淺談航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理架構(gòu)研究論文
信息系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)硬件、網(wǎng)絡(luò)和通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)軟件、信息資源、信息用戶和規(guī)章制度組成的以處理信息流為目的的人機(jī)一體化系統(tǒng)。設(shè)備健康管理(EquipmentHealth Management，EHM)，是通過感知并充分使用狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息，融合維修、使用和環(huán)境信息，結(jié)合規(guī)范的設(shè)備管理方法和業(yè)務(wù)流程，對(duì)維修活動(dòng)進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和合理優(yōu)化，對(duì)影響設(shè)備健康狀態(tài)和剩余壽命的技術(shù)、管理和人為因素進(jìn)行全過程控制的活動(dòng)。當(dāng)前，在技術(shù)推動(dòng)和現(xiàn)代維修理念發(fā)展的雙重作用下，EHM 的重要性大大增加。有效的設(shè)備健康管理不僅僅局限于狀態(tài)監(jiān)測(cè)和維修的范圍，而是深入到設(shè)備的規(guī)范化、科學(xué)化和智能化管理之中。隨著自動(dòng)化與信息化、技術(shù)與管理日益融合，航天發(fā)射場(chǎng)如何主動(dòng)推進(jìn)更完整的信息獲取、更全面的互聯(lián)互通、更深入的信息應(yīng)用，關(guān)系到航天發(fā)射場(chǎng)分布與集中管控設(shè)備狀態(tài)、核心業(yè)務(wù)、技術(shù)以及開展決策的能力和水平。
1 基于信息系統(tǒng)的航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理的需求
航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理的管控對(duì)象在管理中均以信息來表現(xiàn)。在設(shè)備健康管理中，我們通過信息系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康管理閉環(huán)的信息處理流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息在管理、檢測(cè)、控制方面自下而上與自上而下的互動(dòng)�；谛畔⑾到y(tǒng)的航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理，需要智能化的管理手段、專業(yè)化的管理隊(duì)伍、配套化的管理機(jī)制和信息化的管理環(huán)境作為條件。
1.1 智能化的管理手段
隨著信息技術(shù)、智能技術(shù)、維修技術(shù)等各種高新技術(shù)的發(fā)展及其在航天發(fā)射場(chǎng)中的廣泛應(yīng)用，測(cè)試發(fā)射設(shè)備的結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，功能越來越多，自動(dòng)化程度越來越高。與此同時(shí)，復(fù)雜設(shè)備系統(tǒng)的可靠性、維修性、故障預(yù)測(cè)與診斷及維修保障等問題也日見突出。對(duì)于技術(shù)含量高、系統(tǒng)集成性強(qiáng)、構(gòu)造機(jī)理復(fù)雜、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求高的設(shè)備系統(tǒng)，傳統(tǒng)的耳聽、手摸、眼看等檢查測(cè)試、故障診斷方法已不能適應(yīng)設(shè)備維修管理的需要，為了實(shí)施更加科學(xué)合理的維修保障，我們必須發(fā)展并運(yùn)用智能化的管理手段。這些手段包括：利用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或離線檢測(cè)系統(tǒng)獲得的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù);利用人工智能算法定期或不定期地對(duì)設(shè)備狀態(tài)做出評(píng)估;利用PDA 和剩余壽命預(yù)測(cè)模型分析設(shè)備的性能衰退趨勢(shì);利用多媒體顯示設(shè)備健康評(píng)估和分級(jí)報(bào)警結(jié)果及時(shí)進(jìn)行維修決策，等等。
1.2 專業(yè)化的管理隊(duì)伍
基于信息系統(tǒng)的航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理對(duì)保障隊(duì)伍的素質(zhì)要求，側(cè)重于“知識(shí)型”和“專業(yè)化”，這將成為航天發(fā)射場(chǎng)管理力和保障力新的增長(zhǎng)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)基于信息系統(tǒng)的航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理，要有一支熟悉信息化條件下設(shè)備健康管理特點(diǎn)與規(guī)律，通曉設(shè)備維修保障，能嫻熟運(yùn)用信息技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、故障診斷技術(shù)和狀態(tài)評(píng)估技術(shù)等進(jìn)行維修決策、控制與協(xié)調(diào)的設(shè)備管理人員隊(duì)伍;要有一支文化層次高、業(yè)務(wù)技能強(qiáng)、專業(yè)種類全，能熟練使用智能化設(shè)備和設(shè)施的設(shè)備操作人員隊(duì)伍;要有一支設(shè)備保障理論功底深、實(shí)踐應(yīng)用能力強(qiáng)、專業(yè)技術(shù)水平高，能運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)尤其是信息技術(shù)解決一體化綜合保障重點(diǎn)、難點(diǎn)問題的設(shè)備維修人員隊(duì)伍。
1.3 配套化的管理機(jī)制
管理機(jī)制本質(zhì)上是管理系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系、功能及其運(yùn)行原理，是決定管理功效的核心問題。配套化的管理機(jī)制是航天發(fā)射場(chǎng)順利實(shí)施設(shè)備健康管理的基礎(chǔ)，沒有配套完善的機(jī)制，一體化綜合保障就難以高效運(yùn)行。
管理機(jī)制主要表現(xiàn)為三大機(jī)制：一是嚴(yán)密順暢的運(yùn)行機(jī)制，這是航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理基本職能的活動(dòng)方式、系統(tǒng)功能和運(yùn)行原理，要與航天測(cè)試發(fā)射指揮信息運(yùn)行渠道相一致，要與設(shè)備保障物質(zhì)流運(yùn)行渠道相一致;二是合理高效的動(dòng)力機(jī)制，這是確保航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理系統(tǒng)動(dòng)力產(chǎn)生與運(yùn)作的機(jī)制，要靠管理主體樹立全局觀念，要大力強(qiáng)化服務(wù)意識(shí);三是責(zé)權(quán)一致的約束機(jī)制，必須運(yùn)用政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等建立約束機(jī)制，必須明確相關(guān)系統(tǒng)及人員的責(zé)任，來限定或修正設(shè)備健康管理行為。
1.4 信息化的管理環(huán)境
航天發(fā)射場(chǎng)對(duì)測(cè)試發(fā)射設(shè)備的操作使用、維護(hù)保養(yǎng)、故障修理等信息采用人工記錄和分散的信息系統(tǒng)管理的方式，可以在一定程度上滿足航天發(fā)射場(chǎng)的維修和管理需求，但也日益暴露出設(shè)備管理技術(shù)手段相對(duì)落后、維修管理信息化程度較低等問題，難以實(shí)現(xiàn)以信息為依據(jù)的設(shè)備健康管理。
信息化的管理環(huán)境，強(qiáng)調(diào)管理單元和要素的高度融合，強(qiáng)調(diào)管理體系效能的整體發(fā)揮，要求健康管理一體高效、保障力量高度融合、管理內(nèi)容綜合兼容、維修行動(dòng)實(shí)時(shí)精確。
信息化的管理環(huán)境是航天發(fā)射場(chǎng)信息化建設(shè)的有機(jī)組成部分，必須與航天發(fā)射場(chǎng)信息化建設(shè)相一致、相協(xié)調(diào)、同步發(fā)展，在航天發(fā)射場(chǎng)信息化建設(shè)的大框架內(nèi)，盡可能優(yōu)化結(jié)構(gòu)、完善功能，盡力做到：一是網(wǎng)絡(luò)一體，即不同建制、不同單位、不同層次而又目標(biāo)相同、功能相似、作用相關(guān)的各種維修保障力量和管理平臺(tái)，通過信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連在一起，形成縱橫交錯(cuò)、穩(wěn)定可靠的一體化保障網(wǎng)絡(luò);二是輻射管理，即以信息系統(tǒng)為依托，以網(wǎng)絡(luò)為骨干，以各個(gè)管理站點(diǎn)為觸角，分區(qū)、成網(wǎng)配置維修力量，建立由點(diǎn)向面、業(yè)務(wù)銜接、功能互補(bǔ)、富有彈性的管理部署;三是可視可控，就是以設(shè)備健康管理需求為牽引，借助可視化的管理調(diào)度系統(tǒng)，適時(shí)把握各類不同設(shè)備的健康狀況，合理調(diào)度維修資源，以信息流引導(dǎo)物質(zhì)流，確保在需要的時(shí)間和地點(diǎn)投入適當(dāng)?shù)木S修力量，實(shí)現(xiàn)精確、高效的設(shè)備健康管理。
2 基于信息系統(tǒng)的航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理總體架構(gòu)
根據(jù)基于信息系統(tǒng)的航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理的需求分析，論文認(rèn)為基于信息系統(tǒng)的航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理架構(gòu)主要由資源管理架構(gòu)、業(yè)務(wù)邏輯架構(gòu)、應(yīng)用表現(xiàn)架構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)等組成。
2.1 資源管理架構(gòu)
航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理主要包括兩大類資源：一類是有形資源，一類是無形資源。有形資源主要包括各級(jí)各類設(shè)備管理力量、設(shè)備維修力量和設(shè)備操作力量，以及檢測(cè)設(shè)備、維修設(shè)備、備件等，通常是指具有一定實(shí)物、實(shí)體形態(tài)的資源。無形資源是沒有發(fā)生損耗的隱性的各類因素，包括知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)、方法、技術(shù)等等。
在資源管理架構(gòu)中，信息系統(tǒng)一方面將有形資源以數(shù)據(jù)的形式采集、存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，另一方面將無形資源轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)到模型庫(kù)、方法庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)中。因此，資源管理架構(gòu)中主要包括各類結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)信息，以及實(shí)現(xiàn)信息采集、存儲(chǔ)、傳輸、存取和管理的.各種資源管理系統(tǒng)，主要有數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、目錄服務(wù)系統(tǒng)、內(nèi)容管理系統(tǒng)等。從信息的流向看，“外部?jī)?nèi)向”信息資源是設(shè)備管理人員所了解和掌握的，對(duì)設(shè)備健康管理有用的各種外部環(huán)境信息，設(shè)備健康管理不僅關(guān)注設(shè)備及其部件的技術(shù)狀態(tài)，而且還關(guān)注環(huán)境因素、使用因素等對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)的影響。“內(nèi)部外向”信息資源是航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理的歷史、傳統(tǒng)、經(jīng)驗(yàn)做法、案例，等等。
2.2 業(yè)務(wù)邏輯架構(gòu)
航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理涉及狀態(tài)監(jiān)控、健康評(píng)估、維修決策支持、規(guī)劃及控制等許多業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)之間又存在一定的邏輯關(guān)系。在狀態(tài)監(jiān)控、故障預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上的設(shè)備健康管理是機(jī)內(nèi)測(cè)試和狀態(tài)監(jiān)測(cè)能力的拓展，是從設(shè)備級(jí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷到系統(tǒng)級(jí)綜合診斷與狀態(tài)管理的轉(zhuǎn)變。
業(yè)務(wù)邏輯架構(gòu)是描述驅(qū)動(dòng)航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理活動(dòng)的主要業(yè)務(wù)架構(gòu)，由實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康管理各種業(yè)務(wù)的功能、流程、規(guī)則、策略等組成。在信息系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)應(yīng)用業(yè)務(wù)的是一組信息處理代碼成。業(yè)務(wù)邏輯架構(gòu)也包含描述業(yè)務(wù)對(duì)象以及它們之間的關(guān)系，包含這些業(yè)務(wù)對(duì)象在業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)功能中的使用。業(yè)務(wù)邏輯架構(gòu)中的一個(gè)基本業(yè)務(wù)流程。
2.3 應(yīng)用表現(xiàn)架構(gòu)
應(yīng)用表現(xiàn)架構(gòu)是在基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)的支持下，通過人機(jī)交互等方式，將業(yè)務(wù)邏輯架構(gòu)和資源管理架構(gòu)緊密結(jié)合在一起，并以圖形、多媒體等豐富的形式向用戶展現(xiàn)信息處理的結(jié)果。應(yīng)用表現(xiàn)架構(gòu)是航天發(fā)射場(chǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)、信息流、信息對(duì)象以及數(shù)據(jù)交換界面的綜合描述，清楚地表述了在各種應(yīng)用中的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)在各應(yīng)用間的交互。應(yīng)用表現(xiàn)架構(gòu)應(yīng)該能夠展現(xiàn)：確定的信息需求、信息的采集與處理、為管理人員提供信息及結(jié)果、各種圖形的顯現(xiàn)。
2.4 基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)
基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)主要由支持航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理信息系統(tǒng)運(yùn)行的硬件、系統(tǒng)軟件和網(wǎng)絡(luò)組成，把在操作層面的IT 管理方面的基礎(chǔ)設(shè)施要素聯(lián)系起來�；A(chǔ)設(shè)施架構(gòu)處于支持作用底層，如自動(dòng)感知技術(shù)(傳感器、RFID)、監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)(PLCDCSSCADAD 狀態(tài)監(jiān)測(cè))、制造執(zhí)行技術(shù)(MES)，直接服務(wù)于其它三個(gè)架構(gòu)�；A(chǔ)設(shè)施架構(gòu)為應(yīng)用表現(xiàn)架構(gòu)提供高質(zhì)量的信息對(duì)象、軟件應(yīng)用系統(tǒng)(如管理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng))，以及系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的交互界面，還提供輔助決策系統(tǒng)(DSS)、工業(yè)控制系統(tǒng)(CCS)以及數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、方法庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和上級(jí)機(jī)關(guān)及外界交換信息的接口。
3 基于信息系統(tǒng)的航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理層次架構(gòu)
3.1 層次架構(gòu)劃分
根據(jù)航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理的總體架構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)基于信息系統(tǒng)的設(shè)備健康管理，可以利用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)等，構(gòu)建有機(jī)、集成的設(shè)備健康管理體系。該體系可以分層次實(shí)施，各個(gè)層次可以有機(jī)結(jié)合，統(tǒng)一規(guī)劃，分層實(shí)施。
3.2 層次架構(gòu)描述
基于信息系統(tǒng)的航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理強(qiáng)調(diào)以規(guī)劃設(shè)計(jì)層為指導(dǎo)，以業(yè)務(wù)系統(tǒng)層為主線，以研發(fā)工具層為手段，以導(dǎo)航交互層為表現(xiàn)。
3.2.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)層
航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理MIS 的開發(fā)必須具有一定的科學(xué)管理工作的基礎(chǔ)。只有在合理的管理體制、完善的規(guī)章制度、穩(wěn)定的工作秩序、科學(xué)的管理方法和準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行MIS 的開發(fā)。因此，為適應(yīng)航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理MIS 的開發(fā)需求，航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備管理部門必須做好規(guī)劃、設(shè)計(jì)工作，做好建造、購(gòu)置和安裝的準(zhǔn)備，必須逐步完善以下工作：操作、運(yùn)行、維護(hù)、報(bào)廢等工作的程序化，各部門都有相應(yīng)的作業(yè)流程;設(shè)備健康管理業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化，各部門都有相應(yīng)的作業(yè)規(guī)范;報(bào)表文件的統(tǒng)一化，固定的內(nèi)容、周期、格式;數(shù)據(jù)資料的完善化和代碼化等。
3.2.2 業(yè)務(wù)系統(tǒng)層
業(yè)務(wù)系統(tǒng)層包含了航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理的基本業(yè)務(wù)體系，主要有設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估、設(shè)備剩余壽命預(yù)測(cè)、故障檢測(cè)與診斷管理、設(shè)備操作與運(yùn)行管理、設(shè)備狀態(tài)維修管理、日常維護(hù)保養(yǎng)管理、備件采購(gòu)與庫(kù)存管理等。業(yè)務(wù)系統(tǒng)層還包含了航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，主要有健康狀態(tài)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)診斷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范化管理標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)操作標(biāo)準(zhǔn)等。航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理可以通過MIS 實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)信息增值，用數(shù)學(xué)模型統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)輔助決策，反映IT 對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的支持性作用。
3.2.3 研發(fā)工具層
研發(fā)工具層可以構(gòu)建和使用各類開發(fā)平臺(tái)或開發(fā)工具(包括：數(shù)據(jù)建模工具、流程管理工具、功能開發(fā)工具、報(bào)表設(shè)計(jì)工具、網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工具、系統(tǒng)集成工具等)。航天發(fā)射場(chǎng)設(shè)備健康管理技術(shù)人員通過研發(fā)工具層能夠輕松維護(hù)業(yè)務(wù)需求變化。研發(fā)工具層開發(fā)的輸入功能決定于系統(tǒng)所要達(dá)到的目的及系統(tǒng)的能力和信息環(huán)境的許可;存儲(chǔ)功能是系統(tǒng)存儲(chǔ)各種信息資料和數(shù)據(jù)的能力;處理功能主要是基于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)的聯(lián)機(jī)分析處理(OLAP) 和數(shù)據(jù)挖掘(DM);控制功能對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的各種信息處理設(shè)備進(jìn)行控制和管理，對(duì)整個(gè)信息加工、處理、傳輸、輸出等環(huán)節(jié)通過各種程序進(jìn)行控制。
3.2.4 導(dǎo)航交互層
導(dǎo)航交互層所包含的應(yīng)用軟件系統(tǒng)、信息以及各系統(tǒng)和信息之間的交互界面直接為設(shè)備健康管理業(yè)務(wù)提供了支撐。導(dǎo)航交互層在對(duì)業(yè)務(wù)體系內(nèi)容進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，可以構(gòu)建特色應(yīng)用組件功能，包括設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)導(dǎo)航艙、展示工作流程、組織設(shè)備樹結(jié)構(gòu)、圖形化工作指引、支持PDA等移動(dòng)設(shè)備使用等。導(dǎo)航交互層設(shè)計(jì)的中心思想是：以資源管理為中心，以權(quán)限控制為手段，以圖形界面為交互方式，以定制擴(kuò)展應(yīng)對(duì)變化。
4 結(jié)束語
航天發(fā)射場(chǎng)實(shí)施以信息系統(tǒng)為支撐的設(shè)備健康管理，能夠借助信息系統(tǒng)加強(qiáng)設(shè)備健康管理工作管控，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備健康狀態(tài)，全面跟蹤記錄設(shè)備維護(hù)維修過程;能夠?yàn)樵O(shè)備健康管理提供準(zhǔn)確及時(shí)的信息分析;能夠利用信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)備件庫(kù)存預(yù)警機(jī)制，實(shí)現(xiàn)采購(gòu)——庫(kù)存——消耗聯(lián)動(dòng)，降低備件庫(kù)存及其備件成本;能夠利用信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力為設(shè)備健康管理決策提供科學(xué)依據(jù)。航天發(fā)射場(chǎng)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與健康管理，可以提高設(shè)備健康管理水平，對(duì)于優(yōu)化設(shè)備維修活動(dòng)、輔助維修決策具有重要意義。
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