节约了保障资源，提高了作战效能。

（2）维修保障技术信息化

美军将数据处理及传输技术、无线通信及加密技术、人工智能及自动化技术、物联网技术应用到装备维修保障领域，用于装备故障状态监测、质量监控、故障预测预报、故障检测诊断等过程，开发出一系列数字化维修保障技术和产品。

装备维修保障专家系统（MSES）。该系统包含故障自动检测子系统、故障诊断子系统和作业指导子系统，建立了大量装备维修保障模型库、算法库等维修知识库，可以根据维修保障需求进行推理、演绎、判断，给出维修决策建议。在美军装甲师、机械化部队大量应用，分别将M1A1 主战坦克故障诊断准确率和维修效率提高了24%和92%。

表1 装备保障技术及理念发展历程

传感器人工智能通信一体化维修系统（SACIMS）。该系统包含视频辅助修理子系统、单兵支援网络、便携式计算机、故障诊断系统和一体化维修子系统，建立了一线维修技术人员和后方专家的技术桥梁，提高了故障诊断准确率和装备修复效率。

交互式电子技术手册（IETM）。该系统包括诊断知识库、电子技术数据库和小型测试程序，维修人员可通过该系统快速调阅装备技术数据、维修指南和诊断建议，在美军M119 榴弹炮、“爱国者”地空导弹系统、“霍克”导弹雷达系统等装备中得到了广泛应用。

故障监测与健康管理系统（PHM）。该系统具有故障诊断（故障监测、定位、隔离）、关键系统及部件故障预测、部件寿命跟踪、残余寿命预测、性能降级趋势追踪、信息传输、辅助决策管理和信息综合管理等功能，应用该系统后，美军F-35 故障率降低82%，战机出动率提升25%，保障成本降低一半以上。

（3）作战模拟与维修培训数字化

作战模拟和仿真系统。英军作战模拟和仿真系统可以根据战争规模、作战样式、作战目的与目标、装备性能等进行仿真推演，精准测试作战消耗数量，为作战部队提供精准保障决策支持。在马岛战争中，英军根据作战模拟和仿真系统保障决策建议，精准组织了保障物资生产、调度和补给，最大程度地减少了资源浪费、战争成本和人员伤亡。

虚拟训练及培训系统。美军将虚拟现实技术应用到作战、维修、保障培训领域，将敌我双方弹药、燃料、装备完好状况、淡水及其他物资消耗情况、作战规模、作战编成和装备状态进行可视化展示，应用到陆军和海军陆战队的作战训练、后勤保障训练中，提升了培训效果，控制了训练成本。

2.国内装备数字化维修保障现状

在两伊战争中成功应用作战指挥、保障自动化技术，美军及其联军取得了压倒性作战优势，极大地震撼了我军作战管理部门，我国在20 世纪80 年代开始了作战指挥、维修、保障自动化方面的研究。

（1）作战勤务指挥保障信息体系

我国初步建成了“平战一体、军民结合”的武器装备维修保障指挥体系，分为战略、战役、战术3 个层级，战略级装备维修保障指挥系统依托军委总部作战、装备、后勤部门建设，战役级维修保障体系依托各战区战勤部门建设，战术级装备维修保障体系依托师级战勤部门建设。

射频识别技术是全资产可视化的关键技术，“十一五”期间，国家科技部863 计划设立“射频识别技术（RFID）与应用”专项，开展了RFID 前瞻性技术、标准、硬件产品以及集成系统关键技术攻关，在列车车号识别、身份证和票据管理、特种设备与危险品管理等领域成功应用。在后勤保障领域，国内在装备保障物资、军事物流等方面开展了全资产可视化设计与应用研究。

（2）维修保障信息技术研究与应用

交互式电子技术手册（IETM）。该系统是装备全寿命周期管理战略核心组成部分，包括设计开发平台和运行平台，具有数据交互功能，实现了装备技术手册的电子化、智能化。国内IETM 技术在航空发动机、舰炮、舰载电子系统、轨道交通装备、工程机械装备等领域进行了应用，在航天装备维修保障领域取得了可喜进展。

故障监测与健康管理系统（PHM）。“十二五”期间，国内开展了PHM 技术验证与评价、系统设计等研究，搭建了健康表征、健康度量与演化规律挖掘理论体系，设计了机电、电子、结构等演示系统与辅助工具。国内在PHM 系统集成、复杂系统故障诊断、预警和健康管理、健康管理工程应用等方面与美国仍有差距。

（3）作战模拟与维修培训数字化

虚拟现实技术、增强现实技术和混合现实技术是一种人机交互、人机接口技术，在地图导航、培训与教育、虚拟购物、视频游戏等领域进行了成熟应用，在复杂系统设计装配、作战虚拟训练及仿真推演、装备虚拟维修等领域的应用技术尚不成熟。

三、未来战争条件下航天装备保障需求分析

未来战争作战空间将拓展至深海、太空、网电领域，由物理空间向虚拟空间延伸，作战样式由火力对抗转变为体系对抗，前后方界线、攻防界线变得越来越模糊，对航天装备维修保障提出了新要求。

1.建立航天装备战损快速感知及评估能力

未来战争条件下，航天装备维修保障系统要具备战场态势多维感知、故障精准诊断定位能力，航天装备与后方维修保障系统建立实时数据映射关系，实时感知装备的可靠性状态、战损情况及剩余作战能力评估，为作战部队作战任务规划及维修保障提供技术支持。

2.建立航天装备精准维修及敏捷决策能力

全域、多域、跨域等将成为未来主要作战样式，要求航天装备维修保障系统具备智能维修预测、自动保障响应、快速维修决策能力，精准定位装备故障，快速调配维修保障资源，实施维修保障任务，在准确的时间、地点为作战行动提供“适时、适地、适量”的维修保障服务，发挥最大作战效能。

3.建立航天装备可视化维修保障服务网络

未来战争条件下，打击频次高、行动快速，装备、弹药及备品备件消耗量大，装备维修保障及时性成为影响战争胜负的关键，客观上要求建立分布式、可视化航天装备维修保障服务网络，快速修复，就近保障，保持航天装备的可用性、可靠性。

四、航天装备维修保障数字化的实施路径

1.装备保障要素的数字化

通过航天装备维修保障全要素数字化，建立维修保障业务现实世界和虚拟世界的数字孪生体，实现互联互通、实时映射，提升航天装备维修保障效能和智能化水平。维修保障要素数字化包括航天装备自身数字化（设计、研制、生产、制造、使用、保障等）、维修保障资源数字化（技术资料、图纸、视频、音频、维修信息等）和维修保障管理活动数字化（计划、规划、质量、安全等）。

2.航天装备保障数字化的手段

按照持续采办和全寿命支持标准对航天装备维修保障业务要素多源异构数据进行格式化处理，实现技术、信息、人员、设备以及物资等数据资源统一存储、检索、调用、共享。航天装备CAD 文件、CAM 文件、制造、工艺计划及质量数据等工程数据可以通过扫描进行格式转换，技术图纸和其他技术资料通常需要通过文字识别技术、图片扫描、PS 技术转换成标准格式电子数据，维修保障视频、音频和动画文件要通过压缩、格式转换，完成数字化过程。航天装备维修保障数字化手段如图1 所示。

图1 航天装备维修保障数字化手段

3.航天装备维修保障数字化系统设计与模式实现

航天装备健康管理系统对装备故障实时监测、诊断、定位，将诊断结果和维修决策建议实时映射到航天装备维修保障数据库，形成维修保障需求和决策意见；航天装备维修保障业务系统根据维修决策意见，形成维修业务单和维修计划，自主调配维修人员、备品备件、维修工装工具等维修保障资源，实施维修保障作业，组织修复后测试、评估工作，形成维修档案；维修保障业务流程结束后，航天装备维修保障管理系统发起装备故障归零、维修档案归档、装备交付培训和保障性设计建议反馈流程，完成计划、质量、培训、设计反馈和合同闭环，形成航天装备维修案例，进入航天装备维修保障数据库，为装备健康管理提供基础数据。航天装备维修保障数字化业务模式及流程如图2 所示。

图2 航天装备维修保障数字化业务模式及流程

未来战争呈现出体系化、分布式、智能化特点，航天装备维修保障需向精准保障、自主保障、智能保障方向转型。为掌握未来战争的主动权，要加强航天装备维修保障数字化建设规划研究，强化数字孪生、人工智能、增材制造等技术在维修保障中的应用研究，加强航天装备健康管理、装备动用过程监管、人因工程等方面的安全应用研究，加强工业部门、使用部门和管理部门维修保障数据共享技术研究，建设航天装备数字化维修保障标准、技术和产品体系，提高航天装备维修保障数字化和智能化水平。