李 聪 张 亚
（国防大学联合勤务学院研究生二队 北京 100080）
随着战争形态的变化、科学技术的发展和武器平台的升级，装备保障能力已经成为武器装备运用的“倍速器”和作战效能释放的“催化剂”。装备维修保障更是装备保障体系的重中之重。美军自海湾战争以来，在几场信息化战争中屡屡取胜，与其及时、高效、精准的装备维修保障密不可分。“知己知彼、百战不殆”，现阶段国际格局和中美关系正在发生深刻变化，聚焦强敌谋打赢已经势在必行。
一、美军装备维修关键性技术应用现状
在信息化战争条件下，以基于状态的维修理念为牵引，美军装备维修保障技术快速发展。在众多关键性技术之中，笔者认为脱颖而出的便是数字孪生、现代物流、增材制造这三项具有多学科特性、应用范围较广的使能技术。
（一）数字孪生处理成为提高装备维修效率的关键一招
数字孪生技术能够充分利用物理模型、传感设备、历史数据，集成多学科、多维度、多要素进行仿真，在虚拟空间中完成映射通过对数据的处理创造一个数字版的“克隆体”。自2003年，美国密歇根大学教授迈克尔·格里弗斯正式提出“数字孪生”概念起，美军高度重视，视其为“改变游戏规则”的颠覆性机遇。
2018年，美海军水面作战中心与美航空炼金术公司签署了合作研究和开发协议，后者为前者的“独立”研究船进行了数字孪生，帮助海军的维修人员快速识别装备故障，力争做到“即入港、即修理”。2019年，美军将“数字孪生”技术引入诺福克、朴茨茅斯等4家海军船厂，借此改善工作流程、减少无效工时、优化布局结构。今年，美军利用数字孪生技术对其陆军黑鹰直升机和空军B-1轰炸机进行虚拟映射， 旨在延长服役年限，提高维修能力，实现维修任务由“反馈”到“预测”的转变。
近年来，美军大力发展数字孪生技术，意图打造数字工程生态系统，将现有武器装备提升为基于模型、数据驱动的集成化平台，使美军装备维修的应用性、敏捷性和持续性显著加强。
（二）现代物流支持成为加强装备海外保障的中流砥柱
现代物流与传统物流相比，具有物流过程一体化、物流技术智能化、物流管理信息化等特点，其应用是美军实现其“全球到达”能力的中流邸柱。21世纪以来，美军依托其“全球作战保障系统”、“全球运输网络系统”、“全资产可视系统”等信息化物流平台支撑，几乎做到了作战与保障、前方与后方、战区与本土的“有求必应”，并不断对其物流体系进行优化升级。
作为其“马赛克战”概念的重要一环，美国防部高级研究计划局宣布了LogX项目，目标是实现实时物流支持、供应链态势感知和未来状态预测，将供应商灵活性低的“按订单生产模式”整合成敏捷性高的“按订单组装模式”，以进一步强化其维修保障能力。其同时还提出了Underminer战术隧道网络，通过构建地下物流通道，进一步提高物流的安全性，以便其部队实施地面作战时的器材补给。为提高其复杂地形地区器材配送能力，洛克希德马丁公司已开始为美军设计具备垂直起降能力、能够运输各种载荷的无人机，对其作战行动提供灵活、快速、安全的保障。
通过加强物流基地建设、优化物流供应网链、开发物流配送手段，以及与人工智能、高级算法、无人系统的深度结合，美军装备维修能力日益提高。
（三）增材制造技术成为减轻装备维修负担的重要手段
增材制造是通过离散-堆积使材料逐点逐层累积叠加形成三维实体的技术，一般通俗称其为3D打印。由于相较于其他制造技术，其在时间成本、需求定制、简便程度、性能指标都更易满足需求，美军正在努力推进增材制造技术的投资和应用推广力度。
近年以来，美军增材制造技术应用已经成为完善初装性能，缩小维修摊子，加快维修周期，减轻维修负担的重要手段。美空军在其B-52的TF33发动机制造商零件的供应链用尽后，已经利用增材制造技术为其发动机维修打印了第一个金属部件。美国防部和海军与多家公司机构和科研院校进行合作，开展使用增材制造技术提供舰船材料耐盐水腐蚀性的研究，用以解决其每年高达85亿美元支出的腐蚀专用维护成本。
增材制造技术能够显著降低维修资源准备时间，满足信息化条件下的对装备维修工作“迅速、及时、高效”的要求，实现“需要即获取、损伤即修复”的即时动态保障。
二、美军装备维修关键性技术应用趋势
为适应未来军队作战需要，美军装备维修保障也随着整个军队转型不断推进，实现从规模型保障体系向敏捷、精准、可靠的保障体系转变。
（一）由“浅层应用”向“深度融合”转变
一是数字孪生技术与传感网络技术相结合。数字孪生技术可帮助美军打造数字工程生态系统，通过该项技术可将现有武器装备作战系统提升为基于模型、由数据驱动的集成实践，且可通过数字化模拟，实现后方保障基地向前方战场的随时保障，像一双“无形的手”远程完成维修任务。而传感网络技术就是实现“看得见”的功能，实现有效的战场态势感知，将战场数据及时采取并实时反馈给数字孪生系统，满足美军能力需求。
二是现代物流技术与人工智能技术相结合。对于海外行动来说，物流投送能力是制约装备维修的重要因素之一，对此美军正大力研究现代物流技术与人工智能技术的结合，使其成为现代物流技术智能化升级的最佳通道。当前物流技术正在经历“万物互联”向“万物智联”的转变，“万物智联”将通过分析、处理历史数据和实时数据，精准预测战场维修所需装备种类、数量，并通过与现代物联技术的结合，实现实时、精准筹措补充。
三是增材制造技术与区块链技术相结合。增材制造技术的主要流程是概念设计—数据生成—后期打印，面临打印数据被破坏甚至被盗取的风险，从而干扰装备维修任务。通过采用区块链技术可帮助解决这一问题，目前美军已高度重视区块链技术应用，因其不仅可以验证身份，还可以验证任何特定的工作状态，从区块链窃取或破坏3D打印数据十分困难。
（二）由“及时保障”向“预先保障”转变
一是需求预测更加突出精准性。对美军的全球性军事行动而言，超远程维修的形势十分严峻。因此，美军的装备维修不仅强调及时，更加突出预测预判。美第8战区保障司令部牵头就战区保障的未来进行了讨论并初步提出了“预测性保障”的概念。“预测性保障”即通过预测保障需求与能力的缺口，在预期地点按预期数量对物资预先进行阶段性部署的能力，以准确预测和快速响应保障需求。
二是物资投送更加突出时效性。从美军的几场局部战争中可以清晰看到，信息化战争条件下的装备维修物资运送，已呈现出精确化、智能化、一体化的发展趋势。美军将继续通过优化国家交通建设网络体制、树立精确化保障理念、运用集成化运输系统以及发挥社会化的动员保障，进一步提高物资运送能力。对于瞬息万变的战场环境，美军希望实现装备维修物资的精准预测及实时投送，减少响应时间，缩短维修周期，提高从装备维修效益。
三是维修保障更加突出智能性。
装备维修保障智能化是美军装备保障的重要研究方向，美军善于将其智能化技术与全球部署的优势相结合，大大提高保障效率。现在，美军又创造性提出保障通用行动图像方法，通过已经存入的模型和预置的参数结合人工智能分析战场所需维修物资情况，实现对整个维修系统和供应链系统的态势预测和感知。利用保障通用行动图可实现任意作战单元在全球任何地域都能获得相同的跨级别全景图，使得装备维修效率和效果得到大幅度提升。
（三）从单项最优向整体优化转变
一是储备预测由“需求型”向“经济型”转变。在美军以往的军事行动中，对保障物资的预测主要以“需求型”预测为主，但这也将伴随物资大量浪费的问题。在海湾战争中，美军运往战场的集装箱有8000余个没有开封，战后运回本土耗费了27亿美元。海湾战争后，美军开启“经济型”预测的新探索，其中关键一步就是实现物资储备的边际效益最大化。边际效益是指装备保障物资的储备在某一规模处每增加一个单位规模所能增加的效益比。对于装备保障工作，当维修器材在满足战场所必须后，后续增加的保障单元效益成衰减状态。结合后勤摊子最小化的要求，对维修物资的存储和投送量的计算要追求或趋于边际效益最大化。通过改变存储预测方法，实现“经济型”转变可大幅度减少维修物资的浪费，提高装备维修的经济效益。
二是维修模式由“输入型”向“自给型”转变。随着美军海外行动的日益升级，“输入型”装备维修已经不能满足全球多地区作战的需求。为了提高在海外行动中装备维修的高效性，尤其是对战损装备的抢救抢修的及时性，美军正在研究其装备维修模式从“输入型”向“自给型”的转变。其便携式维修辅助设备应用计划可支撑这一目标实现，通过全要素联网，最终完成故障查找、故障诊断、备件申领、方案制定等要素的系统结合，提高维修保障自给能力。
三是从维修理念由“概略型”向“精益型”转变。在传统“概略型”维修理念影响下，有效的维修时间占总维修时间相对较少，维修效费比相对低下。因此，多年来美军内部一直探索采用成熟的商业管理工具来改进装备的维修过程。选用精益工具箱作为改进维修过程及效果的中心支持工具是有效举措之一。借助精益维修思想，可在维修企业和供应商之间，沿着价值流的形成过程，建立一种频繁的、小规模的随机补给机制，实现精益维修的目标。
三、对我军远海行动装备维修的启示启发
随着人民海军实现由近岸防御到近海防御与远海防卫相结合的战略转型，遂行远海行动的能力将是能够设计未来战争的必然要求。远海行动具有装备种类多元、维修需求测算难；任务区域较远、维修力量跟进难；环境复杂多变、维修应急处置难等特点难点，对装备维修工作带来了许多难题挑战。通过分析美军装备维修关键性技术的应用现状及趋势，可以为我军带来以下启示：
（一）以数字孪生处理为驱动
一是提高需求测算能力。当前，我军远海行动中的装备维修需求与测算工作中主观定性多、客观定量少的问题仍然比较突出。特别是远海行动编队涉及多型舰艇、多种装备、多类配件，依靠感觉经验和初级算法已经难以满足需求。通过数字孪生技术构建完整的编队数字模型，可以实现物理空间和信息空间的双向连接，在装备物理实体和数字模型之间进行无缝交互和集成分析，为系统测算、智能测算、全面测算提供基础信息平台。
二是提高故障预测能力。远海自然环境复杂程度较高，气象水文因素对装备可靠性影响较大，对装备器件的动态监测能力提出了较强的要求。目前我军远海行动中各舰船装备的任务数据、环境数据、使用数据、维修数据等整合能力不足，难以实现高效的动态监管。通过数字孪生模型，可以加强对装备残余应力、结构几何、载荷和边界条件以及材料微结构不确定性的管理与预测，实现装备故障的早期征兆识别，克服远海行动持续时间久、对抗强度高、环境影响大对装备维修工作造成的困难。
三是提高远程维修能力。我军目前在远海军事行动中的维修主体主要是舰艇官兵，在面对急难维修任务时存在能力短板。当舰艇官兵修理能力无法满足需求时，数字孪生技术结合增强现实等智能技术，可以实现前线与后方的实时双向交互，满足后方厂家对前线的远程故障诊断、测试鉴定、软件更新和参数调整，带来维修保障能力质的提升。
（二）以现代物流支持为后盾
一是构建信息化的物资管理。我军目前在物资管理的信息化程度，特别是动态执行任务期间的信息化程度仍然较低。舰艇部队目前在远海行动中各维修物资请领、登记、分发绝大多数仍是以纸质介质为信息载体，辅以人工输入和更改的电子介质，容错率低、可靠性差，难以满足快节奏、高频率、强对抗的行动需求。智能物流与仓储系统可以构建维修物资的可追溯网络体系，借助智能供应链、RFID自动识别、图像自动识别等技术，达到维修物资自动登记、自动定位、自动识别，大幅提高维修物资管理效率。
二是构建无人化的配送末端。战场末端的器材配送能力始终都是兵家难事。远海军事行动中前后方界限模糊，大型运输机和补给舰因为存在易于暴露目标的先天不足，有时甚至可能成为导致敌人发现目标的“导火索”，一旦被摧毁在短时间内也难以再次部署。解决保障摊子最小化和维修能力最大化的矛盾，战场的无人维修器材配送能力建设至关重要。利用无人运输空投系统、无人水面补给艇、无人水下航行器构成远海无人保障“蜂群”能够有效减少人力消耗，快速隐蔽的为作战舰艇补充维修器材，形成更加立体的保障网，打通战场维修器材配送末端“最后一公里”。
三是构建一体化的物联网络。传统的维修物资保障过程往往是申领-出库-配送-到达的“点对点”式的单向流转。发生保障对象被摧毁或者物资与保障对象不匹配等问题，便需要重置到初始环节，整个过程弹性低，容易造成资源浪费。通过以物联网技术为核心，以类似于“滴滴出行”的算法为纽带，配合信息化的物资管理系统和多种配送方式，构建一体化“面对面”式的交互网络，实现目标自动匹配、任务自动调整、供应链自动重组，满足远海行动中复杂的维修保障需求。
（三）以增材制造技术为手段
一是定制性能指标。环境因素对装备的性能指标影响重大，部分传统材料在极端环境条件下往往会出现性能指标的不稳定甚至“断崖式”衰减。激光增材制造在其定向能沉积中，零件由激光熔化粉末通过载气喷嘴输送，提供了局部调整微观结构的能力。因此可以通过定向能沉积的数字化控制实现材料的性能指标局部定制，使其更易适应远海行动复杂的气象水文环境，降低装备因环境变化而产生的自然故障率。
二是改进保障体系。尽管学界认为以3D打印来命名增材制造技术并不准确，但不可否认的是，3D打印的应用将为我军远海行动装备维修模式带来颠覆性变化。由于3D打印的高柔性、高速性，其应用能够使我我军远海行动的维修保障模式由短缺配件“配送补给”向“现场生产”转变，作业流程“实物作业”向“数据作业”转变，器材供应“厂家供应”向“部队供应”转变，从而进一步改进维修保障体系，减少维修保障负担，做到适时、适地、适配的精准维修。
三是优化人才培养。无论技术发展到何种程度，人始终在战争中起着决定性作用。军事行动走向深蓝，装备维修人员的能力素质也要与之相匹配，增材制造技术的应用将为装备维修人才培养提供有力抓手。舰船装备维修人员的保障能力随着增材制造技术的应用将不再局限于传统的保养、擦拭、替换等机械式、物理性的维修工作。根据舰艇装备维修的需要，及时设计并打印制造出质量合格的器材，对维修保障人员的能力素质提出了新的要求和挑战。掌握计算机辅助设计、数据分析处理和材料工艺知识等技术的专家型人才将在战场前沿占比越来越多，各级指战官兵的培养标准重定、知识体系重构和能力素质重塑势在必行。作者简介:第一作者：李聪（1992），男，汉族，山东东营，学员，本科，国防大学联合勤务学院，军事装备
第二作者：张亚（1990），女，江苏泰州，学员，本科，国防大学联合勤务学院，军事装备