面向智慧院所的武器装备贮存延寿系统设计

/中国运载火箭技术研究院战术武器事业部

随着互联网、物联网、大数据、人工智能等信息技术的飞速发展，智慧城市、智慧校园、智慧企业等概念受到越来越多的关注和重视。在2013年军工核心能力数据中心建设思路研讨会上，国防科工局信息中心提出了“智慧军工”这一概念。智慧军工体系从宏观层面是指智慧政府，中观层面是智慧军工集团，而微观层面是智慧军工企业，即智慧院所。

智慧院所是以信息化为基础，以知识自动化为方法，有效整合和优化利用各类资源，实现信息流、知识流、工作流高度集成与融合的创新型组织，智慧院所概念的提出为科研院所的数字化、信息化建设提供了一套切实可行的理论框架。

一、装备贮存延寿工作现状

武器装备贮存延寿工作的有效开展，对确保装备战备完好性、提高作战效能、延长服役寿命和减少维修保障费用具有重要作用。贮存延寿工作主要包含指标论证、方案设计、产品研制、使用保障、试验评价、寿命延长和整修改制等，是集管理、设计、分析、试验与评估等多方面工作于一体的系统工程。

当前，我国装备贮存延寿工程的开展存在以下3个问题：一是装备贮存可靠性与贮存寿命设计以及延寿整修措施的制定往往依赖于设计人员的经验，缺乏规范化设计准则与技术手册的指导，知识驱动的研制开发尚未实现；二是型号产品贮存试验数据缺乏有效的积累和共享，在新型装备研制过程中难以有效利用以往型号的贮存试验数据，数据共享机制尚未建立；三是型号贮存延寿管理与技术工作缺乏信息化手段支撑，工作效率有待提升。

在智慧院所概念框架的牵引下，结合装备贮存延寿工程需求，笔者给出了面向智慧院所的武器装备贮存延寿系统的设计方案与建设思路，该系统为装备贮存延寿提供了流程驱动的信息化手段。具体来说，该系统构建了贮存延寿知识库，初步实现了知识驱动的研制开发；建立了贮存数据库，为数据积累与数据共享奠定基础；开发了贮存可靠性设计与分析、贮存试验与评价等模块，为贮存延寿工程提供了自动化分析工具。

二、贮存延寿工程需求分析

贮存延寿工程是针对特定装备型号开展贮存延寿设计分析、试验和评估等工作项目，其内容包含元器件、单机、分系统和装备系统贮存可靠性指标论证、设计、分析、试验与评价等，贮存延寿工程业务流程如图1所示。

型号贮存延寿项目可分为规划、工作、归档3个状态。规划状态主要包含2个阶段：一是以型号项目为单位进行规划，主要是构建型号项目的必须元素。在研型号项目需要先确定当前研制阶段，之后构建型号产品树，建立型号工作系统，确定贮存相关工作项目，分配工作任务并指定责任人，开展从贮存指标论证、贮存剖面与环境载荷谱分析、贮存可靠性设计与分析直至贮存试验与评价的全过程；而在役型号项目需要构建型号产品树，建立型号工作系统，开展贮存延寿目标要求论证、贮存环境分析、贮存剖面生成、环境剖面生成、环境载荷谱分析以及贮存试验设计、贮存试验与评价等工作。无论是在研型号还是在役型号，其项目元素包括型号项目的基本信息、型号项目所处寿命周期、型号产品树、型号工作系统、工作项目规划、分配工作任务并指定工作负责人、角色及访问权限等。二是明确型号工作计划，包括明确贮存指标要求、确定各阶段贮存延寿工程开展的工作项目以及对相关任务进行WBS分解（主要是确定相关工作项目/任务的输入输出以及责任人和完成时间节点）。

图1 贮存延寿工程业务流程

规划状态结束后，转入工作状态，主要是设计人员接收任务，并根据任务要求选择相应工具，按照工作项目要求选择合适的工具进行设计分析与试验评价，提交结果数据，同时提交任务进入审批流程。在某个阶段的所有工作任务都完成后，可自动生成设计分析或试验评价报告，并自动将所处阶段中需要评审的文档列出。所有文档都评审通过后，项目进入阶段性归档流程，实现阶段性技术状态固化。

三、系统功能设计与开发

贮存延寿系统用以支持全生命周期贮存延寿工作，为装备贮存可靠性设计分析、贮存试验与评价及贮存数据收集管理等工作提供信息化手段支撑，实现贮存延寿管理与技术工作的自动化实施及贮存延寿数据信息准确、可靠、高效的采集、管理和共享，最终实现知识驱动与流程驱动的装备贮存延寿工程。

1.业务架构

贮存延寿系统业务架构分为3个层次，如图2所示。

管理业务层。由通用系统管理、型号项目管理、计划任务管理、知识库管理、综合数据管理、工具层管理与接口管理组成。贮存延寿项目负责人以及项目管理人员能够通过该层次功能模块实现工作规划、权限管理、任务安排、状态控制、监督审核、辅助决策等。

工具业务层。为贮存延寿工作全过程提供工具支撑。首先将型号和项目导入系统中，在方案论证与工程研制阶段提供贮存剖面与环境载荷谱分析模块、贮存可靠性设计与分析模块，前者包括贮存剖面生成、环境剖面生成和环境载荷谱分析等功能，后者包括贮存指标论证、贮存FMECA、贮存可靠性分配与预计以及贮存寿命预估等功能。在贮存阶段提供贮存试验设计以及贮存试验与评价模块，前者包括贮存试验方案设计与试验件管理等功能，后者包括加速贮存试验数据处理、加速贮存寿命与可靠性评估以及自然贮存寿命与可靠性评估。这些工具软件都能在管理层以链接方式实现调用以及分析结果数据、文件的提交。

信息业务层。为贮存延寿工作全过程提供数据支撑，主要包含型号产品数据库与知识库。

2.功能模块设计

贮存延寿系统的功能模块主要包括系统综合管理模块、计划工作管理模块、型号项目管理模块、贮存剖面与环境载荷谱分析模块、贮存可靠性设计与分析模块、贮存试验设计模块、贮存试验与评价模块。

系统综合管理模块包括通用系统管理、型号项目管理、知识库管理、综合数据管理、工具层管理、接口管理等功能模块，其主要功能是用来管理系统通常的配置以及对外接口和日志等。

图2 贮存延寿系统业务架构

计划任务管理模块根据开展的贮存延寿工作项目自动生成相应的工作计划列表，项目负责人安排工作计划，制定计划任务表，检查报告提交状况，监控任务进度和状态。用户可根据需要对自动生成的工作计划和任务信息进行手动修改。

型号项目管理模块以型号项目为单元，型号产品树为核心，各层次产品数据为基础，构建系统的基础环境。型号项目按系统类型进行分类，在型号产品树的不同层次上挂接产品信息，为型号贮存延寿工作提供全生命周期的监控和集中管理。

贮存剖面与环境载荷谱分析模块包括贮存剖面生成、环境剖面生成与环境载荷谱分析3个主要功能。贮存剖面生成一方面能够根据型号特点给出标准贮存剖面（或推荐贮存剖面），另一方面能够人工录入贮存剖面要素（贮存事件、贮存时序与贮存载荷等），根据录入信息生成贮存剖面。之后，通过对贮存剖面的统计分析，能够自动生成环境剖面。通过对检验的样本计算均值、标准差和容差上限系数，获得统计数据特征，由此可得到成品的环境剖面。最后，对环境剖面进行合成与简化，获得环境载荷谱，用以支持后续贮存试验。

贮存可靠性设计与分析模块包含贮存指标论证、贮存FMECA、贮存可靠性预计与分配以及贮存寿命预估等功能。

贮存指标论证是在数据库中自动查找与本型号贮存剖面相似的型号产品的贮存指标；支持型号产品贮存剖面比较（极限温度、极限温度持续时间、振动量级等因素的比较）。战备完好性、任务成功性是贮存指标论证的主要依据。

贮存FMECA表格批量导入，支持人工勾选贮存相关故障模式，并将贮存故障模式及相关信息（故障影响、检测方式等）存储到贮存故障模式库中。

贮存可靠性分配支持等分配法、评分分配法、比例组合分配法以及贮存可靠度的再分配法；贮存可靠性预计支持相似产品法、评分预计法、应力预计法以及故障率预计法。

贮存寿命预估支持与贮存延寿数据库中相关产品信息（主要包括非金属材料、电子元器件与火工品贮存数据信息）进行匹配，自动调取同一类型或相似产品的信息，以供设计参考。根据贮存延寿数据库中相关信息（主要包括非金属材料、电子元器件与火工品贮存数据信息）自动将数据库中同类型产品（或相似产品）的贮存寿命在产品树中显示出来，以最弱链理论计算装备系统的贮存寿命，并且按贮存寿命预估值长短对其进行排序，用以支持贮存薄弱环节分析。

贮存试验设计模块包括贮存试验方案设计和试验件管理。贮存试验方案设计是根据试验产品对象的功能类型与结构组成信息自动匹配数据库中相同类型产品的贮存试验信息，并以文档的形式显示同类型产品曾经开展的贮存试验相关内容。

试验件管理是对加速贮存试验与自然贮存试验的试验件信息（包括产品名称、生产日期、试验时间、性能参数记录、故障情况记录等）进行人工录入，实现试验件数据库管理。

贮存试验与评价模块包含加速贮存试验数据处理、加速贮存寿命与可靠性评估、自然贮存寿命与可靠性评估功能。其中，加速贮存寿命与可靠性评估功能支持基于加速寿命试验数据的贮存寿命和贮存可靠性评估、基于加速退化数据的贮存寿命与贮存可靠性评估以及系统级贮存寿命和贮存可靠性评估；自然贮存寿命与可靠性评估功能支持基于自然贮存试验数据的贮存寿命和贮存可靠性评估。

3.系统开发

系统采用B/S架构，该架构类型能够解决系统使用人员多样性、系统工具差异性以及业务流程灵活性等问题，使用面向服务编程的方式能够降低系统内部的耦合性，从而快速搭建起一个稳定而开放性好的系统框架。J2EE架构以其企业级MVC架构的标准性和成熟性被广泛应用在各类B/S架构上，适合作为本系统的开发框架。J2EE框架的标准中，现在主流分为SSH和SSM，本系统选用SSM架构。SSM作为新兴的技术框架，针对贮存延寿系统复杂和灵活的业务需求，更有利于后续系统的改进和衍生。

贮存延寿系统采用B/S架构，使用SSM作为开发框架，加上工作流引擎对业务编排的支持，能够很好的完成业务流程的编制和试验的流程设计，满足用户管理和业务管理的需求。该系统的设计与实现能够有效解决当前装备贮存延寿工程存在的主要问题，为贮存延寿管理与技术工作提供自动化工具，为贮存延寿数据信息的积累与共享提供有效机制，为智慧院所的建设奠定了基础。▲