行业新闻 » 【装备资讯】装备智能保障解决方案框架

一、装备保障智能化发展趋势  

  面对日趋紧张的国际及区域竞争形势,从维护国防及经济安全需求的角度出发,保持我军常备不懈的战备状态,是有效应对安全威胁,完成多样化军事任务的重要保证,而装备的综合保障能力正是装备战斗力快速生成与作战效能持续发挥的关键。  

  随着综合保障与信息化技术的快速发展,装备的承制方和使用方迎来了综合保障向智能化转型升级的新阶段。从装备研制与发展角度,新型的研制及保障模式驱动着承制方保障设计与保障服务的智能化发展,主要体现在:  

  · 仿制设计向正向设计转型:以基于模型的系统工程(MBSE)为主要特征的正向设计模式,要求装备保障与主装备设计同步开展、协同推进; 

  · 军民融合保障模式深入发展:装备从“完好性保障”到“作战效能保障”的转变,多种保障模式融合,要求做好综合保障体系能力规划和建设;

  · 制造业向制造服务业转型:承制单位由装备研制商向制造服务商转型的内在动力要求其将综合保障能力作为企业核心竞争力;

  · 技术创新应用:物联网、云平台、大数据、虚拟现实、人工智能等领域的技术创新和商业化应用驱动着综合保障向智能化方向发展。

  当前,国外的工业4.0、工业互联网等模式变革方兴未艾,我国的 “智能制造”等战略举措正在稳步推进,借助大数据、VR/AR、物联网等新兴技术手段,以“全要素互联、全过程贯通、全场景赋能”为特征的装备智能保障解决方案将为各军工研制单位向“智慧院所”、“智能工厂”迈进提供极大助力。


二、智能保障解决方案框架 

  2.1 建设思路 

  基于产品全生命周期保障管理(TLCSM)理念,建立全系统全寿命保障体系。 


图 1装备全寿命周期保障体系


  在装备研制阶段,加强通用质量特性设计,实现装备的“好保障”;加强保障系统设计,实现装备的“保障好”;并通过质量问题向前端的有效闭环,逆向推动装备性能和质量的持续改进。 

  在装备服役阶段,推进合同商保障和建制保障的有效融合,加强装备运营监控、视情维修、全资可视化等智能化技术手段建设,提升精确保障能力,加强多级维修体系的互联互通,提升网络化远程保障和协同保障能力。  

  通过以xBOM为中心的全寿期技术状态管控,实现设计与保障,正向与逆向的业务协同闭环与数据集成共享。


  2.2 功能框架  

  国睿信维智能保障整体解决方案组成框架如下:


图 2智能保障解决方案功能框架


  如上图所示,智能保障解决方案主要由通用质量特性协同设计平台、保障系统设计平台、智能保障服务平台组成,各部分主要内容如下:  

  · 通用质量特性协同设计平台  

  通过通用质量特性设计与产品设计的计划、流程、任务一体化,将通用质量特性设计真正融入产品研发过程。通过基于标准的综合保障分析,实现保障方案和保障资源的科学规划,持续积累的标准故障模式,并通过适时适用的验证评估,保证通用质量特性设计的有效性。  

  · 保障系统设计平台  

  在研制阶段同步开展保障系统设计,开发交互式电子手册(IETM)、电子培训,装备健康管理(PHM)系统等,随装交付保障数据和智能化保障系统。

  · 智能保障服务平台  

  按需裁剪,灵活部署,可建立面向作战部队、装备和后勤保障机构、基地/军兵种、战区、工业部门等的全寿期一体化保障体系,覆盖各类售后服务和维修保障业务,实现对装备使用和维修问题的快速响应,并为各级管理部门提供全资可视化和决策支持。


  2.3 实现路径  

  企业可结合自身装备特点、业务需求和当前信息化水平开展保障信息化总体规划,梳理关注的业务领域和需要建设功能系统,结合业务成熟度和技术成熟度的分析,规划合理的建设路径,确保工程落地。总体方向上可参考以下路径:


图 3装备智能保障实现路径

  

三、核心能力建设

  3.1 业务框架 

  如下图所示,装备智能保障主要特点包括三方面:全要素关联、全过程贯通、全场景赋能。


图 4智能保障解决方案业务框架


  3.2 全要素互联

  以xBOM为中心,实现对装备寿命周期服务保障技术状态的全面管理,关联装备寿命周期各阶段服务保障全要素、并基于服务保障业务和数据的内在联系建立服务保障各要素之间的关联关系,从而实现装备寿命周期全要素互联。具体建设内容包括以服务SBOM为中枢的保障数字量连续传递、以单机OBOM为主线的运营大数据管控、全寿命周期保障业务数据关联。


  1) 以SBOM为中枢的保障数字量连续传递  

  保障系统和售后服务关注的对象层次及数据与设计制造存在较大差异,在设计制造数据向服务保障的传递中,需要构建以服务BOM(SBOM)为中枢的单一数据源,集中管控型号保障系统设计所需的工程数据,并有效控制数据的完整性和一致性。


图 5以SBOM为中枢的保障数字量传递流程图


  以SBOM为中枢的保障数字量连续传递主要作用:  

  · 继承设计BOM(EBOM),建立基于LRU/SRU粒度的SBOM,以该SBOM为核心组织保障系统设计需要的工程数据,为综合保障分析、技术出版物、客户服务等保障系统设计提供产品结构、轻量化模型和基础数据。

  · 基于SBOM开展综合保障分析,规划保障方案和保障资源,并迭代和优化SBOM。

  · 从售后服务需求出发,基于服务SBOM标识服务备件,外购件拆分规则和自制件重构规则。对于重构件,逆向触发EBOM优化并支持自制件重构数据向工艺、制造的传递。

  · 基于SBOM关联各保障系统设计结果,如故障模式、保障方案、技术手册、培训课件等,从而实现产品设计与保障系统设计的变更一体化,当有设计制造变更时,通过数据关联,可有效进行影响分析,确保相关保障系统的一致更新。

  · 以出厂BOM(BBOM)为实例组成,以SBOM为粒度,可以有效生成面向服务阶段的单机运行BOM(OBOM)。  

  综上所述,SBOM作为设计制造和服务保障之间承上启下的桥梁,是设计、制造、保障工程、售后服务等业务环节数字量连续传递的核心。


  2) 以OBOM为主线的运营大数据管控

  以单机运行BOM(OBOM)为主线进行运营大数据管控和分析利用,是提高精确保障能力和质量持续改进的核心。


图 6以OBOM为主线的运营大数据管控架构图


  以OBOM为主线的运营大数据管控架构如上图所示,详细内容如下:  

  · 基于数字孪生的数据采集:运营大数据主要来自两个方面,一方面是虚拟世界从设计制造和保障设计继承的产品数据;另一方面,是装备整个服役期间,围绕实物装备以及人、机、料、法、环等要素,由人工或传感器采集的健康监控、任务执行、维修维护、升级改装、任务保障等产生的海量运营数据。

  · 全寿期全过程全要素数据融合:以OBOM为主线,对产品数据如服务工程数据、保障方案、四随件、出厂构型及履历,运营数据如运行数据、测量数据、资源数据、维修履历、故障数据、预测分析数据等进行统一存储和管理。

  · 数据驱动的保障服务和保障管控能力提升:通过对运营大数据的有效利用,使保障服务从传统的被动式售后服务向主动式服务、预测性维修、精确化保障和持续优化转变,使保障管控从“以人和资源为依赖”的粗放式管控向“基于技术状态和端到端闭环”的流程化、规范化、精细化管控转变。

  · 数据驱动服务增强:通过对运营大数据的建模分析,进一步提升服务保障能力,实现以实际数据训练和优化预测模型,进行复杂故障的关联根因分析和保障决策与绩效评估,“让数据说话”。


  3) 全寿命周期保障业务数据关联

  以SBOM和OBOM为载体,基于服务保障数据之间的内在业务关系,实现全寿命周期保障业务数据关联,具体包括:  

  · 以标准故障模式库为中心实现装备全寿命周期故障信息关联。  

  故障模式是贯彻产品设计、通用质量特性设计、保障系统设计和质量闭环等各项业务工作的核心。可按照装备专业、系统等各维度归类和管理故障模式,建立故障模式的创建和管理的规范化流程,并为通用质量特性、保障系统设计、质量闭环等业务等提供统一服务,一方面使得不同阶段、不同专业基于统一语言描述故障,另一方面,通过故障案例的统一归类,可以为新型号的故障模式分析快速推送完整有效的实际发生的故障模式,减轻设计师分析工作,提升故障模式覆盖率,从而提高新型号通用质量特性和保障系统设计的适用性。

  · 以使用保障任务为中心,实现使用保障信息关联。  

  以使用保障任务为中心,将装备使用要求、使用保障任务、训练保障、使用保障资源、使用记录、使用保障记录等信息关联,实现对装备使用保障分析、训练需求分析及使用保障方案优化等工作的一体化支撑。

  · 以维修任务为中心,实现维修保障信息关联。 

  以维修任务(预防性维修任务和修复性维修任务)为中心,将故障模式、六性参数、保障资源(人力人员、备件/消耗品、技术资料、保障设备、保障设施)、训练保障、故障记录、维修记录等信息关联,实现对FMEA、MTA、备件规划、IETM编制、保障设备规划、工程支援、维修管理等工作的一体化支撑。


  3.3 全过程贯通  

  覆盖装备全寿命周期保障各阶段的业务,参考ISO 10303 AP239 PLCS(产品寿命周期保障)标准和ASD S系列ILS(综合保障)标准,打通关键环节,集成相关数据,实现产品设计与六性一体化设计贯通、保障系统开发贯通、军地一体化保障(所、服务站、用户多级保障体系)对接贯通、故障处理流程贯通,从而实现装备寿命周期保障全过程贯通。

  1) 产品设计与六性一体化设计贯通  

  在基于MBSE的研制模式下,以需求正向分解为驱动,在立项阶段、概念方案阶段、详细设计阶段、验证阶段按层级开展应用场景建模、系统建模、子系统建模、模块内部详细建模以及对应的仿真建模等工作。随着MBSE理念在新型号的引入和推进,应同步探索和开展基于模型的通用质量特性设计,随着产品设计与仿真相关的作战场景模型、系统逻辑架构模型、分系统组成模型、结构详细设计模型等的逐层分解与定义,应同步分解和定义通用质量特性设计与仿真相关的保障需求指标模型、保障系统功能模型、分系统通用质量特性模型、保障方案和资源设计模型等。  

  从型号管理线维度,产品设计与仿真,通用质量特性设计与仿真之间通过协同研制平台进行计划、流程、任务的一体化管理。从技术研发线维度,产品设计与仿真,通用质量特性设计与仿真之间通过模型互相约束、互相迭代。

图 8基于模型的通用质量特性一体化设计


  2) 保障系统开发贯通  

  参照ASD S系列标准,实现LSA分析与保障资源研制规划业务的贯通,基于LSA的分析结果进行保障资源的研制与规划,如下图所示:


图 9 S系列ILS标准体系架构图


  具体内容包括: 

  · 基于LSA分析所提出的备件资源需求,开展备件种类和备件数量的规划,形成初始备件清单,实现LSA分析与备件规划工作的贯通;

  · 可将LSA分析结果中的BOM结构、使用维修任务、维修程序、工作要求、保障资源等数据转化为符合S1000D标准的DM(数据模块),实现LSA分析与IETM工作的贯通;

  · 基于LSA分析结果中的使用和维修任务要求,进行训练需求分析,为培训大纲编制提供输入,实现LSA分析与训练需求分析工作的贯通;

  · 可将IETM编制过程中的DM模块转化为符合SCROM标准的课件,实现IETM与培训课件编制工作的贯通。


  3) 军地一体化服务保障(所、服务站、用户多级保障体系)对接贯通

  装备服役阶段的售后服务和维修保障涉及军地各级维修体系,装备保障面临着从被动式故障维修向基于状态的预防性维修转变,从规模数量型保障向精确保障转变,从体系割裂、信息孤岛向集成一体、全资可视的协同保障、精准决策转变,从单装完好性保障向系统作战效能保障转变。 

  以MRO系统为核心建立承制方级的面向本单位所有装备的全寿期售后服务和维修保障平台,用于管理装备技术状态、电子履历、外场服务、重大任务保障、备件供应、故障件返修、远程支援、质量闭环、客户管理等保障业务,并为各级保障和管理部门提供装备、任务、资源的全资可视化展示与基于大数据的KPI统计分析。


图 10以MRO为核心的军地一体化保障场景示意图


  通过构建面向服务保障的全资可视化,并提供决策支持能力,将装备、任务、资源等各要素信息进行融合,为领导决策提供实时化和一体化管理驾驶舱,减少指挥层次,缩短信息流程,提高反应速度,增强指挥效能。


图 11基于全资可视化的快速响应与决策支持


  以信息的全资可视为特征,从底向上层级汇聚,为各级决策者实时准确的掌握装备实力、保障资源、保障能力、保障任务等的全局态势提供管理驾驶舱,提高整体谋划和科学决策能力;  

  以信息的随机穿透为特征,为各级决策者从上到下的执行追溯提供信息的精细定位,减少信息的不对称,提高执行透明度。

  以信息的知识驱动为特征,为保障执行人员提供装备、任务、资源等的全时域全维度全要素数据,提高保障实施的精确性和快速响应能力。


  3.4 全场景赋能  

  借助新兴技术,为装备服务保障全场景赋能,提高服务保障业务管理和技术支持能力,提升装备服务保障水平。具体内容包括基于数字孪生的健康监控与预测性维修、基于故障知识库的智能排故引导、IETM专业化集成化应用、快速响应平台(快响、远程协同)、智能化便携式辅助终端。


  1) 基于数字孪生的健康监控与预测性维修  

  装备维修已经从传统的故障修、预防性维护向预测性维修发展,随着物联网和大数据技术的广泛应用,以装备机内测试系统(BIT)和传感器为基础,进行实时数据采集、状态监控、故障诊断、健康评估及预测分析,已是新型装备维修保障能力提升的必然趋势。


图 12装备维修技术发展趋势


  通过将实物装备的实时监控数据映射到数字化虚拟世界,通过虚拟世界的数据处理,既可以对装备进行实时互操作,也可通过对健康数据进行故障诊断、故障/性能/寿命预测分析来驱动维修执行改变实物装备状态。


  2) 基于故障知识库的智能排故引导 

  装备服务保障的过程是和故障做斗争的过程,提高排故准确率和效率是提高保障效率的关键。传统基于技术资料的故障隔离手册是以设计师预计的潜在故障模式为基础编制,一方面,故障覆盖率低,现场发生的故障在手册里通常找不到解决方案;另一方面,因复杂故障的机理复杂,排故分支多,按理论路径的故障定位过程低效。同时,不同用户的排故经验难以统一积累、规范和共享。  

  对于复杂装备,有必要建立故障知识库和智能排故引导系统,形成一个正向设计及逆向反馈积累的共享排故知识库,并为使用维护人员提供基于最佳实践的智能推送的排故向导引擎。对于无法找到排故方法或新故障模式的情况,可以更新和积累故障库,将不同用户的排故经验进行整合和共享。


  3) IETM专业化集成化应用  

  基于先进的3D技术和智能交互技术,提升IETM的专业化水平,提高IETM的交互性,包括3D可视化浏览、智能交互线路图、排故引导集成、使用反馈,并可将IETM集成到MRO/PMA/设备中实现IETM与相关软硬深度集成,方便应用。具体内容包括: 

  · 3D可视化浏览 

  当前主流IETM 中大多数的信息都是采用文本与二维图形结合的方式来描述,对于那些缺乏技能和经验的技术人员来说,理解这信息将有一定的难度,需要花费的时间较长。通过交叉引用将3D格式的多媒体对象插入IETM,利用Active X技术建立基于IETM的3D显示平台,利用应用程序接口直接获取3D对象的子对象信息,使IETM可以对场景内的3D对象进行交互操作,能够显着的提高IETM 在维修和培训方面的支持力度,加快技术人员对相关技术信息的理解。 

  · 智能交互线路图  

  智能交互线路图通过在矢量图形格式增加相应热点ID,可以实现线路图形和线路编号的交互,点击右边线路号码,左边图形相应部位高亮显示,并可对图形局部进行放大、缩小和备注添加;选择图形上某一线路,会高亮显示该线路的详细信息,方便用户进行查找、查看。  

  · 排故引导集成 

  将IETM与智能排故引导集成,通过将排故逻辑的结构化,形成故障知识库,在排故时,以问答方式进行向导式指导和IETM资料关联查询,并优先推送历史上高概率的故障分支,提高排故工作的效率和质量。

  · 使用反馈 

  通过备注功能添加对当前数据模块的经验总结,通过意见功能可以添加对当前数据模块具体建议,完善数据模块信息,使其更具使用价值,后期维护人员可以收集这些意见信息,对数据模块进行相应更新,实现面向IETM编制或产品设计的信息反馈。


  4) 快速响应平台 

  快速响应平台是一个与国际接轨的先进的运行支持服务体系的载体,为客户提供快速高效的快响服务,支持服务请求与调度、服务过程管控、服务质量追踪、服务技术支持。通过该平台的建设与运营,可实现快速有效接入客户服务请求,实施语音与多媒体接触自动处理,准确有效处理客户多种渠道的服务请求信息,各部门客户交互信息高度共享和快速流转,并可机动灵活地支持对客户分析数据的展示,由此提升快响服务质量与效率,实现客户与工业部门的互利双赢。  

  可基于可配置、可扩展的基础平台,根据业务需求对快速响应平台功能进行灵活定制和快速扩展。平台支持多用户访问,同时可与相关业务系统进行相互访问与信息共享。  

  快速响应平台是面向客户提供技术支持的主窗口,支持电脑、邮件、传真、固话、手机、平板等多种接入渠道,并可与客户服务门户对接,对客户的各种服务请求进行快速响应,主要服务包括服务请求与调度、服务过程管控、服务质量追踪、服务技术支持和通用基础平台。


  5) 智能化便携式辅助终端  

  为外场使用维护人员提供面向维修的一体化便携式的维修辅助支持、面向装备状态监测原位检测和数据采集终端。  

  其中面向维修的维修辅助支持主要提供技术资料、保障方案、任务数据的查询和浏览,分析并实现外场任务的接收、现场维修维护数据、故障数据的规范化采集与反馈,提升维修保障能力,提高现场维护维修效率。  

  面向装备状态监测的原位检测和运行数据采集,可实现基于BIT的数据采集、外场运行数据采集、试验数据采集,基于采集的数据对装备的健康状态进行评估,并可执行自动测试,实现对装备状态的监测。


图 13 PMA功能组成框图


四、总结 

  国睿信维提供的端到端综合保障解决方案和国产自主工业软件,是建设智能保障平台的核心构件和能力基石,可以有效提升装备承制方和使用方的全寿期保障能力、一体化保障能力和精确保障能力。在航空、航天、船舶、国防电子、核、兵器、部队、轨道交通等行业,众多单位基于国睿信维解决方案开展了综合保障信息化的顶层规划和能力建设,为未来智能保障的深入应用奠定了良好的基础。


    
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