作者：金加根
1、引言
装备的保障工作是军队战斗力的重要构成部分,具有巨大的军事效益。20世纪70年代以后,美军每年国防预算的三分之一消耗在装备的使用和维修方面。装备的使用保障费用在全寿命费用中所占的比率高达60%,有的甚至达到78%~80%。不仅如此,技术性能先进的雷达在投入部队使用后,却难以很快形成战斗力,无法发挥其应有的作战效能,主要表现在可靠性低、维修性差、备件需求量大,使用和维修保障困难,战备完好率低。
因此,在现代战争条件下,装备战损或故障对战斗力的影响巨大,需要依靠维修来解决,以迅速恢复部队的战斗力,因而装备的保障具有其特殊的重要性。而雷达的保障主要从维修规划、供应保障、技术资料、训练保障等方面开展工作.而雷达综合保障中器材供应保障是最重要的部分之一。当前,雷达部队实际保障中存在着“战场保障资源不可视”和“信息不透明”的难题,部队指挥机关对保障资源的生产、维修及库存量等情况难以实时掌握,不适应未来远程支援保障、精确化保障、可视化保障和信息化保障的战争需求,同时,也难以保障机动作战的需求。基于上述考虑,提出了RFID技术在雷达器材保障信息化系统中的应用问题。
2、RFID的介绍
RFID是射频识别的英文(RadioFrequencyIdentification)的缩写,它是利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术,识别工作无须人工干预。RFID系统一般由读写器和电子标签(或称射频卡、应答器等.统称为电子标签)和应用系统组成示。
RFID系统的一般工作原理为:当标签进入读写器产生的磁场后,无源或被动标签凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的信息,有源或主动标签主动发送出存储在芯片中的信息,读写器读取信息并解码,然后将数据传送给应用系统。
与目前普遍使用的条形码相比,RFID(射频识别)是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、自动读取速度快、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。总之,RFID技术具有如下特性1)非接触式的数据读写机能;2)外观形状容易小型化和多样化:3)良好的耐环境性:4)可重复使用性:5)穿透性;6)数据的记忆容量大。
3、RFID技术在国内外军队的使用情况
目前,外军中使用RFID技术的代表是美军。1991年第一次海湾战争,美国向中东运送了约4万个集装箱,但由于标识不清,其中2万多个集装箱不得不再重新打开,等待封装并再次投入运输系统。战争结束后,8000多个打开的集装箱未能加以利用。浪费大约20亿美元的支出。2003年第二次海湾战争,集装箱上加装RFID射频卫星芯片,准确地追踪了国防部发往海湾的4万个集装箱,从而实现人员流、物资流和装备流的全程跟踪,并节约了大量经费。美军还将RFID技术应用于特定物品的查寻、单兵电子病历、生理状态监测器和服装发放等领域。RFID技术的应用使得美军后勤补给能力变得强大,实现了由储备式后勤到配送式后勤的转变,提高了效率,节约了大量经费
在国内军队中主要运用RFID技术的是部队的枪支管理和部队车辆牌照的管理,而在军用物资配送系统中并未大规模地使用,更不用说在各种器材保障方面采用RFID技术,因此文献[6]提出在部队后勤系统中统筹规划充分利用RFID技术,实现物流信息化管理,提高军事物流的效率。
4、RFID技术在雷达器材保障信息化系统中的应用方案
4.1需求分析
对于雷达,现行的维修保障体制由站级、基地级和生产厂家三级组成。站级指装备所在建制单位的最基层的维修机构。其任务是依据雷达的机内BIT诊断结果,完成对雷达的故障检修、正常技术状况的检查和维护保养。它主要依靠技师或操纵员,利用随机备件、工具和仪表器材,就地进行故障检修和原件修复等任务,确保雷达的稳定工作,达到规定的战备完好率。基地级是指装备所在建制单位的某一上级修理机构(如修理所、修理厂)及其派出的修理分队。其任务:一是派出维修力量支援站级维修,解决站级现场维修中无法处理的技术难点;二是负责修理站级送来的故障件,弥补站级维修人力、技术、设备和器材上的不足。生产厂家是指装备生产、研制单位,其任务是完成装备的大修(翻修)或改装任务,在必要时也可以派出维修力量到站级、基地级进行现场修理。
目前大量技术先进、结构复杂的雷达相继装备部队,雷达装备发展的同时也促进了雷达装备保障任务的变革。其主要表现:一是装备保障内容增多,保障结构发生变化;二是装备保障任务量上升,保障强度日益提高;三是装备保障要求提高,保障难度不断增大。同时,在战时还需要进行机动作战,因此装备保障还不停地处于变化中。总之,雷达装备保障形成了种类多、备用器材少,保障地点多且分散、机动作战雷达器材保障变化大、对保障器材资源的生产、维修、部署、需求及库存量等情况难以实时掌握的格局。而现有的装备保障指挥系统不能够对各雷达站和生产厂家保障器材的状态(正常、故障、待修、待发以及位置信息)不能自动收集。而RFID技术是一项自动识别技术,它能自动无接触地收集物体信息,具有防水、防磁、耐高温、自动读取速度快、读取距离大、标签上数据可以加
密、存储数据容量更大、使用寿命长、存储信息更改自如等优点,当前广泛用于物流系统中。因此,我们可利用RFID技术自动收集各保障器材的状态信息,与现行的装备保障指挥系统实现无缝连接,完成对保障器材的状态实时监视,辅助装备保障系统的指挥决策。
4.2系统组成
雷达器材保障信息化系统主要由雷达旅或团、生产厂家和运输机构三个子系统构成,而装备保障指挥系统则主要根据雷达器材保障信息化系统的数据进行指挥决策。在整个雷达器材保障信息化系统中,由于修理厂在器材保障上可以与生产厂家相等同,因此整个系统可简化成三个节点雷达旅或团、生产厂家和运输机构。
每个子系统配置一台RFID中间件服务器,负责信息的收集和相关处理。在各雷达站、生产车间、或途中关键地点配置RFID读写器,由于各个器材上都放置了标签,此标签能防金属对电磁波的反射。因而,RFID读写器能读取各器材的状态信息。在各雷达站通过将正常和故障器材分开放置的方法,由RFID读写器自动获取正常和故障器材的RFID数据。在雷达旅或团修理所建立一个立体仓库,由立体仓库中的RFID读写器自动读取库存器材RFID数据。在生产车间由RFID读写器自动获取待修器材、已修器材和库存器材的RFID数据。运输机构可在途中各关键点设置读写器获取各器材的数据,平时由于运输机构对关键地点信息的不完善或不可控,可不采用其数据,可采用生产厂家和雷达旅或团的信息对保障器材进行跟踪。
其工作过程如下:由于在雷达站和修理所正常和故障器材是分开放置的,在生产车间待修器材、已修器材和库存器材也是分开存放,因此,装备保障指挥系统可通过生产厂家中间件服务器控制生产车间的RFID读写器自动获取待修器材、已修器材和库存器材的RFID数据,同时也可通过雷达旅或团中间件服务器控制雷达站和修理所立体仓库的RFID读写器自动获取正常和故障器材的RFID数据。从而实现对全系统范围内的器材情况进行实时监视的功能。当雷达站保障器材数量达到预定门限时,可对系统形成一个触发事件,由装备保障指挥系统首先在系统范围内进行同类器材的状态查询,进行及时的器材保障调度和下达器材维修任务。当故障器材离开雷达站的RFID读写范围时,RFID读写器可通过301网、GSM、INTERNET、卫星网络或军网等通信方式,将读取的数据传送到旅或团的中间件
服务器,当器材到达和离开运输机构时,由运输机构中间件服务器采集进入、离开,以及途中的位置信息。当器材到达生产厂家时,由生产厂家中间件服务器采集器材进入待修、已修和准备运输的状态数据,保障器材从生产厂家运输到雷达站的过程是一个与雷达站运输到生产厂家有相同的信息监控过程。这样,通过上述过程可对保障器材在各个环节中信息进行收集,并能对其状态进行实时跟踪,结合可视化技术可将系统内跟踪的数据进行图形化显示,使得数据可视,信息透明。
4.3中间件服务器分析
从上述的系统方案可以看出,各节点的中间件服务器是系统的一个重要组成部分。由于雷达器材保障信息化系统内所监视的器材成千上万,需要交互的RFID数据量十分庞大,如将所有RFID数据集中存放,数据检索、查询的开销将十分巨大。同时,在现实中数据库的维护也难以实现。因此,中间件服务器采用一个分布式架构的平台建立分布式数据库为系统提供信息服务,在雷达器材保障信息化系统中,中间件服务器由三个节点的子中间件服务器组成。
对于通用的RFID中间件而言,中间件是一种消息导向(Message-OrientedMiddleware,MOM)的软件中间件,信息(information)是以消息(message)的形式从一个程序模块传递到另一个或多个程序模块。消息以非同步的方式传送,所以传送者不必等待回应。但是,RFID中间件包含的功能不仅是信息传送,往往还必须包含数据包分析与传播、安全保证、错误恢复、网络资源定位、路由选择、消息与要求的次序优化以及提供排错工具等服务。
为了对雷达器材保障信息化系统的中间件服务器的功能有一个更好的理解,下面采用UML(UnifiedModelingLanguage,统一建模语言)对中间件服务器进行描述。UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的可视化建模语言。它融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术,能让系统构造者用标准、易于理解的方式建立起能够表达出他们想象力的系统蓝图。UML包括用例图、静态图、行为图、交互图、实现图五类图。而用例图描述了系统的功能需求,下面以雷达旅或团的中间件服务器为例画出用例图,如图3所示,其它子系统的中间服务器具有相同的功能。在图中把其它节点的中间件服务器也看成一个用户,因此,在系统中中间件服务器主要提供了数据读取控制、信息查询和决策命令的处理三大类,其中包含了数据安全、数据传输、错误恢复、数据分析、数据存贮等用例。
5、结语
在雷达器材保障信息化系统的方案中,与现存的雷达器材保障方式相比,存在以下几点优点:1)对备件保障可视化,精确化;2)强化了备件管理,及时补充所需备件,提高保障效率;3)利用系统记录的数据,可对某一部雷达的可靠性和可维修性进行统计,而不必像以前一样主要利用专家打分的方法[8],可采用专家与记录数据相结合的方法对其定量进行评价;4)满足雷达部队机动作战保障需求。机动转移时对备用器材进行扫描,可检查各备材和器件是否不足或有遗漏。当然,在系统中还需解决远距离阅读器成本较高、数据安全性,易受攻击以及与雷达的相互干扰等问题。