（中國航天科工集團八五一一研究所，南京 210000）

0 引言

隨著德國“工業(yè)4.0”[1]，美國GE“工業(yè)互聯(lián)網”[2]在全球的風靡，以及中國制造2025戰(zhàn)略如火如荼的推進，以新一代信息技術和制造業(yè)深度融合為特點的智能制造已經引發(fā)了全球性的新一輪工業(yè)革命，并成為制造業(yè)轉型升級的重要抓手和核心動力。在這樣的時代背景下，航天企業(yè)作為國家重點科研領域的領頭企業(yè)，對運用新一代智能技術，高效的完成型號產品的環(huán)境試驗，保證交付客戶的產品質量提出了新的時代要求。本文以航天科工集團下屬某電子設備研究所為例，探討智能電工電子產品環(huán)境試驗室的建設方案。

1 環(huán)境條件試驗[3]

環(huán)境條件試驗即環(huán)境試驗是指把樣品暴露于自然和人工環(huán)境中，從而對其實際中遇到的使用、運輸和貯存條件下的性能做出評價，主要包括高低溫、恒定濕熱、交變濕熱、沖撞、振動、恒定加速度、長霉、腐蝕性大氣、砂塵、高低氣壓、溫度變化、密封、水、輻射、錫焊、引出端強度。試驗標準GB/T 2421～2424[4]定義了一系列環(huán)境試驗方法及其嚴酷等級，并規(guī)定了各種測量和試驗用大氣條件。

限于企業(yè)發(fā)展規(guī)模的限制，研究所已經具備的試驗項目包括高低溫、恒定溫熱、交變濕熱、沖擊、振動、低氣壓以及恒定加速度。

2 平臺架構設計

智能環(huán)境試驗平臺由三大區(qū)域部分組成，分別為辦公區(qū)域、數據交換服務區(qū)、環(huán)境試驗現(xiàn)場。其中辦公區(qū)域實現(xiàn)環(huán)境試驗的申請、試驗數據的查看、試驗數據的歸檔申請，財務結算處理；數據交換服務區(qū)域由交換機、服務器、防火墻、數據存儲等數通設備組成，為產品設計人員提供試驗設備的申請審批服務、數據查看、數據結構化轉換服務，為檔案人員提供環(huán)境試驗數據歸檔管理服務；為財務管理人員提供試驗的財務核算服務；環(huán)境試驗現(xiàn)場部署環(huán)境測試設備、測試工控設備、環(huán)境試驗室管理辦公機，是環(huán)境試驗執(zhí)行的主體部分。其硬件結構拓撲如圖1所示。

系統(tǒng)的軟件基礎環(huán)境方面，由于辦公區(qū)的辦公機數量較多，為了有效提高系統(tǒng)的維護性，在辦公區(qū)，辦公機以瀏覽器的方式，采用B/S模式為辦公區(qū)用戶提供系統(tǒng)服務；而在環(huán)境試驗現(xiàn)場，采用C/S的模式，充分利用試驗機的性能，為環(huán)境試驗設備提供工控性能上的支撐。

3 系統(tǒng)服務設計

3.1 角色控制模塊

環(huán)境試驗設備的部署代價是高昂的，所有單位內部試驗訂單和外協(xié)試驗訂單需要共享環(huán)境試驗設備，為了保證試驗項目訂單間信息的安全保密，做好信息知悉范圍約束。需要對系統(tǒng)平臺用戶做相應的權限限制，在用戶會話層實現(xiàn)信息阻隔，防止涉密項目數據信息的泄露。本平臺角色控制基于DO-RBAC模型[5]，按照最小化原則、責任分離原則和數據抽象原則進行管控，依照項目組角色區(qū)分相應的權限，試驗數據對項目組內的成員進行開放，其他角色一律不得查看非角色權限內的數據。

圖1 智能環(huán)境試驗平臺硬件拓撲圖

3.2 工作流控制模塊

工作流技術實現(xiàn)了試驗業(yè)務流程的線上運行，降低了環(huán)境試驗線下管理的資源成本，為后續(xù)環(huán)境試驗模塊的相應服務的提供了數據依據。工作流技術可采用當下熱門的Activiti引擎[6]。該框架提供了穩(wěn)定的流程節(jié)點之間的業(yè)務流轉和表單的自定義功能，對大多數企業(yè)管理具有較強的普適性。

3.3 試驗項目排班模塊

試驗項目排班模塊由系統(tǒng)試驗項目排班服務和排班電子看板組成。每個辦公區(qū)域都設有電子看板，實時顯示試驗項目安排，試驗測試人員根據電子看板顯示的試驗安排時間，到試驗現(xiàn)場進行產品的測試工作，試驗項目排班模塊優(yōu)化環(huán)境試驗室設備的空閑設備管理，當設計師完成審批后，試驗項目排班服務按照排班算法自動預更新試驗安排表，將結果提交給環(huán)境試驗管理人員，由環(huán)境試驗管理人員修正和確定發(fā)布，電子看板即時更新排班結果。

3.4 數據讀取生成模塊

為了在設計師申請環(huán)境試驗后，對整個環(huán)境試驗周期內提交的數據做到“once input，cycle valid”，并且提高輸入效率和平臺用戶體驗，使環(huán)境試驗系統(tǒng)平臺為設計師和相關管理人員所認可接受，需要設計數據讀取生成模塊，模塊讀取設計師輸入的環(huán)境試驗文件，對文件中的關鍵參數進行抽取和解析，以結構化文件的形式存儲在存儲數據庫中，作為試驗項目自動化測試模塊執(zhí)行的輸入依據。以結構化文件存儲作為與自動測試模塊的數據接口，提高了自動測試模塊開發(fā)的適應性，不同類型的電工電子產品可根據自身的測試要求，定制不同的自動測試程序。

3.4.1 環(huán)境參數生成子模塊

環(huán)境參數子模塊根據設計師提交的環(huán)境試驗申請，提取出試驗環(huán)境要求，進行結構化的數據處理后，存入數據庫中，等待試驗自動化模塊提取，作為試驗自動控制環(huán)境試驗設備的依據。

3.4.2 產品測試指標生成子模塊

產品測試指標生成子模塊根據設計師提交的環(huán)境試驗申請信息，提取出產品測試中需要指標要求，生成相應的.xml文件[7]，存放在數據庫服務器中，等待試驗自動化模塊向環(huán)境試驗服務器提出試驗服務申請，試驗自動化工控機從測試服務器中下載相應的.xml文件，對工控程序進行配置，控制試驗設備協(xié)同工作，實時記錄產品的環(huán)境試驗數據。

3.5 試驗自動化模塊

試驗自動化模塊是環(huán)境試驗高效運行的主體單元，是環(huán)境試驗動作的執(zhí)行機構，工控計算機利用結構化的輸入控制參數，由工控計算機自動完成試驗動作。另一方面，試驗自動化要求產品實現(xiàn)相當高程度的標準化、模塊化、系列化，使試驗設備具有高可重用性。以電工電子產品來看，試驗自動化的設備框圖如圖2所示。

本方案中試驗自動化模塊由工控機算機、測量儀器、環(huán)境試驗設備、產品組成。其中測量儀器包括信號源、頻譜儀、功率計、射頻電纜等。工控計算機作為模塊的控制核心，以數據讀取生成模塊提供的數據為依據，控制和檢測試驗設備、信號源、頻譜儀、功率計和產品自動協(xié)同工作，對環(huán)境試驗過程中產生的數據按照既定的數據格式進行記錄，同時監(jiān)測所有外圍設備的狀態(tài)，當設備出現(xiàn)故障時，自動停止測試進程，并向電子看板發(fā)出告警，完成環(huán)境試驗的整個過程。試驗自動化模塊是減輕了對人力資源的要求的至關重要的模塊。

圖2 試驗自動化模塊組成

3.6 報表生成模塊

報表生成模塊將產品基本信息，產品環(huán)境測試數據與環(huán)境數據相結合，形成產品質量數據報表，依照企業(yè)質量管理要求，形成滿足產品質量環(huán)境試驗檢測報告，以供客戶方查驗。一方面，報表數據作為檔案服務器的輸入，為企業(yè)做好產品數據管理提供數據來源，另一方面，報表數據源將與財務服務器連接，自動完成環(huán)境試驗訂單的財務結算，為形成從試驗申請、試驗安排、試驗運行、試驗數據歸檔、試驗自動核算的全周期管理提供數據支撐。

4 平臺業(yè)務流程

1）由企業(yè)設計師對負責的某批次產品提交產品環(huán)境試驗申請，申請涉及產品的產品型號、產品批次號、項目負責人、試驗人員、申請環(huán)境試驗設備使用時間、環(huán)境試驗項目、產品測試指標參數；

2）由部門領導對設計師提出的環(huán)境試驗進行申請審批；

3）環(huán)境試驗服務器對收到的環(huán)境試驗需求進行需求解析，更新環(huán)境試驗工作安排表，經環(huán)境試驗管理人員調整確定后，將環(huán)境試驗工作安排顯示在辦公區(qū)的電子看板上；

4）設計師或環(huán)境試驗測試人員，依據看板時間在環(huán)境試驗室進行產品試驗的電纜連接，通過環(huán)境試驗工控機自動開展產品的環(huán)境試驗；

5）環(huán)境測試人員確認產品試驗完畢后，試驗測試數據將上傳提交至環(huán)境試驗數據庫服務器。設計師可通過辦公區(qū)計算機即時查看試驗記錄；

6）財務系統(tǒng)接收試驗項目清單，形成財務報表，計入產品成本；

7）由設計師確認環(huán)境試驗數據，對其向檔案服務器完成產品環(huán)境試驗測試報告的歸檔。

5 數據庫設計

試驗數據分為產品信息數據、環(huán)境控制數據、計量單位數據、業(yè)務管理數據、系統(tǒng)管理數據和測試控制數據。為了確定數據的唯一性，將產品批次（編號）信息作為數據主鍵。

產品信息數據字段包括產品型號、代號、產品階段、名稱、批次號，毛重、凈重、頻段，測頻精度、功率、備注。

環(huán)境控制數據包括沖擊產品批次號、環(huán)境試驗項目、環(huán)境控制參數（振動沖擊控制參數、高低溫環(huán)境控制參數）；這里振動沖擊、高低溫、溫儲控制參數以json格式保存。

計量單位數據對數據庫中存儲數據的量標進行統(tǒng)一，包括產品型號、產品批次號、長度、速度、加速度、頻率、功率、時間、重量單位。

業(yè)務管理數據包括產品型號、產品批次號、試驗項目名稱、試驗發(fā)起人、試驗負責人、試驗部門、試驗申請時間、申請試驗時段、部門審批意見、試驗管理部門意見。

系統(tǒng)管理數據包括企業(yè)組織結構、人員角色、數字字典等影響系統(tǒng)登錄操作等數據。

測試控制數據為.xml文件，包括產品信號源輸入信號的測試頻點、功率值等，以具體產品測試要求為準。

6 結束語

環(huán)境試驗是檢驗產品質量的重要手段，產品通過嚴苛的環(huán)境試驗，可以確保其在惡劣環(huán)境中的可用性。隨著企業(yè)的發(fā)展，企業(yè)產品種類和數量的不斷豐富對環(huán)境試驗的效率和產品質量提出了新的要求，智能環(huán)境試驗室對產品的介入從產品下線開始，環(huán)境試驗的工作量都集中于產品設計師的試驗申請和測試人員的產品測試部署，產品的試驗過程記錄、測試報告、試驗數據歸檔、環(huán)境試驗財務結算都由系統(tǒng)自動完成。有效提高了環(huán)境試驗的管控效率和實施效率。

[1]張曙,工業(yè)4.0和智能制造[J].機械設計與制造工程,2014,(8):1-5.

[2]傅建中.智能制造裝備的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].機電工程,2014,31(8):959-962.

[3]王建剛,各種環(huán)境試驗的特性及其應用分析[A].2006年中國航空學會環(huán)境工程學術年會文集[C].20-28.

[4]GB/T 2421-1999,電工電子產品環(huán)境試驗 第1部分:總則[S].

[5]饒青峰.面向BPM的RBAC模型研究[D].哈爾濱工程大學,2016:17-21

[6]范建軍.面向服務的工作流系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].華中科技大學,2016:19-21

[7]方路堅,余枝強,翟磊,吳中海.一種混合并行XML解析方法[J].軟件學報,2013,(6):1196-1206.