深度學(xué)習(xí)在工程裝備戰(zhàn)場搶修中的運用探討

吳曉磊，王清，陳海松

（陸軍工程大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，江蘇 南京 210001）

全軍開訓(xùn)動員令中強(qiáng)調(diào)，要深化實戰(zhàn)實訓(xùn)，堅持以戰(zhàn)領(lǐng)訓(xùn)、以訓(xùn)促戰(zhàn)，加強(qiáng)戰(zhàn)爭和作戰(zhàn)問題研究，加強(qiáng)實案化對抗性訓(xùn)練，加強(qiáng)應(yīng)急應(yīng)戰(zhàn)專攻精練，加強(qiáng)軍事斗爭一線練兵，推動戰(zhàn)訓(xùn)深度耦合，實現(xiàn)作戰(zhàn)和訓(xùn)練一體化，確保全時待戰(zhàn)、隨時能戰(zhàn)。這深刻揭示了“仗怎么打，兵就怎么練”的必要性、緊迫性，為備戰(zhàn)向打仗靠攏提供了科學(xué)的理論依據(jù)。一直以來，工程裝備是我軍戰(zhàn)斗裝備的重要構(gòu)成部分，是戰(zhàn)場保障的必要物質(zhì)基礎(chǔ)，是打贏實戰(zhàn)的關(guān)鍵一環(huán)。戰(zhàn)場搶修作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中部隊鞏固戰(zhàn)斗力的倍增因子，有效彌補(bǔ)了工程裝備的戰(zhàn)損（傷），對部隊在實戰(zhàn)環(huán)境下戰(zhàn)斗力保持有著不可替代的重要作用。因而，在新時代強(qiáng)軍目標(biāo)的牽引下，提高工程裝備的戰(zhàn)場搶修能力迫在眉睫。

1 工程裝備戰(zhàn)場搶修的特點與要求

1.1 釋義

工程裝備戰(zhàn)場搶修是迅速恢復(fù)受打擊等損壞的工程機(jī)械裝備的技（戰(zhàn)）術(shù)性能的必要措施和行動過程，其目的是保證工程裝備能夠在戰(zhàn)時發(fā)揮最大效能，在短時間內(nèi)把戰(zhàn)損工程裝備恢復(fù)到戰(zhàn)斗或準(zhǔn)備戰(zhàn)斗的狀態(tài)。工程裝備戰(zhàn)場修復(fù)包括戰(zhàn)場損傷評估和戰(zhàn)場損傷修復(fù)，快速確定工程裝備戰(zhàn)場損傷情況，及時確定搶修方法、步驟和所需資源，使受損裝備恢復(fù)到能夠完成任務(wù)或完成自救過程的狀態(tài)。

1.2 基本特點

（1）修理時限緊湊。戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變，特別是現(xiàn)代化戰(zhàn)爭分秒必爭的特性要求受損的工程裝備能夠在有限的時間內(nèi)迅速及時地修復(fù)，使其及時投入戰(zhàn)斗，戰(zhàn)時工程裝備維修時間基本以小時甚至精確到分鐘計。特別地，在交戰(zhàn)雙方工程裝備損耗嚴(yán)重的情況下，爭取時間恢復(fù)己方戰(zhàn)傷（損）裝備作戰(zhàn)能力，就能掌握后繼戰(zhàn)場主動權(quán)。

（2）維修環(huán)境惡劣。作戰(zhàn)過程中工程裝備的修理條件復(fù)雜，需要面對多方考驗。來自地、海、空、天的襲擊和電磁脈沖干擾，高溫、潮濕、高寒、風(fēng)暴等惡劣自然環(huán)境，核武器、化學(xué)武器、生物武器等襲擊，均構(gòu)成搶修現(xiàn)場不可抗拒的環(huán)境背景。在這種惡劣環(huán)境下展開搶修作業(yè)，疊加官兵臨戰(zhàn)壓力，直接干擾維修人員的心理、生理狀態(tài)。

（3）戰(zhàn)損原因復(fù)雜。日常工程裝備故障通常由系統(tǒng)設(shè)備故障或結(jié)構(gòu)疲勞損傷引起，表現(xiàn)形式、發(fā)展過程有內(nèi)在規(guī)律可循，定期檢修可將部分故障消除在萌芽狀態(tài)，使裝備發(fā)揮最好性能。而工程裝備戰(zhàn)場搶修通常面臨工程裝備受炮（導(dǎo)）彈碎片或者核武器沖擊波（輻射）造成的損傷，帶有充分的偶然性、隨機(jī)性、不可預(yù)知性，在進(jìn)行工程裝備戰(zhàn)時搶修中會面臨各式未知原因。

（4）維修標(biāo)準(zhǔn)特殊。工程裝備戰(zhàn)時搶修強(qiáng)調(diào)速度，與平時修理的規(guī)程、方法、指標(biāo)、參數(shù)不通用，修復(fù)后的工程裝備允許技（戰(zhàn)）術(shù)指標(biāo)下降，必要時可弱化無關(guān)性能全力保障實現(xiàn)戰(zhàn)役（戰(zhàn)斗）動機(jī)。因而，戰(zhàn)時工程裝備維修通常結(jié)合戰(zhàn)場態(tài)勢，有計劃放寬技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整規(guī)定的使用壽命、預(yù)防性維修時限、安全系數(shù)和強(qiáng)度儲備，采用應(yīng)急方法和技術(shù)手段。

2 工程裝備戰(zhàn)場搶修現(xiàn)狀

2.1 現(xiàn)實背景

工程裝備戰(zhàn)場搶修涉及裝備全系統(tǒng)、全壽命過程，其技術(shù)與管理、工程與軍事、傳統(tǒng)經(jīng)驗與新技術(shù)新條件結(jié)合程度高，涉及作戰(zhàn)指揮、部隊部署與行動、后勤保障等諸多要素，涵蓋裝備論證、研制、試驗、使用、維修。必須靈活運用所有可用的技術(shù)手段。我軍長期以來重視戰(zhàn)場搶修工作，具有這方面的優(yōu)良傳統(tǒng)，特別是建國后的歷次重大戰(zhàn)役中，維修人員排除困難、不畏犧牲、積極搶修，確保了戰(zhàn)役（戰(zhàn)斗）的勝利，汲取了寶貴的實戰(zhàn)經(jīng)驗。

2.2 主要技術(shù)手段

（1）采取預(yù)防性維修與靠前搶修。戰(zhàn)場搶修不同于平時修理，具有極強(qiáng)的時間觀念，戰(zhàn)備條件下正確及時的預(yù)防性維修保養(yǎng)，能夠使工程裝備常態(tài)化處于良好狀態(tài)，利于延長戰(zhàn)場使用壽命，提高戰(zhàn)時搶修的效率。當(dāng)工程裝備在戰(zhàn)場上出現(xiàn)故障時，修理單位的位置越靠著戰(zhàn)場一線越好，最好是維修人員就在現(xiàn)場對戰(zhàn)損工程裝備展開修理，或由上一級保障部隊派出機(jī)動維修力量迅速趕赴現(xiàn)場投入搶修。如果不能現(xiàn)場修理好，則要將裝備送回具有相應(yīng)修理能力的單位進(jìn)行修理，以便盡快將戰(zhàn)場損壞的裝備重新投入戰(zhàn)斗。

（2）依托高機(jī)動化的搶修機(jī)構(gòu)。工程裝備搶修機(jī)構(gòu)須具備與其保障的作戰(zhàn)部隊相同的機(jī)動能力，同步跟上作戰(zhàn)部隊節(jié)奏，第一時間為損壞裝備提供所需的維修勤務(wù)保障，通常按照投入戰(zhàn)斗所需修理時間和工程裝備損壞程度區(qū)分戰(zhàn)時修理機(jī)構(gòu)級別。

（3）以換件、拼修的操作方式為主。在正常情況下，戰(zhàn)場上沒必要將損壞的工程裝備完全恢復(fù)到設(shè)計出廠的水平。戰(zhàn)場環(huán)境下，一般采用通用化的零部件或模塊化的快修組件，甚至在零部件供應(yīng)基本不足的情況下，拆卸部分受損裝備進(jìn)行戰(zhàn)場組裝維修，使工程裝備的作戰(zhàn)能力迅速恢復(fù)。

2.3 存在不足

現(xiàn)行模式下，工程裝備戰(zhàn)場搶修實際操作方面的不確定因素仍然較多，維修人員在實戰(zhàn)情況下多是憑已掌握的故障數(shù)據(jù)（現(xiàn)象），結(jié)合以往處置類似故障的經(jīng)驗進(jìn)行主觀分析，部分情況下只能定性、不能定量。因此，受制于維修人員的能力水平、故障信息獲取的數(shù)量與維度、戰(zhàn)場其他干擾因素等制約，許多工程裝備的維修質(zhì)效比低下，特別是戰(zhàn)場搶修情勢下更加犧牲成本，過度浪費寶貴的戰(zhàn)場資源，并且修復(fù)后的工程裝備往往隱患系數(shù)偏高，不便再次投入后期戰(zhàn)備訓(xùn)練，對現(xiàn)有工程裝備的可持續(xù)性使用產(chǎn)生極大影響。

3 深度學(xué)習(xí)對工程裝備戰(zhàn)場搶修的啟示

3.1 深度學(xué)習(xí)釋義

深度學(xué)習(xí)（DL，Deep Learning）源于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN，Artificial Neural Network）的拓展研究，含有n個隱含結(jié)點的隱含層就是一種深度學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)，深度學(xué)習(xí)通過組合低層特征形成更加抽象的高層表示屬性類別或特征，以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式特征表示（見圖1）。

圖1 深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）的典型結(jié)構(gòu)

深度學(xué)習(xí)是一種復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，其目的是讓機(jī)器具有人的“思維”，即有邏輯地分析和學(xué)習(xí)，識別各類型數(shù)據(jù)，以解決復(fù)雜模式下的各類識別問題，深度學(xué)習(xí)技術(shù)可以廣泛運用于大數(shù)據(jù)搜索、人機(jī)仿真對話、自然語言翻譯、個性化推薦等不同領(lǐng)域。當(dāng)前，深度學(xué)習(xí)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用日漸廣泛，使得AI這一新興技術(shù)取得長足的進(jìn)步與發(fā)展。

3.2 作用機(jī)理

工程裝備的戰(zhàn)場損傷類別多樣，不僅體現(xiàn)在機(jī)械本身的結(jié)構(gòu)差異化上，還與工程裝備在戰(zhàn)場上的戰(zhàn)略（戰(zhàn)術(shù)）布局、承擔(dān)的任務(wù)性質(zhì)有深刻關(guān)系。不同的工程裝備在戰(zhàn)場上產(chǎn)生的故障現(xiàn)象不同，某一相同表征故障現(xiàn)象放在不同的工程裝備或結(jié)構(gòu)上差異也很大。面對此類工程裝備搶修難題，深度學(xué)習(xí)技術(shù)以其學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、覆蓋范圍廣、適應(yīng)能力強(qiáng)、可移植性好等優(yōu)點，在處理信息的性能上提升巨大，將能大幅提升戰(zhàn)場故障的辨識效率，輔助查驗具體故障情況，生成最優(yōu)戰(zhàn)場搶修方案。特別是在當(dāng)前工程裝備信息化、機(jī)械化、集成化高的情況下，復(fù)雜故障的特征維度（Characteristic Dimension）急劇膨脹，需要處理的數(shù)據(jù)繁雜多樣。在追求時效的戰(zhàn)場維修保障模式下，深度學(xué)習(xí)技術(shù)能通過多項式模型的交叉項關(guān)聯(lián)優(yōu)勢，構(gòu)建嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)。這樣既能學(xué)習(xí)特征的非線性信息，又能學(xué)習(xí)變量的交叉效果。針對工程裝備的典型故障特點，盡可能多地采集故障數(shù)據(jù)，生成工程裝備技（戰(zhàn)）術(shù)故障參數(shù)數(shù)據(jù)庫，建立深度學(xué)習(xí)模型（圖2），通過平時大量的定量數(shù)據(jù)識別訓(xùn)練，提高基本故障識別的準(zhǔn)確性。

圖2 深度學(xué)習(xí)模型

在此基礎(chǔ)上，提高數(shù)據(jù)特征提取精度并進(jìn)行有效分類，采用合理的降維方法剔除不敏感因子，獲得故障數(shù)據(jù)的顯著特征。針對隨機(jī)故障、偶然事故等顯現(xiàn)特征不明顯的數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)交叉檢測分析，獲取相對合理的置信區(qū)間，供維修人員決策。

3.3 前景展望

（1）實施精準(zhǔn)維修。利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)處置工程裝備戰(zhàn)場搶修問題，能提高發(fā)現(xiàn)故障甚至隱患的敏感度，極大縮短故障檢測排查時間，為精準(zhǔn)修理提供先決條件。同時，能較精準(zhǔn)地測算出維修方式、零件配號、修復(fù)程度等關(guān)鍵內(nèi)容，更加適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)場靈活多變的態(tài)勢，為部隊打贏高技術(shù)條件下局部戰(zhàn)爭提供有力支撐。（2）便于平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換。在日常戰(zhàn)備訓(xùn)練中，人為設(shè)置、模擬各類工程裝備故障，通過部隊一線的反復(fù)試驗，詳盡掌握裝備損傷數(shù)據(jù)參量。引入人工智能概念，通過對大數(shù)據(jù)的批處理與深度學(xué)習(xí)，全面儲備工程裝備的故障特征及解決策略，為戰(zhàn)場搶修提供先知先覺的優(yōu)勢，為戰(zhàn)時儲備力量。（3）輔助戰(zhàn)場決策。俗話說，知己知彼，百戰(zhàn)不殆。當(dāng)前戰(zhàn)爭形式多樣，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性、縱深性和立體性，各種非線性信息互相交織。通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)實時高效地處理戰(zhàn)場上的各種信號，能較好地感知敵我雙方工程裝備戰(zhàn)損趨勢，透過復(fù)雜的戰(zhàn)場現(xiàn)象剖析戰(zhàn)斗規(guī)律，智能分析戰(zhàn)場態(tài)勢與演化趨勢，生成科學(xué)合理的用兵原則與攻防方案，為戰(zhàn)役（戰(zhàn)斗）指揮員提供更加科學(xué)的決策依據(jù)。（4）支持迭代升級。以目前的研究進(jìn)展來看，深度學(xué)習(xí)的算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能與理論性能相去甚遠(yuǎn)。站在可持續(xù)發(fā)展的角度，未來我們可以憑借改善的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和更好的訓(xùn)練方法，用更少的成本、更少的參數(shù)來搭建工程裝備故障識別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，便于后期更好地維護(hù)管理，進(jìn)一步節(jié)約軍費成本開支，同時，能夠輕松增容各類新式裝備，進(jìn)一步提高工程裝備戰(zhàn)場搶修效能。

4 結(jié)語

將深度學(xué)習(xí)技術(shù)深入廣泛地用于工程裝備戰(zhàn)場搶修領(lǐng)域，是提升現(xiàn)代化戰(zhàn)爭條件下快速恢復(fù)工程裝備戰(zhàn)斗力的有效途徑，是實現(xiàn)工程裝備戰(zhàn)場搶修增效降費的重要手段，對提高工程裝備戰(zhàn)場搶修效率、提升搶修響應(yīng)能力具有深遠(yuǎn)影響。當(dāng)前，全球?qū)ι疃葘W(xué)習(xí)技術(shù)下的工程裝備戰(zhàn)場搶修能力提升仍在不斷研究和探索中，如何進(jìn)一步把握機(jī)遇、迎接挑戰(zhàn)，將深度學(xué)習(xí)理念更廣泛深入地融入工程裝備戰(zhàn)（平）時保障中，對我軍的工程裝備維修保障能力提升起到深遠(yuǎn)影響。