新时代装备保障领域无人化装备应用需求研究

牛家威，蒋大勇

(武警工程大学 装备管理与保障学院，陕西 西安 710086)

党的二十大报告明确指出:“未来我们要坚持科技强军,坚持机械化、信息化、智能化融合发展”。随着科技不断进步,未来战争作战时空将拓展到全时全域,战争形态由“以物释能、以网聚能”向“以智驭能”转变,智能化要素将渗透装备保障各环节,分布式部署于战场全纵深,传统保障模式也将随之改变[1-2]。现阶段,无人化装备保障已经开始在无人值守、无人运输和辅助决策等领域展开。在世界军事变革的大背景下,如何精准分析我军装备保障任务需求,高效运用无人化、智能化装备开展装备保障工作,对于更好遂行时代赋予我军的任务具有重要的现实意义。

近年来,以美国和俄罗斯为代表的世界军事强国对本国无人化装备保障体系建设的重视程度不断增加。其中,2018年8月,美国防部发布《2017—2042财年无人系统综合路线图》,用于规划本国无人化装备的体系建设,并且积极开展无人化装备保障实战化检验,其研发的K-MAX无人货运飞机已在阿富汗战场投入使用,能够实现对偏远地区的物资供给,保障作战分队的需求[3-4]。与此同时,俄罗斯也十分重视自身无人化装备的发展,通过建立国家机器人发展中心和出台《2025年前未来军用机器人技术装备研发专项纲要》等措施全面指导规划自身无人装备的研发运用,持续增加无人化装备体系建设资源投入,现阶段在役的保障无人机已多达1900架[5-6]。对比而言,欧洲各国虽然起步较晚,但重视程度不断提高,积极发展适合本国军队的特色装备,如法国“骑兵”轮式保障车可执行监视、扫雷、运输武器等任务[7]。

相较于国外而言,国内对于无人化装备的技术理论研究起步较晚,主要开始于上世纪80年代,研究范围包括支撑无人化装备使用的传感技术、运动控制技术等。随后,在国防和军队体制编制调整改革的大背景下,各高校及科研院所以新时期军队任务需求为牵引,积极开展相关应用研究,一定程度上推动了无人化装备在军队后装领域的发展。例如,空军后勤部牵头与顺丰、京东物流进行合作,利用无人机开展装备物资补给综合演习,开创了我军军民联合物资供给领域的先河;2017年,我国自主研发的AT-200无人货运飞机顺利完成首飞任务,标志着我国拥有了自己的大型无人货运飞机,该型号无人机可以实现海岛机场、野战机场环境下的装备和物资输送[8]。

总体来说,我军一方面明确了无人化装备保障发展方向的重点,制定了相应的发展规划;另一方面,在世界军事变革和科技变革的大背景下,不断深化无人化装备保障建设,积极探索无人化装备保障的应用途径,力求无人化装备在装备保障领域发挥更大作用。

1 理论分析框架

无人化装备保障需求分析框架是装备保障行为、装备保障功能和装备保障需求三者的有机统一。装备保障需求指的是组成装备保障体系的各个保障单元应该达到的目标,是开展所有无人化装备保障活动的起点,各保障单元因其承担的任务不同而存在一定的差异性。装备保障行为本质就是在需求引导下的,对人力、物力和信息等各类资源的整合操作过程,是完成装备保障任务的具体实现形式。因各类资源利用依赖于装备保障需求开展,故而装备保障行为具有一定稳定性。单个保障单元具备履行保障能力的集合体现为整体的装备保障功能,其主要原因在于保障单元以保障要素为基础形成,每个保障要素都具有一定的功能属性,其最终具象化为不同的行为和动作。

综上所述,面对不同的装备保障任务需求,使用相应的装备保障功能,执行具体的装备保障行为,从而确保各个保障单元能够顺利完成任务,三者关系如图1所示。

2 无人化装备参与保障环节的分析

2.1 装备调配保障环节

2.1.1 装备输送与分配

装备保障领域中的装备分配和输送环节可以引入无人化装备。当前,无人化技术发展迅速,无人自助设备已广泛应用在销售等商业领域[9]。如将其引入火炮装备保障领域中的弹药、器材、设备的分发,可有利于降低作战成本,提高作战效率,使我军在实施装备分配和调整时能够有更多选择。此外,传统的装备输送环节消耗大量人力物力,在战时或突发情况下极易遭到敌方攻击。在自然环境恶劣地区,也难以将小批量装备高效率、低成本分发至各任务部队。随着无人自主驾驶技术的发展,现阶段我军用于执行特殊场景装备输送任务的车辆未来有望转变为自主式无人驾驶平台,实施无人装备与有人装备混编,从而有效降低对保障人员的需求。如火炮分队通过无人伴随保障,更加灵活地应对各种情况,保证在恶劣环境下对自身的运输补给。

2.1.2 装备储存与周转

装备储备和周转环节可以引入无人化装备进行保障。装备库室等设施是部队装备补给重要组成部分,需要持续地监控和防卫。装备库室一般要求采取防雷、防洪、防震等措施,避免自然灾害侵害,还要采取防火、防盗、防爆等措施,防止人为造成损失,更要采取警戒、防御、防护等防卫措施,防止敌人袭击和破坏,减少储备装备的破坏性损失。特别是针对炮弹库和引信库中火工品的安全管理场景,需要开发具备持续侦察能力和报警能力的无人化平台,用于对装备库室周围的道路、管线等重要装备设施进行巡逻监视,保证装备库室等设施的安全[10-11],确保炮弹、发射药和引信等装备处于良好的技术状态。

2.1.3 装备回收与报废

装备退役、报废与处理环节可以引入无人化装备进行保障。对退役报废装备的处理,应严格按照统一的规定,根据不同装备具体情况,分别采取相应的方式进行处理,尽可能做到物尽其用。应当明确的是,确保安全是处理报废装备一项重要原则,在处理过程中要引起高度重视。现阶段,部队在组织各种弹药、爆破器材和火工品等危险物品处理时极易发生事故。随着激光诱爆等无人化技术的广泛应用,部分危险性强或者相对简单的火工品可以实现报废流程的无人化和流水线化,从而确保保障人员的安全。

2.2 装备维修保障环节

2.2.1 武器装备维修的指挥决策行为

无人化装备保障一个重要标志就是在装备维修保障过程中的指挥决策是否能够实现无人化。具体而言,将无人化装备引入装备维修保障指挥体系之中,依托智能系统模拟战场环境,对各类方案进行对比。一方面,可以产生贴合实战条件下的装备维修方案;另一方面,可以充分发挥系统的自适应能力,开展深度学习,不断积累经验。与此同时,在得到最优方案之后系统可以选择自动发出指令,针对故障火炮的具体情形及现场要求,开展诸如战场抢修、抢救或后送等维修保障工作,也可以将结果提供给指挥员,由其进行最终决策,从而实现科学高效的装备维修保障活动。

2.2.2 武器装备的故障判断

开展装备保障工作最根本的落脚点就是解决故障,而解决故障的前提是要能够快速准确发现故障。无人化装备的发展使用对故障判断具有重要作用,尤其是对于火炮类复杂装备而言,其系统集光学、机械、电子、电气、液压等多学科先进技术于一体,主体包含多个控制系统[12]。运用无人化故障诊断系统对发生故障的火炮等武器装备进行检查分析,通过装备故障案例库以及标准化的修理方法自动生成装备维修保障报告。相较于传统依赖维修人员检修的模式,其优势在于一定程度上减少了对维修人员主观经验判断的依赖,可以相对客观的进行故障分析,能够有效地避免因故障误判而引起的重复维修问题。对于系统无法解决的问题,也可以通过信息通信技术实现远程的专家会诊来解决。

2.2.3 武器装备的功能修复

装备维修保障的最终目的要使修复后的装备尽可能恢复原有使用功能,将无人化装备引入装备修复保障环节,对于在复杂战场环境下开展装备抢修工作具有重要意义。具体而言,一方面,无人化装备维修可以将维修机器人作为载体,依托虚拟现实(VR)、增强现实(AR)与混合现实(MR)和信息传输等先进技术,对产生故障的装备开展损伤检查、拆卸、更换、组装等工作;另一方面,可以结合自动修复技术,提高舰炮等装备损伤后的隔离与自动修复能力,较好地克服保障点分散、保障备件携带有限、装备损坏难预测、过于依赖人工等问题,提高装备维修效率[13]。

3 无人化装备应用构想

3.1 特殊地区的无人装备运输与伴随保障

在新疆、西藏等自然条件较差的地区,特战分队在遂行山地反恐任务时往往要保持较高的机动性,而轻型火炮的装备伴随保障标准较高,传统的输送工具难以胜任。在装备研发和配备上,可效仿美陆军配备的“破碎机”无人运输车,携带必要的炮弹和维修设备器材对部队实施伴随保障,降低特战队员的负担。在未来作战和演练中,通过“引导-跟随”的方式利用有人和无人车混合编队完成装备和物资运输任务,保障前线部队不间断供应,提高装备调配保障效率。保障人员也可运用专门的近程无线电台和相应的控制系统操控多辆无人车跟随在有人驾驶车后面,从而避免大量保障人员过早深入战区,保证运输补给任务的快速组织和灵活调动。与此同时,针对“小远散”单位或对抗激烈的任务区域,发展前送无人机是未来我军装备保障的发展趋势[14]。根据距离远近、对抗激烈程度以及装备需求量,可效仿美军的K-MAX无人驾驶货运直升机,开发不同型号的前送无人机,载重从10～3 000 kg不等,重点解决装备的平面吊挂能力。

3.2 无人化装备助力装备库室的安全管理

装备库室是装备保障的关键区域,其安全管理可以借助无人值守系统进行完善。具体而言,通过架设监控设备对各个区域进行实时监测,实现远程监控、远程调整、远程测试等管理功能,一定程度上达到少人或者无人值守的目的[15]。与此同时,未来可利用自主警戒地面无人车在各级装备库室巡逻并采集视频、音频和环境数据,提高安全威慑能力,保护人员、资产和基础设施的安全。此外,也可开发具有长时间续航能力的无人机,可配合持久监视系统对某一区域进行持续监视和侦察。

3.3 无人监管平台辅助日常装备维修决策

可积极依托全军维修管理信息平台,实现保障需求实时可知,保障过程动态可控,运用物联网、人工智能等技术,实时监测装备技术状态,推行基于状态的维修保障模式。

以火炮装备为例,可以通过预先安装不同种类传感器的方式,动态监测火炮关键零部件的使用状态,如振动幅度、炮管温度、膛压等技术指标[16],从而不断积累形成武器数据库,结合大数据分析,实现火炮装备故障预测和使用状态把控,将武器装备故障出现率降到最低[17]。因此,通过借助人工智能算法进行故障分析,自主制定维修方案,可改变以往基于管理人员经验的决策模式,逐步向智能化决策方向转变。

3.4 虚拟装备维修训练提升故障判断准确率

虚拟装备维修系统是远程故障诊断系统的重要组成部分,引入VR、AR与MR等新技术,实现装备虚拟维修教学训练与实操、装备虚拟维修仿真与分析,打造一个沉浸式装备故障诊断与维修服务技术平台,并利用远程故障诊断系统实现技术与服务共享[18]。未来可利用虚拟拆装实验和仿真实训,使所属人员全面了解火炮等内部结构复杂装备的各部件及总体结构,掌握零部件的拆卸方法、拆卸要点等基本拆装规范。尤其可以通过虚拟拆装系统对火炮的炮管、半自动装填机构、摇架、反后坐装置托架、平衡机、方向装置等内部组件进行展示,使操作人员身临其境,充分了解其工作原理与机构联动过程,提高操作人员的装配技能,有效降低教学成本和时间成本。

4 结束语

随着信息技术不断发展,未来的装备保障必将建立在海量的信息数据的基础上。研究无人化装备在装备保障领域的需求,构建无人化装备保障体系,提升武器装备总体作战效能,实现装备保障水平的跨越式提升,既是加快建设现代化军队的现实需要,也是有效履行军队职责使命、高标准实现新时代强军目标的实践要求。在未来国际竞争加速的背景下,发展装备保障领域的特色无人化装备势在必行,将有力支撑和推动我军装备保障的创新和发展。