智能化在武器裝備保障中的應(yīng)用與展望

蔡 杰，劉 濤，郭紀(jì)鋒

(1.中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七一三研究所，河南 鄭州 450015；2.中鐵隧道局集團(tuán)建設(shè)有限公司，廣西 南寧 530000)

0 引言

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展和武器裝備的升級(jí)換代，武器裝備的功能日益復(fù)雜，裝備的使用與維修保障問題也越來(lái)越突出，世界各軍事強(qiáng)國(guó)也逐步認(rèn)識(shí)到裝備保障在戰(zhàn)爭(zhēng)中的重要性[1]，認(rèn)識(shí)到從某種程度上講“打仗就是打保障”，由過(guò)去重裝備向重保障轉(zhuǎn)變，由保障好到好保障轉(zhuǎn)變，由預(yù)防性保障到預(yù)測(cè)性保障轉(zhuǎn)變。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的迅猛發(fā)展為裝備保障賦能，智能+保障為裝備的保障性提高和保障能力建設(shè)產(chǎn)生了顛覆性的影響。本文以武器裝備的智能化保障為研究對(duì)象，以新形勢(shì)下保障的發(fā)展方向?yàn)闋恳?，以智能化技術(shù)為基礎(chǔ)，以提高保障的時(shí)效性和精準(zhǔn)度為目標(biāo)，針對(duì)裝備保障應(yīng)用中存在的問題，開展武器裝備智能化保障研究，為科學(xué)、高效、精準(zhǔn)地滿足一線部隊(duì)保障需求，提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力提供技術(shù)支持。

1 智能化保障概念

武器裝備保障就是隨著戰(zhàn)爭(zhēng)形勢(shì)的變化，如何更好地滿足武器裝備需求、作戰(zhàn)人員的需求，以提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力。在新形勢(shì)下，傳統(tǒng)的被動(dòng)式保障已經(jīng)無(wú)法滿足新時(shí)代裝備的需要以及未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的需要。未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)的保障需求涵蓋全時(shí)智能感知、物資彈藥精確調(diào)控、作戰(zhàn)補(bǔ)給精準(zhǔn)配送等綜合保障總體要求。為逐步實(shí)現(xiàn)從“被動(dòng)式保障”到“預(yù)防性保障”，最終實(shí)現(xiàn)“預(yù)測(cè)性保障”、“精準(zhǔn)保障”的轉(zhuǎn)變，在智能條件下裝備保障的模式逐步朝向自主式保障、協(xié)同式保障、扁平化保障、系統(tǒng)化保障的方向發(fā)展[2]。具體體現(xiàn)在：實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控與決策、彈藥精準(zhǔn)補(bǔ)給、備件及時(shí)供應(yīng)、人員動(dòng)態(tài)調(diào)配、協(xié)同作戰(zhàn)等。智能化保障將一改傳統(tǒng)保障模式人為參與過(guò)多的弊端，借助大數(shù)據(jù)、信息系統(tǒng)等新興技術(shù)收集裝備狀態(tài)并科學(xué)、準(zhǔn)確、智能的進(jìn)行自主判斷和合理決策，從而實(shí)現(xiàn)裝備保障的及時(shí)化、精準(zhǔn)化、系統(tǒng)化和全局化。

圖1 智能化保障概念圖Fig.1 Concept map of intelligent equipment support

2 國(guó)外智能化保障的發(fā)展現(xiàn)狀

在高新技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，隨著軍事保障理念的不斷進(jìn)步，近年來(lái)世界各國(guó)在智能化保障方面不斷深化研究并轉(zhuǎn)化應(yīng)用，越來(lái)越多的智能化保障裝備、保障系統(tǒng)逐步應(yīng)用并列裝部隊(duì)，整體呈現(xiàn)出保障裝備無(wú)人化、保障伴隨自主化和保障預(yù)測(cè)精準(zhǔn)化的態(tài)勢(shì)。

1）保障裝備無(wú)人化

無(wú)人化的保障裝備具備風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)低、操作難度小、保障效能高等特點(diǎn)，最大限度的降低安全風(fēng)險(xiǎn)，滿足“非接觸零傷亡”需求。其中，美國(guó)防部研發(fā)了一種戰(zhàn)場(chǎng)搜索救護(hù)機(jī)器人，能夠懷抱士兵在崎嶇不平的地帶完成搜索和救護(hù)；美海軍研發(fā)了能在水下對(duì)受困的潛艇艇員實(shí)施救援的無(wú)人潛航救生艇[3]。俄羅斯研制出“天王星?6”多功能無(wú)人排雷系統(tǒng)，可在戰(zhàn)場(chǎng)進(jìn)行掃雷行動(dòng)；研制出的智能水下機(jī)器人用于探雷、獵雷、搜索和探測(cè)失事艦船等。法國(guó)“騎兵”輪式保障車可執(zhí)行監(jiān)視、掃雷、運(yùn)輸武器等任務(wù)。

2）保障伴隨自主化

隨著裝備性能的不斷提高，戰(zhàn)機(jī)、艦艇等作戰(zhàn)半徑逐步延伸，在遠(yuǎn)離保障基地、保障資源的情況下，如何讓裝備持久保持戰(zhàn)斗力是世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)，并逐漸呈現(xiàn)出自主化伴隨的特點(diǎn)。其中，美國(guó)應(yīng)用3D 打印技術(shù)成功修復(fù)某型主戰(zhàn)坦克的燃?xì)鉁u輪和AV?8鷂式戰(zhàn)機(jī)的鼻錐受損部位[4]。美陸軍“破碎機(jī)”無(wú)人運(yùn)輸車能克服壟溝、樹林等多地段環(huán)境并攜帶約3.6 t的裝備對(duì)部隊(duì)實(shí)施伴隨保障。

3）保障預(yù)測(cè)精準(zhǔn)化

面對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)要做到“針對(duì)性、計(jì)劃性、目的性、超前性”，才能掌控戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)，占據(jù)戰(zhàn)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)地位。面對(duì)瞬息萬(wàn)變的戰(zhàn)爭(zhēng)形式，對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)則將對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)占據(jù)先機(jī)。2018 年，美軍第94 戰(zhàn)斗機(jī)中隊(duì)在6 個(gè)月中東部署期間，完成多頻次、高強(qiáng)度的飛行任務(wù)。以F?22 為核心創(chuàng)造的“快速猛禽”戰(zhàn)術(shù)，4 架F?22 搭配1 架C?17 可隨時(shí)部署到陌生的野戰(zhàn)機(jī)場(chǎng)，24 h 內(nèi)具備作戰(zhàn)能力，以應(yīng)對(duì)日趨完善的“遠(yuǎn)程偵察?精確打擊”體系對(duì)固定基地部署的威脅[5]。

3 我國(guó)智能化保障發(fā)展存在的問題

1）裝備的信息化、智能化程度低

裝備智能化程度的高低較大程度取決于信息的實(shí)時(shí)采集、匯總與處理。目前絕大多數(shù)裝備的信息化程度較低，信息的采集和處理較多限定為單機(jī)范圍，無(wú)法實(shí)時(shí)的將裝備狀態(tài)信息反饋至數(shù)據(jù)處理中心。

2）智能保障平臺(tái)體系不完善

裝備的保障平臺(tái)不能準(zhǔn)確把控各型裝備的狀態(tài)，缺乏大量的裝備零部件磨損、疲勞、腐蝕等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累，不能科學(xué)評(píng)估裝備的磨損、疲勞、腐蝕程度、定期更換件周期、彈藥使用情況等，無(wú)法為智能判斷裝備的狀態(tài)提供依據(jù)。

3）保障性設(shè)計(jì)不充分

裝備的好保障是設(shè)計(jì)出來(lái)的。裝備在設(shè)計(jì)初期往往忽略了保障性或?qū)ΡＵ闲栽O(shè)計(jì)考慮不充分，導(dǎo)致裝備的保障性設(shè)計(jì)不足。

4）智能保障體系及規(guī)范不統(tǒng)一

裝備保障智能化發(fā)展依賴智能保障體系，應(yīng)具備“實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)、提前觸發(fā)保障、智能放飛決策、精確故障隔離、基于狀態(tài)維修”等技術(shù)特征，目前并沒有形成認(rèn)知統(tǒng)一、理念一致的體系技術(shù)內(nèi)涵和規(guī)范，不利于裝備保障智能化的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

5）智能化保障裝備建設(shè)程度不高

作戰(zhàn)裝備和保障裝備之間存在“上限”和“下限”的必然關(guān)聯(lián)：智能化作戰(zhàn)裝備的建設(shè)決定了戰(zhàn)斗力的“下限”，而保障裝備的建設(shè)決定了裝備是否能最大化發(fā)揮戰(zhàn)斗力和是否能夠持久保持戰(zhàn)斗力，其決定了裝備戰(zhàn)斗力的“上限”。目前我國(guó)的大量精力放在對(duì)智能化作戰(zhàn)武器平臺(tái)的研發(fā)，而智能化保障裝備的建設(shè)明顯滯后。

4 智能化在裝備保障的發(fā)展方向

1）保障感知自主化

為適應(yīng)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的需求，滿足裝備的快速化、精準(zhǔn)化保障的需求，對(duì)裝備健康狀態(tài)進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)并對(duì)保障需求進(jìn)行自主感知，是實(shí)現(xiàn)智能化保障的重要技術(shù)基礎(chǔ)[6]。故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)（PHM）的核心在于對(duì)裝備或復(fù)雜系統(tǒng)的狀態(tài)預(yù)測(cè)，為精準(zhǔn)、高效的智能化保障提供數(shù)據(jù)支持。通過(guò)傳感器采集系統(tǒng)對(duì)裝備進(jìn)行數(shù)字化的信息或信號(hào)采集，在日常保障中可通過(guò)多源信號(hào)快速預(yù)處理方法與動(dòng)態(tài)性能特征提取、融合及降維方式等方法，借助智能算法與推理模型實(shí)現(xiàn)武器裝備運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)、預(yù)測(cè)和判別，自主感知裝備的保障需求。

2）保障系統(tǒng)集成化

數(shù)字化、信息化技術(shù)是智能化保障的關(guān)鍵數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，結(jié)合裝備全壽命周期管理的理念，從裝備的保障需求出發(fā)，從上至下逐級(jí)搭建保障管理系統(tǒng)。總系統(tǒng)、子系統(tǒng)、分系統(tǒng)各司其職，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、提取、歸納和處理，通過(guò)數(shù)字化信息手段掌控各級(jí)裝備的健康狀況，并實(shí)現(xiàn)“下情上達(dá)”，為保障資源的分配提供數(shù)據(jù)支持。為發(fā)揮智能化在裝備保障中的優(yōu)勢(shì)，從總體上實(shí)現(xiàn)全局掌控，打通“奇經(jīng)八脈”進(jìn)行保障系統(tǒng)集成化建設(shè)是一個(gè)必然的發(fā)展方向。

3）保障決策智能化

面對(duì)海量傳輸數(shù)據(jù)，如何實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)篩選、分析和保障決策是智能化保障的核心，是判斷智能化程度高低的關(guān)鍵指標(biāo)，是提升保障效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是裝備保障智能化發(fā)展的重點(diǎn)方向。結(jié)合人工智能技術(shù)的發(fā)展，在大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)等基礎(chǔ)上，對(duì)裝備、戰(zhàn)場(chǎng)的保障需求從輔助分析、輔助決策向自主分析、智能決策進(jìn)行進(jìn)化，合理判別戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的彈藥、備品備件、人員的需求，科學(xué)評(píng)估裝備的受力件、磨損件、壽命件的健康狀況并作出智能決策。

4）保障手段豐富化

面對(duì)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的需求和裝備保障的需求，隨著技術(shù)的拓展應(yīng)用，前沿技術(shù)的不斷突破，為裝備保障提供了更多的選擇，保障手段日益豐富。

①結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)VR、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR、混合現(xiàn)實(shí)MR 等技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，在裝備的保障性設(shè)計(jì)中，為裝備的保障性設(shè)計(jì)進(jìn)行空間、結(jié)構(gòu)、原理的實(shí)體化驗(yàn)證，進(jìn)行驗(yàn)證性評(píng)估。在裝備的訓(xùn)練工作中，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)取代實(shí)裝場(chǎng)景，為裝備的保障培訓(xùn)、訓(xùn)練提供身臨其境的訓(xùn)練體驗(yàn)，提升訓(xùn)練效率，降低訓(xùn)練風(fēng)險(xiǎn)。

②增材再制造技術(shù)可以在不更換產(chǎn)品基體的情況下，在基體本身上實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域、艦船復(fù)雜狀態(tài)下的原位修復(fù)，提高保障效率，促進(jìn)裝備戰(zhàn)斗力。同時(shí)，面對(duì)戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急保障、遠(yuǎn)海保障、島礁及海外基地保障，由于裝備損壞部位難以預(yù)測(cè)，同時(shí)攜帶備件能力有限，利用增材制造技術(shù)可以提高戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急保障能力。

③建立以“5G+保障”的裝備遠(yuǎn)程保障調(diào)度管理中心，借助云平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，應(yīng)用5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、故障診斷專家系統(tǒng)和智能推理算法，實(shí)現(xiàn)裝備保障需求信息的遠(yuǎn)程傳輸、裝備故障遠(yuǎn)程診斷、裝備訓(xùn)練遠(yuǎn)程培訓(xùn)等功能，實(shí)現(xiàn)裝備保障可視化管理和保障資源統(tǒng)籌調(diào)配和人員調(diào)度的管理。

④借助多維度、多層次的數(shù)據(jù)聯(lián)系實(shí)現(xiàn)虛擬空間與物理實(shí)體交互融合的數(shù)字孿生技術(shù)，能夠節(jié)約保障成本、提升保障時(shí)效，為裝備保障的提供新動(dòng)力。

⑤基于無(wú)人化保障裝備的發(fā)展和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)爭(zhēng)補(bǔ)給、傷員救治、裝備救援等無(wú)人化保障的目標(biāo)，高效滿足保障需求的同時(shí)，降低人員損耗、節(jié)約保障成本、提升保障效率。

5）保障儲(chǔ)備平戰(zhàn)一體化

保障儲(chǔ)備不但要滿足裝備日常保障需求，同時(shí)也要適應(yīng)緊急情況下平時(shí)轉(zhuǎn)戰(zhàn)時(shí)的保障需要，如何科學(xué)、合理的進(jìn)行彈藥、油料、備件等物資的儲(chǔ)備，是智能化保障的物質(zhì)基礎(chǔ)。結(jié)合大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)助力物資儲(chǔ)備，針對(duì)不同階段、不同時(shí)期、不同地域、不同軍種的保障需求進(jìn)行智能化評(píng)估，在兼顧戰(zhàn)時(shí)和平時(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行物資”柔性化”儲(chǔ)備，協(xié)調(diào)“庫(kù)存”和“消耗”之間形成良性循環(huán)，既不產(chǎn)生物資儲(chǔ)備過(guò)剩造成資源浪費(fèi)，亦不出現(xiàn)物資緊缺影響戰(zhàn)斗力。提高物資儲(chǔ)備效能，適應(yīng)裝備保障的發(fā)展需要，達(dá)到保障物資儲(chǔ)備戰(zhàn)平化是未來(lái)保障的重要環(huán)節(jié)。

5 結(jié)語(yǔ)

歷史是最好的教科書，軍事力量的發(fā)展依靠技術(shù)作為支撐。數(shù)字孿生、故障預(yù)測(cè)與健康管理、人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，為裝備保障的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和蛻變的契機(jī)。為持續(xù)保持軍事競(jìng)爭(zhēng)力，保證裝備的持續(xù)戰(zhàn)斗力，本文以智能化保障為切入點(diǎn)，從發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展前景以及當(dāng)下發(fā)展的問題為指引，研究裝備的智能化發(fā)展，為裝備保障的智能化發(fā)展提供技術(shù)支持。