軍用航材智能化保障的技術(shù)構(gòu)建

張 飚，陳 軍，劉瑾洲

（陸軍勤務(wù)學(xué)院油料系，重慶400000）

從科技發(fā)展方向和未來戰(zhàn)場環(huán)境來看，信息化、智能化是軍隊(duì)發(fā)展的必然方向。軍用航材保障也必須與部隊(duì)建設(shè)接軌，探索智能化的保障模式。國內(nèi)外學(xué)者從航材保障的各個(gè)方面開展了大量的研究，Ghobbar[1]、Regattieri[2]、Syntetos[3]、張永莉[4]等對(duì)航材需求預(yù)測進(jìn)行了研究，分析得出了需求的臨界值，找出了較好的需求預(yù)測方法。Kilpi[5]分析了影響航材供應(yīng)鏈成員企業(yè)之間的因素，并把航材共享作為重要的合作策略。蔣平清[6]、董健康[7]、丁曉妮[8]、宋立明[9]等對(duì)RFID 技術(shù)在航空維修、航材管理中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，開發(fā)了航材管理系統(tǒng)客戶端應(yīng)用程序。但是，由于用戶需求以及使用環(huán)境的差異，這些研究缺乏對(duì)軍隊(duì)編制下航材的保障方法及具體保障模式的分析。

著眼實(shí)現(xiàn)軍用航材保障智能化，本文在構(gòu)建保障模式的基礎(chǔ)上，對(duì)智能化保障的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行技術(shù)構(gòu)建。

1 軍用航材智能化保障的模式構(gòu)建

智能化是軍隊(duì)未來發(fā)展的目標(biāo)，軍用航材智能化保障模式的構(gòu)建可大致分為：需求的自動(dòng)感知、資源的實(shí)時(shí)可見、任務(wù)的智能規(guī)劃、保障的自主運(yùn)行和配送的聚焦直達(dá)。

1.1 需求的自動(dòng)感知

未來作戰(zhàn)，戰(zhàn)場情況瞬息萬變、戰(zhàn)機(jī)稍縱即逝，飛機(jī)的出動(dòng)率直接影響著整個(gè)戰(zhàn)場態(tài)勢，智能、高效的航材保障對(duì)飛機(jī)的維修率、出動(dòng)率有著深刻影響。航材需求信息傳遞不及時(shí)、不對(duì)稱將嚴(yán)重影響航材的保障效率，實(shí)現(xiàn)航材智能化保障的基礎(chǔ)是實(shí)現(xiàn)航材需求的自動(dòng)感知。[10]

1.2 資源的實(shí)時(shí)可見

資源的實(shí)時(shí)可見主要實(shí)現(xiàn)對(duì)航材的定位、分布、運(yùn)行狀態(tài)、使用壽命和周期，航材完好率和保養(yǎng)等信息的實(shí)時(shí)管理，以及對(duì)航材保障的宏觀監(jiān)控。在航材供應(yīng)鏈中，航材以主動(dòng)姿態(tài)參與保障，并與使用機(jī)構(gòu)、管理機(jī)構(gòu)、供應(yīng)機(jī)構(gòu)有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而全面提升航材使用管理、供應(yīng)保障的效能。

1.3 任務(wù)的智能規(guī)劃

航材保障任務(wù)涉及需求申報(bào)、庫存設(shè)計(jì)、航材調(diào)配、航材供給等各項(xiàng)活動(dòng)。每年航材需求的申報(bào)雖然有一定的規(guī)律可循，但影響航材需求的因素繁多，這給基層航材保障人員的工作增加了難度。保障任務(wù)智能規(guī)劃可以協(xié)助航材管理部門實(shí)現(xiàn)需求規(guī)劃、庫存設(shè)計(jì)、航材調(diào)配以及主動(dòng)的航材供給。

1.4 保障的自主運(yùn)行

現(xiàn)階段各國軍隊(duì)致力于實(shí)現(xiàn)智能化、無人化，這也是我軍一個(gè)大的發(fā)展方向。在充分利用現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，建設(shè)自主的航材保障系統(tǒng)，簡化保障程序、釋放保障人員，這是航材保障智能化的必由之路。

1.5 配送的聚焦直達(dá)

“兵馬未動(dòng)，糧草先行?！惫沤裰型獾娜魏我粓鰬?zhàn)爭，物資都是戰(zhàn)爭的基礎(chǔ)要素。航材作為保障飛行的重要物資，其保障的效率直接影響飛行訓(xùn)練。受困于傳統(tǒng)的軍事物流手段，航材流通較為遲滯。申請(qǐng)的航材遲遲不到，將導(dǎo)致飛機(jī)停飛、限飛，影響飛機(jī)完好率、出動(dòng)率，這一現(xiàn)象在老舊飛機(jī)的保障中尤為突出。老舊飛機(jī)由于生產(chǎn)線的關(guān)閉、航材供應(yīng)商的調(diào)整等因素，常常會(huì)出現(xiàn)一件航材需要在整個(gè)戰(zhàn)區(qū)，甚至全國范圍內(nèi)進(jìn)行查找調(diào)配。實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的精確保障，共享高效的物流配送，將有效壓縮航材配送的中間環(huán)節(jié)，提高配送效率。

2 智能化保障模式的功能實(shí)現(xiàn)

在智能化保障模式構(gòu)建的基礎(chǔ)上，將感知技術(shù)、定位技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、軍民融合技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等充分結(jié)合軍隊(duì)航材保障的特點(diǎn)，著力于實(shí)現(xiàn)各模塊功能，對(duì)航材智能化保障進(jìn)行技術(shù)構(gòu)建。

2.1 基于RFID技術(shù)的自動(dòng)感知實(shí)現(xiàn)

軍用航材自動(dòng)感知的基礎(chǔ)是構(gòu)建航材供應(yīng)鏈所屬的環(huán)境內(nèi)“物物相連”的感知網(wǎng)，所有傳感器結(jié)點(diǎn)就像是其“觸角”。通過這些“觸角”能夠?qū)讲牡臅r(shí)間、空間信息實(shí)現(xiàn)精確化的感知，從而達(dá)到航材使用信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測、需求信息的實(shí)時(shí)傳輸以及智能終端的實(shí)時(shí)指控。其優(yōu)點(diǎn)：一是提高了航材需求信息的透明度，破除了使用單位與供應(yīng)部門“迷霧”，真正意義上實(shí)現(xiàn)了“面對(duì)面”，避免了需求信息的層層加碼；二是提高了航材的保障效率，避免了過量的庫存設(shè)計(jì)和冗長的供應(yīng)保障鏈[11]。

利用以RFID 為代表的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，采集所有航材的型號(hào)、屬性等信息，將任一單件物品納入航材信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)航材可視化。在每件航材上加裝RFID 標(biāo)簽，將航材信息寫入標(biāo)簽，如：航材名稱、生產(chǎn)商、生產(chǎn)時(shí)間、使用時(shí)限等，在各航材庫出入庫安裝標(biāo)簽閱讀器，采集航材出入庫信息，將此信息及時(shí)輸入航材庫存管理系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)航材庫存數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行更新。

2.2 基于定位查詢技術(shù)的實(shí)時(shí)可見實(shí)現(xiàn)

航材信息的實(shí)時(shí)可見主要依賴于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)構(gòu)中的定位技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位、GIS地理信息系統(tǒng)、RFID傳感技術(shù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)物流運(yùn)輸配送過程中的定位、監(jiān)控、調(diào)度、線路優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)配[12]，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)則實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫，及時(shí)向用戶發(fā)布信息。通過每件航材內(nèi)的電子標(biāo)簽，依托傳感器和網(wǎng)絡(luò)，便可實(shí)時(shí)查詢航材的具體庫存位置、運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)中的物流信息、使用信息，實(shí)現(xiàn)航材在整個(gè)供應(yīng)鏈中的信息透明化。

20 世紀(jì)初，美軍在重大部署行動(dòng)中，國防部常常受到無法及時(shí)“看”到流經(jīng)后勤渠道物資的困擾，這一現(xiàn)象在海灣戰(zhàn)爭中尤為突顯。當(dāng)時(shí)，美軍將約4 萬個(gè)集裝箱運(yùn)往中東戰(zhàn)場，但由于標(biāo)識(shí)不清，其中的2萬多個(gè)集裝箱不得不重新打開、登記、封裝并再次投入運(yùn)輸。戰(zhàn)爭結(jié)束后，還有8 000 多個(gè)打開的集裝箱未能加以利用。因此，為解決物資在請(qǐng)領(lǐng)、運(yùn)輸、分發(fā)等環(huán)節(jié)中存在的現(xiàn)實(shí)問題，給作戰(zhàn)部隊(duì)提供快速、準(zhǔn)確的物資保障，美國國防部于1992年1月提出了全資產(chǎn)可視性計(jì)劃。該計(jì)劃要求美軍在軍事行動(dòng)的全過程中，在準(zhǔn)確的地點(diǎn)與時(shí)間向部隊(duì)提供數(shù)量準(zhǔn)確的裝備、補(bǔ)給。射頻識(shí)別的應(yīng)用幫助美軍實(shí)現(xiàn)了后勤物資透明化。[11]

航材管理機(jī)構(gòu)在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位，GIS 以及數(shù)據(jù)呈現(xiàn)技術(shù)、信息融合技術(shù)的支持下，繪制成航材倉庫實(shí)力分布圖。由于這些信息可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新，管理部門就可隨時(shí)掌握各級(jí)航材倉庫實(shí)力[13]，如圖1所示。

圖1 航材庫存實(shí)時(shí)呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Real-time presentation structure diagram of aviation material inventory

2.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能規(guī)劃實(shí)現(xiàn)

航材保障任務(wù)貫穿航材供應(yīng)鏈全過程，包含了航材的生產(chǎn)、運(yùn)輸、庫存和使用等。其中，航材的需求上報(bào)以及航材的調(diào)配是基層航材人員保障工作中2個(gè)重要的組成部分。下面以需求預(yù)測為例，對(duì)航材保障任務(wù)智能規(guī)劃的技術(shù)支撐作簡要闡述。

航材需求的預(yù)測通常以歷史消耗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，影響航材消耗的因素較多，部分影響因子很難進(jìn)行量化，而且影響因子與航材消耗量之間很難找到一種線性的函數(shù)關(guān)系。所以，須要找到一種非線性的預(yù)測方法，對(duì)航材消耗的影響因子進(jìn)行分析，找出航材的消耗規(guī)律，對(duì)航材需求進(jìn)行預(yù)測，對(duì)航材保障工作進(jìn)行指導(dǎo)，提高保障工作的經(jīng)濟(jì)效益。[14]

結(jié)合航材消耗量與影響因子之間的離散性，可采用BP（誤差反向傳播）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立消耗預(yù)測模型。通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，分析影響航材消耗的因素，選取主要影響因素作為輸入信號(hào)，把相對(duì)應(yīng)的消耗量作為輸出信號(hào)，從而對(duì)航材需求進(jìn)行預(yù)測，基本原理如圖2所示[14]。

圖2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理圖Fig.2 Neural network schematic diagram

航材消耗的影響因素較多。其中，飛行時(shí)間、起落數(shù)、維修人員水平、航材故障率等影響最為突出。根據(jù)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理，建立航材消耗的數(shù)學(xué)模型。設(shè)航材的消耗量為L/件，飛行時(shí)間為T /h，起落數(shù)為N/次，維修水平可用維修人員考核通過率R/%表示，航材的故障率F/（個(gè)/103h）表示，L 為與T 、N 、R、F 相關(guān)的非線性函數(shù)，可表示為L=f(T,N,R,F)。以某單位2000—2009 年度對(duì)某件航材的消耗數(shù)據(jù)為例，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)該航材來年的消耗進(jìn)行預(yù)測，見表1，數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[15]。

表1 某單位某型航材歷史消耗數(shù)據(jù)Tab.1 Historical consumption data of a certain type of aviation material in a unit

輸入表1中的數(shù)據(jù)，利用Matlab軟件創(chuàng)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)歷史消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，L的輸出值結(jié)果如表2所示。

表2 輸出值誤差分析Tab.2 Error analysis of output value

日常的航材保障中，T 、N 的值可以根據(jù)年度的訓(xùn)練計(jì)劃得出，R 的值可通過維修人員的年度考評(píng)得出，F(xiàn) 的值可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)得出。將這些已知的數(shù)據(jù)輸入該模型，便可對(duì)來年的航材消耗（L）進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)消耗量的預(yù)測便可輕松制定上報(bào)航材需求。由表2 可以看出，實(shí)際輸出值與期望值之間存在一定的誤差，當(dāng)輸入的歷史數(shù)據(jù)和影響因素越多，誤差就會(huì)越小，預(yù)測的進(jìn)度就會(huì)越快。

2.4 基于云計(jì)算的自主運(yùn)行實(shí)現(xiàn)

為了各類數(shù)據(jù)和信息更直觀地呈現(xiàn)，更好地協(xié)助航材保障任務(wù)的執(zhí)行，人們希望航材保障系統(tǒng)提供更加簡單、舒適的操作界面和具備自學(xué)習(xí)功能，這樣就能在保障過程中釋放更多的人工。

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層通過建立云計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和服務(wù)[16]。通過云計(jì)算技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)中海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和輔助決策，將兩者應(yīng)用于航材保障中，可有效提高航材保障全程的可視化程度、精確保障水平及管理保障效能。

云計(jì)算將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心體系進(jìn)行信息融合，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一組織，靈活調(diào)用各種信息資源，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模分布式計(jì)算的信息處理。利用虛擬資源管理等技術(shù)，將分散的資源集中起來形成共享的虛擬資源池，并以動(dòng)態(tài)按需和可度量的方式向用戶提供服務(wù)。[17]根據(jù)云計(jì)算基本原理，可將航材保障系統(tǒng)分為4 層：用戶層、應(yīng)用層、服務(wù)層及數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層通過對(duì)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將初始數(shù)據(jù)提供給服務(wù)層進(jìn)行儲(chǔ)存，應(yīng)用層通過相關(guān)數(shù)據(jù)的分析為用戶呈現(xiàn)服務(wù)數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 航材保障系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.3 Architectural design of aviation material support system

數(shù)據(jù)層的主要工作是采集初始數(shù)據(jù)，由各類智能芯片和數(shù)據(jù)讀取發(fā)射裝置組成，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。服務(wù)層包含物理資源服務(wù)和虛擬資源服務(wù)2 項(xiàng)內(nèi)容，主要是對(duì)數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析和儲(chǔ)存，是整個(gè)系統(tǒng)的核心組成部分。其中，物理資源服務(wù)包含了服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫等實(shí)體，虛擬資源服務(wù)則主要依托各類網(wǎng)絡(luò)和軟件等虛擬工具。應(yīng)用層是數(shù)據(jù)用于航材保障活動(dòng)的功能呈現(xiàn)層，開發(fā)人員可根據(jù)用戶需求將特定的數(shù)據(jù)向特定的人群呈現(xiàn)，例如：為基層倉庫管理人員呈現(xiàn)本單位航材需求、庫存的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，生成需求信息；為維修人員呈現(xiàn)航材的維修使用信息；為管理機(jī)關(guān)呈現(xiàn)各倉庫庫存實(shí)力分布，制定調(diào)配方案；為供應(yīng)商呈現(xiàn)航材需求信息等。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)用戶的不同需求，充分挖掘數(shù)據(jù)庫信息，開發(fā)設(shè)計(jì)不同軟件。用戶層則是信息的接受使用層，包括航材供應(yīng)鏈中的各類人員和機(jī)構(gòu)，如航材保障人員、機(jī)務(wù)人員、管理機(jī)關(guān)、供應(yīng)商、系統(tǒng)維護(hù)人員等。依托云計(jì)算技術(shù)，可以將采集的航材相關(guān)數(shù)據(jù)更好地呈現(xiàn)，為航材保障活動(dòng)提供指導(dǎo)和幫助。

2.5 基于融合共享的聚焦直達(dá)實(shí)現(xiàn)

航材運(yùn)輸配送是保障活動(dòng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其速度直接影響航材保障的效率。這就要求航材運(yùn)輸需求、供給以及承運(yùn)單位之間密切聯(lián)系，合理安排運(yùn)輸工具、配送方式，及時(shí)更新物流信息，準(zhǔn)確及時(shí)地完成航材配送轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)。在航材保障過程中充分發(fā)揮軍隊(duì)和社會(huì)各方優(yōu)勢，統(tǒng)一指揮，簡化流程，精簡重疊的物流保障機(jī)構(gòu)，集中力量，提高物流保障的統(tǒng)一性和時(shí)效性。

海灣戰(zhàn)爭期間，美軍雇傭了26個(gè)地方單位對(duì)戰(zhàn)場物資運(yùn)輸實(shí)施應(yīng)急物流保障，實(shí)現(xiàn)了物資的快速籌措。伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍臨時(shí)征用民間企業(yè)來實(shí)現(xiàn)從工廠到戰(zhàn)場的一體化物流保障機(jī)制，運(yùn)輸快、占用庫存成本少。通過軍民融合，實(shí)現(xiàn)軍民一體化物流保障，已成為各國軍隊(duì)的必然選擇。[18]

2.6 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)支撐

需求感知、任務(wù)規(guī)劃、保障運(yùn)行、保障方案、供給配送等信息的處理、傳輸離不開網(wǎng)絡(luò)支撐。軍事活動(dòng)的保密性，對(duì)航材保障數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全等提出了更高的要求。

為實(shí)現(xiàn)保密性、完整性、認(rèn)證性、抗抵賴性和可用性，確保用戶對(duì)系統(tǒng)資源的控制，保障系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，航材保障網(wǎng)絡(luò)層可以細(xì)分為接入層、匯聚層、核心交換層，各層對(duì)安全要求的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，涉及的技術(shù)也較為繁多，需要針對(duì)各層級(jí)要求具體分析。美國國防信息系統(tǒng)安全計(jì)劃（DISSP）提出的信息系統(tǒng)安全技術(shù)體系框架，在分析軍事物聯(lián)網(wǎng)整體安全技術(shù)架構(gòu)基礎(chǔ)上，針對(duì)各層級(jí)安全要求，尋求具體的技術(shù)支撐，如圖4所示[19]。

圖4 信息系統(tǒng)安全技術(shù)體系框架Fig.4 Information system security technology architecture framework

3 結(jié)論

本文通過對(duì)軍用航材智能化保障模式進(jìn)行構(gòu)建，建立了該模式的需求模塊。通過分析論證確立了以RFID 技術(shù)、定位查詢技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、軍民融合等為軍用航材智能化保障模式的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行技術(shù)構(gòu)建研究。當(dāng)然，將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)運(yùn)用于軍用網(wǎng)絡(luò)還需要更加廣泛深入地研究。只有在與時(shí)俱進(jìn)地應(yīng)用前沿科技的同時(shí)，充分結(jié)合部隊(duì)實(shí)際，才能保證航材保障跟上軍隊(duì)現(xiàn)代化、智能化的步伐，跟上科技進(jìn)步的步伐。