自主式保障的发展分析

1、自主式保障的发展分析孟庆均摘 要：自主式保障（AL）是高新技术在装备保障领域应用的必然结果，也是21世纪装备 保障发展的必然趋势，其良好的军事效益和经济效益必然对保障模式的变革产生深远的影 响。本文从理论上分析了装备保障策略的发展历程，以及装备保障模式的演化的内在原因; 提出了自主式保障未来发展中可能存在的挑战和发展趋势;进而提出了自主式保障发展的合 理化建议。关键词：自主式保障；保障策略；演化1引言自主式保障系统在美军F-35战机上的成功应用标志着自主式保障模式的形成，其良好 的军事效益和经济效益必然对保障模式的变革产生深远的影响。显然，自主式保障模式是高 新技术在装备保障领域应用的必然结果

2、，也是21世纪装备保障发展的必然趋势。与传统的 被动的反应式武器装备保障相比，自主式保障是一种全新的保障理念，它是一种先导式的武 器装备保障模式。自主式保障的出现既是需求牵引的结果，也是技术推动的结果，其产生有 其深层理论原因。其发展过程中也必然会遇到各种挑战。2装备保障模式的演化2.1装备保障策略随着现代技术的发展，装备技术性能在不断的提高，同时装备维修保障策略，也在不 断的进步。从最初根据经验维修，到现在比较成熟的系统科学理论，在较短的时间内经历了 较大较快的发展。总体来看，国内外对装备的维修策略，大体经历了以下数个阶段：1）故障维修（20世 纪50年代以前），故障维修又称事后维修也叫修复

3、性维修，这是指在装备发生故障后，再 进行维修；2）定期维修（20世纪50-60年代），定期维修又叫计划维修，属于预防性维修， 是在故障发生前实施维修，其前提是了解装备的故障特性并熟悉其零部件的磨损状态；3） 基于状态的维修（20世纪70年代），基于状态的维修（CBM）也称作状态维修、视情维修， 是一种预测性维修方式，也属于预防性维修，是基于实时或接近实时评估设备状态，在装（设） 备出现了明显劣化后实施的维修策略。4）增强型基于状态的维修（进入21世纪以来），增 强型基于状态的维修（Condition Based Maintenance plus， CBM+）是CBM基础上的扩展， 将一些新的和

4、改进的维修技术、方法与程序引入到维修实践中，它更加注重状态的监控、故 障的预测，强调更强的维修和保障能力。与传统维修方式相比，CBM+在制定维修策略时考虑了系统运行状态及由于制造过程、 使用保障过程等造成的差异，并尽可能在故障前进行维修。由于掌握了装备的现行技术状态， 运用数据分析与决策技术预测装备的寿命并实施精确维修，所以能有效地减少停机时间，节 约维修费用，延长使用寿命，提高装备的完好率和可用度CBM+的目的是提高系统的可靠度、 可用度和安全性，减少不必要维修，降低费用，更好地安排装备维修工作和进行维修管理。 2.2装备保障模式的演化过程我们把以故障维修和定时维修为主要保障策略的保障模式称

5、为传统保障模式，把基于 状态的维修和增强型基于状态维修为主要保障策略的保证模式称为自主式保障模式。二者随 着时间的推移、探测技术的发展、信息技术的应用，逐步发生着演化。其演化过程如图1 所示。也就是说，随着时间的推移，探测技术和信息技术的不断成熟和应用，传统保障模式 中的“故障维修”与“定时维修”的比重不断在下降，当前保障模式中“状态维修（CBM/CBM+） 已经有了一定的比例，但随着新技术应用成本和难度的下降，“状态维修”的比例会进一步 提高，而传统保障模式中的主要保障策略的比例将进一步下降。我们将这种以“状态维修” 为主要保障策略的保障模式称之为自主式保障模式。2.3装备保障模式演化的内在

6、原因上述装备保障模式的演化过程从整体上反映了在不同技术时代人们在解决保障问题时 采用的不同方式，并且在不断发展变化着。这其实既是“需求牵引”的结果，也是“技术推 动”的结果。从“需求牵引”的方面来看，对于装备保障问题人们一直致力于寻求“保障难度小、 保障任务少、保障费用低”的保障方式，进而让装备保障这个复杂问题简单化，减轻保障负 担。但是人们在追求上述目标的同时，会发现有种种的困难阻碍了上述目标的达成。其中最 主要的就是技术上的困难。因此从“技术推动”的角度来看，是技术的发展让人们逐步看清了保障问题的源头， 即故障的发生。当人们对故障规律一无所知时，就只能等到故障成为现实时再去查找故障和 处理

7、故障问题。这时故障及其保障问题是一个“黑箱”状态；随着可靠性技术的发展，故障的发生、发展规律得到了一定的解决，一些通用的零部 件的寿命分布曲线可以通过统计分析的方式用概率表达出来，为了保证关键部件（影响人员 安全、任务完成和重大经济损失）在一定时间内放心（较高概率）地使用，对于耗损型的部 件采用了 “定时维修”的办法。显然定时维修有可能大量浪费部件的固有寿命（维修过剩）， 也有可能在定时维修前发生故障（维修不足），况且对于非耗损型部件不适用。此时人们对 于故障发生、发展规律的认识还不能完全了解和控制故障问题，可以认为此阶段处于“灰箱” 状态。探测技术的逐步应用形成了一种有效的手段，即基于状态的

8、维修。通过对故障规律的 掌握以及部件特性的变化，借助这类工具可有效掌握故障发生、发展的实际状况，进而判断 其健康状态、预测其剩余寿命。从“定期检查”到“实时检测”技术的发展也推动了 “基于 状态的维修”向“增强型基于状态的维修”的发展。后者能够更为“清楚”和“动态”地掌 握产品故障发生、发展的真实情况，可以认为此阶段处于“白箱”状态，如图1所示。Time Based MaintenanceCondition MaintenanceFailure Maintenancetraditional supportmodecurrent support modefuture supportmodegra

9、y boxwhite boxdemand tractiontechnology pushFigure 1 the evolution of the equipment support mode在解决保障问题方面，“需求牵引”与“技术推动”的最新成果就是自主式保障方式 和自主式保障系统的应用。自主式保障很大程度上解决了保障问题的不确定性问题，其目标 是几乎所有的保障问题（特别是维修保障）的解决均以先进探测技术和信息技术作为支撑， 并最终达到装备保障的“精确化”，包括保障时机的精确化、保障物资的精确化、保障人员 的精确化、保障地点的精确化。3自主式保障发展过程中的挑战3.1设计的复杂化问题采用自主

10、式保障模式的装备与不采用自主式保障的装备相比较，其最大的特点就是复 杂程度明显提高。基础数据的采集、信息的综合、故障的诊断、寿命的预计，到信息的综合、 信息的处理、信息的传递、信息的显示等，均需要大量的软硬件植入、嵌入或配置到装备本 身，以便于及时“触发”保障任务。所有技术的应用均需要在装备的设计过程中加以考虑， 设计的复杂化显然增加了设计的难度，并由此带来一系列问题。因此应当正确处理CBM/CBM+保障策略与传统的定时保障、事后保障之间的关系，自主 式保障模式的应用绝不应该抛弃传统的保障策略，而是结合使用，发挥各自所长，有条件有 步骤地增加CBM/CBM+保障策略的比重，降低新装备设计与研制

11、的难度。3.2装备成本增加问题F-35战机的成本严重超过预算的原因是多方面，但其中一个重要原因就是片面追求 自主式保障的“理想效果”，因为其论证目标中要求几乎所有的保障活动均采用自主式保障模 式。也就是说，对于CBM/CBM+保障策略的过度依赖，可能导致装备成本的大幅上升，这与 自主式保障的初衷相违背。因此需要CBM/CBM+策略与传统保障策略的结合使用，在费用、 进度、战备完好性之间达到最终的平衡。3.3研制周期延长问题当前自主式保障系统所需要的关键技术，如PHM都处于不断发展完善的过程之中，新 技术的应用需要一个成熟度的过程，其试验项目急剧增加，研制周期大幅延长。另外，由于 自主式保障模式

12、要求其对应的保障系统应当具有信息化、智能化的特点，能够根据PHM系统 提供的数据与信息提前规划保障所需资源，因此原有保障系统需要进行改造。新装备研制完 成后部署时如果保障系统没有同步改造完成，将影响装备保障能力的及时形成。3.4技术升级加快问题构成自主式保障系统的一些基础性技术，如PHM技术、微电子技术、信息技术等，都 处于飞速发展的阶段。由于上述种种原因，采用自主式保障系统有可能延长装备的研制周期， 这样在装备工程研制前期采用的各种技术有可能在装备研制完成后变得落后，有需要进一步 的技术升级，原有的保障系统面临改造的难题。因此有必要在装备研制前期考虑技术进步带 来的种种问题，保证技术成熟的同

13、时提高技术的先进性。4自主式保障的发展趋势总体来说，自主式保障模式将逐步取代传统的装备保障模式，事后维修、定时维修等 保障策略进一步弱化，CBM/CBM+保障策略将进一步加强。另外自主式保障将与其他先进保障 理念相融合，例如“精确后勤”、“基于性能的后勤”、“感知与响应后勤”等，形成贯穿 装备寿命周期、覆盖武器装备体系、综合多个军兵种、渗透各层次保障机构的“联合一体化 自主式保障”模式。4.1贯穿装备全寿命周期自主式保障系统的开发和自主式保障模式的应用的各项活动贯穿于装备的全寿命周 期，如图2所示。Figure 2 AL engineering work throughout the equi

14、pment life cycle自主式保障的开发和应用实际上从装备的探索和预研阶段就已经开始，在此阶段通过 对新概念的探索、新材料的开发、新技术的储备、新手段工具的设想等，为赋予新装备具有 自主式保障的特性和相应的保障系统建设奠定基础。在装备的论证阶段，主要突出各种新技术的可行性和成熟度分析，并对新技术应用对 装备研制的风险、费用、进度的影响进行分析，形成为具体设计方案和相应的自主式保障方 案的确定提供支撑。在装备的方案阶段，首先考虑自主式保障模式因素构建相应的备选设计方案，并从装 备保障效果方面提出优选装备设计方案的建议；其次在已经确定的装备设计方案的基础上， 构建多个保障方案，通过权衡分析

15、优选并确定最终保障方案；然后将设计方案与保障方案结 合，相互影响并形成一体化的设计、保障方案；最后，根据此方案提出保障系统的建设预想。在工程研制阶段，首先应当从工程设计和制造人员的角度检验设计方案的可行性；针 对某些关键的技术要求和技术成熟度尚未达到要求的技术途径进行攻关;然后通过技术应用 试验（承包方主导）和鉴定定型试验（订购方主导），对自主式保障系统、资源进行考核， 并给出结论。在装备部署与使用阶段，首先进行初始保障的试运行活动，探索与优化装备保障活动 的规律以及保障系统的应用方法，逐步形成完善的自主式保障规定、章程、制度；其次，注 重使用过程数据和信息的积累，保障效果的增长纪录，并把有用

16、的（特别是缺陷信息）反馈 给装备的承包商，寻求自主式保障系统的改进手段。在装备的研制过程应当考虑装备及其保障系统中某些产品的停产后保障问题，主要考 虑自主式保障系统中软硬件的升级换代问题、关键保障资源的可替代问题、系统升级改造的 接口问题等。总之，自主式保障模式的应用和自主式保障系统的开发是一个涉及装备全寿命周期的 完整过程，绝不仅限于工程研制阶段和使用阶段。从这个角度来看，我们更应当注重技术的 积累与工程开发，为具体应用做好先期准备。4.2覆盖武器装备体系在信息化时代的军事对抗是体系与体系的对抗，仅靠一两件先进武器装备无法取得决 定性胜利。从装备保障的角度来看，武器装备是否形成自主式保障能力

17、是其先进与否的一个 重要方面。当前，美军仅在F-35飞机上较为完整地采用了自主式保障模式，并建立的相应 的自主式保障系统。但是美国陆军、空军、海军均在努力推进自主式保障模式，可以想见在 未来一段时间内，各军兵种均会出现采用自主式保障模式的新型武器装备，进而形成覆盖整 个装备体系的自主式保障体系。4.3综合多个军兵种自主式保障模式是在军事信息化条件下催生的产物，因此其应用与发展绝不会也不应该 重复过去各军兵种装备保障各自为政、独立发展、信息孤岛的情形。而是注重顶层设计，充 分考虑保障系统的融合、保障资源和信息资源的共享、保障力量的统一部署与使用等问题， 从源头上解决“一体化保障”问题，进而适应一

18、体化联合作战的需要。4.4渗透各层保障机构从自主式保障模式来看，保障机构可以分为型号级（装备级）、基层级和基地级。型 号级（装备级）是围绕某一型号装备设置的保障机构，形成独立的保障系统。型号级（装备 级）保障机构的存在是在当前自主式保障尚未形成体系能力的情况下的特殊情况。当装备体 系中的大多数型号已经具备自主式保障条件时，保障机构仅为基层级和基地级两级，这也是 自主式保障发展对当前保障体制的影响结果。显然，自主式保障系统要素将渗透到涉及的各 级保障机构。5发展自主式保障的建议（1）长远规划，分步实施自主式保障关键技术的研究和应用，目前都没有统一的规划，研究成果是分散的，应 用是局限的。为使自主

19、式保障系统更快更好发展，我们在研究自主式保障的同时更应该把目 光放长远，瞄准未来装备保障的发展方向，进行长期布局，有针对性、有步骤地进行相应的 技术积累和工程应用，通过政策的倾斜、机制的完善、投入的增加来鼓励相关科研力量和工 业部门进行探索和研究。（2）以点带面，重点发展以CBM/CBM+为主要保障策略的装备保障模式的特点是技术含量高，前期投入巨大，这 一点从F-35战机自主式保障系统的研制和应用情况就可见一斑。况且并不是所有的装备中 所有的功能系统都需要采用CBM/CBM+，这样做既不可能也不经济。因此，可以针对重点装 备中的核心功能系统进行自主式保障模式的探索，其途径既可以是针对新研装备同

20、步研制相 应的自主式保障系统，也可以是对已有型号进行技术改进。另外，自主式保障系统中涉及的 以PHM为代表的多种技术具有很强的通用性，因此完全可以将不断成熟的技术和模式推广到 其他型号，促进自主式保障模式的更好更快发展。（3）集智攻关，军民融合当前世界各国不同程度开展了 PHM的研究和应用。但是，效果并不是很理想，与期望 值有一定的差距，总体看来，投入产出比、性能价格比都很不理想。其中一个主要原因是自 身技术力量的薄弱，以及缺乏科研攻关和工程应用能力。因此可以联合企业、高校、研究所 等科研力量，发挥各自所长，尽快完善自主式保障系统关键技术的军用民用攻关。将其研究 成果应用到按照不同的要求分别应

21、用到军民装备设备中，以实现其社会、经济等效益的最大 化，实现多赢的良好合作模式。6总结通过上述研究可以得出如下结论：其一，自主式保障系统能够大大缩短维修和供应的 保障过程，降低保障响应要求，避免不正确的维修活动，精简维修技术人员和管理人员，缩 小后勤规模，减少飞机再次出动准备时间，提高出动率，达到高效、经济、精确、快速保障 的目标；其二，自主式保障是需求牵引和技术进步的必然结果，其发展具有不可逆的趋势； 其三，其发展成果逐步向装备的全寿命周期、全装备体系、多军兵种以及各层级渗透；其四， 自主式保障的发展必然是一个长期的、复杂的发展过程，必须采用合理的发展战略，才能逐 步实现预期的发展目标。参考

22、文献：References:Skormin V A, Gorodetski V I, Popyack L J. Data mining technology for failure prognosticof avionicsJ.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,2002,38(2): 388403Malley M E. Methodology for simulating the joint strike fighters(JSF) prognostics and health management systemD. A

23、ir Force Institute of Technology, 2001.Byington C S, Kalgren P W, Johns R, Beers R J. Embedded diagnostic/prognostic reasoning and information continuity for improved avionics maintenanceA. Proceedings of IEEE Systems Readiness Technology Conference(Autotestcon2003)C. 2003:320329Qiu H, Liao H T, Lee J. Degradation assessment for machinery prognostics using hidden Mrkov modelsA. Proceedings of the ASME International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference(DETC2005)C. 2005, 531