飞机是我国工业设计、制造水平和能力的重要体现,是我国工业的重要组成部分。新中国成立以来,经过长期的努力,我国已经建立起来了比较完整的飞机设计、制造工业体系,生产出了歼击机、运输机、轰炸机、民用飞机、直升机等系列高性能飞机及其系统,提升了我国航空工业的设计、制造水平。然而,长期以来我国航空工业主要将解决飞机设计、制造中的关键问题作为发展的重点,在飞机综合保障服务技术研究及系统应用方面重视程度不够,造成了我国飞机保障服务还处于手工或简单的计算机管理阶段,远远落后于发达国家,难以满足我国经济、军事等领域发展的要求。现代化飞机是机械、电气、电子、光学、液压、控制、计算机、软件、通信等技术集成的大型复杂装备,大量采用了新技术、新材料、新工艺,广泛应用了计算机、大规模集成电路及多种软件系统,其复杂化和智能化水平迅速提高,使保障服务的内涵发生了根本性的变化。保障服务不再是单纯以综合保障标准及相关技术文件为指导、以人力执行为主,而是以飞机设计、研发阶段以及生产阶段的 DMU(数字样机)为三维数据源头形成的 IETM(交互式电子作业指导书)为指导的新型综合保障体系,为飞机运行阶段的维护、维修、大修提供指导,其中网络技术和计算机技术是核心支撑,以此形成以飞机保障平台为主的数字化保障体系和服务。发达国家的实践已经证明了数字化保障服务是提高现代化飞机使用效率和战斗力的有效途径。 一、国内外发展现状 (一)国外发展现状与趋势 维护保障服务技术是提高武器装备战斗力的关键,一直受到美国等发达国家的重视。1985年,美国提出了计算机辅助后勤支援(computer aided logistic support,CALS)概念,旨在提升美国军队武器装备后勤支援中的技术资料数字化水平,降低武器装备维护和人员培训费用,提高武器装备的质量及军队的战斗力。在此基础上,美国在1987年和1993年相继提出了计算机辅助采办与后勤支援(computer-aided acquisition and logistic support)和连续采办与全生命周期支援(continuous acquisition & life-cycle support)思想,用以指导解决武器装备后勤服务中的数据共享和对武器装备提供全生命周期维护等问题。在上述CALS计划有效实施后,1997年美国又推出了通用操作数据环境的框架计划。该计划旨在通过数据化和标准化手段把现有与防务系统相关的数据信息集成在一个数据环境中,为武器装备提供一个兼容性强、具有良好可扩展性、开放性的协同化数据信息平台。美国在《2010 年联合构想》一书中明确指出美军正处于信息技术引起的新的军事革命入口处,并重点强调了用数字化技术提升保障服务水平。 美国在搭建统一的数据环境平台的同时,聚焦数字化保障服务,重点对以下几个方面进行研究和应用。 1.IETM 技术 交互式电子技术手册(Interactive Electronic Technical Manual,IETM)出现于 20世纪90年代,一直受到美国国防部和国防工业界的重视,已成为美国等许多发达国家所推行的CALS战略的重要组成部分,是装备保障信息化技术研究和应用的热点之一。USS Eisenhower 航空母舰由于使用了 IETM,建造进度提前了18个月,节省8000万美元;SH-60直升机使用了IETM,每年节省300万美元;美国海军AEGIS作战系统使用了IETM,每年至少节约100万美元;爱国者巡航导弹(Patriot Missile)使用IETM,每年仅纸张节省费用达25万美元;美国海军的蒸汽涡 轮机维护手册为美国海军节省了18%~44%的机器维修时间,减少了50%的训练课程及43%的训练天数。 2.PHM 技术 故障预测与健康管理(prognostics and health management, phm) 技术由美国军方最早提出,具备故障检测、故障隔离、增强诊断、性能检测、故障预测、健康管理、部件寿命追踪等能力,实现了武器装备从状态监控到健康管理的转变。早期,PHM技术首先应用在阿帕奇、黑鹰等系列直升机上,形成了健康与使用监测系统。随后,PHM技术在F-35项目中取得了良好的效果,使故障非复现率减少82%,维修人力减少20%~40%,后勤规模减小50%,出动架次率提高25%,使用与保障费用减少了50%,使用寿命达8000飞行小时。目前,美国已逐渐将PHM技术运用到B2轰炸机、全球鹰无人机以及P8-A海上飞机等武器装备的维护保障实践中;英国国防部计划为未来山猫直升机开发PHM系统;韩国也委托史密斯宇航公司为其直升机项目提供PHM系统。 3. 维修备件管理技术 面对国际军事形势、国防开支的下降,美国陆军提出了备件现代化战略(modernization through spares, MTS),即通过备件的改进实现 武器系统现代化的战略,是一种适用于整个器材采办寿命周期,从而降低维持费用的备件采办战略。备件现代化战略的目标是以合理的备件采购策略,合理利用备件采购预算,以较低的维修保障费用,保持武器系统的技术先进性和可靠性。1996年,陆军助理秘书和陆军器材司令部总指挥官共同建立帕拉丁自动火力控制系统和 M109 FOV野战炮兵弹药支援车家族车队管理试点项目,用以测试MTS对该项目的重要性。此外,长弓阿帕奇直升机也是试行MTS的项目之一,达到了节约生产成本、减少维修费用的目的。 4. 虚拟维修技术 虚拟维修技术是虚拟现实技术在装备维修中的应用,针对飞机、战车等安全性要求高的武器,可以帮助维修人员在执行维修任务时进行维修预演和仿真,突破了设备维修在空间和时间上的限制,实现逼真的设备拆装、故障维修等操作,并能够基于提取的武器装备已有资料、状态数据来检验设备性能。如今虚拟维修技术已成为现代武器装备维修关键技术之一,世界各国均已建立起相关的虚拟维修系统,如英国皇家海军舰载核能推进系统的虚拟维修系统,德国武装部队的NH90直升机虚拟维修训练器,以色列的EHUD系统,美军坦克、导弹、军用车辆维修保养训练系统等。美军的F35工程也明确提出要建立供维修人员进行训练的虚拟环境。 (二)国内存在的主要问题 长期以来,我国航空科技工业一直存在“重设计制造、轻保障服务”的思想,在新型号飞机的研制及生产中投入了大量的资金和精力,飞机保障服务在科技工业中一直处于从属地位,与发达国家飞机保障服务水平存在一定差距。 以“十五”计划为起点,航空工业企业在数字化水平上有了较大提高,购买和装备了大量的计算机,在园区网的基础上搭建了良好的信息化软硬件环境,部署实施了OA、CAD、CAEC、APP、CAM、PDM、ERP 以及飞机外场信息管理系统等。但是,由于系统之间数据的 不可集成性,信息管理系统互相孤立,形成了“信息孤岛”,难以建成可以贯穿飞机全寿命周期的数字化保障服务系统。 二、面向飞机全寿命周期的数字化快速响应综合保障系统的作用、方法和技术 针对各类飞机对综合保障所提出的技术和管理方面的要求,面向全寿命周期的数字化综合服务保障系统关键技术与应用系统设计开发技术将产品全寿命周期管理的理念贯穿于流程优化、关键技术攻关、应用系统开发、系统集成应用、型号工程验证的全过程,突破了一系列支撑各类飞机数字化综合保障系统的技术,构建了具有自主知识产权的面向飞机全生命周期的数字化快速响应保障服务系统,全面提升了我国各类飞机综合保障的快速响应能力,并逐步实现在航空行业的推广应用,已成为航空工业数字化技术发展的重点。 (一)面向飞机全寿命周期的数字化快速响应保障服务系统的作用 1.面向飞机全寿命周期的数字化快速响应保障服务系统可以在飞机设计企业、制造企业以及飞机用户之间搭建一个通用的保障服务数据管理和应用平台,提高保障服务数据的完整性和一致性,建立统一的故障数据库和相关知识库,打通贯穿飞机全寿命周期的保障服务数据链条。 2. 面向飞机全寿命周期的数字化快速响应保障服务系统可以为保障服务数据提供有效的挖掘支持工具,通过数据挖掘形成可以用于指导飞机优化设计和制造过程的相关知识,提高飞机设计水平、制造质量,缩短研制周期,降低研制成本。 3. 面向飞机全寿命周期的数字化快速响应保障服务系统可以在轻量化模型技术支撑下,将飞机设计阶段、制造阶段产生的飞机零部件三维数据模型有效应用到保障服务业务中,建立高水平的飞机交互式电子手册和数字化工卡,用以提高飞机维修、维护的工作效率,降低保障服务成本。…