面向智慧院所的武器裝備貯存延壽系統(tǒng)設(shè)計

/中國運載火箭技術(shù)研究院戰(zhàn)術(shù)武器事業(yè)部

隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，智慧城市、智慧校園、智慧企業(yè)等概念受到越來越多的關(guān)注和重視。在2013年軍工核心能力數(shù)據(jù)中心建設(shè)思路研討會上，國防科工局信息中心提出了“智慧軍工”這一概念。智慧軍工體系從宏觀層面是指智慧政府，中觀層面是智慧軍工集團，而微觀層面是智慧軍工企業(yè)，即智慧院所。

智慧院所是以信息化為基礎(chǔ)，以知識自動化為方法，有效整合和優(yōu)化利用各類資源，實現(xiàn)信息流、知識流、工作流高度集成與融合的創(chuàng)新型組織，智慧院所概念的提出為科研院所的數(shù)字化、信息化建設(shè)提供了一套切實可行的理論框架。

一、裝備貯存延壽工作現(xiàn)狀

武器裝備貯存延壽工作的有效開展，對確保裝備戰(zhàn)備完好性、提高作戰(zhàn)效能、延長服役壽命和減少維修保障費用具有重要作用。貯存延壽工作主要包含指標(biāo)論證、方案設(shè)計、產(chǎn)品研制、使用保障、試驗評價、壽命延長和整修改制等，是集管理、設(shè)計、分析、試驗與評估等多方面工作于一體的系統(tǒng)工程。

當(dāng)前，我國裝備貯存延壽工程的開展存在以下3個問題：一是裝備貯存可靠性與貯存壽命設(shè)計以及延壽整修措施的制定往往依賴于設(shè)計人員的經(jīng)驗，缺乏規(guī)范化設(shè)計準則與技術(shù)手冊的指導(dǎo)，知識驅(qū)動的研制開發(fā)尚未實現(xiàn)；二是型號產(chǎn)品貯存試驗數(shù)據(jù)缺乏有效的積累和共享，在新型裝備研制過程中難以有效利用以往型號的貯存試驗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)共享機制尚未建立；三是型號貯存延壽管理與技術(shù)工作缺乏信息化手段支撐，工作效率有待提升。

在智慧院所概念框架的牽引下，結(jié)合裝備貯存延壽工程需求，筆者給出了面向智慧院所的武器裝備貯存延壽系統(tǒng)的設(shè)計方案與建設(shè)思路，該系統(tǒng)為裝備貯存延壽提供了流程驅(qū)動的信息化手段。具體來說，該系統(tǒng)構(gòu)建了貯存延壽知識庫，初步實現(xiàn)了知識驅(qū)動的研制開發(fā)；建立了貯存數(shù)據(jù)庫，為數(shù)據(jù)積累與數(shù)據(jù)共享奠定基礎(chǔ)；開發(fā)了貯存可靠性設(shè)計與分析、貯存試驗與評價等模塊，為貯存延壽工程提供了自動化分析工具。

二、貯存延壽工程需求分析

貯存延壽工程是針對特定裝備型號開展貯存延壽設(shè)計分析、試驗和評估等工作項目，其內(nèi)容包含元器件、單機、分系統(tǒng)和裝備系統(tǒng)貯存可靠性指標(biāo)論證、設(shè)計、分析、試驗與評價等，貯存延壽工程業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

型號貯存延壽項目可分為規(guī)劃、工作、歸檔3個狀態(tài)。規(guī)劃狀態(tài)主要包含2個階段：一是以型號項目為單位進行規(guī)劃，主要是構(gòu)建型號項目的必須元素。在研型號項目需要先確定當(dāng)前研制階段，之后構(gòu)建型號產(chǎn)品樹，建立型號工作系統(tǒng)，確定貯存相關(guān)工作項目，分配工作任務(wù)并指定責(zé)任人，開展從貯存指標(biāo)論證、貯存剖面與環(huán)境載荷譜分析、貯存可靠性設(shè)計與分析直至貯存試驗與評價的全過程；而在役型號項目需要構(gòu)建型號產(chǎn)品樹，建立型號工作系統(tǒng)，開展貯存延壽目標(biāo)要求論證、貯存環(huán)境分析、貯存剖面生成、環(huán)境剖面生成、環(huán)境載荷譜分析以及貯存試驗設(shè)計、貯存試驗與評價等工作。無論是在研型號還是在役型號，其項目元素包括型號項目的基本信息、型號項目所處壽命周期、型號產(chǎn)品樹、型號工作系統(tǒng)、工作項目規(guī)劃、分配工作任務(wù)并指定工作負責(zé)人、角色及訪問權(quán)限等。二是明確型號工作計劃，包括明確貯存指標(biāo)要求、確定各階段貯存延壽工程開展的工作項目以及對相關(guān)任務(wù)進行WBS分解（主要是確定相關(guān)工作項目/任務(wù)的輸入輸出以及責(zé)任人和完成時間節(jié)點）。

圖1 貯存延壽工程業(yè)務(wù)流程

規(guī)劃狀態(tài)結(jié)束后，轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，主要是設(shè)計人員接收任務(wù)，并根據(jù)任務(wù)要求選擇相應(yīng)工具，按照工作項目要求選擇合適的工具進行設(shè)計分析與試驗評價，提交結(jié)果數(shù)據(jù)，同時提交任務(wù)進入審批流程。在某個階段的所有工作任務(wù)都完成后，可自動生成設(shè)計分析或試驗評價報告，并自動將所處階段中需要評審的文檔列出。所有文檔都評審?fù)ㄟ^后，項目進入階段性歸檔流程，實現(xiàn)階段性技術(shù)狀態(tài)固化。

三、系統(tǒng)功能設(shè)計與開發(fā)

貯存延壽系統(tǒng)用以支持全生命周期貯存延壽工作，為裝備貯存可靠性設(shè)計分析、貯存試驗與評價及貯存數(shù)據(jù)收集管理等工作提供信息化手段支撐，實現(xiàn)貯存延壽管理與技術(shù)工作的自動化實施及貯存延壽數(shù)據(jù)信息準確、可靠、高效的采集、管理和共享，最終實現(xiàn)知識驅(qū)動與流程驅(qū)動的裝備貯存延壽工程。

1.業(yè)務(wù)架構(gòu)

貯存延壽系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)分為3個層次，如圖2所示。

管理業(yè)務(wù)層。由通用系統(tǒng)管理、型號項目管理、計劃任務(wù)管理、知識庫管理、綜合數(shù)據(jù)管理、工具層管理與接口管理組成。貯存延壽項目負責(zé)人以及項目管理人員能夠通過該層次功能模塊實現(xiàn)工作規(guī)劃、權(quán)限管理、任務(wù)安排、狀態(tài)控制、監(jiān)督審核、輔助決策等。

工具業(yè)務(wù)層。為貯存延壽工作全過程提供工具支撐。首先將型號和項目導(dǎo)入系統(tǒng)中，在方案論證與工程研制階段提供貯存剖面與環(huán)境載荷譜分析模塊、貯存可靠性設(shè)計與分析模塊，前者包括貯存剖面生成、環(huán)境剖面生成和環(huán)境載荷譜分析等功能，后者包括貯存指標(biāo)論證、貯存FMECA、貯存可靠性分配與預(yù)計以及貯存壽命預(yù)估等功能。在貯存階段提供貯存試驗設(shè)計以及貯存試驗與評價模塊，前者包括貯存試驗方案設(shè)計與試驗件管理等功能，后者包括加速貯存試驗數(shù)據(jù)處理、加速貯存壽命與可靠性評估以及自然貯存壽命與可靠性評估。這些工具軟件都能在管理層以鏈接方式實現(xiàn)調(diào)用以及分析結(jié)果數(shù)據(jù)、文件的提交。

信息業(yè)務(wù)層。為貯存延壽工作全過程提供數(shù)據(jù)支撐，主要包含型號產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫與知識庫。

2.功能模塊設(shè)計

貯存延壽系統(tǒng)的功能模塊主要包括系統(tǒng)綜合管理模塊、計劃工作管理模塊、型號項目管理模塊、貯存剖面與環(huán)境載荷譜分析模塊、貯存可靠性設(shè)計與分析模塊、貯存試驗設(shè)計模塊、貯存試驗與評價模塊。

系統(tǒng)綜合管理模塊包括通用系統(tǒng)管理、型號項目管理、知識庫管理、綜合數(shù)據(jù)管理、工具層管理、接口管理等功能模塊，其主要功能是用來管理系統(tǒng)通常的配置以及對外接口和日志等。

圖2 貯存延壽系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

計劃任務(wù)管理模塊根據(jù)開展的貯存延壽工作項目自動生成相應(yīng)的工作計劃列表，項目負責(zé)人安排工作計劃，制定計劃任務(wù)表，檢查報告提交狀況，監(jiān)控任務(wù)進度和狀態(tài)。用戶可根據(jù)需要對自動生成的工作計劃和任務(wù)信息進行手動修改。

型號項目管理模塊以型號項目為單元，型號產(chǎn)品樹為核心，各層次產(chǎn)品數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建系統(tǒng)的基礎(chǔ)環(huán)境。型號項目按系統(tǒng)類型進行分類，在型號產(chǎn)品樹的不同層次上掛接產(chǎn)品信息，為型號貯存延壽工作提供全生命周期的監(jiān)控和集中管理。

貯存剖面與環(huán)境載荷譜分析模塊包括貯存剖面生成、環(huán)境剖面生成與環(huán)境載荷譜分析3個主要功能。貯存剖面生成一方面能夠根據(jù)型號特點給出標(biāo)準貯存剖面（或推薦貯存剖面），另一方面能夠人工錄入貯存剖面要素（貯存事件、貯存時序與貯存載荷等），根據(jù)錄入信息生成貯存剖面。之后，通過對貯存剖面的統(tǒng)計分析，能夠自動生成環(huán)境剖面。通過對檢驗的樣本計算均值、標(biāo)準差和容差上限系數(shù)，獲得統(tǒng)計數(shù)據(jù)特征，由此可得到成品的環(huán)境剖面。最后，對環(huán)境剖面進行合成與簡化，獲得環(huán)境載荷譜，用以支持后續(xù)貯存試驗。

貯存可靠性設(shè)計與分析模塊包含貯存指標(biāo)論證、貯存FMECA、貯存可靠性預(yù)計與分配以及貯存壽命預(yù)估等功能。

貯存指標(biāo)論證是在數(shù)據(jù)庫中自動查找與本型號貯存剖面相似的型號產(chǎn)品的貯存指標(biāo)；支持型號產(chǎn)品貯存剖面比較（極限溫度、極限溫度持續(xù)時間、振動量級等因素的比較）。戰(zhàn)備完好性、任務(wù)成功性是貯存指標(biāo)論證的主要依據(jù)。

貯存FMECA表格批量導(dǎo)入，支持人工勾選貯存相關(guān)故障模式，并將貯存故障模式及相關(guān)信息（故障影響、檢測方式等）存儲到貯存故障模式庫中。

貯存可靠性分配支持等分配法、評分分配法、比例組合分配法以及貯存可靠度的再分配法；貯存可靠性預(yù)計支持相似產(chǎn)品法、評分預(yù)計法、應(yīng)力預(yù)計法以及故障率預(yù)計法。

貯存壽命預(yù)估支持與貯存延壽數(shù)據(jù)庫中相關(guān)產(chǎn)品信息（主要包括非金屬材料、電子元器件與火工品貯存數(shù)據(jù)信息）進行匹配，自動調(diào)取同一類型或相似產(chǎn)品的信息，以供設(shè)計參考。根據(jù)貯存延壽數(shù)據(jù)庫中相關(guān)信息（主要包括非金屬材料、電子元器件與火工品貯存數(shù)據(jù)信息）自動將數(shù)據(jù)庫中同類型產(chǎn)品（或相似產(chǎn)品）的貯存壽命在產(chǎn)品樹中顯示出來，以最弱鏈理論計算裝備系統(tǒng)的貯存壽命，并且按貯存壽命預(yù)估值長短對其進行排序，用以支持貯存薄弱環(huán)節(jié)分析。

貯存試驗設(shè)計模塊包括貯存試驗方案設(shè)計和試驗件管理。貯存試驗方案設(shè)計是根據(jù)試驗產(chǎn)品對象的功能類型與結(jié)構(gòu)組成信息自動匹配數(shù)據(jù)庫中相同類型產(chǎn)品的貯存試驗信息，并以文檔的形式顯示同類型產(chǎn)品曾經(jīng)開展的貯存試驗相關(guān)內(nèi)容。

試驗件管理是對加速貯存試驗與自然貯存試驗的試驗件信息（包括產(chǎn)品名稱、生產(chǎn)日期、試驗時間、性能參數(shù)記錄、故障情況記錄等）進行人工錄入，實現(xiàn)試驗件數(shù)據(jù)庫管理。

貯存試驗與評價模塊包含加速貯存試驗數(shù)據(jù)處理、加速貯存壽命與可靠性評估、自然貯存壽命與可靠性評估功能。其中，加速貯存壽命與可靠性評估功能支持基于加速壽命試驗數(shù)據(jù)的貯存壽命和貯存可靠性評估、基于加速退化數(shù)據(jù)的貯存壽命與貯存可靠性評估以及系統(tǒng)級貯存壽命和貯存可靠性評估；自然貯存壽命與可靠性評估功能支持基于自然貯存試驗數(shù)據(jù)的貯存壽命和貯存可靠性評估。

3.系統(tǒng)開發(fā)

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，該架構(gòu)類型能夠解決系統(tǒng)使用人員多樣性、系統(tǒng)工具差異性以及業(yè)務(wù)流程靈活性等問題，使用面向服務(wù)編程的方式能夠降低系統(tǒng)內(nèi)部的耦合性，從而快速搭建起一個穩(wěn)定而開放性好的系統(tǒng)框架。J2EE架構(gòu)以其企業(yè)級MVC架構(gòu)的標(biāo)準性和成熟性被廣泛應(yīng)用在各類B/S架構(gòu)上，適合作為本系統(tǒng)的開發(fā)框架。J2EE框架的標(biāo)準中，現(xiàn)在主流分為SSH和SSM，本系統(tǒng)選用SSM架構(gòu)。SSM作為新興的技術(shù)框架，針對貯存延壽系統(tǒng)復(fù)雜和靈活的業(yè)務(wù)需求，更有利于后續(xù)系統(tǒng)的改進和衍生。

貯存延壽系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，使用SSM作為開發(fā)框架，加上工作流引擎對業(yè)務(wù)編排的支持，能夠很好的完成業(yè)務(wù)流程的編制和試驗的流程設(shè)計，滿足用戶管理和業(yè)務(wù)管理的需求。該系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)能夠有效解決當(dāng)前裝備貯存延壽工程存在的主要問題，為貯存延壽管理與技術(shù)工作提供自動化工具，為貯存延壽數(shù)據(jù)信息的積累與共享提供有效機制，為智慧院所的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)?！?/p>