許中勝 張路青 許琪華

(1.海軍駐中南地區(qū)光電系統(tǒng)軍事代表室 武漢 430233)(2.華中光電技術(shù)研究所—武漢光電國家實驗室 武漢 430233)

信息化裝備可視化監(jiān)造方法研究

許中勝1張路青1許琪華2

(1.海軍駐中南地區(qū)光電系統(tǒng)軍事代表室 武漢 430233)(2.華中光電技術(shù)研究所—武漢光電國家實驗室 武漢 430233)

決定戰(zhàn)爭勝敗最基本要素是裝備質(zhì)量,質(zhì)量能力關(guān)乎裝備的生存與發(fā)展。對于大型信息化裝備,傳統(tǒng)質(zhì)量監(jiān)督理念和監(jiān)造方法已難以滿足全過程實時監(jiān)造的需求。論文著重探討信息化裝備可視化監(jiān)造的方法和手段,創(chuàng)新性提出基于大數(shù)據(jù)云計算構(gòu)建全過程可視化監(jiān)造平臺的思路,研究監(jiān)造平臺的模式和基本框架,為監(jiān)督單位實施裝備可視化監(jiān)造提供理論支持。

信息化裝備; 可視化; 監(jiān)造; 方法

Class Number O236

1 引言

監(jiān)造單位應(yīng)當通過關(guān)鍵崗位可視化、監(jiān)督流程表格化、處置問題數(shù)據(jù)化等手段,實現(xiàn)信息化裝備監(jiān)造方法創(chuàng)新,提高質(zhì)量監(jiān)督能力和水平。對裝備實施全過程跟蹤監(jiān)督(監(jiān)造)是監(jiān)督單位的重要任務(wù),但目前基于傳統(tǒng)人工手段實施的現(xiàn)場巡回檢查和過程監(jiān)督,難以覆蓋全過程,特別是大數(shù)據(jù)和多場所,監(jiān)督單位的監(jiān)督工作往往力不從心,缺少遠程、全程的視頻的監(jiān)造手段。有關(guān)研究認為,目前監(jiān)督單位業(yè)務(wù)工作量已經(jīng)處于超負荷狀態(tài),通過可視化監(jiān)造可有效提高監(jiān)造效率,減少過程監(jiān)督的難度,從而降低裝備監(jiān)造風(fēng)險。

信息化裝備技術(shù)復(fù)雜、涉及學(xué)科多、專業(yè)廣,其研制開發(fā)周期長、風(fēng)險高,過程隱蔽性強,漏洞破壞性強。目前,我軍研制的各類探測系統(tǒng),軟件功能實現(xiàn)率超過70%,動則數(shù)萬行的軟件,如果出現(xiàn)個別數(shù)據(jù)錯漏,就可能造成系統(tǒng)癱瘓。而存在的漏洞和問題,往往不能通過功能檢查和試驗簡單地發(fā)現(xiàn)和實施監(jiān)督。

歐美軍隊利用監(jiān)視、管理和支持系統(tǒng),實現(xiàn)遠程監(jiān)督和決策支持。美軍認為:“虛擬現(xiàn)實模擬仿真技術(shù)是21世紀的主要方式,還需加大其在新裝備中的運用?！辈粌H如此,美軍信息化監(jiān)造還參與到武器裝備論證、設(shè)計、生產(chǎn)、試驗?zāi)酥敛赊k的全過程[1]。

我軍也重視信息化監(jiān)造工作,相繼開展艦船、飛機的數(shù)字化監(jiān)造研究,以及數(shù)字化軍檢、異地協(xié)同驗收等質(zhì)量監(jiān)督新手段新方法研究,逐步實現(xiàn)遠程監(jiān)督和記錄功能,為信息化裝備監(jiān)造和信息共享提供平臺。為了適應(yīng)數(shù)字化設(shè)計、遠程協(xié)同設(shè)計和數(shù)字化異地協(xié)同制造等新要求,開展了數(shù)字化設(shè)計和制造條件下的質(zhì)量監(jiān)督模式研究。近年來各種可視化技術(shù)已擴展到科學(xué)研究、工程、軍事、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟等各個領(lǐng)域,利用系統(tǒng)軟硬件相結(jié)合,實現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備軟硬件的質(zhì)量監(jiān)督功能。

全程可視化監(jiān)造是現(xiàn)代管理創(chuàng)新的技術(shù)手段,也是管理模式轉(zhuǎn)型升級的重要工具,必將有力提升裝備質(zhì)量監(jiān)督能力,提高監(jiān)督效率和效能,進而大大提高裝備質(zhì)量,具有重要的軍事經(jīng)濟效益。

可視化監(jiān)造研究目的是以大型信息化裝備可視化設(shè)計與監(jiān)造質(zhì)量管理平臺為依托,以智能化、全過程、可視化質(zhì)量監(jiān)控為目的,通過可視化監(jiān)造平臺研究,探索在現(xiàn)有監(jiān)督單位信息化平臺中嵌入分布式協(xié)同監(jiān)造平臺的可行性,進而研究信息化質(zhì)量管理與監(jiān)造的新方法、新程序、新途徑。研究如何將相關(guān)法規(guī)標準融入平臺,確定程序方法和行為準則,為建立具有“信息化裝備”特色的資源關(guān)聯(lián)、互溶共享的監(jiān)造平臺提供技術(shù)支持,為實現(xiàn)裝備數(shù)字化監(jiān)造、遠程診斷服務(wù)保障、全過程質(zhì)量監(jiān)控目標,提供有效的信息化手段和方法。

2 監(jiān)造平臺模型研究

1) 分布式模型的構(gòu)建

考慮大型信息化裝備研制和生產(chǎn)驗收的監(jiān)造現(xiàn)狀,結(jié)合動態(tài)化、智能化、可視化設(shè)計模式思路,開展基于云計算的遠程協(xié)同監(jiān)造方法研究,建立一個基于云計算的大型分布式數(shù)據(jù)庫。研究形成的設(shè)計監(jiān)造模型框架,包括科研、生產(chǎn)、服務(wù)保障和綜合管理等監(jiān)督模塊,從基礎(chǔ)環(huán)境出發(fā),介入流程與相關(guān)標準,輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資源,包含研發(fā)過程、軟件過程、工藝過程、仿真驗證和試驗驗證過程等全過程數(shù)據(jù),同時考慮設(shè)計、制造和維修保障數(shù)據(jù)資源,從而實現(xiàn)全過程數(shù)據(jù)可視化監(jiān)督,具體框架如圖1所示。

圖1 分布式監(jiān)造平臺框架

(1)云計算網(wǎng)絡(luò)

基于裝備研制和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)量龐大,數(shù)據(jù)專業(yè)類型繁多,數(shù)據(jù)來源廣泛的特點,采用云計算網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的方式,提供動態(tài)虛擬化的資源的計算模式,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取。云計算網(wǎng)絡(luò)包括服務(wù)器、各類終端和輸入輸出部分組成,具體網(wǎng)絡(luò)模型如圖2所示。

圖2 云計算網(wǎng)絡(luò)模型

(2)數(shù)據(jù)庫

基于分布式、可視化的監(jiān)造框架,需要大量的過程數(shù)據(jù),利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、將各個場所、不同過程視頻數(shù)據(jù),通過采用分類儲存架構(gòu)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的有效利用,為過程監(jiān)造提供服務(wù)。具體見圖3所示。

(3)遠程可視化

基于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)裝備項目過程的可視化、圖表圖形化,從而方便人機交互,以更加形象直觀的方式進行監(jiān)控。通過各種基本參數(shù)相互關(guān)系,實現(xiàn)多級抽象、多媒體、多模式特性。

軟件是信息化裝備的關(guān)鍵,是裝備的靈魂,應(yīng)當重點監(jiān)督。按照軟件研制程序和軟件質(zhì)量管理的相關(guān)要求,軟件研制過程呈現(xiàn)V型,包括確定需求、需求分析、概要設(shè)計、詳細設(shè)計、編碼、集成、測試和測評等過程[2]。軟件可分為系統(tǒng)級和子系統(tǒng)級,都應(yīng)當分階段實施評審、驗證和確認工作。同時,軟件也離不開通用特性,要對軟件通用特性進行監(jiān)督管理?；谀Ｐ偷南到y(tǒng)工程應(yīng)用模式,建立系統(tǒng)與子系統(tǒng)軟件開發(fā)V型過程模型[3],具體見圖4所示。基于上述模型,建立系統(tǒng)工程功能架構(gòu),按照需求信息跟蹤,統(tǒng)一應(yīng)用導(dǎo)入導(dǎo)出管理,并提供流程、知識和標準的支持,具體見圖5所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫建模

圖4 系統(tǒng)與子系統(tǒng)軟件開發(fā)V型過程

2) 可視化管理平臺的構(gòu)建

基于裝備研制和生產(chǎn)周期的動態(tài)特征,以過程有效性為主線,監(jiān)督單位應(yīng)當重點對裝備技術(shù)狀態(tài)、可追溯性、研制過程的符合性和有效性進行監(jiān)督,建立遠程、全覆蓋和隨機讀取的裝備過程可視化管理平臺?？梢暬芾砥脚_硬件架構(gòu)一般應(yīng)當包括質(zhì)量標準、質(zhì)量數(shù)據(jù)和通用特性等信息層,從標準、檢驗、分析和追溯四個業(yè)務(wù)層面,對正常與異常實施監(jiān)督,對問題實施診斷管理,對數(shù)據(jù)進行存儲并通過終端實施監(jiān)控,可視化管理平臺基本框架構(gòu)成的具體示例如圖6所示。

平臺基本框架反映了大型信息化裝備可視化質(zhì)量管理及內(nèi)部的邏輯關(guān)系。數(shù)據(jù)可以連同CAPP生成的標準、數(shù)據(jù)等一起構(gòu)成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),這些數(shù)據(jù)是可視化監(jiān)造的依據(jù)[4]。下面分兩個方面對平臺功能模型進行論述。

圖5 基于模型的系統(tǒng)工程功能架構(gòu)

圖6 可視化管理平臺基本框架構(gòu)成示例圖

(1)研制過程可視化監(jiān)督平臺

根據(jù)上述基本框架,結(jié)合質(zhì)量管理的流程,大型信息化裝備全程可視化跟蹤監(jiān)督管理平臺的功能模型,按照設(shè)計、標準、檢驗、分析、追溯和問題處理六個業(yè)務(wù)層面,分層次明確需要可視化的內(nèi)容要求,通過系統(tǒng)交互界面管理,形成完整功能模型,具體如圖7所示。另外,可以根據(jù)合同定單追溯,實現(xiàn)進度監(jiān)督的可視化要求,典型用例如圖8所示；還可以實施質(zhì)量問題原因分析的可視化過程,具體情況見圖9所示。

圖7 可視化監(jiān)督管理平臺的功能模型

圖9 質(zhì)量問題可視化用例

(2)通用特性監(jiān)督平臺

通用特性的監(jiān)督是裝備質(zhì)量監(jiān)督的重要部分,可以通過AD6.6和PRO/E設(shè)計平臺,開展通用特性相關(guān)的模塊庫、組件庫、元件庫等數(shù)據(jù)庫建立和關(guān)聯(lián)(電氣元器件庫和分類可視化如圖10所示),并完成將相關(guān)通用特性的軍標參數(shù)植入平臺工作。

圖10 電氣元器件庫和分類示意圖

監(jiān)督過程中,可以通過對狀態(tài)檢查信息、故障信息等環(huán)節(jié)的追溯與采集,建立動態(tài)可視化監(jiān)督系統(tǒng)驗證,建立問題處理考核機制,實現(xiàn)系統(tǒng)軟件和硬件技術(shù)狀態(tài)的閉環(huán)管理。

系統(tǒng)平臺構(gòu)建中,將軍標、規(guī)范與監(jiān)督平臺融合,針對艦艇、飛機、光電、軟件等不同專業(yè)方向,結(jié)合海陸空天等裝備不同領(lǐng)域特點,建立資產(chǎn)庫、模塊庫、組件庫、元件庫,將標準與“三化”模塊嵌入統(tǒng)一的開發(fā)平臺,將標準規(guī)范融入研發(fā)平臺約束指導(dǎo)設(shè)計,通過設(shè)計知識和經(jīng)驗的不斷積累,實現(xiàn)研制與監(jiān)督的共享。其內(nèi)還包括:研究不同領(lǐng)域裝備標準規(guī)范適應(yīng)設(shè)計平臺的程序步驟、行動規(guī)則及植入方法。各類裝備平臺的模塊庫、組件庫、元件庫、圖形庫建立方法研究。裝備優(yōu)化設(shè)計的軟件,融入條件參數(shù),開展適應(yīng)性驗證試驗等。

研究過程中,開展了大型信息化裝備“通用特性”可視化監(jiān)督平臺資源共享方法研究,其內(nèi)容包括:

①“通用特性”監(jiān)督平臺的信息化、可視化；

②建立“通用特性”共享數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)監(jiān)督平臺的互連、互通、互溶、資源關(guān)聯(lián)共享方法；

③開展“通用特性”監(jiān)督平臺與保障體系遠程可視化監(jiān)控方法相互融合、一體化保障的平臺體系研究。

3 可視化監(jiān)造方法的主要難點和創(chuàng)新點

1) 可視化監(jiān)造方法的主要難點

一是面向裝備的動態(tài)優(yōu)化、智能化、可視化監(jiān)造平臺設(shè)計。在常規(guī)模式條件下,一些細節(jié)的“隱藏式”、“折疊式”、“漸進式”消耗了監(jiān)督時間資源,對偏復(fù)雜的信息系統(tǒng)容易加重監(jiān)督的錯亂,讓監(jiān)督單位對裝備功能性能理解模棱兩可。需要通過一種能迅速理解和易于使用的可視化監(jiān)督表達方式,降低監(jiān)督單位的思維和方法負擔。

可視化平臺可借助于信息技術(shù)把信息以人們慣于接受的表格、圖形、圖像、動畫等可視化方法將質(zhì)量及其內(nèi)在的聯(lián)系進行表現(xiàn),為裝備監(jiān)督管理提供依據(jù)。重點是掌握好虛擬設(shè)計制造(VDM)和三維建模技術(shù),以及基于非穩(wěn)態(tài)、強耦合、多參數(shù)的非線性動態(tài)優(yōu)化設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計和可視化監(jiān)督理論與方法的應(yīng)用[5]。

二是基于云計算的遠程協(xié)同監(jiān)督體制模式設(shè)計?，F(xiàn)有的監(jiān)督管理平臺僅局限于基本信息發(fā)布、用戶管理、機構(gòu)展示、系統(tǒng)維護等辦公自動化系統(tǒng)功能；而現(xiàn)在信息化裝備著重是諸如虛擬實驗室和遠程協(xié)同等方面,需要在遠程協(xié)同監(jiān)造環(huán)境下,實現(xiàn)資源信息共享,協(xié)同設(shè)計與監(jiān)督管理。

基于云計算的遠程協(xié)同監(jiān)督平臺具有智能性和拓展性,使得資源能夠得到最大范圍的共享,從而實現(xiàn)協(xié)同監(jiān)控。云計算通過對大規(guī)模可擴展的設(shè)計、試制、檢驗、試驗驗證等分布式資源進行整合,通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以按需使用的方式為監(jiān)督管理提供遠程協(xié)同服務(wù),從而極大地提高監(jiān)督系統(tǒng)的可靠性。重點是掌握好虛擬化技術(shù)、云存儲技術(shù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)管理技術(shù)、安全與可信云等方法和手段。

三是大規(guī)模分布式可視化監(jiān)督系統(tǒng)架構(gòu)與模型的實現(xiàn)。目前監(jiān)督單位的監(jiān)造大多是通過工序后的過程檢驗和統(tǒng)計報表等形式進行的靜態(tài)監(jiān)督控制,效果和效益受到一定限制。而大型信息化裝備的大規(guī)模分布式可視化監(jiān)造環(huán)境則需要實時采集設(shè)計、制造過程中的數(shù)據(jù),及時掌握過程質(zhì)量的狀態(tài)并反映制造過程的問題,實現(xiàn)對生產(chǎn)工序動態(tài)監(jiān)督控制,因此,監(jiān)控的高效和通用性是增強可視化監(jiān)督系統(tǒng)可信性的首要問題。

基于大規(guī)模分布式可視化監(jiān)造系統(tǒng),由于具有大規(guī)模、動態(tài)、通用以及異構(gòu)等特點,需要有效解決動態(tài)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)造終端的體系架構(gòu)、大規(guī)模分布式系統(tǒng)監(jiān)造流程、監(jiān)造信息處理及節(jié)點注冊等技術(shù)方法和手段的難題。

同時,要解決多層級過程與產(chǎn)品實時可視化監(jiān)造的問題。針對大型信息化裝備的過程和產(chǎn)品監(jiān)造大多是通過序后檢驗和統(tǒng)計報表等形式進行的靜態(tài)質(zhì)量管理和監(jiān)督控制,數(shù)據(jù)枯燥且難以理解,數(shù)據(jù)背后包含的信息難以及時充分表達,控制效果和效益受到一定限制。

2) 可視化監(jiān)督方法具有以下創(chuàng)新

一是提出面向大型信息化裝備總體質(zhì)量的可視化監(jiān)督理論與方法,有效解決了傳統(tǒng) “隱藏式”、“折疊式”、“漸進式”存在的弊端,將信息快速、明確、高效的傳達給監(jiān)造單位,對提升信息化裝備的質(zhì)量水平具有里程碑意義。

二是建立面向裝備全過程的可視化、結(jié)構(gòu)化、層次化監(jiān)督模式,形成基于裝備研制周期的動態(tài)化、智能化、可視化監(jiān)督管理平臺,通過對系統(tǒng)構(gòu)架進行建模,確定子系統(tǒng)及配置項構(gòu)成,設(shè)置動態(tài)視頻監(jiān)控點,配合軟件工具的運用,實現(xiàn)了傳統(tǒng)模式向信息化的轉(zhuǎn)型。

三是實現(xiàn)標準規(guī)范和“通用特性”監(jiān)造平臺有機融合。利用云計算、云存儲等信息化手段,將各種信息平臺有機結(jié)合,將“通用特性”與軍標規(guī)范融入管理平臺,實現(xiàn)了信息有效利用,提高監(jiān)督效率[6]。

4 結(jié)語

本項目針對大型信息化裝備可視化監(jiān)造問題開展了理論與方法研究,基于現(xiàn)有信息化平臺,探索出了一系列具有特色、覆蓋大型信息化裝備的可視化、互融共享的監(jiān)造方法和管理工具,構(gòu)建一種實時可視的監(jiān)造管理平臺。通過監(jiān)督方法的創(chuàng)新,有利于提高大型信息化裝備的質(zhì)量監(jiān)督效率,從而提高裝備質(zhì)量水平。項目研究成果可推廣應(yīng)用于大型信息化裝備總體和配套設(shè)備的設(shè)計管理與監(jiān)造中,能降低或化解研制風(fēng)險,提高裝備監(jiān)造效率,具有顯著的軍事與經(jīng)濟效益。

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Informatization Equipment Visualization Supervision Methodology

XU Zhongsheng1ZHANG Luqing1XU Qihua2

(1. Navy Representative Office of EO Systems in Zhongnan Area, Wuhan 430233) (2. Huazhong Institute of Electro-Optics, National Laboratory of Optoelectronics, Wuhan 430233)

The quality of the equipment is the most basic elements of decisionmaking for successful war. The ability of the quality plays the key role in survival and development for the equipment. For large information technology equipment, the traditional concept of quality supervision and construction method is difficult to meet the demand of whole process in real time supervision. This paper discusses the methods and means of informatization equipment emphatically, processes the thought of based on large data and cloud computing architecture visualization platform for supervision train, researches the supervisor platform model and the basic framework, provides theory support for the military representative implementation equipment visual supervision.

informatization equipment, visualization, manufacture supervision, method

2016年7月10日,

2016年8月30日

許中勝,男,碩士,高級工程師,研究方向:光電技術(shù)。張路青,男,碩士,高級工程師,研究方向:光電指控。許琪華,女,博士,工程師,研究方向:導(dǎo)航技術(shù)。

O236

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.01.027