淺談航天發射場設備健康管理架構研究論文
信息系統是由計算機硬件、網絡和通訊設備、計算機軟件、信息資源、信息用戶和規章制度組成的以處理信息流為目的的人機一體化系統。設備健康管理(EquipmentHealth Management，EHM)，是通過感知并充分使用狀態監測信息，融合維修、使用和環境信息，結合規范的設備管理方法和業務流程，對維修活動進行科學規劃和合理優化，對影響設備健康狀態和剩余壽命的技術、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。有效的設備健康管理不僅僅局限于狀態監測和維修的范圍，而是深入到設備的規范化、科學化和智能化管理之中。隨著自動化與信息化、技術與管理日益融合，航天發射場如何主動推進更完整的信息獲取、更全面的互聯互通、更深入的信息應用，關系到航天發射場分布與集中管控設備狀態、核心業務、技術以及開展決策的能力和水平。
1 基于信息系統的航天發射場設備健康管理的需求
航天發射場設備健康管理的管控對象在管理中均以信息來表現。在設備健康管理中，我們通過信息系統來實現設備健康管理閉環的信息處理流程，實現設備信息在管理、檢測、控制方面自下而上與自上而下的互動。基于信息系統的航天發射場設備健康管理，需要智能化的管理手段、專業化的管理隊伍、配套化的管理機制和信息化的管理環境作為條件。
1.1 智能化的管理手段
隨著信息技術、智能技術、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，測試發射設備的結構變得越來越復雜，功能越來越多，自動化程度越來越高。與此同時，復雜設備系統的可靠性、維修性、故障預測與診斷及維修保障等問題也日見突出。對于技術含量高、系統集成性強、構造機理復雜、技術標準要求高的設備系統，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設備維修管理的需要，為了實施更加科學合理的維修保障，我們必須發展并運用智能化的管理手段。這些手段包括：利用在線監測系統或離線檢測系統獲得的設備運行狀態數據;利用人工智能算法定期或不定期地對設備狀態做出評估;利用PDA 和剩余壽命預測模型分析設備的性能衰退趨勢;利用多媒體顯示設備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
基于信息系統的航天發射場設備健康管理對保障隊伍的素質要求，側重于“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。實現基于信息系統的航天發射場設備健康管理，要有一支熟悉信息化條件下設備健康管理特點與規律，通曉設備維修保障，能嫻熟運用信息技術、監測技術、故障診斷技術和狀態評估技術等進行維修決策、控制與協調的設備管理人員隊伍;要有一支文化層次高、業務技能強、專業種類全，能熟練使用智能化設備和設施的設備操作人員隊伍;要有一支設備保障理論功底深、實踐應用能力強、專業技術水平高，能運用現代技術尤其是信息技術解決一體化綜合保障重點、難點問題的設備維修人員隊伍。
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系、功能及其運行原理，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設備健康管理的基礎，沒有配套完善的機制，一體化綜合保障就難以高效運行。
管理機制主要表現為三大機制：一是嚴密順暢的運行機制，這是航天發射場設備健康管理基本職能的活動方式、系統功能和運行原理，要與航天測試發射指揮信息運行渠道相一致，要與設備保障物質流運行渠道相一致;二是合理高效的動力機制，這是確保航天發射場設備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局觀念，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，必須明確相關系統及人員的責任，來限定或修正設備健康管理行為。
1.4 信息化的管理環境
航天發射場對測試發射設備的操作使用、維護保養、故障修理等信息采用人工記錄和分散的信息系統管理的方式，可以在一定程度上滿足航天發射場的維修和管理需求，但也日益暴露出設備管理技術手段相對落后、維修管理信息化程度較低等問題，難以實現以信息為依據的設備健康管理。
信息化的管理環境，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、管理內容綜合兼容、維修行動實時精確。
信息化的管理環境是航天發射場信息化建設的有機組成部分，必須與航天發射場信息化建設相一致、相協調、同步發展，在航天發射場信息化建設的大框架內，盡可能優化結構、完善功能，盡力做到：一是網絡一體，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，通過信息化網絡系統連在一起，形成縱橫交錯、穩定可靠的一體化保障網絡;二是輻射管理，即以信息系統為依托，以網絡為骨干，以各個管理站點為觸角，分區、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，就是以設備健康管理需求為牽引，借助可視化的管理調度系統，適時把握各類不同設備的健康狀況，合理調度維修資源，以信息流引導物質流，確保在需要的時間和地點投入適當的維修力量，實現精確、高效的設備健康管理。
2 基于信息系統的航天發射場設備健康管理總體架構
根據基于信息系統的航天發射場設備健康管理的需求分析，論文認為基于信息系統的航天發射場設備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
航天發射場設備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設備管理力量、設備維修力量和設備操作力量，以及檢測設備、維修設備、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，信息系統一方面將有形資源以數據的形式采集、存儲到數據庫中，另一方面將無形資源轉化、存儲到模型庫、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數據信息，以及實現信息采集、存儲、傳輸、存取和管理的.各種資源管理系統，主要有數據庫管理系統、目錄服務系統、內容管理系統等。從信息的流向看，“外部內向”信息資源是設備管理人員所了解和掌握的，對設備健康管理有用的各種外部環境信息，設備健康管理不僅關注設備及其部件的技術狀態，而且還關注環境因素、使用因素等對設備健康狀態的影響。“內部外向”信息資源是航天發射場設備健康管理的歷史、傳統、經驗做法、案例，等等。
2.2 業務邏輯架構
航天發射場設備健康管理涉及狀態監控、健康評估、維修決策支持、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系。在狀態監控、故障預測基礎上的設備健康管理是機內測試和狀態監測能力的拓展，是從設備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設備健康管理活動的主要業務架構，由實現設備健康管理各種業務的功能、流程、規則、策略等組成。在信息系統中對應應用業務的是一組信息處理代碼成。業務邏輯架構也包含描述業務對象以及它們之間的關系，包含這些業務對象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持下，通過人機交互等方式，將業務邏輯架構和資源管理架構緊密結合在一起，并以圖形、多媒體等豐富的形式向用戶展現信息處理的結果。應用表現架構是航天發射場各項數據、信息流、信息對象以及數據交換界面的綜合描述，清楚地表述了在各種應用中的數據以及數據在各應用間的交互。應用表現架構應該能夠展現：確定的信息需求、信息的采集與處理、為管理人員提供信息及結果、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持航天發射場設備健康管理信息系統運行的硬件、系統軟件和網絡組成，把在操作層面的IT 管理方面的基礎設施要素聯系起來。基礎設施架構處于支持作用底層，如自動感知技術(傳感器、RFID)、監測與控制技術(PLCDCSSCADAD 狀態監測)、制造執行技術(MES)，直接服務于其它三個架構。基礎設施架構為應用表現架構提供高質量的信息對象、軟件應用系統(如管理信息系統、決策支持系統)，以及系統和數據的交互界面，還提供輔助決策系統(DSS)、工業控制系統(CCS)以及數據庫、模型庫、方法庫、知識庫和上級機關及外界交換信息的接口。
3 基于信息系統的航天發射場設備健康管理層次架構
3.1 層次架構劃分
根據航天發射場設備健康管理的總體架構，為了實現基于信息系統的設備健康管理，可以利用信息技術、網絡技術、狀態監測技術等，構建有機、集成的設備健康管理體系。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
基于信息系統的航天發射場設備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，以導航交互層為表現。
3.2.1 規劃設計層
航天發射場設備健康管理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數據的基礎上，才能進行MIS 的開發。因此，為適應航天發射場設備健康管理MIS 的開發需求，航天發射場設備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、運行、維護、報廢等工作的程序化，各部門都有相應的作業流程;設備健康管理業務標準化，各部門都有相應的作業規范;報表文件的統一化，固定的內容、周期、格式;數據資料的完善化和代碼化等。
3.2.2 業務系統層
業務系統層包含了航天發射場設備健康管理的基本業務體系，主要有設備健康狀態評估、設備剩余壽命預測、故障檢測與診斷管理、設備操作與運行管理、設備狀態維修管理、日常維護保養管理、備件采購與庫存管理等。業務系統層還包含了航天發射場設備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、規范化管理標準、業務操作標準等。航天發射場設備健康管理可以通過MIS 實現業務信息增值，用數學模型統計分析數據，實現輔助決策，反映IT 對業務系統的支持性作用。
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：數據建模工具、流程管理工具、功能開發工具、報表設計工具、網絡開發工具、系統集成工具等)。航天發射場設備健康管理技術人員通過研發工具層能夠輕松維護業務需求變化。研發工具層開發的輸入功能決定于系統所要達到的目的及系統的能力和信息環境的許可;存儲功能是系統存儲各種信息資料和數據的能力;處理功能主要是基于數據倉庫技術的聯機分析處理(OLAP) 和數據挖掘(DM);控制功能對構成系統的各種信息處理設備進行控制和管理，對整個信息加工、處理、傳輸、輸出等環節通過各種程序進行控制。
3.2.4 導航交互層
導航交互層所包含的應用軟件系統、信息以及各系統和信息之間的交互界面直接為設備健康管理業務提供了支撐。導航交互層在對業務體系內容進行分析的基礎上，可以構建特色應用組件功能，包括設計業務導航艙、展示工作流程、組織設備樹結構、圖形化工作指引、支持PDA等移動設備使用等。導航交互層設計的中心思想是：以資源管理為中心，以權限控制為手段，以圖形界面為交互方式，以定制擴展應對變化。
4 結束語
航天發射場實施以信息系統為支撐的設備健康管理，能夠借助信息系統加強設備健康管理工作管控，實時掌握設備健康狀態，全面跟蹤記錄設備維護維修過程;能夠為設備健康管理提供準確及時的信息分析;能夠利用信息系統實現備件庫存預警機制，實現采購——庫存——消耗聯動，降低備件庫存及其備件成本;能夠利用信息系統的數據處理能力為設備健康管理決策提供科學依據。航天發射場對關鍵設備進行狀態監測與健康管理，可以提高設備健康管理水平，對于優化設備維修活動、輔助維修決策具有重要意義。
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