美軍重新設計F-35自主保障信息系統動因及前景

2020年1月,美國防部宣佈將用新的“運行數據集成網絡”(ODIN,縮略詞拼寫及發音與北歐神話中眾神之王“奧丁”的英語名稱相同)系統取代F-35自主保障信息系統(ALIS),並計劃在2020年9月交付首臺設備,2021年年底將新系統投入使用,2022年12月之前在所有F-35中隊全面投入運行。自主保障信息系統本是F-35項目的重大突破之一,但系統的實際開發和運行遇到了很多問題。美國防部意圖另起爐灶、利用信息技術的新進展搭建新系統來解決問題,但該系統的前景也面臨一定不確定性。

一、自主保障信息系統的基本情況


自主保障信息系統是F-35戰鬥機後勤保障的關鍵。美軍期望該系統運行可供F-35飛機維修人員、飛行員、供應人員和數據分析人員使用的多個應用程序,提供使用規劃、維修、供應鏈管理、培訓、用戶支持服務、技術數據、系統安全和外部接口等功能,解決預先維修和供應鏈問題、實現後勤保障程序自動化,併為降低壽命週期持續保障費用和改進戰備完好性提供決策支持。

美軍重新設計F-35自主保障信息系統動因及前景

自主保障信息系統預期能力(中國航空工業發展研究中心,王萍漢化)

自主保障信息系統主要硬件組成包括自主保障運行單位、中心進入點、標準運行單元、機下任務保障工作站、便攜式存儲設備、便攜式存儲設備讀取器、便攜式維修輔助裝置等。

美軍重新設計F-35自主保障信息系統動因及前景

自主保障信息系統構成示意圖(中國航空工業發展研究中心,王萍漢化)

自主保障信息系統軟件採用增量研發模式持續升級。美軍在2009年10月開始部署0.1.5版,2010年6月開始部署1.0.2版,2012年12月開始部署1.0.3版,2015年1月開始部署2.0版,2017年下半年開始部署2.0.2版,2018年9月開始部署3.0版,2019年5月開始部署3.1版,2020年1月開始部署3.5版。主要版本的功能增量升級情況是:1.0.2版引入了維護管理、供應鏈管理和任務計劃等主要功能;1.0.3版集成了這些功能;2.0版引入了中心進入點報告功能,並增加了針對F-35的狀態趨勢分析和機隊管理能力;2.0.2版集成了發動機數據;3.0版開始全面跟蹤剩餘時間以更換使用壽命有限的部組件;3.1版允許合作伙伴國家獨立管理其數據。3.5版又稱“穩定”版,目標是解決系統長期存在的一些問題,滿足網絡安全閾值要求,改進低可觀測性健康評估系統,並提供初始的系統集中管理功能。

美軍重新設計F-35自主保障信息系統動因及前景

自主保障信息系統重大軟件版本發佈時間(中國航空工業發展研究中心,王萍漢化)


二、自主保障信息系統遇到的研發和使用問題


在研發過程中,自主保障信息系統(ALIS)進度不斷延遲(完成F-35研製試驗所需的ALIS 3.0版本直到最初計劃的8年後—2018年才發佈),存在大量系統缺陷,高虛警率和數據錯誤影響管理人員對飛機健康狀況的正確判斷,零部件管理混亂增加了維修保障人員的負擔,美國政府問責署已將ALIS系統判定為影響F-35飛機戰備完好性的重要因素。

美軍重新設計F-35自主保障信息系統動因及前景

2017年11月—2019年10月發現的ALIS開放缺陷(中國航空工業發展研究中心,王萍漢化)

根據洛馬公司的數據,截至2019年9月,大約有4,700項ALIS缺陷尚未解決。在這4700項缺陷中,約22%是1類或2類缺陷(1類缺陷被認為是關鍵缺陷,可能危及安全、保密或其他要求;2類缺陷是那些可能阻礙或限制成功完成任務的缺陷。)

根據F-35各部署站點的反應,ALIS系統的使用問題主要包括以下幾個方面,如表1所示。

表1 ALIS主要的使用問題

美軍重新設計F-35自主保障信息系統動因及前景

此外自2016年以來ALIS還暴露出許多網絡安全問題,大部分至今未得到解決。大量的缺陷導致該系統不能有效地支持F-35飛機預期的可用性和架次出動率,並造成用戶對ALIS的功能和穩定性缺乏信心。


三、美軍改進自主保障信息系統的嘗試


美軍認為F-35自主保障信息系統的上述諸多問題與該系統已過時的軟硬件設計直接相關:系統由孤立的應用程序組成,每個應用程序都有自己的數據庫且有時會衝突;操作系統過時;系統硬件繁瑣,由笨重的服務器以及20世紀90年代中期設計的筆記本電腦組成。

美軍和承包商一起開展了一些工作來改進該系統:①主承包商內部投資研發。洛馬公司從2017年發起一項獨立研發項目,使用商業雲技術為系統開發應用程序更新,併為此設計一種新系統,能夠駐留運行當前的系統應用程序以及基於雲的新應用程序。2019財年投資4500萬美元;②美空軍實施“瘋帽子”(Mad Hatter)項目。該項目2018年啟動,將內華達州內利斯空軍基地的一個飛行中隊用戶與軟件開發產品組(由美空軍和承包商軟件開發人員組成)聯繫在一起,嘗試利用直接用戶輸入、快速迭代式敏捷軟件開發以及商業雲技術構建新的系統應用程序。2019財年美空軍為此投資1580萬美元。2019年,該項目發佈了四個應用程序:“克隆那斯”(Kronos)幫助縮短F-35中隊制定飛行和維護計劃的週期;“泰坦”(Titan)幫助確定機隊狀態,並在工作流程發生變化時在維修團隊之間分配任務;“雅典娜”(Athena)幫助確保維修人員的培訓和執行工作能力;“獨眼”(Monocle)幫助以用戶友好的方式提供技術訂單。該項目取得了不錯的成果,但項目執行超出F-35項目辦公室的政策和流程,新的應用程序目前尚未與外場的自主保障信息系統集成。③F-35“下一代自主保障信息系統”(ALIS NEXT)計劃。F-35項目辦公室2018年發起該計劃,旨在實現系統軟硬件現代化的新要求和設計選項。2019財年投資1240萬美元,已開展的工作包括:審查系統的基礎源代碼以確定哪些可以納入重新設計中,探討將系統託管在雲上的程度,以及多大程度上採用敏捷軟件開發方法等問題。

總的來看,承包商和美軍的上述工作為系統改弦易轍、重新設計探索了新的技術路線。

四、“運行數據集成網絡”系統的特點及前景

2020年1月21日F-35項目辦公室宣佈將用“運行數據集成網絡”系統取代自主保障信息系統,將在綜合承包商內部研發實踐、美空軍“瘋帽子”項目和“下一代自主保障信息系統”的研究經驗和研究成果基礎上,構建一個便於快速部署的雲原生系統。新系統具有以下幾個特點:

“運行數據集成網絡”系統開發採用政府主導的組織模式,有助於更好滿足美軍作戰需求。自主保障信息系統的開發由洛馬公司主導,“運行數據集成網絡”系統則將由美國政府所有,由美國防部和工業部門共同開發,開發團隊包括:美空軍“凱賽爾航線”(Kessel Run)軟件開發實驗室、第309軟件工程組(位於希爾空軍基地)、美海軍信息戰中心、洛馬公司和普惠公司(F-35戰鬥機配裝的F135發動機研製廠商)。“運行數據集成網絡”系統通過將開發主導權掌握在政府手中,並形成更廣泛的軍方和工業界開發團隊,將能更有針對性地部署F-35機隊,提高戰備完好性,滿足美軍作戰需求。

“運行數據集成網絡”系統開發採用商業雲技術,有助於增強數據共享並降低成本。自主保障信息系統由許多孤立的應用程序組成,每個應用程序都有自己的數據庫且有時會衝突。“瘋帽子”項目曾嘗試將ALIS託管到雲上,便於開發人員將“可用代碼”和需要重新編制的“糟糕代碼”分門別類,為後面的軟件升級工作做準備。洛馬公司和“下一代自主保障信息系統”對於雲技術的應用也都分別開展了研究和探索。基於這些實踐經驗,“運行數據集成網絡”系統計劃將原ALIS系統的部分託管到雲上,在節約硬件成本的同時,構建新的綜合數據環境,增強跨部門之間的數據共享。

“運行數據集成網絡”系統開發採用敏捷開發模式,有助於大幅加速能力升級。敏捷軟件開發是一種能應對需求快速變化的軟件開發能力,它強調軟件開發團隊與用戶之間的密切溝通,通過頻繁交付軟件演進版本來不斷適應需求變化。美空軍在前述“瘋帽子”項目中試行該模式,僅4個月就完成交付。相比傳統的“瀑布式開發”模式,敏捷軟件開發可更好地適應需求變化和技術進步,大幅縮短軟件交付週期,及時地將能力提供給部隊,同時還改善軟件運行的可靠性。這種開發模式也將是美軍未來軟件開發的主流模式。

“運行數據集成網絡”系統的開發和應用面臨不確定性。鑑於美國防部需要繼續維持目前已經裝備了自主保障信息系統的400多架F-35飛機,因此從目前的系統過渡到未來的系統具有很大的挑戰性。美國防部尚未制定具體策略,對“運行數據集成網絡”系統的設計、能力、關鍵技術、風險及成本控制等問題給出明確指導,在技術和管理層面都還存在諸多的不確定性。“運行數據集成網絡”系統能否解決一直糾纏自主保障信息系統的種種問題,推動F-35的後勤保障和機隊管理真正實現智能化、自主化的目標,還需要拭目以待。

美軍重新設計F-35自主保障信息系統動因及前景

F-35未來保障信息系統面臨不確定性(中國航空工業發展研究中心,王萍漢化)


五、一點看法


自主保障信息系統是F-35機隊戰鬥力生成的關鍵,組成極其複雜,研製一波多折,拉長的時間使其在模式和技術上開始趨於落後。美空軍和國防工業界通過分析問題、引入商用領域新模式新技術和開展試點積累經驗,為改弦易轍發展新系統提供了強勁需求牽引和厚實技術基礎。本質上,“運行數據集成網絡”系統採用了全新的組織模式和開發模式,是對自主保障信息系統的重大變革。在我國航空裝備保障信息系統的未來設計和研發中,應該密切關注雲計算等先進信息技術帶來的極大優勢,分析敏捷開發模式在具體項目中的適用性,探討在保護軟件知識產權的同時最大程度地實現數據共享的方法,逐步推動航空裝備保障信息系統向數字化、智能化、網絡化發展。


分享到:


相關文章: