面向维修决策的装备保障综合信息系统规划

郑显柱， 张京京， 王树礼， 杜家兴， 周泽云

(1. 装甲兵工程学院科研部， 北京 100072； 2. 中国船舶重工集团第714研究所， 北京 100012； 3. 装甲兵工程学院训练部， 北京 100072)

面向维修决策的装备保障综合信息系统规划

郑显柱1， 张京京2， 王树礼3， 杜家兴1， 周泽云1

(1. 装甲兵工程学院科研部， 北京 100072； 2. 中国船舶重工集团第714研究所， 北京 100012； 3. 装甲兵工程学院训练部， 北京 100072)

通过分析部队装备保障信息系统的发展现状和不足，将业务流程再造和数据挖掘分析的方法应用到信息系统的设计中。提出了面向维修决策的装备保障综合信息系统的总体构想，规划了系统的体系架构，并详细分析了系统的信息流程和主要功能模块，充分考虑各专业、各业务特点，融合各种数据分析功能，构建了一体化装备保障综合信息系统，有效地提高了装备保障效益，为形成基于信息系统的体系装备保障能力提供了新思路。

装备保障；维修决策；信息系统

随着信息技术的发展应用，装备保障领域研制并配发了很多信息系统。这些系统在一定阶段和应用范围内能够满足部队业务工作需要，提高了部队装备保障信息化水平，但也存在一些不足：一方面，这些信息系统大都是业务管理信息系统，缺乏集数据处理、挖掘、分析和决策模型为一体的综合信息系统；另一方面，这些信息系统缺乏统一的规划设计，信息比较分散，导致了“信息孤岛”和“信息黑洞”的形成，数据处理和归并比较困难。这些都成为制约装备保障信息化发展的瓶颈，严重阻碍了装备保障工作的开展，因此迫切需要进行装备保障综合信息系统规划研究，实现业务融合互动和基于信息系统的辅助决策。

1 装备保障综合信息系统建设总体构想

装备保障信息化建设源于技术、基于系统、形于体系、归于转型，要紧紧围绕“形成信息化条件下体系装备保障能力，推动装备保障能力生成模式转变，优化装备保障运行机制，构建基于信息系统的装备保障新体系”这一目标[1-2]；以信息为牵引，按照保障效率和效益最优的原则进行业务流程再造，利用综合信息平台进行集成建设，促进装备保障要素融合，建立新型的保障指挥与管理关系；运用先进技术手段降低保障需求和减小保障力量规模，科学统筹装备保障任务，动态配置装备保障资源，精确、高效地开展装备保障行动。

装备保障的核心业务是维修保障，无论是装备日常管理还是器材供应，都是为维修保障而服务的，维修业务是把装备保障其他业务联系起来的纽带，维修信息也不仅仅是修理过程信息，它还包括了与维修相关的一切信息。因此，本文所讨论的信息系统不是单一修理业务系统，而是集管理、维修、储供、训练于一体的装备保障综合信息系统。对系统建设而言，依据上述思路不仅要能够处理装备管理、维修、储供等业务工作，而且要能够实现业务信息有序流转和融合互动，达到以实时的项管数据支持装备精细管理，以可靠的管理数据辅助维修决策，以精确的维修需求牵引器材供应，以动态的库存变化反映储备要求，从而在数据流层面真正实现“以管定修、以修定供、以供定储”的目标。

2 装备保障综合信息系统体系架构规划

装备保障综合信息系统主要是针对装备保障平时业务工作。为了能与一体化指挥平台装备保障分系统(简称“一体化指挥平台”)互联互通，实现平、战快速转换(即将平时积累的基础数据、业务数据快速转换到一体化指挥平台中，为开展战时装备保障工作提供数据支撑)，在规划装备保障综合信息系统时，要依据全军一体化指挥平台的标准规范，采用构件化的设计理念，按照基础层、数据库层、数据挖掘层和应用软件层的结构进行架构，涵盖装备保障各个领域，满足机关、部队、各保障要素、各重点部位管理作业需要的综合信息平台，兼具保障业务、日常办公、安全防范等功能。图1为装备保障综合信息系统体系架构，各层主要组成和功能如下。

1) 基础层。该层包含各种硬件环境和系统运行的操作系统、网络环境等。

2) 数据库层。该层用来存储各种装备保障数据，支持知识的存储、合并和检索，并能将预处理后的数据表示成多维模型的形式，为数据挖掘层提供数据支持。由于装备保障数据具有分布式、异构性、网络性、高维等特性，因此数据存储、选择等均离不开数据仓库技术的支持。

具体来说，数据库层包括基础数据库、业务数据库、共享数据库及其他相关的数据库。为实现各业务、各专业的集成，基础数据库主要为装备保障综合数据库和各专业综合数据库提供基础的数据结构和编码目录，如各类目录数据(单位目录和装备目录等)、业务标准规范、数据字典、战技术性能等；业务数据库为综合统计查询服务，由军械、装甲、工程、防化、车辆、陆军船艇等业务数据组成，存储各专业汇总的业务数据，同时与各专业的业务数据库进行实时的数据交互；共享数据库是装备保障综合数据库与一体化指挥平台进行数据交互、综合数据上报的缓冲区，系统通过共享数据库为其提供基础数据支撑，主要包括基础数据、部队基本情况和装备保障综合情况等信息。

3) 数据挖掘层。该层集成装备保障数据挖掘分析所需的算法，如粗糙集理论、数据分组处理方法(Group Method of Data Handling，GMDH)等[3-4]，可以具体实现为一个数据挖掘算法工具集。

4) 软件集成层。该层采用构件化的模式进行软件集成，将开发的各种功能形成通用构件、业务构件和决策模型构件。

5) 应用软件层。该层根据需要的形式实现对装备保障各业务功能、各要素的展现，实现装备保障信息的维护、统计和分析，实现装备保障智能决策。根据需要采用B/S、C/S等方式，并能够跨平台、在局域网环境下应用。

3 装备保障综合信息系统信息流程和主要功能模块设计

装备保障综合信息系统主要是通过对信息资源的管理，以信息流引导业务流，实现装备保障工作的信息化。装备保障信息流程及综合信息系统主要功能模块如图2所示，在一个体系框架内，以各专业(军械、装甲、工程、防化、车辆等)的装备调拨供应、技术管理、修理、维修器材保障、装备训练等各项业务需求为依据，分别设置了装备管理、维修管理、器材管理、训练管理和数据挖掘分析等业务功能，涵盖了装备保障领域各个专业、各类业务、各种要素，实现了保障信息的实时共享和扭转。

图1 装备保障综合信息系统体系架构

图2 装备保障信息流程及综合信息系统主要功能模块

具体来说，在装备管理中，利用先进的状态监测和故障诊断等手段，实时评估各个重要部件系统和整装的技术状况，实现装备管理精细化；应用装备管理分系统可查阅装备技术状态、履历、故障、动用等历史信息，提出修理等级、维修范围等建议，为维修决策提供科学依据。在维修管理中，利用维修管理系统对装备管理分系统提供的待修装备历史信息和维修建议进行综合分析，参照以往同型装备维修的经验数据，准确定位装备修理范围、修理程度和器材需求，科学调配维修资源，高效调控维修工序，实现快捷、精准的维修。在器材管理中，根据维修分系统提出的器材需求，利用储供保障系统快速提供器材的储存位置、库存数量等信息，借助信息化储供手段实现快速供应；依据每项器材消耗信息的精确记录，科学分析各类装备的器材消耗规律，并对照现有库存、货位、出入库历史数据等信息，科学评估器材筹措的种类、时机和数量，实现储备合理化。反过来，器材管理分系统可以为制定修理计划提供相应的器材保障能力信息，维修分系统又可为装备管理中科学动用使用提供依据。而数据挖掘和决策支持分系统利用综合信息平台、规范的数据库和数据仓库，对装备保障各业务数据进行提取分析，并依据数据挖掘分析算法获取知识，实时提供辅助决策。

4 关键技术应用

面向维修决策的装备保障综合信息系统规划是一个复杂的系统工程，也是一个交叉的学科领域，涉及到装备综合保障理论、经典维修理论、复杂系统建模技术、数据挖掘分析技术、业务流程再造技术、数据采集传感技术以及网络技术等众多领域。本文主要对业务流程再造技术和数据挖掘分析技术进行说明。

4.1 业务流程再造技术

对装备保障工作而言，其业务流程再造是以装备保障业务流程为导向对流程进行再设计，目的是通过建立扁平化的组织机构体系，实现对装备全系统、全过程的有效保障和管理，提高成本、效率、质量、满意度等各项指标，达到整体最优。在信息系统规划过程中，充分考虑和运用业务流程再造，首先要明确其相互关系：一方面，信息系统和信息技术是业务流程再造的基础，是实现业务流程再造的技术手段，如自动化处理、信息处理、顺序控制等功能能够使串行业务工作方式变为并行，从而实现流程合并和精简；另一方面，业务流程再造与重构也为信息系统的发展明确了方向、提出了需求，给出了信息系统发挥其作用的支点。业务流程再造过程利用系统工程的原理和方法对整个业务进行分析诊断，在此基础上定义了信息技术发展的战略目标和规划重点，着眼全局最优，提出了信息技术实现流程再造的需求[5-7]。两者之间相互促进、相互影响、相互依赖。

既然是综合信息系统规划，就要在一个平台上整合军械、装甲、工程、防化、车辆和陆军船艇等专业，融合管理、维修、储供、训练等业务，在规划设计时，采用“数据元素相同合一、业务流程相似合并”的方法，系统考虑数据库和流程的设计，按照“明确再造目标—组建再造团队—流程调研—流程分析诊断—确定再造流程—流程再造—流程再造评估—流程再造实施—流程维护”的步骤实施再造。具体来说，在进行流程调研后，首先对现有装备保障业务流程进行建模和描述，包括每个专业和每个业务部门的流程运行情况、环节以及操作模式；然后对现有流程进行分析诊断，发现潜在的问题，确定装备保障需要再造的流程，运用业务流程建模分析工具进行流程再造，如集成计算器辅助制造定义方法(ICMA DEFinition Method，IDEF)、角色行为图(Role Activity Diagram，RAD)、事件驱动的过程链模型(Event-dri-ven Process Chain，EPC)[6-8]等，设计更为科学合理的业务流程和信息流程，指导信息系统的设计和研发。

4.2 数据挖掘分析技术

如图2所示，在装备保障综合信息系统规划设计时集成了数据挖掘分析功能，该功能主要包括以下模块。

1) 数据选择提取模块。根据挖掘任务的需要从数据库、数据表中提取与挖掘任务相关的属性、数据，系统将从这些数据中挖掘知识。

2) 数据预处理模块。该模块对数据选择提取模块提取的属性、数据进行预处理，主要包括以下功能。

(1)数据清洗、校验。针对数据样本存在的一些不确定内容(如空缺值、噪声数据、孤立点等)进行数据清洗、校验，如：采用平均值来填充空缺值；通过回归函数来平滑一些噪声数据等。

(2)数据集成转换。将多个数据源中的数据结合起来存放在一个一致数据存储中，并根据各类数据挖掘方法的不同数据输入要求，对数据进行编码和构造，使其成为挖掘方法所要求的格式，如数据规范化、数据概化、构造新属性等。

(3)数据离散化。其本质是利用选取的断点来把连续属性的取值范围或取值区间划分为若干个小区间，同时用区间标号(代号)代替实际的数值[9]。因此，装备保障数据离散化就是根据装备保障数据(如发动机消耗、剩余，车体的行驶公里，发射弹数等)挖掘的实际需求，在特定属性的值域范围内设定若干个断点，将值域划分为离散化区间，最后用不同的标号或整数值代表落在每个子区间中的属性值。可采用基于信息熵和不相容度的分类离散化算法对数据进行离散处理。

(4)属性约简。其考察的是信息系统或数据库中获取的数据、知识是否都必要，是指在保持原始数据完整性的前提下删除冗余的知识。它主要包括属性降维和属性值约简：前者是指检测并删除不相关、弱相关或冗余的属性或维；后者是指检测并删除冗余的属性值。笔者采用改进的属性重要度和互信息的约简算法[10]对离散后的数据进行约简处理，该算法运算效率较高，能够得到较好的结果。

3)数据挖掘分析模块。该模块利用预处理后的数据，可采用GMDH、聚类分析、规则推理等算法[9-10]输出各种决策模型。需要说明的是：属性约简实际上也是一种数据挖掘算法，通过约简可以获取相应的知识和规则，其在数据预处理模块中已经进行了运用。

4) 可视化模块。该模块包括数据可视化、模型可视化和过程可视化3个部分，贯穿于整个数据挖掘过程，确保挖掘过程和结果的可理解性，为决策者提供直观、形象、生动的信息显示界面，从而提高决策者对信息的认知能力。

5) 知识管理模块。该模块对获取的知识进行管理，如建立档案等。

6) 算法评估模块。该模块中包含了很多数据挖掘算法，并采用精度、效率等指标对这些算法进行评估[11-13]。

5 结论

基于信息系统的体系装备保障能力建设是装备保障能力生成的重要途径。笔者按照上述思路和方法对机械化部队通用装备保障的各项业务工作进行分析、论证和规划，并进行业务流程梳理和优化设计，研发了“XXX业务管理信息系统”，首次将各专业、各业务集成在一个平台中，是面向维修决策的装备保障综合信息系统建设的初探。该系统已在战术级部队推广应用，促进了军械、装甲、工程、防化、通用车辆、陆军船艇等保障专业，以及保障要素、保障资源、保障功能的高度融合，应用效果较好。下一步将按照联合作战、联合训练、联合保障的要求，在一体化平台基础上集成现有信息化建设成果，充分考虑各专业、各业务特点，融合各种数据分析功能，推动装备保障综合信息系统研制工作，构建联合保障新体系。

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(责任编辑: 尚彩娟)

Integrative Information System Design of Equipment Support for Maintenance Decision-making

ZHENG Xian-zhu1, ZHANG Jing-jing2, WANG Shu-li3, DU Jia-xing1, ZHOU Ze-yun1

(1. Department of Science Research, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China;2.714 Research Institute, China Shipbuilding Industry Corporation, Beijing 100012, China;3. Department of Training, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)

According to analysis of development status and disadvantages of current equipment support information system, the paper, which applies the theories of business process reengineering and data mining to the design of information system, puts forward the whole thought of the integrative information system of equipment support for maintenance decision-making, designs the system structure, and expatiates the information process and main function module. Finally, it considers the characteristics of each specialty and business, integrates data analysis function, constructs the integrative information system of equipment support and improves the efficiency of equipment support effectively, which provides a new idea for forming equipment support capability based on information system.

equipment support; maintenance decision-making; information system

1672-1497(2015)05-0084-05

2015-06-06

军队科研计划项目

郑显柱(1982-)，男，助理研究员，博士。

TP315

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2015.05.017