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    装备六性专业发展研究

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    • 本文转载自公众号思睿咨询

      引言

      六性(可靠性、安全性、保障性、测试性、维修性、环境适应性)是影响装备作战效能及寿命周期费用的重要因素,国内外实践经验表明六性在现代质量观中具有战略性、全局性和基础性的地位和作用。《装备通用质量特性管理工作规定》对装备可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性、环境适应性(六性)等通用质量特性提出了明确的要求。国防科工局《国防科技工业“十三五”规划总体思路》把“武器装备质量和可靠性大幅提升,满足实战化要求”作为主要目标之一,把“着力解决好装备的保障问题,推进武器装备的标准化、系列化、通用化发展,进一步提高质量和可靠性”作为重点任务之一。在国家发展战略的引领下,装备的六性工作日益受到各军兵种的重视,特别是新立项型号,在市场竞争过程中,六性指标与功能性能指标举足并重,逐渐成为评价装备优良的重要因素。

      近年来,国内武器装备研制单位逐渐认识到六性专业工程的重要性,开始注重六性专业建设,成立六性专业组织机构,在装备研制过程中大力推动六性工作的开展,不断引入六性新技术,推动了装备六性水平的提升。本文结合装备六性工作需求,探索提出了六性专业发展思路。

      专业定位

      当前,武器装备实战化能力提升是装备建设的重点。面向实战化需求,如何确保武器装备的战备完好性、提高作战实战效能、大幅减少武器保障费用,成为了迫切需要解决的问题。国内外几十年的实践证明,开展六性工作是解决上述问题的有效途径之一。开展六性工作是适应新时期武器装备建设与发展的需要,可有效地提高武器装备的作战效能,具有巨大的军事和经济效益。随着高新技术的引入,新型武器装备的功能集成化程度越来越高,实战任务剖面和使用环境条件日益复杂,使得六性工作面临严峻的挑战。同时军方对装备的六性提出了许多全新的要求,逐渐将六性上升到与性能同一高度层次,对六性工作高度重视,不仅要在定型时对装备六性进行考核,同时要求在整个研制阶段全程参与六性工作的监督与控制。

      鉴于开展六性工作的工程现实需求,在装备研制过程中,六性专业处于无可替代的作用和地位。开展六性工作是确保装备六性达到规定要求,以满足装备战备完好性和任务成功性要求,减少对维修人力和使用保障要求,降低寿命周期费用,同时满足安全性要求的基本途径。六性设计属于装备设计工作的重要组成部分,这决定了六性专业是装备设计专业不可或缺的一环。通过设置六性专业,将专业工程理论技术与装备研制需求相结合,建立具有本单位特色的专业工程,可以最大地体现六性工作对装备研制的作用,才能将六性真正融入型号研制,提高武器装备的任务成功性和作战效能。

      装备六性技术发展

      3.1  六性技术体系框架

      六性作为一门综合性的交叉学科,其技术体系也具有层次性,主要包括基础理论层、基础技术层、应用技术层,如图1所示。

      图1 六性技术体系框架

      为了更好地推动装备六性工作的开展,实现六性与性能设计有机融合,国内外相关科研机构和领域专家不断探索六性新技术,主要有以下发展方向。

      3.2  装备体系六性论证技术

      未来的战争是体系与体系的对抗,基于天、空、地、海多维信息支持下的体系对抗是机械化作战向信息化作战发展的必然趋势,因此,装备体系发展与论证越来越受到重视,其中一个重要的方面是装备体系作战效能评估。装备体系作战效能是指装备体系实现特定作战任务目标的有效程度,即在给定威胁、条件、环境和作战方案下装备体系完成作战任务的效果,是一个动态的概念。历次战争及工程实践表明,可靠性、维修性、保障性等产品特性是影响武器装备作战效能的重要因素,对战场或战争的态势有着重要影响,而且这种影响关系十分复杂。在装备向全域机动立体攻防转型的发展趋势下,探索新形势下装备体系的可靠性、维修性、保障性等指标论证与评价方法成为了新一代装备建设发展需要。传统的试验和数学解析方法很难解决复杂装备体系的可靠性、维修性、保障性等指标论证问题,采用建模仿真技术解决这类问题成为一个重要的发展趋势

      3.3  六性与性能一体化设计技术

      一体化设计就是在并行设计、协同设计、多学科设计优化等先进设计理念的支持下,各类设计人员协同工作,综合考虑设计过程所涉及到的各个环节、各类学科专业以及产品生命周期各阶段间的相互关系、相互影响,在构建的网络数字环境中,集成地设计复杂产品及其相关过程的系统化方法。实现六性与性能一体化设计的重点是在开展产品性能设计的同时,开展六性设计分析,及时识别影响产品六性水平的薄弱环节,因此,近年来基于虚拟样机的六性与性能一体化设计不断发展并逐步取得应用。装备产品的虚拟样机是实现产品整体性能与六性设计优化的载体与平台。虚拟样机综合了装备系统设计与装备六性设计所需要的基本仿真和分析工具,提供了一种高效的信息交流和共享平台,为装备性能与六性综合设计奠定了基础。基于虚拟样机的六性综合设计流程如图2所示。

      图2 基于虚拟样机的六性与性能一体化设计

      3.4  六性仿真试验与评价技术

      随着六性仿真技术不断发展完善,通过六性仿真与评价可在导弹武器装备研制过程中及时发现六性设计薄弱环节,为产品设计改进提供依据,可有效缩短研制周期,提升装备六性设计水平,六性仿真与评价已逐渐成为支撑当前导弹武器装备六性工作的重要手段。在国家层面,军委装备发展部下发的《关于改进加强装备试验鉴定工作的意见》文件明确要求加强建仿真条件建设,为装备设计改进及验证评价提供有效支撑,其中特别强调了对作战效能、保障效能以及通用质量特性等进行试验评估鉴定的重要性。在军工行业层面,国内外相关装备研制单位积极开展六性仿真与评价软硬件设备研制,取得了显著的成效,部分单位六性仿真与评价实验室已初具规模。以可靠性仿真试验为例,该技术在我国航空装备研制中取得了成功应用,取得了很好的效果,其基本工作流程如图3所示。

      图3 基于仿真试验的可靠性薄弱环节识别与评估

      3.5  预测与健康管理技术

      预测与健康管理技术(Prognosticsand Health Management, PHM)是指利用尽可能少的传感器采集系统的各种数据信息,借助各种智能推理算法(如物理模型、神经网络、数据融合、模糊逻辑、专家系统等)来评估系统自身的健康状态,在系统故障发生前对其故障进行预测,并结合各种可利用的资源信息提供一系列的维修保障措施以实现系统的基于状态的维修(Condition Based MaintenanceCBM)。

      面向新时期装备实战化要求的提升,新型武器装备的性能日益提高,功能和结构复杂化程度急剧增加,军方对装备的关注点也从单纯的高技术指标要求拓展至优良的作战效能、战备完好性及经济可承受性。特别是针对装备的维修保障工作,由于传统上一般采取修复性维修和预防性维修,导致维修工作效率低下且耗费资源,其带来的大量人力和物力消耗已不符合新时期战场环境的要求。因此,有必要实现装备的视情维修,即在发现装备的故障征兆时进行有针对性的维修。而由于PHM技术可实现对故障进行预测并对装备健康状态进行管理,因此已成为实现视情维修的重要技术支撑。装备故障预测与健康管理的典型架构如图4所示。

      图4 装备故障预测与健康管理典型架构

      4  六性标准规范体系

      武器装备具有高风险、高投入、高技术的特点,具有极高的质量要求,工程实践证明,武器装备的高质量高可靠性是通过在研制过程系统、规范、有效地实施六性技术和管理活动来保证的。在新技术条件下,针对大投入、高风险、多协作、小子样、高可靠性和寿命要求的武器装备,系统、规范的六性标准规范体系是确保全面有效地开展六性保证活动的基础和保障。根据多年来的技术积累和工程经验,我国工程研制人员开展了大量工作,取得了许多成果,积累了丰富的工程经验,并以六性标准规范的形式加以提炼、完善和固化,为提高武器装备研制工作的有效性和效率、提高武器装备的六性设计水平发挥了重要的作用。通过对现行六性相关标准规范进行梳理,可以将六性相关的标准分为技术类、管理类和产品类三大类。其中技术类标准可进一步分为术语类、综合类、设计方法类、分析方法类、试验评价类以及使用与保障类标准。

      六性相关的标准规范较多,六性专业人员必须加强对标准的学习和应用,一方面,需结合具体装备对象,在现有标准规范基础之上,建立并逐步完善适合本单位产品特点的六性标准规范体系;另外一方面,需加强对标准规范的学习和贯彻实施,在装备研制过程中少走弯路,提高工作效率,取得更多的突破。

      六性专业能力建设

      5.1  专业基础能力建设架构

      六性专业能力建设的目的是通过建设完善的包含六性管理、设计、分析、试验与评价的工具、平台及硬件设施,不断提升六性专业技术能力,促进六性与性能设计有机融合,充分发挥六性专业顶层管理和基础支撑作用。结合武器装备的特点,规划形成的六性专业基础能力建设重点主要为六性协同工作平台及六性仿真与评价实验室。

      5.2  六性协同工作平台建设

      六性协同工作平台采用“平台框架+工具集”的建设方案,各工具集能够独立完成相应功能,同时可借助协同工作平台框架实现各工具集间的数据传递,实现六性协同设计分析及工作管控,平台整体构成如图5所示。

      图5 六性协同工作平台构成

      六性协同平台采用开放式架构,具有较好的可扩展性。随着六性技术的不断发展以及新型六性设计分析工具的开发,可基于六性协同工作平台框架补充或完善现有工具,不断完善平台功能。六性协同工作平台主要由服务器、计算机终端以及相关软件组成,其中软件工具包括六性协同工作平台框架、六性设计过程控制和管理工具、六性要求仿真论证工具、可靠性设计分析工具、维修性设计分析工具、保障性设计分析工具、安全性设计分析工具、测试性设计分析工具、环境适应性设计分析工具、六性要求验证与评价工具、六性设计准则制定与符合性检查工具。

      5.3  六性仿真与评价实验室建设

      在六性协同工作平台建设基础之上,通过购置高性能计算以及辅助外设等硬件设备、通用及专业软件工具,研发构建六性仿真与评价相关部分专业软件工具、接口及仿真调度模块,构建六性仿真与评价实验室,实验室硬件及软件架构如图6所示。

      图6 六性仿真与评价实验室架构

      六性仿真与评价实验室由应用层、接口层、软件层、信息层和硬件层组成。硬件层包含实验室所有硬件设备,为平台运行提供硬件支撑;信息层包含实验室在型号工作中积累的各类模型库和数据库,为平台仿真分析与试验评价提供信息支撑;软件层包含平台涉及的所有软件工具,为平台运行提供软件工具支撑;接口层含有设计分析软件之间接口、软件与平台之间接口等各种类型的软件接口,为平台内部的数据实时传输提供支持;应用层是综合利用通用及专业软件工具,根据各工具之间接口,通过开发仿真调度模块实现不同仿真应用。

      7  结束语

      随着武器装备的发展,装备六性工作面临着一系列新的挑战。首先,高新技术的应用使得装备使用模式与故障规律发生变化;其次,战争模式的改变,使得装备实战化需求不断提升,对装备六性水平提出了更高的要求;第三,装备体系的发展,使得六性工作不断向全系统、全过程和全特性延伸。这些变化都对六性专业发展提出了新的要求,也为六性专业发展提供了机遇和基础。武器装备研制部门应针对这些变化,遵循装备发展需求、加强六性专业建设、完善装备六性技术、促进装备六性提升。 本文转自: 可靠性杂坛

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