航空裝備智能保障系統(tǒng)綜述
時(shí)間:2022-12-25 03:17:59
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摘要:隨著智能化前沿技術(shù)的迅猛發(fā)展與廣泛應(yīng)用,航空裝備正在向智能化方向發(fā)展,其保障系統(tǒng)也將通過智能化技術(shù)賦能實(shí)現(xiàn)進(jìn)化發(fā)展。面向下一代航空裝備的使用需求,以智能化技術(shù)為牽引,分析了航空裝備智能保障場(chǎng)景,捕獲了智能保障系統(tǒng)的能力需求,在此基礎(chǔ)上提出了由全面態(tài)勢(shì)感知、智能保障決策、自主作業(yè)執(zhí)行、智能監(jiān)督控制組成的航空裝備智能保障系統(tǒng)功能以及分層架構(gòu),研究了智能保障系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),并對(duì)應(yīng)用智能化技術(shù)的收益與風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析,為航空裝備智能保障系統(tǒng)的研制與應(yīng)用,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精確、敏捷、經(jīng)濟(jì)的保障提供了支持。
關(guān)鍵詞:保障系統(tǒng);智能;航空裝備;決策;感知;執(zhí)行;監(jiān)督
以人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等為代表的前沿技術(shù)正在引領(lǐng)諸多領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性變革[1-3],未來戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)將向智能化戰(zhàn)爭(zhēng)轉(zhuǎn)變,武器裝備也在廣泛探索應(yīng)用智能化技術(shù)[4],智能化技術(shù)同樣為裝備保障系統(tǒng)的賦能和發(fā)展提供了先決條件。本文面向下一代航空裝備的使用需求,針對(duì)保障方案規(guī)劃不合理、保障作業(yè)效率低下、保障資源延誤時(shí)間長、人員訓(xùn)練與實(shí)戰(zhàn)脫節(jié)等航空裝備保障系統(tǒng)存在的實(shí)際問題,以智能化前沿技術(shù)為基礎(chǔ),開展以“智能”為特征的航空裝備保障系統(tǒng)研究,為實(shí)現(xiàn)精確、敏捷、經(jīng)濟(jì)的保障提供技術(shù)支持。
1智能保障系統(tǒng)能力需求
1.1航空裝備智能保障場(chǎng)景。智能保障系統(tǒng)典型應(yīng)用構(gòu)想包括智能保障決策、智能使用保障、智能機(jī)庫維修、智能資源調(diào)度、智能訓(xùn)練保障等。1.1.1智能保障決策。針對(duì)保障方案規(guī)劃不合理的問題,智能保障決策應(yīng)用人工智能技術(shù),將人在決策過程中用到的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)固化到系統(tǒng)中,基于裝備狀態(tài)、保障資源狀態(tài)、任務(wù)狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)等全面態(tài)勢(shì)感知信息,根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)或平時(shí)訓(xùn)練需求,對(duì)何時(shí)、何地、做什么、怎么做、用什么做等問題進(jìn)行決策,自動(dòng)生成保障方案。(1)平時(shí)訓(xùn)練保障智能規(guī)劃:根據(jù)訓(xùn)練任務(wù)需求,裝備部署情況,可靠性、維修性、保障性等通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)水平等信息,自動(dòng)規(guī)劃保障方案,包括定檢任務(wù)智能優(yōu)化、視情維修自主決策、人員訓(xùn)練智能規(guī)劃等。(2)作戰(zhàn)任務(wù)保障方案自主生成:針對(duì)不同的作戰(zhàn)使用要求和保障能力需求,自動(dòng)規(guī)劃作戰(zhàn)任務(wù)保障方案,包括裝備優(yōu)選、保障資源需求預(yù)測(cè)、保障計(jì)劃自主生成等。1.1.2智能使用保障。針對(duì)使用保障作業(yè)效率低下的問題,智能使用保障應(yīng)用人工智能、機(jī)器人等技術(shù),實(shí)現(xiàn)精確化、無人化的充、填、加、掛與維護(hù)檢查等并行開展的一體化使用保障。(1)無人維護(hù)檢查:利用無人機(jī)對(duì)航空裝備外表面進(jìn)行自動(dòng)巡檢,確定是否存在涂層脫落、金屬材料開裂、復(fù)合材料分層等情況;利用機(jī)器人對(duì)航空裝備內(nèi)部難以接近的狹小/異形空間進(jìn)行自主檢查。(2)智能掛彈:應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)、軌跡規(guī)劃技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)等,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間掛點(diǎn)位姿參數(shù)的快速辨識(shí)、掛點(diǎn)檢測(cè)誤差修正,自主控制舉升機(jī)構(gòu)完成導(dǎo)彈/炸彈的掛裝作業(yè)。1.1.3智能機(jī)庫維修。針對(duì)維修保障作業(yè)效率低下的問題,智能機(jī)庫維修綜合運(yùn)用數(shù)字孿生、云計(jì)算、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),實(shí)現(xiàn)從飛機(jī)入庫前的狀態(tài)模擬和維修決策,到飛機(jī)入庫后的自動(dòng)檢測(cè)和智能維修的全過程保障。(1)裝備狀態(tài)實(shí)時(shí)模擬。數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享在數(shù)據(jù)云平臺(tái)中,應(yīng)用“數(shù)字孿生”模型和方法,對(duì)飛機(jī)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬。通過大數(shù)據(jù)分析和算法,預(yù)測(cè)剩余壽命或故障,并自主給出部件維修任務(wù)決策。維修任務(wù)決策通過物聯(lián)網(wǎng),自動(dòng)發(fā)送至外場(chǎng)維護(hù)中心,進(jìn)入機(jī)庫進(jìn)行維修。(2)自動(dòng)激光掃描。機(jī)庫門上的三維激光掃描儀對(duì)飛機(jī)各系統(tǒng)的健康狀態(tài)及故障與損傷情況進(jìn)行深度掃描,生成全機(jī)健康狀況檢查數(shù)據(jù)報(bào)告。(3)機(jī)器人、無人機(jī)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè),自動(dòng)生成3D數(shù)字檢測(cè)報(bào)告。(4)智能維修任務(wù)卡自動(dòng)生成。3D數(shù)字檢測(cè)報(bào)告并自動(dòng)上傳至云平臺(tái),發(fā)送到遠(yuǎn)程維修工程中心。依據(jù)大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù),在云平臺(tái)自主整合交互式電子技術(shù)手冊(cè)(IETM)中的維修、排故等信息,生成電子智能維修任務(wù)卡,并發(fā)送至維修工程師穿戴式維護(hù)終端設(shè)備。(5)維修任務(wù)分配與調(diào)度。機(jī)庫維修技術(shù)人員在任務(wù)臺(tái)讀取任務(wù)卡,并根據(jù)各自專業(yè),自主“認(rèn)領(lǐng)”維修任務(wù)。任務(wù)認(rèn)領(lǐng)完畢后,自動(dòng)上傳至數(shù)據(jù)云平臺(tái)。維修任務(wù)調(diào)度中心在云平臺(tái)讀取到飛機(jī)數(shù)據(jù)、維修任務(wù)卡信息、維修人員信息等,通過物聯(lián)網(wǎng),將備品、備件、工具等維修資源需求自動(dòng)下發(fā)到相關(guān)部門。(6)基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的維修。維修人員帶上增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR眼鏡等可穿戴設(shè)備和智能工具箱,對(duì)故障產(chǎn)品進(jìn)行維修。(7)故障件自動(dòng)運(yùn)輸與狀態(tài)跟蹤。GPS跟蹤器安裝在故障返修件中,應(yīng)用機(jī)器人與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),自動(dòng)對(duì)故障件進(jìn)行運(yùn)輸與返修狀態(tài)跟蹤。(8)數(shù)據(jù)庫更新完成維修后,所有信息同步上傳至云平臺(tái),在數(shù)字孿生模型中繼續(xù)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行全時(shí)檢測(cè)與運(yùn)行模擬。1.1.4智能資源調(diào)度。針對(duì)保障資源延誤時(shí)間長的問題,智能資源調(diào)度利用物聯(lián)網(wǎng)[6]、大數(shù)據(jù)技術(shù)及新一代人工智能技術(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流程與后勤保障流程無縫鏈接并相互驅(qū)動(dòng),自動(dòng)感知保障資源需求,并實(shí)現(xiàn)保障資源的自主籌措和動(dòng)態(tài)調(diào)度。(1)飛機(jī)調(diào)度。在態(tài)勢(shì)感知的基礎(chǔ)上,根據(jù)任務(wù)需求及飛機(jī)健康狀態(tài)和梯次使用要求,選擇合適的飛機(jī)參與作訓(xùn)任務(wù)。(2)本場(chǎng)維修資源調(diào)度。當(dāng)飛機(jī)還在空中飛行時(shí),利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將故障預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)系統(tǒng)預(yù)測(cè)的飛機(jī)故障和健康狀態(tài)信息自動(dòng)傳輸給地面的維修站和后勤補(bǔ)給系統(tǒng),使其提前準(zhǔn)備好相應(yīng)的備件、保障設(shè)備、技術(shù)資料、維修人員等,當(dāng)飛機(jī)降落后便可快速進(jìn)行維修,縮短維修時(shí)間,提高飛機(jī)的出動(dòng)強(qiáng)度。(3)保障資源調(diào)度。在維修及轉(zhuǎn)場(chǎng)準(zhǔn)備過程中存在本場(chǎng)保障資源短缺時(shí),可基于全資可視化、地理信息系統(tǒng)、智能物流、無人裝卸與運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù),實(shí)現(xiàn)供應(yīng)點(diǎn)選擇、運(yùn)送路徑規(guī)劃、自動(dòng)集裝、自主運(yùn)輸?shù)荣Y源自主調(diào)度功能。1.1.5智能訓(xùn)練保障。針對(duì)人員訓(xùn)練與實(shí)戰(zhàn)脫節(jié)的問題,智能訓(xùn)練保障面向作戰(zhàn)任務(wù)需求,應(yīng)用數(shù)字孿生、場(chǎng)景建模仿真等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)作戰(zhàn)場(chǎng)景的逼真模擬,運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)保證人員的沉浸式交互,基于云平臺(tái)完成不同空間空/地勤人員的協(xié)同訓(xùn)練,并可基于任務(wù)需求和人員現(xiàn)狀定制推送個(gè)性化訓(xùn)練方案。(1)全任務(wù)虛擬作戰(zhàn)訓(xùn)練:為保證執(zhí)行任務(wù)的成功率,智能保障系統(tǒng)針對(duì)各種任務(wù)構(gòu)型,為保障人員生成訓(xùn)練方案,利用虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)在不動(dòng)用裝備的情況下完成虛擬作戰(zhàn)訓(xùn)練。(2)全對(duì)象分布式聯(lián)合訓(xùn)練:航空裝備保障站點(diǎn)分散、保障資源種類多,智能保障系統(tǒng)模擬綜合作戰(zhàn)環(huán)境,結(jié)合裝備的任務(wù)構(gòu)型,自主推理生成保障流程,實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域空/地勤人員的分布式聯(lián)合訓(xùn)練。1.2智能保障系統(tǒng)能力需求。面向航空裝備智能保障場(chǎng)景,捕獲智能保障系統(tǒng)的能力需求,可歸納為全面態(tài)勢(shì)感知、智能保障決策、自主作業(yè)執(zhí)行和智能監(jiān)督控制等方面的能力。(1)全面態(tài)勢(shì)感知能力:借助PHM系統(tǒng)、全資可視化、數(shù)字孿生模型等手段,全面感知裝備健康狀態(tài)、作戰(zhàn)任務(wù)需求、裝備部署情況、保障資源需求等信息,為智能保障決策提供輸入。(2)智能保障決策能力:利用人工智能技術(shù),使保障系統(tǒng)能模仿人的智能,具有思維、學(xué)習(xí)、推理判斷和自行或輔助解決保障問題的能力。(3)自主作業(yè)執(zhí)行能力:綜合運(yùn)用機(jī)器視覺聽覺感知、無人操作智能控制、無人機(jī)、自動(dòng)駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云平臺(tái)等先進(jìn)技術(shù),在使用和維修保障活動(dòng)中高度實(shí)現(xiàn)無人化,由“智能機(jī)器”代替“人”進(jìn)行自主作業(yè),在訓(xùn)練和供應(yīng)保障過程中全面實(shí)現(xiàn)信息化和智能化。(4)智能監(jiān)督控制能力:在保障系統(tǒng)運(yùn)行過程中能對(duì)各保障流程和環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,能主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行自主排查和優(yōu)化。
2智能保障系統(tǒng)方案
航空裝備智能保障系統(tǒng)是面向裝備作戰(zhàn)任務(wù)與平時(shí)訓(xùn)練場(chǎng)景,應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等智能化技術(shù),具備全面態(tài)勢(shì)感知、智能保障決策、自主作業(yè)執(zhí)行、智能監(jiān)督控制等能力的保障系統(tǒng),其方案包括功能組成和技術(shù)架構(gòu)兩方面。2.1智能保障系統(tǒng)功能。對(duì)應(yīng)于航空裝備智能保障系統(tǒng)能力需求,智能保障系統(tǒng)的功能組成如圖1所示。2.1.1全面態(tài)勢(shì)感知功能。全面態(tài)勢(shì)感知功能,由裝備態(tài)勢(shì)感知、保障狀態(tài)感知、環(huán)境狀態(tài)感知、任務(wù)狀態(tài)感知等功能組成。(1)裝備狀態(tài)感知功能,包括對(duì)裝備實(shí)時(shí)狀態(tài)的感知、歷史狀態(tài)的追溯以及未來狀態(tài)的預(yù)測(cè)等功能。(2)保障狀態(tài)感知功能,包括對(duì)備件、保障設(shè)備工具、人力人員等保障資源種類和數(shù)量等狀態(tài)感知功能。(3)環(huán)境狀態(tài)感知功能,包括對(duì)地理、氣候等自然環(huán)境及戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境狀態(tài)的感知功能。(4)任務(wù)狀態(tài)感知功能,包括對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)、訓(xùn)練任務(wù)狀態(tài)的感知功能。2.1.2智能保障決策功能。智能保障決策功能,由作戰(zhàn)任務(wù)保障方案自主生成、平時(shí)訓(xùn)練保障智能規(guī)劃等功能組成。(1)作戰(zhàn)任務(wù)保障方案自主生成功能,包括裝備優(yōu)選、維修任務(wù)預(yù)測(cè)、保障資源需求預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)資源調(diào)度規(guī)劃、保障作業(yè)計(jì)劃生成等功能。(2)平時(shí)訓(xùn)練保障智能規(guī)劃功能,包括梯次使用智能規(guī)劃、預(yù)測(cè)性維修自主決策、資源補(bǔ)給智能規(guī)劃和人員訓(xùn)練智能規(guī)劃等功能。2.1.3自主作業(yè)執(zhí)行功能。自主作業(yè)執(zhí)行功能,由自動(dòng)使用保障、自動(dòng)檢測(cè)與維修、智能作業(yè)支持、自主供應(yīng)保障、智能訓(xùn)練保障等功能組成。(1)自動(dòng)使用保障功能,包括自主加注/抽放燃油、自主充填氣體與液體、自主充電、自主裝載/卸載彈藥、自主維護(hù)檢查等功能。(2)自動(dòng)檢測(cè)與維修功能,包括自動(dòng)全機(jī)掃描檢查、自主結(jié)構(gòu)修復(fù)、自主故障件拆裝、空中自動(dòng)檢測(cè)與維修等功能。(3)智能作業(yè)支持功能,包括智能工卡生成與執(zhí)行反饋、交互式作業(yè)支持、智能工具器材管控、實(shí)時(shí)返修狀態(tài)反饋等功能。(4)自主供應(yīng)保障功能,包括智能庫存管理、資源自主籌措、資源自動(dòng)配送等功能。(5)智能訓(xùn)練保障功能,包括作戰(zhàn)場(chǎng)景仿真訓(xùn)練、個(gè)性化訓(xùn)練定制與推送等功能。2.1.4智能監(jiān)督控制功能智能監(jiān)督控制功能,由自主監(jiān)控預(yù)警、智能評(píng)估優(yōu)化、自動(dòng)反饋改進(jìn)等功能組成。(1)自主監(jiān)控預(yù)警功能,包括裝備健康狀態(tài)監(jiān)控與預(yù)警、任務(wù)形勢(shì)監(jiān)控與預(yù)警、保障資源消耗情況監(jiān)控與預(yù)警等功能。(2)智能評(píng)估優(yōu)化功能,包括保障效能評(píng)估與優(yōu)化、保障資源適用性評(píng)估與優(yōu)化、使用和維修保障過程優(yōu)化等功能。(3)自動(dòng)反饋改進(jìn)功能,包括設(shè)計(jì)改進(jìn)反饋、制造改進(jìn)反饋、使用改進(jìn)反饋、維修改進(jìn)反饋、管理改進(jìn)反饋等功能。2.2智能保障系統(tǒng)架構(gòu)。智能保障系統(tǒng)采用分布式架構(gòu),開放靈活,即插即用,可集成應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)的業(yè)務(wù)功能。智能保障系統(tǒng)自底向上,分為支撐層、數(shù)據(jù)層、智能實(shí)現(xiàn)層和應(yīng)用層,如圖2所示。(1)應(yīng)用層:面向系統(tǒng)用戶,實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)感知、保障決策、作業(yè)支持、監(jiān)督控制等功能。(2)智能實(shí)現(xiàn)層:應(yīng)用深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘、預(yù)測(cè)推演、決策支持、結(jié)果生成等功能。(3)數(shù)據(jù)層:由數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識(shí)庫、范例庫等組成,可通過集成接口與任務(wù)系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。(4)支撐層:由網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源等硬件條件構(gòu)成。
3智能保障系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
智能保障系統(tǒng)應(yīng)用智能化前沿技術(shù),使保障系統(tǒng)能模仿人的智能,具有思維、感知、學(xué)習(xí)、推理判斷,自行或輔助解決保障問題的能力。應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)使能技術(shù),航空裝備智能保障系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析如下。(1)智能保障決策技術(shù)保障決策就是根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)或平時(shí)訓(xùn)練需求,對(duì)何時(shí)、何地、做什么、怎么做、用什么做等問題進(jìn)行決策,生成保障方案。智能保障決策則是應(yīng)用智能化技術(shù),將人在決策過程中用到的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)顯性固化到系統(tǒng)工具中,根據(jù)任務(wù)需求自動(dòng)生成保障方案,或在制訂保障方案的過程中為系統(tǒng)用戶提供專家建議的輔助決策功能。(2)預(yù)測(cè)性維修技術(shù)預(yù)測(cè)性維修是基于裝備狀態(tài)和故障預(yù)測(cè)確定維修任務(wù)的先進(jìn)維修方式[5],相比于傳統(tǒng)的修復(fù)性維修和預(yù)防性維修,預(yù)測(cè)性維修實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)、針對(duì)性維修,可在降低裝備故障風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)保持較高的使用效率。預(yù)測(cè)性維修技術(shù)是由狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、狀態(tài)預(yù)測(cè)、維修決策等一系列技術(shù)構(gòu)成的技術(shù)體系,通過實(shí)時(shí)監(jiān)控目標(biāo)裝備的健康狀態(tài),進(jìn)行智能維修決策,確定維修保障任務(wù),將航空裝備維修方式從“被動(dòng)式維修”轉(zhuǎn)化為“主動(dòng)式維修”。(3)數(shù)字孿生技術(shù)數(shù)字孿生技術(shù)包括數(shù)字孿生模型的構(gòu)建與應(yīng)用。數(shù)字孿生模型是裝備物理實(shí)體在虛擬空間中的超寫實(shí)動(dòng)態(tài)模型,裝備數(shù)字孿生模型的構(gòu)建與應(yīng)用,將成為未來裝備研制生產(chǎn)與使用保障的主流模式[6]。通過創(chuàng)建每個(gè)航空裝備實(shí)體的數(shù)字孿生模型,使裝備實(shí)現(xiàn)個(gè)體化、綜合化、可預(yù)測(cè),從而實(shí)現(xiàn)裝備的狀態(tài)監(jiān)控、使用和維修預(yù)測(cè)。智能保障系統(tǒng)通過應(yīng)用數(shù)據(jù)孿生技術(shù),結(jié)合裝備健康管理技術(shù)與使用技術(shù)狀態(tài)管理技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)全面的態(tài)勢(shì)感知與預(yù)測(cè)功能。(4)自主供應(yīng)保障技術(shù)自主供應(yīng)保障技術(shù)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),綜合應(yīng)用全資可視化、增材制造打印[7]、智能物流等技術(shù),實(shí)現(xiàn)保障資源的自主籌措、自動(dòng)配送、庫存管理等功能。在保障資源狀態(tài)感知的基礎(chǔ)上,基于物聯(lián)網(wǎng)、全資可視化、3D打印等技術(shù),實(shí)現(xiàn)保障站點(diǎn)優(yōu)選、自主補(bǔ)給訂貨、備件/設(shè)備/工具的打印制造等資源自主籌措功能;基于地理信息系統(tǒng)、智能物流、無人裝卸與運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù),實(shí)現(xiàn)運(yùn)送路徑規(guī)劃、自動(dòng)集裝、自主運(yùn)輸?shù)荣Y源自動(dòng)配送功能;基于大數(shù)據(jù)分析與趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)保障資源的智能化庫存管理功能。(5)交互式作業(yè)支持技術(shù)交互式作業(yè)支持技術(shù)是在保障人員進(jìn)行維修保障作業(yè)時(shí),利用人機(jī)交互技術(shù)將維修保障信息與實(shí)際設(shè)備進(jìn)行疊加,為維修操作、故障診斷、故障預(yù)警提供實(shí)時(shí)可視、智能指導(dǎo),可以有效減少維修保障時(shí)間,防止維修保障差錯(cuò),降低對(duì)作業(yè)人員的技能要求。交互式作業(yè)支持技術(shù)結(jié)合數(shù)字孿生、交互式電子技術(shù)手冊(cè)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)[8]、遠(yuǎn)程支持以及可穿戴設(shè)備等先進(jìn)技術(shù),通過對(duì)維修保障數(shù)據(jù)的組織、建模、智能驅(qū)動(dòng)和顯示,以手勢(shì)、視線聚焦、語音等多種自然人機(jī)交互方式為保障人員的維修、排故等作業(yè)提供可視化、智能化指導(dǎo),實(shí)現(xiàn)技術(shù)資料的交互性和智能化。(6)自主檢測(cè)與維修設(shè)備自主檢測(cè)與維修設(shè)備是應(yīng)用人工智能、機(jī)器人、無人機(jī)、圖像聲音和無線射頻識(shí)別等先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)航空裝備故障檢測(cè)與定位、拆卸安裝、原位修理、校驗(yàn)測(cè)試等保障功能的自動(dòng)化地面保障設(shè)備,取代保障人員實(shí)施保障作業(yè),實(shí)現(xiàn)無人、精確、靈活、快速的作業(yè)執(zhí)行,可大幅提高維修保障作業(yè)效率,消除人員安全風(fēng)險(xiǎn)。(7)空中保障技術(shù)空中保障除了空中加油之外,還包括空中故障修復(fù)、戰(zhàn)傷搶修等。應(yīng)用無人機(jī)、機(jī)器人等技術(shù),實(shí)現(xiàn)在空中對(duì)航空裝備內(nèi)部/外部的故障修復(fù)與戰(zhàn)傷搶修作業(yè),防止空中故障、戰(zhàn)傷導(dǎo)致的裝備墜毀、任務(wù)失敗,提高裝備安全性與任務(wù)成功率。
4智能保障系統(tǒng)效能分析
智能保障系統(tǒng)應(yīng)用大量智能化前沿技術(shù),其研發(fā)費(fèi)用相比于當(dāng)前裝備保障系統(tǒng)將會(huì)成倍增加,它能夠帶來的收益分析如下。(1)提高保障決策的科學(xué)合理性?;谌娴难b備健康與保障狀態(tài)感知信息,應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù),可快速做出適應(yīng)不同任務(wù)場(chǎng)景、不同使用環(huán)境的保障決策,給出科學(xué)合理的保障方案,提供適時(shí)、適地、適量的精確保障。(2)提高保障作業(yè)效率。應(yīng)用機(jī)器人、無人機(jī)等智能化保障設(shè)備,以及基于AR的交互式作業(yè)支持工具,可有效縮短使用和維修保障作業(yè)時(shí)間,提高作業(yè)質(zhì)量,并降低對(duì)人員數(shù)量和技術(shù)水平的要求。(3)提高保障資源供給效率。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、無人物流、3D打印等新技術(shù),可實(shí)現(xiàn)保障資源的實(shí)時(shí)全程可視化、動(dòng)態(tài)調(diào)度與自主補(bǔ)給,提供快速、靈活、及時(shí)的敏捷保障。(4)降低使用和保障費(fèi)用。通過應(yīng)用智能化技術(shù),可實(shí)現(xiàn)保障資源的合理配置與快速配送,結(jié)合保障作業(yè)效率的提高與人員數(shù)量及技能要求的降低,可有效降低裝備的使用和保障費(fèi)用。(5)降低保障人員職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)用機(jī)器人、無人機(jī)等智能化保障設(shè)備,使得保障人員避免或減少在有害環(huán)境下開展保障作業(yè),可大幅降低保障人員的職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)。在航空裝備保障過程中,應(yīng)用智能化技術(shù)的機(jī)器無法完全取代人,需要人機(jī)配合才能更好地完成保障任務(wù)。機(jī)器視覺、機(jī)器人等技術(shù)的迅猛發(fā)展,使得態(tài)勢(shì)感知、保障作業(yè)等邏輯清晰、重復(fù)性強(qiáng)、工作量大的能力適合由機(jī)器來完成,而需要考慮多維度復(fù)雜因素、承擔(dān)責(zé)任后果的保障決策、監(jiān)督控制等能力,則適合由機(jī)器提供輔助,由人來最終完成。智能化技術(shù)的應(yīng)用在帶來巨大收益的同時(shí),也存在一定風(fēng)險(xiǎn)。以深度學(xué)習(xí)為代表的智能化技術(shù),由于其計(jì)算過程為黑盒操作,存在不可解釋性問題,在實(shí)際應(yīng)用中存在產(chǎn)生不可控結(jié)果的隱患。將來隨著智能化技術(shù)的發(fā)展,將會(huì)逐步解決這個(gè)問題。
5結(jié)束語
本文從智能化前沿技術(shù)正在引領(lǐng)諸多領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性變革的發(fā)展趨勢(shì)出發(fā),結(jié)合當(dāng)前航空裝備保障系統(tǒng)存在的問題,將保障系統(tǒng)作為一個(gè)有機(jī)整體,從航空裝備智能保障場(chǎng)景中捕獲了保障系統(tǒng)的能力需求,進(jìn)而研究了智能保障系統(tǒng)的功能與架構(gòu),分析了智能保障系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),對(duì)以“智能”為特征的下一代航空裝備保障系統(tǒng)進(jìn)行了探索研究。后續(xù)可基于各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的成熟度,研究航空裝備智能保障系統(tǒng)的發(fā)展途徑。
作者:周揚(yáng) 曾照洋 周巖 林聰航 單位:1.空工業(yè)中國航空綜合技術(shù)研究所 2.航空綜合環(huán)境航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室