基于數(shù)字孿生的裝備保障關(guān)鍵技術(shù)研究綜述

王亞彬， 王帥， 王金幗， 岳帥

(陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)裝備指揮與管理系， 石家莊 050003)

軍事裝備是軍人的第二生命，軍事裝備的質(zhì)量性能對合成部隊?wèi)?zhàn)備訓(xùn)練具有重大意義。精確的裝備保障是保持和恢復(fù)裝備質(zhì)量性能的重要保證，靈敏地感知、科學(xué)地預(yù)測裝備保障需求，并在準(zhǔn)確的時間、準(zhǔn)確的地點(diǎn)提供準(zhǔn)確的保障是裝備保障必須追求的目標(biāo)[1]。新形勢下，軍事訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)格，裝備的使用率越來越高，部隊對裝備保障的要求也越來越高。傳統(tǒng)的裝備保障模式逐漸不能適應(yīng)新的裝備保障要求，急需一種新的保障模式與之相適應(yīng)。數(shù)字孿生技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展為解決當(dāng)前問題提供了有效方法，將數(shù)字孿生技術(shù)引入裝備保障領(lǐng)域進(jìn)行研究，有利于裝備保障“精確化”水平的提高。

1 問題的提出

隨著軍事裝備現(xiàn)代化、智能化程度不斷提高，裝備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和技術(shù)復(fù)雜度不斷攀升，現(xiàn)代裝備的保障工作日趨復(fù)雜。合成部隊專業(yè)合成度高，裝備型號多樣、技術(shù)復(fù)雜、分布面廣，不同裝備面臨不同的使用情況，有著不同的保障特點(diǎn)。新的訓(xùn)練大綱對軍事訓(xùn)練提出了更高的要求，訓(xùn)練量、訓(xùn)練消耗大大增加，裝備使用環(huán)境條件復(fù)雜惡劣，裝備故障率同步提升，同型號裝備因執(zhí)行任務(wù)不同裝備保障需求差別也會較大。新的形勢對裝備保障“精確化”的要求越來越高，現(xiàn)有的保障模式無法滿足新形勢下合成部隊軍事裝備“個性化”保障的需求，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)信息利用水平不高。大數(shù)據(jù)時代，各種智能算法、數(shù)據(jù)處理技術(shù)日趨成熟，有效地利用數(shù)據(jù)可以精確掌握裝備保障需求，大大提高裝備保障能力。在日常裝備管理、運(yùn)行、監(jiān)測、保養(yǎng)和維修等重要工作過程中，積累了大量裝備數(shù)據(jù)。但由于信息化水平不高，裝備保障信息主要依托各類人工登記統(tǒng)計，信息分散、無法進(jìn)行有效利用，不能充分利用數(shù)據(jù)分析裝備故障規(guī)律、預(yù)測維修器材需求、進(jìn)行精確保障。大量珍貴的原始數(shù)據(jù)堆積于各類本子、柜子無人問津，辛苦統(tǒng)計的各類數(shù)據(jù)無法得到有效運(yùn)用，發(fā)揮應(yīng)有價值。急需通過一種新的保障方法，把分散于各處的保障信息進(jìn)行匯總整合，分析研究，加以利用。

(2)主動預(yù)警能力不強(qiáng)。維修是裝備保障的重要工作，是恢復(fù)故障裝備性能的重要手段。目前的裝備維修保障主要以修復(fù)性維修和預(yù)防性維修為主。修復(fù)性維修遵循“發(fā)生故障—檢測隔離—故障定位—資源調(diào)度—維修實(shí)施”這一被動過程。裝備故障無法提前預(yù)知，直到發(fā)生故障影響裝備功能使用后才得以發(fā)現(xiàn)，不得不進(jìn)行停機(jī)修理，影響裝備使用效益，發(fā)生“維修不足”的情況。為了避免“維修不足”，關(guān)鍵部件使用預(yù)防性維修策略，基于裝備可靠性設(shè)定維修間隔期進(jìn)行維修，不考慮裝備實(shí)際運(yùn)行情況，往往又產(chǎn)生“維修過?！钡默F(xiàn)象，導(dǎo)致維修費(fèi)用上升，影響裝備保障經(jīng)濟(jì)效益。為有效解決目前裝備維修保障面臨的預(yù)見性差、針對性不強(qiáng)、效益不高等問題，急需一種新的保障方法，實(shí)時進(jìn)行裝備質(zhì)量評估，增強(qiáng)裝備故障預(yù)警能力，在故障發(fā)生前夕利用預(yù)定停機(jī)時間完成故障維修。

(3)器材需求測算不準(zhǔn)。裝備維修器材是實(shí)施裝備維修保障的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[2]，其保障水平與補(bǔ)充策略直接影響部隊?wèi)?zhàn)斗力生成和經(jīng)費(fèi)使用效益。裝備維修器材保障目前以按基數(shù)標(biāo)準(zhǔn)保障為主，其標(biāo)準(zhǔn)基于預(yù)防性維修間隔期和裝備故障率模型確定，基本不考慮裝備實(shí)際運(yùn)行經(jīng)歷。合成部隊裝備種類型號多，備件品種規(guī)格多，同類型裝備分散在不同地域，不同類型裝備有相同可更換單元，維修器材需求情況復(fù)雜。同時，新的訓(xùn)練大綱對軍事訓(xùn)練提出了新的要求，訓(xùn)練條件更加惡劣，裝備使用環(huán)境更加復(fù)雜，裝備故障率同步提升，同型號裝備因執(zhí)行任務(wù)不同維修器材需求差別也會較大。如繼續(xù)按原有基數(shù)保障的模式，容易造成消耗較多器材難以得到滿足，消耗較少器材大量積壓占用庫存空間的現(xiàn)象。導(dǎo)致一方面因器材不足延誤裝備維修，另一方面因器材過剩浪費(fèi)倉儲資源，影響裝備總體保障效益[3]。批量的裝備保障模式逐漸不能適應(yīng)新的形勢要求，急需一種新的保障方法，精確測算器材需求，及時請領(lǐng)補(bǔ)充，確保器材夠用、倉儲資源占用少。

面對信息利用水平不高、主動預(yù)警能力不強(qiáng)、器材需求測算不準(zhǔn)等問題，急需尋找使用一種新的裝備保障方法，研究新形勢下裝備保障建模技術(shù)、裝備質(zhì)量評估技術(shù)、裝備維修器材需求預(yù)測技術(shù)等裝備保障技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)裝備保障精確化提供方法路徑。由此總結(jié)出當(dāng)前急需解決的裝備保障關(guān)鍵技術(shù)，如圖1所示。

圖1 裝備保障關(guān)鍵技術(shù)Fig.1 Key technology of equipment support

數(shù)字孿生(digital twin， DT)技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，為解決當(dāng)前裝備保障面臨的問題、實(shí)現(xiàn)“精確保障”提供了一種有效方法。數(shù)字孿生是用數(shù)字模型對真實(shí)物理系統(tǒng)的復(fù)制，利用來自物理系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)，通過集成人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和軟件分析，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化、監(jiān)控、診斷和預(yù)測的技術(shù)[4]。

基于數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行裝備保障，在實(shí)體裝備運(yùn)行的同時驅(qū)動虛擬裝備的運(yùn)行，得到各類運(yùn)行數(shù)據(jù)，將實(shí)體數(shù)據(jù)與孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時動態(tài)比較分析，可以實(shí)現(xiàn)裝備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、實(shí)時質(zhì)量評估、維修器材需求預(yù)測，得出裝備保障建議，指導(dǎo)實(shí)體裝備保障策略的制定，如圖2所示。通過基于數(shù)字孿生的裝備保障，可以提高裝備保障預(yù)見性、針對性，提升裝備保障效益、降低裝備保障成本，為裝備保障精細(xì)化提供支撐。

圖2 基于數(shù)字孿生技術(shù)的裝備保障Fig.2 Equipment support based on digital twin technology

2 中外研究現(xiàn)狀

2.1 數(shù)字孿生技術(shù)

圖3 近十年中國知網(wǎng)數(shù)字孿生文獻(xiàn)數(shù)量Fig.3 Number of papers on digital twin on CNKI in recent ten years

近年來，研究數(shù)字孿生技術(shù)的專家學(xué)者越來越多，相關(guān)研究數(shù)量快速增長(圖3)，涉及工程制造、航空航天、智慧城市、智能電網(wǎng)、系統(tǒng)運(yùn)維等生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。同時，隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字孿生的應(yīng)用條件逐漸成熟，關(guān)于數(shù)字孿生的研究從理論研究階段逐漸進(jìn)入應(yīng)用實(shí)施階段[5]。

2.1.1 國外研究現(xiàn)狀

(1)基礎(chǔ)理論研究方面。2003年，Grieves教授在美國密歇根大學(xué)的產(chǎn)品全生命周期管理課程上首次提出了關(guān)于數(shù)字孿生的設(shè)想[5]。2010年，美國國家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration， NASA)在其技術(shù)報告中正式提出“digital twin”一詞[6]。美國國家航空航天局將物理系統(tǒng)與其等效的數(shù)字孿生系統(tǒng)相結(jié)合，研究了基于數(shù)字孿生的復(fù)雜系統(tǒng)故障預(yù)測與消除方法，并應(yīng)用在飛行系統(tǒng)的健康管理中[7-8]。Kritzinger等[9]系統(tǒng)梳理了數(shù)字孿生在制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，并對數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行了分類。對數(shù)字孿生技術(shù)的基礎(chǔ)理論進(jìn)行了創(chuàng)新研究，為數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

(2)應(yīng)用領(lǐng)域拓展方面。Arrichiello等[10]研究了數(shù)字孿生在游輪設(shè)計、生產(chǎn)和運(yùn)營中的應(yīng)用。Austin等[11]研究了構(gòu)建數(shù)字孿生智慧城市中語義模型和機(jī)器學(xué)習(xí)方法的使用。Yan等[12]研究了基于數(shù)字孿生模型的智能工廠控制系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化。Joe等[13]研究了數(shù)字孿生在建筑業(yè)中的應(yīng)用。Alberto等[14]研究了工業(yè)4.0背景下數(shù)字孿生在自動運(yùn)輸中的應(yīng)用。將數(shù)字孿生應(yīng)用領(lǐng)域拓展到了生產(chǎn)生活各個方面，激發(fā)了各領(lǐng)域研究人員參與研究的熱情。

(3)應(yīng)用方法探索方面。Schroeder等[15]研究了數(shù)字孿生數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)交換通信方法。Kapteyn等[16]研究了基于概率圖形模型的數(shù)字孿生預(yù)測模型。Kumar等[17]研究了基于傳感器信號的智能機(jī)床數(shù)字孿生的研制。Guan等[18]研究了基于數(shù)字孿生技術(shù)的智能儀表故障診斷與預(yù)測系統(tǒng)。López[19]研究了基于實(shí)時事件的數(shù)字孿生應(yīng)用開發(fā)平臺。對數(shù)字孿生實(shí)際應(yīng)用方法進(jìn)行了探索，逐漸實(shí)現(xiàn)了數(shù)字孿生技術(shù)的落地實(shí)現(xiàn)。

2.1.2 中國研究現(xiàn)狀

(1)在基礎(chǔ)理論研究方面發(fā)展較快。中國關(guān)于數(shù)字孿生的理論研究起步較晚，但發(fā)展較快。陶飛等[20]分析了數(shù)字孿生在企業(yè)應(yīng)用和理論研究上的進(jìn)展，提出數(shù)字孿生驅(qū)動應(yīng)用準(zhǔn)則，探索了數(shù)字孿生驅(qū)動應(yīng)用設(shè)想與實(shí)施過程中所需突破的關(guān)鍵問題與技術(shù)，為開展數(shù)字孿生的進(jìn)一步落地應(yīng)用提供理論和方法論參考。之后，陶飛等[21]探索建立了數(shù)字孿生模型構(gòu)建理論體系，對數(shù)字孿生車間模型構(gòu)建理論與技術(shù)開展了研究和實(shí)踐。劉亞東等[22]提出了電力裝備數(shù)字孿生通用架構(gòu)，對電力裝備數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)行了研究。

(2)在機(jī)械制造領(lǐng)域的研究較多。李浩等[23]提出了基于數(shù)字孿生的復(fù)雜產(chǎn)品環(huán)形設(shè)計框架，研究了基于數(shù)字孿生的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計制造一體化開發(fā)問題。張在房等[24]針對航天器艙門展收過程中的振動問題，基于數(shù)字孿生對航天器艙門展收機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。鞏超光[25]研究了基于數(shù)字孿生的機(jī)床銑削參數(shù)動態(tài)多目標(biāo)優(yōu)化策略，解決了參數(shù)動態(tài)多目標(biāo)優(yōu)化問題。許可[26]研究了基于數(shù)字孿生的機(jī)械加工工藝在智能制造中的應(yīng)用。潘利達(dá)[27]研究了數(shù)控機(jī)床數(shù)字孿生系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。

(3)在裝備保障相關(guān)領(lǐng)域逐步進(jìn)行探索。中國學(xué)者從裝備保障建模、系統(tǒng)運(yùn)維、虛擬仿真等相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了研究。

在裝備保障建模領(lǐng)域，黃俊波等[28]將數(shù)字孿生引入裝備質(zhì)量管理領(lǐng)域，探索了基于數(shù)字孿生技術(shù)的直升機(jī)質(zhì)量管理應(yīng)用方法。Wang等[29]將數(shù)字孿生引入裝備維修管理領(lǐng)域，建立了裝備維修管理數(shù)字孿生模型。李杰林等[30]結(jié)合武器裝備可靠性研究與數(shù)字孿生技術(shù)，提出了可靠性數(shù)字孿生的概念。

在系統(tǒng)運(yùn)維領(lǐng)域，陶飛等[31]提出了數(shù)字孿生五維模型的概念，將數(shù)字孿生模型劃分為物理層、孿生層、服務(wù)層、應(yīng)用層與連接層5個維度，并將數(shù)字孿生五維模型引入故障預(yù)測與健康管理(prognostics and health management， PHM)中，提出了基于數(shù)字孿生的PHM[32]。曾艾婧等[33]構(gòu)建了數(shù)字孿生驅(qū)動下的物流配送系統(tǒng)整體框架，并對物流配送調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了對物流配送過程的遠(yuǎn)程運(yùn)維。周圣文等[34]研究了數(shù)字孿生凈水廠運(yùn)維管控一體化平臺，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化的運(yùn)維管控。房巨山等[35]研究了動車所數(shù)字孿生可視化運(yùn)維管理平臺，實(shí)現(xiàn)了動車所內(nèi)部的各類設(shè)備精準(zhǔn)運(yùn)維管理，使管理更便捷、效率更高。洪學(xué)武等[36]研究了基于數(shù)字孿生的船舶遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)備維修保養(yǎng)輔助決策和維護(hù)建議。莊重等[37]提出了基于數(shù)字孿生的設(shè)備大數(shù)據(jù)智能運(yùn)維平臺構(gòu)建思想，解決了不同類型的數(shù)據(jù)采集等技術(shù)問題。

在虛擬仿真領(lǐng)域，張瑞成等[38]研究了基于數(shù)字孿生技術(shù)的軋機(jī)主傳動系統(tǒng)虛擬仿真。王小書等[39]研究了基于數(shù)字孿生模型的鐵路客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)仿真方案。宗學(xué)妍[40]研究了基于數(shù)字孿生的車間作業(yè)仿真與監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。田凌等[41]研究了數(shù)字孿生與生產(chǎn)線仿真技術(shù)。胡昌華等[42]研究了基于數(shù)字孿生模型的復(fù)雜電路系統(tǒng)潛在問題自動仿真推演方法。

可以看出，中外關(guān)于數(shù)字孿生的研究已逐漸成熟，基礎(chǔ)理論較為深厚，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，并且已將數(shù)字孿生引入裝備保障研究領(lǐng)域，為基于數(shù)字孿生的裝備保障研究打下了堅實(shí)基礎(chǔ)。

2.2 裝備保障關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 國外研究現(xiàn)狀

美國對裝備保障技術(shù)的研究走在世界前列[43]。以信息技術(shù)為支撐，美軍在裝備維修領(lǐng)域應(yīng)用人工智能與自動化、數(shù)據(jù)處理與傳輸、維修專家系統(tǒng)[44]、交互式電子技術(shù)手冊[45]等技術(shù)，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測、質(zhì)量監(jiān)測、故障預(yù)測、需求預(yù)測，大大提高了武器裝備維修保障效率[46]。

(1)準(zhǔn)時補(bǔ)給技術(shù)。美軍吸取海灣戰(zhàn)爭裝備保障供給過剩、造成時間、資源和經(jīng)費(fèi)浪費(fèi)的教訓(xùn)，強(qiáng)調(diào)裝備“精確化保障”[47]，采取準(zhǔn)時制(just in time， JIT)保障模式[48-49]，按需要的時間將裝備和物資投入到需要的地點(diǎn)，使裝備保障更精確，保障效益更高。為裝備保障模式發(fā)展提供了新思路。

(2)數(shù)字化維修保障技術(shù)。美國軍事裝備保障系統(tǒng)依托其全球資產(chǎn)可視化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了裝備、物資和資產(chǎn)的可視化、自動識別技術(shù)。信息數(shù)據(jù)庫與決策支持系統(tǒng)集成在一起，可以向各級人員提供所屬裝備全面信息，使相關(guān)人員能夠跟蹤裝備動態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時、精確的保障。Zhu等[50]基于有色petri網(wǎng)研究了裝備保障自動化系統(tǒng)建模。John等[51]研究了利用多智能體系統(tǒng)進(jìn)行艦隊維修保障規(guī)劃。Mourtzis等[52]研究了利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(augmented reality， AR)進(jìn)行實(shí)時遠(yuǎn)程維護(hù)的方法。

2.2.2 中國研究現(xiàn)狀

(1)裝備保障建模技術(shù)。張偉等[57]構(gòu)造了單狀態(tài)信息的基于狀態(tài)的維修模型，實(shí)現(xiàn)了預(yù)防性維修的優(yōu)化決策。王亞彬等[58]考慮多型號裝備聯(lián)合保障，構(gòu)建了多型號裝備系統(tǒng)維修資源需求預(yù)計模型。石全等[59]從系統(tǒng)決策、評價、預(yù)測、優(yōu)化等方面全面分析了裝備系統(tǒng)建模的方法，給出了常用算法與模型。孫正等[60]構(gòu)建了戰(zhàn)時裝備維修器材一體化配置決策模型，解決戰(zhàn)時裝備執(zhí)行緊急任務(wù)時，快速對維修器材進(jìn)行配置的問題。戴敏等[61]基于數(shù)字孿生技術(shù)建立了設(shè)備健康狀態(tài)管理模型。李福興等[62]基于數(shù)字孿生建立了船舶預(yù)測性維護(hù)模型，進(jìn)行船舶的故障預(yù)測、診斷和設(shè)備維護(hù)。王紅微等[63]基于數(shù)字孿生建立了航班保障預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)了航班和保障車輛的在線風(fēng)險預(yù)警。周軒毅[64]建立了航空裝備維修保障仿真模型，對航空裝備維修保障資源進(jìn)行預(yù)測。黃大山等[65]研究設(shè)計了維修數(shù)字化平臺系統(tǒng)模型，整合集成維修業(yè)務(wù)全過程數(shù)據(jù)，提高維修保障標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化建設(shè)水平。代杰等[66]針對武器裝備智能化水平高、技術(shù)復(fù)雜、質(zhì)量問題多樣、定位排查困難等問題，設(shè)計了全壽命周期裝備質(zhì)量綜合管控系統(tǒng)。牛偉等[67]提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的航空裝備協(xié)同分析與智能保障決策方法，解決了航空裝備主動式裝備保障管理的需求。

(2)裝備質(zhì)量評估技術(shù)。岳付昌等[68]利用BP(back propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對裝備使用階段質(zhì)量評估進(jìn)行研究。彭紹雄等[69]基于成熟度等級研究了導(dǎo)彈裝備質(zhì)量評估方法。陳帝江等[70]研究了雷達(dá)裝備質(zhì)量數(shù)據(jù)分析與評估方法。徐廷學(xué)等[71]對裝備質(zhì)量評估系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。裴晶晶等[72]研究了海軍導(dǎo)彈裝備質(zhì)量狀態(tài)評估方法。郝東等[73]基于貝葉斯理論研究了武器裝備質(zhì)量評估方法。安進(jìn)等[74]研究了組合賦權(quán)下的裝備質(zhì)量狀態(tài)信息融合評估方法。黃睿等[75]研究了某型導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。周璐等[76]基于模糊理論研究了導(dǎo)彈質(zhì)量評估方法。李慶先等[77]對復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)服役質(zhì)量評估方法進(jìn)行了研究。

(3)器材需求預(yù)測技術(shù)。備件需求預(yù)測問題當(dāng)前研究較多，預(yù)測方法豐富。林琳等[78]采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法研究了間斷型備件需求預(yù)測。王文[79]采用支持向量機(jī)方法研究了不常用備件的需求預(yù)測。董彥軍等[80]采用模糊綜合評判方法對航空備件需求進(jìn)行研究。李樹廣等[81]采用粗糙集方法研究了維修備件需求預(yù)測。王亞彬等[82]采用仿真方法對火炮備件進(jìn)行研究。陶小創(chuàng)等[83]采用備件保障概率模型研究了備件需求的預(yù)測。胡起偉等[84]、Hu等[85]基于需求率模型研究了考慮預(yù)防性維修的備件需求量計算問題。羅衛(wèi)等[86]研究了使用與環(huán)境因素對備件需求量的影響。王雙川等[87]基于仿真方法研究了合成部隊裝備維修器材需求預(yù)測。趙曉東等[88]從實(shí)戰(zhàn)統(tǒng)計法、解析分析法、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法和模擬仿真法四大類方法，分析了戰(zhàn)時裝備維修器材需求預(yù)計方法。

可以看出，目前中外基于數(shù)學(xué)模型和歷史數(shù)據(jù)等方法，對裝備保障關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了大量研究，保障了一定時期的保障工作需要。但隨著軍事裝備的發(fā)展，對裝備保障精確化的要求越來越高，現(xiàn)有研究由于對裝備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)考慮較少，對研究的精確性難以保證，不能滿足當(dāng)前精確化保障的需要。

3 展望

將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于合成部隊裝備保障，對解決當(dāng)前合成部隊裝備保障面臨的信息利用水平不高、主動預(yù)警能力不強(qiáng)、器材需求測算不準(zhǔn)等問題，實(shí)現(xiàn)裝備“精確保障”具有重要意義。

(1)有助于提高合成部隊裝備保障效率和效益。數(shù)字孿生技術(shù)的研究起源于裝備生命周期管理，在裝備保障領(lǐng)域的應(yīng)用中具有較大匹配性和諸多優(yōu)勢。將數(shù)字孿生技術(shù)引入軍事裝備保障領(lǐng)域，有利于更好地實(shí)現(xiàn)裝備保障的及時性、準(zhǔn)確性，減少裝備待修時間，降低無效庫存，從而降低整體保障成本，提高裝備保障效益，促進(jìn)部隊?wèi)?zhàn)斗力提升。

(2)有助于提高合成部隊裝備保障信息化水平。研究基于數(shù)字孿生的合成部隊典型裝備保障建模技術(shù)，建立裝備數(shù)字孿生模型，通過傳感器、射頻識別等技術(shù)，收集記錄裝備的固有參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、關(guān)鍵部件檢測數(shù)據(jù)、維護(hù)保養(yǎng)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，再通過相關(guān)智能算法的分析，實(shí)現(xiàn)裝備管理、狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)測與診斷、維修資源需求預(yù)測與調(diào)配，進(jìn)而指導(dǎo)裝備使用、保養(yǎng)、維修策略，可以達(dá)成裝備保障“精確化”的目標(biāo)，解決當(dāng)前合成部隊裝備保障信息利用水平不高的問題。

(3)有助于提高合成部隊裝備保障主動預(yù)警能力。研究基于數(shù)字孿生的合成部隊典型裝備質(zhì)量評估，利用數(shù)字孿生模型進(jìn)行裝備的虛擬同步運(yùn)行，將孿生模型產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與傳感器測得數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，利用智能算法分析裝備故障特征，依據(jù)裝備故障特征實(shí)時評估裝備質(zhì)量狀態(tài)，可以先于裝備故障發(fā)現(xiàn)故障苗頭，準(zhǔn)確預(yù)測預(yù)警裝備故障，提前進(jìn)行裝備維修準(zhǔn)備，利用裝備空閑時間進(jìn)行維修，減少裝備停機(jī)待修時間，解決當(dāng)前合成部隊裝備保障主動預(yù)警能力不強(qiáng)的問題。

(4)有助于提高合成部隊裝備保障器材需求測算能力。研究基于數(shù)字孿生的合成部隊典型裝備維修器材需求預(yù)測，利用裝備數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)，全面考慮每一件裝備實(shí)際狀態(tài)、運(yùn)行情況，可以準(zhǔn)確分析裝備維修器材需求規(guī)律、預(yù)測裝備維修器材需求，解決當(dāng)前合成部隊裝備保障器材需求測算不準(zhǔn)的問題。

然而，數(shù)字孿生技術(shù)引入裝備保障領(lǐng)域的研究主要集中在基礎(chǔ)理論研究階段，距離實(shí)際應(yīng)用還有很大差距。將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于合成部隊裝備保障，下一步仍需要加緊進(jìn)行數(shù)字孿生裝備保障理論與技術(shù)的研究，重點(diǎn)加強(qiáng)對基于數(shù)字孿生的裝備保障建模技術(shù)、裝備質(zhì)量評估技術(shù)、維修器材需求預(yù)測技術(shù)等技術(shù)的研究，具體如下。

(1)基于數(shù)字孿生的裝備保障建模技術(shù)。主要研究模型建立基礎(chǔ)平臺搭設(shè)、通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定、關(guān)鍵監(jiān)測數(shù)據(jù)的選擇、傳感器感知技術(shù)的應(yīng)用、數(shù)據(jù)記錄格式、模型各層通信協(xié)議等內(nèi)容，為裝備精準(zhǔn)保障提供數(shù)據(jù)支撐。

(2)基于數(shù)字孿生的裝備質(zhì)量評估。主要研究數(shù)字孿生驅(qū)動下的裝備質(zhì)量評估流程、裝備質(zhì)量監(jiān)測參數(shù)的選擇原則、裝備質(zhì)量狀態(tài)等級劃分、大量狀態(tài)數(shù)據(jù)的預(yù)處理、智能化算法的匹配與應(yīng)用等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)裝備實(shí)時質(zhì)量評估，增強(qiáng)故障應(yīng)對的主動性。

(3)基于數(shù)字孿生的裝備維修器材需求預(yù)測。主要研究數(shù)字孿生驅(qū)動下經(jīng)典需求預(yù)測方法的應(yīng)用與改進(jìn)，裝備實(shí)時狀態(tài)、工作環(huán)境、需執(zhí)行的任務(wù)對備件需求的影響，備件需求預(yù)測算法模型等內(nèi)容，增強(qiáng)裝備維修器材需求預(yù)測的準(zhǔn)確性和器材請領(lǐng)的針對性。

4 結(jié)論

當(dāng)前合成部隊典型裝備保障問題面臨很多新的形勢和問題，需要一種新的裝備保障方法加以解決?，F(xiàn)有研究成果從不同角度對裝備保障問題進(jìn)行了深入研究，對研究合成部隊典型裝備保障問題具有一定的借鑒意義。關(guān)于數(shù)字孿生技術(shù)的研究近年來逐漸拓展和深入，已具備應(yīng)用的條件。將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于合成部隊裝備保障，對解決當(dāng)前合成部隊裝備保障面臨的問題具有很好的針對性。為了進(jìn)一步推進(jìn)數(shù)字孿生技術(shù)在裝備保障領(lǐng)域的應(yīng)用，還需對其進(jìn)行更進(jìn)一步的研究。