物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在艦船裝備維修器材精細(xì)化管理中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

■傅健

引言

物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種集成應(yīng)用與系統(tǒng)創(chuàng)新發(fā)展，它是物體通過射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備并借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)物-物相連。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的與應(yīng)用是一次新的信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)革命。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在軍事上體現(xiàn)了極為重要的應(yīng)用空間，最為我們熟知的是數(shù)字營區(qū)、智慧營區(qū)建設(shè)、物流供應(yīng)鏈、后勤裝備維修上的應(yīng)用。精細(xì)化管理是一種管理理念和文化，是一種以最大限度減少管理所占資源和降低管理成本為主要目標(biāo)的管理方式。艦船裝備維修器材精細(xì)化管理的實(shí)現(xiàn)過程也就是對(duì)裝備維修器材管理這個(gè)目標(biāo)的分解細(xì)化和落實(shí)的過程，將復(fù)雜的事情簡單化，簡單的事情流程化，流程化事情定量化，定量的事情信息化。實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船裝備維修器材的信息化管理是裝備維修器材的精細(xì)化管理中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最重要的一種手段。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)基本概念

物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱是Internet of Things，簡稱IOT。其概念最先是由麻省理工學(xué)院自動(dòng)化研究中心的Ashton教授在1999 年研究RFID 視頻技術(shù)時(shí)提出的。物聯(lián)網(wǎng)是指物體通過二維碼、無線射頻識(shí)別(RFID，Radio Frequency Identification Devices)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)(GPS，Global Position System)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，使任何物體實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的相連，全面獲取現(xiàn)實(shí)世界的各種信息，完成物與物、人與物的信息交互，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、管理和控制的一種網(wǎng)絡(luò)。簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)是多種信息技術(shù)的融合與集成應(yīng)用。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

從技術(shù)架構(gòu)來看，物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3 部分組成，圖1 所示是物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)。感知層主要分為數(shù)據(jù)采集和短距離無線傳輸部分，數(shù)據(jù)采集部分通過使用RFID、傳感器等技術(shù)采集各類信息和數(shù)據(jù)，短距離無線通信主要對(duì)小范圍內(nèi)的多個(gè)物品的信息進(jìn)行集中與互通；網(wǎng)絡(luò)層建立在現(xiàn)有通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上，將各種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有機(jī)集合、綜合使用，對(duì)采集的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分類和傳輸；應(yīng)用層是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，利用云計(jì)算對(duì)海量的物品信息進(jìn)行快速處理，通過計(jì)算機(jī)、手機(jī)、智能控制器等輸入輸出終端，完成對(duì)物品信息的智能分析、匯總、協(xié)同、共享、互通、分析、決策等功能，用戶根據(jù)需求獲取相應(yīng)的服務(wù)。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)涉及傳感器、集成電路、數(shù)據(jù)通信、自動(dòng)化、高性能計(jì)算、信息處理及安全等多個(gè)領(lǐng)域，它是對(duì)現(xiàn)有信息技術(shù)的集成應(yīng)用，其產(chǎn)業(yè)鏈可以細(xì)分為標(biāo)識(shí)、感知、處理和信息傳送4 個(gè)環(huán)節(jié)。一般認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)主要涉及3 個(gè)部分，即無線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)、傳感器。

1.3.1 無線射頻技術(shù)RFID(Radio Frequency Identification)

RFID 技術(shù)俗稱電子標(biāo)簽，它是一種利用射頻信號(hào)通過空間耦合實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它可以對(duì)信息進(jìn)行標(biāo)記、登記、存儲(chǔ)和管理。RFID系統(tǒng)由閱讀器、應(yīng)答器（標(biāo)簽）和應(yīng)用系統(tǒng)3 部分組成，它通過無線電波在響應(yīng)媒介和詢問媒介間傳遞信息，RFID設(shè)備可以在艦艇器材儲(chǔ)存艙、倉庫、冷庫等多種環(huán)境和場(chǎng)合下正常使用。標(biāo)簽(Tag) 附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象，它由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼；閱讀器(Reader)負(fù)責(zé)讀取（有時(shí)還可以寫入）標(biāo)簽信息，目前有手持式和固定式閱讀器兩種；天線(Antenna)是在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)的設(shè)備。

1.3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集量化、處理融合和傳輸應(yīng)用，它具有低成本、微型化、低功耗和靈活的組網(wǎng)方式、鋪設(shè)方式以及適合移動(dòng)目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)中物與物、物與人的信息交互。無線多媒體傳感器不僅能獲取標(biāo)量信息，還能獲取視頻、音頻和圖像等矢量信息，并且可以利用壓縮、識(shí)別、融合和重建等多種方法來處理信息。

1.3.3 傳感器

傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，敏感元件能夠靈敏地感受被測(cè)變量并做出響應(yīng)，轉(zhuǎn)換元件則是能夠按照一定規(guī)律將被測(cè)變量轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)。傳感器除了傳統(tǒng)的傳感功能外，還要具備一些基本的本地處理能力，它是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心。物聯(lián)網(wǎng)正是通過遍布在各個(gè)角落和物體上的形形色色的傳感器以及由它們組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)來最終感知整個(gè)物質(zhì)世界的。

除了以上3 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)外，還有很多其他技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。比如智能技術(shù)，它是為了有效地達(dá)到某種預(yù)期目的，而利用知識(shí)的各種方法和手段。通過在物體中植入智能系統(tǒng)，可以使得物體具備一定的智能性，能夠主動(dòng)或被動(dòng)的實(shí)現(xiàn)與用戶的溝通，目前主要的研究方向包括人工智能理論研究、先進(jìn)的人-機(jī)交互技術(shù)與系統(tǒng)、智能控制技術(shù)與系統(tǒng)、智能信號(hào)處理等。

2 艦船裝備維修器材物聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng)及應(yīng)用設(shè)計(jì)

2.1 艦船裝備維修器材物聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng)構(gòu)建

艦船裝備維修器材物聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng)的構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵和構(gòu)成，結(jié)合艦船裝備維修器材管理制度、流程和特點(diǎn)，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過整合艦船裝備維修器材管理系統(tǒng)、裝備維修器材數(shù)據(jù)庫等模塊，進(jìn)一步拓展艦船裝備維修器材管理功能、優(yōu)化管理手段的艦船裝備維修器材管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是涵蓋艦船裝備維修器材信息采集、器材入庫、倉庫管理、器材出庫、動(dòng)用管理、技術(shù)保障、資源管理等各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化器材管理系統(tǒng)。

艦船裝備維修器材物聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng)，主要由艦船裝備維修器材管理子系統(tǒng)、器材技術(shù)保障業(yè)務(wù)處理子系統(tǒng)和裝備維修器材數(shù)據(jù)庫3 部分組成。艦船裝備維修器材管理子系統(tǒng)，包括艦船裝備維修器材數(shù)據(jù)采集、消耗及庫存實(shí)時(shí)上報(bào)、器材動(dòng)態(tài)管理等模塊，主要實(shí)現(xiàn)艦船裝備維修器材的日常管理和庫存信息的實(shí)時(shí)采集，具備艦船裝備維修器材信息更新、歷史記錄和業(yè)務(wù)記錄存取等動(dòng)能。器材技術(shù)保障業(yè)務(wù)處理子系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程技術(shù)支援、裝備和器材故障實(shí)時(shí)上報(bào)、器材故障案例分析和器材維修履歷查詢等模塊，具備遠(yuǎn)程視頻指導(dǎo)、故障上報(bào)、故障分析等功能，完成器材技術(shù)保障任務(wù)。維修器材數(shù)據(jù)庫，包括器材各項(xiàng)戰(zhàn)技性能標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和交互式電子技術(shù)手冊(cè)（IETM）查詢功能，完成器材資料查詢和器材維修技術(shù)支援任務(wù)。

艦船裝備維修器材物聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng)根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)可分為傳感層、傳輸層、應(yīng)用層3 部分。傳感層，主要采取射頻識(shí)別技術(shù)和信息傳感技術(shù)，通過給維修器材加裝“器材信息識(shí)別標(biāo)簽”、信息采集模塊及分布式傳感器，實(shí)現(xiàn)信息統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、出入庫狀態(tài)上報(bào)和質(zhì)量監(jiān)控。傳輸層，主要采用Wi-Fi 無線網(wǎng)絡(luò)和專用有線網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)維修器材管理全過程的數(shù)據(jù)匯總和信息傳輸。應(yīng)用層，以各級(jí)管理控制節(jié)點(diǎn)為主體，通過艦艇智能倉儲(chǔ)管理子模塊、環(huán)境檢測(cè)子模塊、維修器材動(dòng)態(tài)管理子模塊及技術(shù)支援平臺(tái)子模塊，實(shí)現(xiàn)維修器材管理的智能化、技術(shù)保障的實(shí)時(shí)性和資源分配的合理性。

2.2 艦船裝備維修器材物聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

2.2.1 實(shí)現(xiàn)維修器材管理信息的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)傳輸

利用器材信息采集終端和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將上級(jí)的命令、指示，采集的艦船裝備維修器材技術(shù)信息、管理信息和決策指令進(jìn)行擬制、傳送和建檔，并將各類艦船裝備維修器材管理信息存儲(chǔ)到艦船裝備維修器材管理信息子系統(tǒng)中，自動(dòng)生成艦船裝備維修器材管理統(tǒng)計(jì)報(bào)表和料單，完成艦船裝備維修器材收發(fā)、數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)及動(dòng)態(tài)管理等功能，進(jìn)一步提升艦船裝備維修器材管理的時(shí)效性、準(zhǔn)確性和可靠性。

2.2.2 實(shí)現(xiàn)維修器材信息的精確識(shí)別

通過給裝備維修器材安裝RFID 電子標(biāo)簽，使維修器材成為“智能物體”，并在庫用機(jī)械、自動(dòng)立體貨架、庫房進(jìn)出通道及室外移動(dòng)節(jié)點(diǎn)等關(guān)鍵部位，安裝信息自動(dòng)采集器和閱讀器，讀取裝備實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，并傳送給信息中心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別、定位與統(tǒng)計(jì)。其中，RFID電子標(biāo)簽是聯(lián)結(jié)艦船裝備維修器材倉庫管理活動(dòng)的紐帶，存儲(chǔ)有裝備各種不同屬性的信息，可實(shí)現(xiàn)艦船裝備維修器材的身份識(shí)別、存儲(chǔ)定位、數(shù)量統(tǒng)計(jì)、跟蹤監(jiān)控和歷史記錄等功能。

2.2.3 實(shí)現(xiàn)維修器材出入庫信息的精準(zhǔn)感知

加裝過RFID電子標(biāo)簽的維修器材，其備件名稱、生產(chǎn)單位、生產(chǎn)日期、數(shù)質(zhì)量情況、所適用裝備、壽命期等信息都能夠存儲(chǔ)在與之身份對(duì)應(yīng)的唯一電子標(biāo)簽中。器材進(jìn)入器材倉庫后，射頻識(shí)別技術(shù)能夠自動(dòng)登記存放地點(diǎn)、自動(dòng)生成備件入庫清單。器材出庫作業(yè)，射頻識(shí)別技術(shù)能夠準(zhǔn)確告知器材存放位置等信息，提高器材出庫工作效率，并且自動(dòng)生成出庫清單，做到對(duì)庫存器材數(shù)據(jù)的精確統(tǒng)計(jì)，大大減輕人工盤存工作量。

2.2.4 實(shí)現(xiàn)維修器材維護(hù)需求的實(shí)時(shí)提示

維修器材需要定期進(jìn)行維護(hù)，以往器材維護(hù)工作具有很大的滯后性，主要原因在于維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間的不掌握或者掌握較少，傳統(tǒng)管理方式已經(jīng)無法滿足器材精細(xì)化管理的需要。在維修器材數(shù)據(jù)庫的支持下，維修器材技術(shù)保障業(yè)務(wù)處理子系統(tǒng)，可根據(jù)“器材信息識(shí)別標(biāo)簽”的告警信息確定維護(hù)需求，并及時(shí)提示操作維護(hù)人員進(jìn)行針對(duì)性維護(hù)；針對(duì)復(fù)雜情況還可以通過異地視頻方式，遠(yuǎn)程指導(dǎo)所屬部（分）隊(duì)完成器材維護(hù)。同時(shí)根據(jù)器材性能指標(biāo)的異常變化，及時(shí)提示維護(hù)人員排除故障隱患，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)。還可以存儲(chǔ)維護(hù)、維修的歷史數(shù)據(jù)，建立完善的器材維修履歷，以便器材管理人員快速排除故障。

2.2.5 實(shí)現(xiàn)裝備維修器材的共享和快速保障

根據(jù)轄區(qū)內(nèi)單位任務(wù)、位置分布、器材儲(chǔ)備情況，科學(xué)劃分器材保障區(qū)域，通過器材技術(shù)保障業(yè)務(wù)處理子系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握保障單位裝備故障和維修器材數(shù)質(zhì)量等情況。當(dāng)裝備出現(xiàn)故障需要維修時(shí)，可利用維修器材管理系統(tǒng)了解友鄰單位維修器材和備件的儲(chǔ)備情況，在上級(jí)業(yè)務(wù)部門的統(tǒng)一組織下，根據(jù)器材存儲(chǔ)情況，既可從友鄰單位就近調(diào)撥裝備維修器材，也可從轄區(qū)外單位調(diào)撥維修器材及時(shí)排除裝備故障，實(shí)現(xiàn)維修器材共享和跨區(qū)域快速保障，提高保障效率。

2.2.6 裝備維修器材保障資源的合理配置

維修器材的合理配置在于能夠依據(jù)不同類型的保障對(duì)象、保障方式和保障需求，實(shí)現(xiàn)維修器材資源的合理分配和有效利用。因此，應(yīng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依據(jù)任務(wù)目標(biāo)和任務(wù)類型，對(duì)維修器材進(jìn)行量化分析和效果模擬仿真，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算和仿真出最優(yōu)的保障模型，采取模塊化的維修器材儲(chǔ)備方式進(jìn)行器材保障。海軍護(hù)航軍艦的模塊化器材儲(chǔ)備，有效保證了艦艇在遠(yuǎn)海條件下的維修器材供應(yīng)保障，為裝備故障修復(fù)提供了有力的物質(zhì)基礎(chǔ)支撐，提高了器材保障效率，實(shí)現(xiàn)了器材保障資源的合理配置。

3 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)艦船裝備維修器材精細(xì)化管理、提高器材保障效率的有效手段，它在艦船裝備維修器材保障領(lǐng)域的應(yīng)用，打通了器材保障的“最后一公里”。它不僅能實(shí)現(xiàn)器材管理信息的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)傳輸、信息的精確識(shí)別、出入庫的精準(zhǔn)感知、維護(hù)需求實(shí)時(shí)提示，還能實(shí)現(xiàn)器材資源快速保障和合理配置。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使器材保障活動(dòng)與戰(zhàn)場(chǎng)活動(dòng)融為一體，實(shí)現(xiàn)了保障行動(dòng)與作戰(zhàn)行動(dòng)的一體化，提高了器材保障的信息化程度和保障效率?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的裝備維修器材物聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng)在裝備保障領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，對(duì)于進(jìn)一步提高艦船裝備維修器材保障能力、打贏現(xiàn)代化局部戰(zhàn)爭(zhēng)將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。