張威 張強 胡駿 潘順良 李鴻飛 楊楓

(中國空間技術研究院載人航天總體部，北京 100094)

航天器數(shù)字化綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)設計

張威 張強 胡駿 潘順良 李鴻飛 楊楓

(中國空間技術研究院載人航天總體部，北京 100094)

傳統(tǒng)航天領域使用紙質表單對測試狀態(tài)進行管理，導致測試狀態(tài)管理數(shù)據(jù)分散，流程審批復雜，狀態(tài)管理數(shù)據(jù)查詢困難，管理效率低下。文章針對狀態(tài)管理中存在的問題，提出面向服務和流程的數(shù)字化解決方法，并根據(jù)該方法開發(fā)了綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)將實現(xiàn)的功能視為服務，將審批手續(xù)視為流程，充分利用數(shù)字化的技術手段，使測試狀態(tài)管理流程審批及數(shù)據(jù)歸檔標準化，并將各類綜合測試狀態(tài)信息轉化為結構化的數(shù)據(jù)，便于計算機系統(tǒng)自動讀取、利用、存檔、查詢、匯總及分析。在載人飛船綜合測試中的應用結果表明，測試狀態(tài)管理的水平與效率有了很大的提高，可為今后實現(xiàn)航天器遠程測試提供技術基礎。

航天器測試；測試狀態(tài)管理；數(shù)字化系統(tǒng)

1 引言

隨著我國航天任務的不斷增加及航天器系統(tǒng)的發(fā)展，測試工作日趨復雜和繁重，人力資源緊張問題日漸突出，急需優(yōu)化測試管理過程并將管理流程進行固化，傳統(tǒng)的測試狀態(tài)管理[1-4]模式局限性很大。改變測試管理模式、提高測試管理手段，是解決當前人力資源緊張、提升航天器測試能力的必由之路。

在航天器綜合測試過程中，測試狀態(tài)管理涉及方面較廣，主要包括人員管理、航天器設備管理、地面設備管理、軟件管理、測試計劃管理、測試質量管理，以及測試過程中日常工作流程的管理等。傳統(tǒng)的管理方法主要以紙質文件管理為主，存在一定的問題：①綜合測試狀態(tài)管理的具體工作由綜合測試、總體、總裝、分系統(tǒng)等多家單位分別負責，各類信息分散，管理的實現(xiàn)方式各異；②綜合測試狀態(tài)管理雖然通過表格化管理模式實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化和制度化，但具體的實現(xiàn)和操作方式都是采用紙質手工填寫模式，這種模式在執(zhí)行過程中不僅不利于信息的歸檔、保存和管理，更不利于信息的查詢、匯總、統(tǒng)計和利用，如果采用計算機化管理則又要投入大量人力進行人工錄入，不但效率低，而且準確性受人為因素影響而難以保證，尤其當信息量大幅度增加后這一現(xiàn)象更加突出；③紙質文件需要流程發(fā)起者將審批單傳送給有關簽署人手簽，效率低，流程控制的實際操作因采用紙質手簽方式也易受客觀人為因素影響出現(xiàn)混亂；④紙質文件管理不能滿足遠程、異地測試的需求。以上缺陷導致綜合測試的狀態(tài)管理效率低，實際執(zhí)行效果不理想，不利于測試工作的開展。紙質文件管理在航天器任務少、人力成本低的背景下，能夠很好地滿足測試任務的需求，但是隨著航天器研制任務增加，紙質文件管理模式的弊端愈加明顯，已經(jīng)不能滿足航天器批量化生產(chǎn)的需求。

本文以載人航天器綜合測試管理平臺模型為例進行研究，提出面向服務和流程的數(shù)字化綜合測試狀態(tài)管理方法，開發(fā)了綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)，給出了綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)在載人航天器日常測試過程中的應用實例。實踐證明：本文提出的數(shù)字化綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)，提升了測試狀態(tài)管理的效率，同時可為遠程異地的測試模式提供技術支持和保障。

2 數(shù)字化綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)設計

2.1面向服務和流程的設計思想

在航天器日常測試工作中，有些流程非常復雜，要經(jīng)過不同的組織機構，涉及多種人物角色，還有許多特殊的處理環(huán)節(jié)，對于這樣的復雜流程，實現(xiàn)自由流轉一直比較困難。通過對類似功能需求的管理軟件進行調研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的做法是軟件設計人員針對某一具體的需求進行系統(tǒng)功能設計，并采用某種計算機語言加以實現(xiàn)，這樣往往會帶來以下問題[5-6]。

(1)針對每個工程項目的管理系統(tǒng)建設都是從零開始，即使是公用的模塊也要在多個管理系統(tǒng)當中分別重復實現(xiàn)。管理系統(tǒng)缺乏通用性，使得每個工程項目管理系統(tǒng)的建設周期長，投資大，同時系統(tǒng)建設風險也比較高。

(2)由于具體工程上的需求，某些業(yè)務管理流程經(jīng)常發(fā)生變更(如審批流程的變更)，管理系統(tǒng)通常不能及時或者不能適應企業(yè)管理模式和管理流程的變化。這使得原有管理系統(tǒng)不再滿足管理的需求，因此要重新建設和花費很大精力去修改原來的管理系統(tǒng)，不能做到及時響應客戶需求。

為此，本文提出面向服務和流程的數(shù)字化綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)，通過以下具體方法解決上述問題。

2.1.1 面向服務的設計思想

所謂服務[7-9]，就是能實現(xiàn)某一任務需求的功能，具體到航天器測試狀態(tài)管理中，就是指對人員管理、航天器設備管理、地面設備管理、軟件管理、測試計劃管理、測試質量管理及測試過程中日常工作流程管理的功能。這些服務存在并運行在同一個平臺上，可以被平臺上的多個管理系統(tǒng)使用，如人員管理的服務可以被綜合測試管理系統(tǒng)使用，同時也可以根據(jù)需要提供給辦公管理系統(tǒng)使用。這樣就避免了以往同一功能在多個管理系統(tǒng)中分別實現(xiàn)、重復實現(xiàn)的狀況，能最大限度地利用原有成熟的服務，減少不必要的建設和投資。

圖1中假設服務1為人員管理功能組件，服務2為設備管理組件，綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)為測試現(xiàn)場的應用系統(tǒng)，與辦公管理系統(tǒng)可以共同調用服務2，避免2個應用系統(tǒng)同時開發(fā)相同功能組件的工作，減少類似功能組件的重復人力、物力投入。

圖1 面向服務的方案示意Fig.1 Scheme for service-oriented

2.1.2 面向流程的設計思想

面向流程的設計思想，不是通過編寫程序將過程中的節(jié)點固定來實現(xiàn)其業(yè)務審批流程，而是通過一個可以動態(tài)配置的流程來完成。當流程發(fā)生改變時，只要在配置界面中修改相應的流程邏輯，就可以快速地實現(xiàn)相應的審批流程的變化，最大限度地滿足動態(tài)管理的需要。流程由多個服務按照一定邏輯組合起來完成某一管理功能，多個服務組件可以被拖拽到流程配置界面上，并使用邏輯鏈路進行連接，形成一個業(yè)務流程[10-11]。

當業(yè)務或者管理流程發(fā)生變化時，不是去修改管理系統(tǒng)的代碼，而是更改具體功能的流程邏輯。這樣可以使管理系統(tǒng)維護的工作量降到最低，也使管理系統(tǒng)在流程和管理發(fā)生變化時能夠迅速適應變化，通過流程的改變實現(xiàn)原有功能的修改。同時，利用已有服務組件的組合，也可以完成一個新的業(yè)務功能，而不需要任何代碼的重新編寫或者修改。

2.2系統(tǒng)功能、組成及實現(xiàn)

使用基于服務和流程的方法構建的用于航天器測試的數(shù)字化系統(tǒng)，稱之為綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)。它以表格化管理為基礎，通過數(shù)據(jù)庫方式對各類測試信息進行數(shù)字化管理，將測試流程控制、測試狀態(tài)控制、人員信息管理、測試信息數(shù)據(jù)管理有機地結合為一個整體。該系統(tǒng)使各種流程過程清晰易懂、操作簡捷明了；使各類測試信息自動歸檔并可靠存儲，且查詢簡便，還可實現(xiàn)合理的關聯(lián)，保證信息數(shù)據(jù)的同步性、一致性和完備性；使信息的管理和流程的控制更加規(guī)范嚴謹，并能充分利用數(shù)字化處理進行匯總統(tǒng)計分析，在對數(shù)據(jù)進一步加工的基礎上提供更有價值的信息，為自動化測試和遠程測試提供技術支持。

數(shù)字化的綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)，不僅可以大幅度提高測試狀態(tài)管理的效率和效益，還能保證信息的準確性和可靠性，可真正實現(xiàn)表格化規(guī)范管理的目的，使載人航天器的綜合測試狀態(tài)管理水平提高到一個新的層次。

2.2.1 系統(tǒng)功能

如圖2所示，綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)能實現(xiàn)對測試人員、測試設備、測試現(xiàn)場審批流程、測試狀態(tài)數(shù)據(jù)查詢等功能，具體實現(xiàn)以下內容的數(shù)字化管理。

圖2 綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)功能示意Fig.2 Functions of integration test state management system

(1)實現(xiàn)對測試人員的信息管理，對不同崗位人員賦予不同的用戶使用權限。

(2)對航天器上產(chǎn)品安裝狀態(tài)及其軟件狀態(tài)進行管理，實時反映產(chǎn)品的真實狀態(tài)，并將該狀態(tài)作為測試項目制定的依據(jù)。

(3)對地面測試設備狀態(tài)及其軟件狀態(tài)進行管理，實時反映地面設備的真實狀態(tài)，并將該狀態(tài)作為測試項目制定的依據(jù)。

(4)對測試用例及測試所需的注入文件、測試序列進行管理，為相應測試項目自動提供正確的注入文件及測試序列，保證測試項目順利進行。

(5)制定測試任務計劃，根據(jù)結構化數(shù)據(jù)庫中航天器上產(chǎn)品狀態(tài)、地面設備狀態(tài)、測試狀態(tài)設置情況等制定當前的測試任務，并對當前測試任務所需的測試狀態(tài)進行自動檢查。

(6)對測試流程進行控制，包括測試狀態(tài)確認、補充測試流程控制、設備更換流程控制、臨時操作流程控制、異常現(xiàn)象處理流程控制等信息。

(7)測試結果評估及測試報告生成。結合測試狀態(tài)對測試項目進行自動判讀，并對測試結果進行評估，自動生成測試報告。

(8)測試信息查詢，便于從多角度準確了解測試狀況，為測試計劃安排提供詳細準確的依據(jù)?？梢钥焖?、準確查詢各項測試信息，如產(chǎn)品安裝情況、操作情況、更換情況、測試項目完成情況、異?，F(xiàn)象及質量問題處理情況等；可實現(xiàn)多種規(guī)則的關聯(lián)查詢，如按日期查詢、按分系統(tǒng)查詢、按設備查詢、按操作類型查詢、按質量問題分類查詢等。

(9)測試情況匯總?？梢愿鶕?jù)測試信息對測試情況進行匯總、統(tǒng)計、分析，如測試計劃完成情況、測試項目完成比例、測試覆蓋性統(tǒng)計、質量問題統(tǒng)計歸納信息等，為測試決策提供依據(jù)。

2.2.2 系統(tǒng)組成及實現(xiàn)

根據(jù)航天器綜合測試狀態(tài)管理的任務要求，綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)采用綜合管理平臺加上層功能應用搭建的整體結構。如圖3所示，該系統(tǒng)主要由權限認證管理模塊、任務流程管理模塊、測試信息管理模塊、測試文檔管理模塊、資源管理模塊、日志管理模塊、系統(tǒng)維護模塊組成。

圖3 綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)組成框圖Fig.3 Framework of integration test state management system

綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫方式對各類測試信息進行信息化管理，根據(jù)系統(tǒng)功能需求及測試狀態(tài)管理系統(tǒng)的組成，使用MVC軟件開發(fā)綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為客戶端和服務器端，其硬件設備由服務器和數(shù)據(jù)存儲設備組成，這些設備都通過以太網(wǎng)連接在測試網(wǎng)上，如圖4所示。系統(tǒng)軟件采用瀏覽器/服務器(B/S)結構，將服務器端軟件運行在測試網(wǎng)的服務器上，測試數(shù)據(jù)及管理協(xié)同信息存于測試網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫中。測試指揮、測試設計師、總體設計人員、項目管理人員作為用戶，可以通過客戶端上的瀏覽器訪問服務器，從而實現(xiàn)在同一局域網(wǎng)內的遠程訪問。

在系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中，審批流程的開發(fā)最為困難，傳統(tǒng)的審批流程開發(fā)方式均為根據(jù)某一特定的流程，采用計算機語言編寫固定的審批流程，該流程一旦變化就要重新編寫代碼，有新的流程需求時，也要編寫新的代碼，使用極其不便。為解決此問題，本系統(tǒng)采用面向服務和流程的思想開發(fā)了工作流程配置模塊，該模塊支持創(chuàng)建多種形式的表單審批流程，并可根據(jù)要求配置多級審批與會簽的功能，而且在創(chuàng)建新的工作流程時，不用改動系統(tǒng)代碼，只要通過圖形化的界面進行編輯即可生成一個新的工作審批流程。

圖4 綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)布局示意Fig.4 Distribution diagram of integration test state management system

2.3系統(tǒng)設計特點

1)將數(shù)字化手段引入到綜合測試狀態(tài)管理工作中

傳統(tǒng)的測試狀態(tài)管理手段為填寫紙質申請單，而綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)首次將數(shù)字化手段引入到航天器測試領域中來，這在國內航天器測試狀態(tài)管理上是第1次。使用電子化的電子審批申請單能節(jié)約大量紙張，更主要的是使流程審批更加方便快捷，同時便于測試相關信息的歸檔與查詢。

2)將綜合測試狀態(tài)管理相關流程集中到一個平臺

傳統(tǒng)的測試狀態(tài)管理審批單分散在不同的單位管理，不便查詢與歸檔；綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)首次將綜合測試過程中所需要辦理的手續(xù)集中到一個平臺，由具備相應權限的單位分開管理，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集中歸檔在綜合測試狀態(tài)管理服務器中，具有相應權限的人員可以隨時查看。

3)將綜合測試狀態(tài)管理相關數(shù)據(jù)關聯(lián)

傳統(tǒng)的測試狀態(tài)管理審批手續(xù)采用紙質流程，各種審批申請單上的數(shù)據(jù)相互獨立；綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)首次將各種審批流程之間的相關數(shù)據(jù)進行關聯(lián)，使得存儲在數(shù)據(jù)庫中的相關數(shù)據(jù)可以同時更新，這樣數(shù)據(jù)庫中的內容能夠同步真實地反映航天器的真實狀態(tài)。

4)可配置表單審批流程

流程引擎功能是一個工作流開發(fā)和集成的圖形化流程配置工具，它將流程引擎與開發(fā)接口集成于一體，支持多種形式的表單審批以及配置多級審批與會簽的功能，并作為綜合管理平臺的重要工具之一，為上層各應用系統(tǒng)工作流模塊的開發(fā)、配置和運行提供基礎環(huán)境。通過流程引擎功能，可以快速實現(xiàn)表單審批流程的配置。

5)完善的測試狀態(tài)元素與界面一體化呈現(xiàn)

表單開發(fā)一體化子系統(tǒng)是該平臺的核心組成元素之一。它包含可隨時擴展的測試狀態(tài)元素、與界面呈現(xiàn)一體的表單和數(shù)據(jù)庫生成工具，能夠快速高效地滿足開發(fā)與維護工作。此外，還提供通用的增、刪、改、查詢等功能。

6)面向總體前后伸展的應用與數(shù)據(jù)集成

綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)集成功能主要體現(xiàn)在系統(tǒng)間數(shù)據(jù)集成、服務集成和界面集成3個層次上。它實現(xiàn)了與總體技術狀態(tài)控制軟件、總裝部門狀態(tài)管理軟件的無縫接口，以及不同信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的交互，使應用系統(tǒng)之間能夠互相配合、互相聯(lián)動，成為相互獨立又相互關聯(lián)的應用服務的整體。

7)適應靈活的權限體系

綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)面向航天器項目，通過對不同使用用戶設置靈活而周密的權限來保障對測試相關數(shù)據(jù)的安全管理。它提供了獨立于數(shù)據(jù)庫的權限控制機制，能基于部門、崗位或用戶在數(shù)據(jù)庫級、數(shù)據(jù)表級、屬性字段級、數(shù)據(jù)記錄級上設置對數(shù)據(jù)的查詢、添加、修改、刪除、上傳、下載等操作的權限控制。同時，系統(tǒng)支持對數(shù)據(jù)內容定義相關的過濾條件，從而實現(xiàn)不同角色人員可以看到不同的數(shù)據(jù)內容。所有在本系統(tǒng)平臺創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫，都在其權限控制機制的管理范圍之內。系統(tǒng)根據(jù)用戶各自的權限不同，控制用戶的訪問范圍，保證系統(tǒng)的安全性。

8)多維度的測試狀態(tài)數(shù)據(jù)挖掘

綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)提供強大的數(shù)據(jù)檢索功能，以實現(xiàn)方便高效的測試數(shù)據(jù)查詢，其中包括單項參數(shù)檢索、多項參數(shù)的組合查詢和多表檢索。用戶可以采用預定義的幾種導航方式從多側面查詢數(shù)據(jù)；通過項目瀏覽、航天器瀏覽及數(shù)據(jù)瀏覽，快速找到所需測試信息，把查詢出來的數(shù)據(jù)導出到Excel中。試驗數(shù)據(jù)能夠通過多種顯示控件(數(shù)字、表格、曲線、圖標)以更加直觀的方式展現(xiàn)給使用者。此外，系統(tǒng)還提供海量數(shù)據(jù)的算法處理、數(shù)據(jù)快速回放和數(shù)據(jù)的定位。

3 應用實例

數(shù)字化的綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)在過去幾年里已經(jīng)成功應用在多個航天器的綜合測試狀態(tài)管理中，不僅可以大幅度提高測試狀態(tài)管理的效率和效益，還能保證信息的準確性和可靠性，真正實現(xiàn)表格化規(guī)范管理，使航天器的綜合測試狀態(tài)管理水平提高到一個新的層次。在使用過程中積累的經(jīng)驗，可以為其他航天器的測試狀態(tài)管理提供借鑒。

以載人飛船為例。在綜合測試期間，如果有必要拆下飛船上的設備，分系統(tǒng)人員應在綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)上填寫“設備拆下申請表”，并督促總體、總裝設計、總裝檢驗、質量、綜合測試、主管副總師對整個流程進行審批，流程結束后才能對飛船上的設備進行操作。飛船上設備操作完成后，總裝檢驗人員在綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)相應的頁面上點擊“反饋完成情況”后，軟件數(shù)據(jù)庫中該設備的裝船狀態(tài)自動更新至實際狀態(tài)，至此整個流程結束。圖5是載人飛船上設備拆下申請的審批流程。使用系統(tǒng)的工作流程配置模塊，只要在圖形化界面中根據(jù)以上流程拖拽相應的模塊，畫出流程圖，并配置流程中各個節(jié)點的權限，即可實現(xiàn)設備拆下的審批流程。

在流程審批過程中，流程發(fā)起者可以查看該流程的進展情況，也可以隨時終止流程，這保證了流程發(fā)起者能夠實時跟蹤流程的動態(tài)，并對流程的進展進行管理；審批人員可以在任何一臺能訪問綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)的計算機上對該流程進行審批，免去了傳統(tǒng)管理模式下流程發(fā)起者需要找人手簽的麻煩，提高了辦事效率。

圖5 設備拆下審批流程Fig.5 Approval process of removing certain equipment

4 結束語

綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)充分利用數(shù)字化時代的技術手段，將傳統(tǒng)的紙質文檔轉變?yōu)榻Y構化的數(shù)據(jù)，以便于計算機自動讀取、利用、存檔及查詢，為實現(xiàn)自動化測試提供技術支持。無論地面設備狀態(tài)、航天器設備狀態(tài)、測試過程、測試項目及現(xiàn)象，都能系統(tǒng)審批及歸檔。該系統(tǒng)已經(jīng)先后在5個載人航天器綜合測試過程中應用，使綜合測試過程中的各項狀態(tài)信息獲得了統(tǒng)一的處理流程和一致有效的存儲，實現(xiàn)了綜合測試現(xiàn)場技術狀態(tài)管理的無紙化作業(yè)，流程的審批規(guī)范嚴謹，數(shù)據(jù)的處理、存儲可靠一致，實現(xiàn)了結構化的數(shù)據(jù)存儲，信息的查詢高效簡便，大幅度提高了技術狀態(tài)管理的效果和效率。綜合測試狀態(tài)管理系統(tǒng)在載人航天器綜合測試領域的成功使用經(jīng)驗，可以在其他航天器測試狀態(tài)管理中推廣應用。

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Digital System Design for Spacecraft Integration Test State Management

ZHANG Wei ZHANG Qiang HU Jun PAN Shunliang LI Hongfei YANG Feng

(Institute of Manned Space System Engineering， China Academy of Space Technology， Beijing 100094， China)

Papyraceous forms are used for spacecraft integration test state management, but this method leads to the state management data jumbled, approval procedures complicated, the state management data enquiry difficult, and the management efficiency is low. A service-and-procedure-orienteddigital method is proposed based on the research of the existing problems, and the digital system for integration test state management is developed with using this method. In this system, the function is regarded as service, the approval process is regarded as procedure. The system makes the state management and data archiving standard. And kings of state management information are saved as institution data, which can be read, used, inquired and analyzed easily. The system’s application in a certain manned spaceship proves that the management efficiency is greatly increased, and the system provides technical basis for remote test in the future.

spacecraft test； test state management； digital system

V554.3

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2017.04.017

2017-06-16；

2017-07-07

國家重大科技專項工程

張威，男，碩士，高級工程師，研究方向為航天器項目管理。Email：13121915004@163.com。

(編輯：夏光)