淺談航天發射場裝置健康管理架構研究論文
淺談航天發射場裝置健康管理架構研究論文
資訊系統是由計算機硬體、網路和通訊裝置、計算機軟體、資訊資源、資訊使用者和規章制度組成的以處理資訊流為目的的人機一體化系統。裝置健康管理(EquipmentHealth Management，EHM)，是透過感知並充分使用狀態監測資訊，融合維修、使用和環境資訊，結合規範的裝置管理方法和業務流程，對維修活動進行科學規劃和合理最佳化，對影響裝置健康狀態和剩餘壽命的技術、管理和人為因素進行全過程控制的活動。當前，在技術推動和現代維修理念發展的雙重作用下，EHM 的重要性大大增加。有效的裝置健康管理不僅僅侷限於狀態監測和維修的範圍，而是深入到裝置的規範化、科學化和智慧化管理之中。隨著自動化與資訊化、技術與管理日益融合，航天發射場如何主動推進更完整的資訊獲取、更全面的互聯互通、更深入的資訊應用，關係到航天發射場分佈與集中管控裝置狀態、核心業務、技術以及開展決策的能力和水平。
1 基於資訊系統的航天發射場裝置健康管理的需求
航天發射場裝置健康管理的管控物件在管理中均以資訊來表現。在裝置健康管理中，我們透過資訊系統來實現裝置健康管理閉環的資訊處理流程，實現裝置資訊在管理、檢測、控制方面自下而上與自上而下的互動。基於資訊系統的航天發射場裝置健康管理，需要智慧化的管理手段、專業化的管理隊伍、配套化的管理機制和資訊化的管理環境作為條件。
1.1 智慧化的管理手段
隨著資訊科技、智慧技術、維修技術等各種高新技術的發展及其在航天發射場中的廣泛應用，測試發射裝置的結構變得越來越複雜，功能越來越多，自動化程度越來越高。與此同時，複雜裝置系統的可靠性、維修性、故障預測與診斷及維修保障等問題也日見突出。對於技術含量高、系統整合性強、構造機理複雜、技術標準要求高的裝置系統，傳統的耳聽、手摸、眼看等檢查測試、故障診斷方法已不能適應裝置維修管理的需要，為了實施更加科學合理的維修保障，我們必須發展並運用智慧化的管理手段。這些手段包括：利用線上監測系統或離線檢測系統獲得的裝置執行狀態資料;利用人工智慧演算法定期或不定期地對裝置狀態做出評估;利用PDA 和剩餘壽命預測模型分析裝置的效能衰退趨勢;利用多媒體顯示裝置健康評估和分級報警結果及時進行維修決策，等等。
1.2 專業化的管理隊伍
基於資訊系統的航天發射場裝置健康管理對保障隊伍的素質要求，側重於“知識型”和“專業化”，這將成為航天發射場管理力和保障力新的增長點。實現基於資訊系統的航天發射場裝置健康管理，要有一支熟悉資訊化條件下裝置健康管理特點與規律，通曉裝置維修保障，能嫻熟運用資訊科技、監測技術、故障診斷技術和狀態評估技術等進行維修決策、控制與協調的裝置管理人員隊伍;要有一支文化層次高、業務技能強、專業種類全，能熟練使用智慧化裝置和設施的裝置操作人員隊伍;要有一支裝置保障理論功底深、實踐應用能力強、專業技術水平高，能運用現代技術尤其是資訊科技解決一體化綜合保障重點、難點問題的裝置維修人員隊伍。
1.3 配套化的管理機制
管理機制本質上是管理系統的內在聯絡、功能及其執行原理，是決定管理功效的核心問題。配套化的管理機制是航天發射場順利實施裝置健康管理的基礎，沒有配套完善的機制，一體化綜合保障就難以高效執行。
管理機制主要表現為三大機制：一是嚴密順暢的執行機制，這是航天發射場裝置健康管理基本職能的活動方式、系統功能和執行原理，要與航天測試發射指揮資訊執行渠道相一致，要與裝置保障物質流執行渠道相一致;二是合理高效的動力機制，這是確保航天發射場裝置健康管理系統動力產生與運作的機制，要靠管理主體樹立全域性觀念，要大力強化服務意識;三是責權一致的約束機制，必須運用政策、法規、標準等建立約束機制，必須明確相關係統及人員的責任，來限定或修正裝置健康管理行為。
1.4 資訊化的管理環境
航天發射場對測試發射裝置的操作使用、維護保養、故障修理等資訊採用人工記錄和分散的資訊系統管理的方式，可以在一定程度上滿足航天發射場的維修和管理需求，但也日益暴露出裝置管理技術手段相對落後、維修管理資訊化程度較低等問題，難以實現以資訊為依據的裝置健康管理。
資訊化的管理環境，強調管理單元和要素的高度融合，強調管理體系效能的整體發揮，要求健康管理一體高效、保障力量高度融合、管理內容綜合相容、維修行動實時精確。
資訊化的管理環境是航天發射場資訊化建設的有機組成部分，必須與航天發射場資訊化建設相一致、相協調、同步發展，在航天發射場資訊化建設的大框架內，儘可能最佳化結構、完善功能，盡力做到：一是網路一體，即不同建制、不同單位、不同層次而又目標相同、功能相似、作用相關的各種維修保障力量和管理平臺，透過資訊化網路系統連在一起，形成縱橫交錯、穩定可靠的一體化保障網路;二是輻射管理，即以資訊系統為依託，以網路為骨幹，以各個管理站點為觸角，分割槽、成網配置維修力量，建立由點向面、業務銜接、功能互補、富有彈性的管理部署;三是可視可控，就是以裝置健康管理需求為牽引，藉助視覺化的管理排程系統，適時把握各類不同裝置的健康狀況，合理排程維修資源，以資訊流引導物質流，確保在需要的時間和地點投入適當的維修力量，實現精確、高效的裝置健康管理。
2 基於資訊系統的航天發射場裝置健康管理總體架構
根據基於資訊系統的航天發射場裝置健康管理的需求分析，論文認為基於資訊系統的航天發射場裝置健康管理架構主要由資源管理架構、業務邏輯架構、應用表現架構和基礎設施架構等組成。
2.1 資源管理架構
航天發射場裝置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各類裝置管理力量、裝置維修力量和裝置操作力量，以及檢測裝置、維修裝置、備件等，通常是指具有一定實物、實體形態的資源。無形資源是沒有發生損耗的隱性的各類因素，包括知識、經驗、標準、方法、技術等等。
在資源管理架構中，資訊系統一方面將有形資源以資料的形式採集、儲存到資料庫中，另一方面將無形資源轉化、儲存到模型庫、方法庫、標準庫、知識庫中。因此，資源管理架構中主要包括各類結構化、半結構化和非結構化的資料資訊，以及實現資訊採集、儲存、傳輸、存取和管理的.各種資源管理系統，主要有資料庫管理系統、目錄服務系統、內容管理系統等。從資訊的流向看，“外部內向”資訊資源是裝置管理人員所瞭解和掌握的，對裝置健康管理有用的各種外部環境資訊，裝置健康管理不僅關注裝置及其部件的技術狀態，而且還關注環境因素、使用因素等對裝置健康狀態的影響。“內部外向”資訊資源是航天發射場裝置健康管理的歷史、傳統、經驗做法、案例，等等。
2.2 業務邏輯架構
航天發射場裝置健康管理涉及狀態監控、健康評估、維修決策支援、規劃及控制等許多業務，這些業務之間又存在一定的邏輯關係。在狀態監控、故障預測基礎上的裝置健康管理是機內測試和狀態監測能力的拓展，是從裝置級狀態監測與故障診斷到系統級綜合診斷與狀態管理的轉變。
業務邏輯架構是描述驅動航天發射場裝置健康管理活動的主要業務架構，由實現裝置健康管理各種業務的功能、流程、規則、策略等組成。在資訊系統中對應應用業務的是一組資訊處理程式碼成。業務邏輯架構也包含描述業務物件以及它們之間的關係，包含這些業務物件在業務流程和業務功能中的使用。業務邏輯架構中的一個基本業務流程。
2.3 應用表現架構
應用表現架構是在基礎設施架構的支援下，透過人機互動等方式，將業務邏輯架構和資源管理架構緊密結合在一起，並以圖形、多媒體等豐富的形式向用戶展現資訊處理的結果。應用表現架構是航天發射場各項資料、資訊流、資訊物件以及資料交換介面的綜合描述，清楚地表述了在各種應用中的資料以及資料在各應用間的互動。應用表現架構應該能夠展現：確定的資訊需求、資訊的採集與處理、為管理人員提供資訊及結果、各種圖形的顯現。
2.4 基礎設施架構
基礎設施架構主要由支援航天發射場裝置健康管理資訊系統執行的硬體、系統軟體和網路組成，把在操作層面的IT 管理方面的基礎設施要素聯絡起來。基礎設施架構處於支援作用底層，如自動感知技術(感測器、RFID)、監測與控制技術(PLCDCSSCADAD 狀態監測)、製造執行技術(MES)，直接服務於其它三個架構。基礎設施架構為應用表現架構提供高質量的資訊物件、軟體應用系統(如管理資訊系統、決策支援系統)，以及系統和資料的互動介面，還提供輔助決策系統(DSS)、工業控制系統(CCS)以及資料庫、模型庫、方法庫、知識庫和上級機關及外界交換資訊的介面。
3 基於資訊系統的航天發射場裝置健康管理層次架構
3.1 層次架構劃分
根據航天發射場裝置健康管理的總體架構，為了實現基於資訊系統的裝置健康管理，可以利用資訊科技、網路技術、狀態監測技術等，構建有機、整合的裝置健康管理體系。該體系可以分層次實施，各個層次可以有機結合，統一規劃，分層實施。
3.2 層次架構描述
基於資訊系統的航天發射場裝置健康管理強調以規劃設計層為指導，以業務系統層為主線，以研發工具層為手段，以導航互動層為表現。
3.2.1 規劃設計層
航天發射場裝置健康管理MIS 的開發必須具有一定的科學管理工作的基礎。只有在合理的管理體制、完善的規章制度、穩定的工作秩序、科學的管理方法和準確的原始資料的基礎上，才能進行MIS 的開發。因此，為適應航天發射場裝置健康管理MIS 的開發需求，航天發射場裝置管理部門必須做好規劃、設計工作，做好建造、購置和安裝的準備，必須逐步完善以下工作：操作、執行、維護、報廢等工作的程式化，各部門都有相應的作業流程;裝置健康管理業務標準化，各部門都有相應的作業規範;報表檔案的統一化，固定的內容、週期、格式;資料資料的完善化和程式碼化等。
3.2.2 業務系統層
業務系統層包含了航天發射場裝置健康管理的基本業務體系，主要有裝置健康狀態評估、裝置剩餘壽命預測、故障檢測與診斷管理、裝置操作與執行管理、裝置狀態維修管理、日常維護保養管理、備件採購與庫存管理等。業務系統層還包含了航天發射場裝置健康管理的各項標準，主要有健康狀態等級標準、檢測診斷技術標準、規範化管理標準、業務操作標準等。航天發射場裝置健康管理可以透過MIS 實現業務資訊增值，用數學模型統計分析資料，實現輔助決策，反映IT 對業務系統的支援性作用。
3.2.3 研發工具層
研發工具層可以構建和使用各類開發平臺或開發工具(包括：資料建模工具、流程管理工具、功能開發工具、報表設計工具、網路開發工具、系統整合工具等)。航天發射場裝置健康管理技術人員透過研發工具層能夠輕鬆維護業務需求變化。研發工具層開發的輸入功能決定於系統所要達到的目的及系統的能力和資訊環境的許可;儲存功能是系統儲存各種資訊資料和資料的能力;處理功能主要是基於資料倉庫技術的聯機分析處理(OLAP) 和資料探勘(DM);控制功能對構成系統的各種資訊處理裝置進行控制和管理，對整個資訊加工、處理、傳輸、輸出等環節透過各種程式進行控制。
3.2.4 導航互動層
導航互動層所包含的應用軟體系統、資訊以及各系統和資訊之間的互動介面直接為裝置健康管理業務提供了支撐。導航互動層在對業務體系內容進行分析的基礎上，可以構建特色應用元件功能，包括設計業務導航艙、展示工作流程、組織裝置樹結構、圖形化工作指引、支援PDA等移動裝置使用等。導航互動層設計的中心思想是：以資源管理為中心，以許可權控制為手段，以圖形介面為互動方式，以定製擴充套件應對變化。
4 結束語
航天發射場實施以資訊系統為支撐的裝置健康管理，能夠藉助資訊系統加強裝置健康管理工作管控，實時掌握裝置健康狀態，全面跟蹤記錄裝置維護維修過程;能夠為裝置健康管理提供準確及時的資訊分析;能夠利用資訊系統實現備件庫存預警機制，實現採購——庫存——消耗聯動，降低備件庫存及其備件成本;能夠利用資訊系統的資料處理能力為裝置健康管理決策提供科學依據。航天發射場對關鍵裝置進行狀態監測與健康管理，可以提高裝置健康管理水平，對於最佳化裝置維修活動、輔助維修決策具有重要意義。