(1.中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心高速所，四川 綿陽(yáng) 621000; 2.北京航天測(cè)控技術(shù)有限公司，北京 100041)

0 引言

大型跨超聲速風(fēng)洞是航空航天飛行器在定型和發(fā)展階段進(jìn)行氣動(dòng)試驗(yàn)的重要設(shè)備。隨著空氣動(dòng)力學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和飛行器研制水平的提升，大型跨超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M能力日益精細(xì)，試驗(yàn)設(shè)備向著更復(fù)雜、更智能、更集成的方向發(fā)展，相應(yīng)的維護(hù)保養(yǎng)要求不斷提高，維修專業(yè)化程度不斷加深，原有維修維護(hù)管理水平急需提高[1-3]。同時(shí)，隨著國(guó)家對(duì)航空航天領(lǐng)域的大力投入，風(fēng)洞試驗(yàn)種類、試驗(yàn)頻次均有大幅度提升，如某型跨超聲速風(fēng)洞全年試驗(yàn)車次就超過(guò)設(shè)計(jì)車次的3倍。大型跨超聲速風(fēng)洞長(zhǎng)周期滿負(fù)荷高強(qiáng)度運(yùn)行成為常態(tài)，對(duì)設(shè)備安全穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行的要求越來(lái)越迫切，維修維護(hù)工作量急劇增加，維修維護(hù)的技術(shù)水平要求越來(lái)越高，維修響應(yīng)時(shí)間要求越來(lái)越短，同時(shí)，維修人員還在不斷縮減。傳統(tǒng)依靠人工發(fā)現(xiàn)，人工申請(qǐng)和審批的維護(hù)維修管理模式和方式難以適應(yīng)現(xiàn)實(shí)需要[4-6]。

為了提高大型跨超聲速風(fēng)洞維修維護(hù)的自動(dòng)化水平，減少人力資源投入，精準(zhǔn)開(kāi)展維修維護(hù)工作，加強(qiáng)管理效果，開(kāi)發(fā)了一種基于B/S構(gòu)架的維修維護(hù)平臺(tái)。該平臺(tái)立足高速所已有的辦公綜合管理系統(tǒng)，以現(xiàn)有人員和組織機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，利用設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)庫(kù)，將參與風(fēng)洞試驗(yàn)保障的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，梳理維修維護(hù)過(guò)流程，優(yōu)化管理流程，利用自動(dòng)化平臺(tái)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，更好地為風(fēng)洞試驗(yàn)提供有效保障。

1 平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目情況，平臺(tái)設(shè)計(jì)采用通用的分層架構(gòu)，具體技術(shù)架構(gòu)如圖1。

圖1 平臺(tái)基本架構(gòu)

1.1 表示層

UI是客戶端的用戶界面，負(fù)責(zé)從用戶方接收命令、請(qǐng)求和數(shù)據(jù)，將其傳遞給業(yè)務(wù)層進(jìn)行處理，然后將結(jié)果以直觀的形式呈現(xiàn)給用戶。表示層中為了使用修改和保證頁(yè)面的一致性，結(jié)合MasterPage和WebUserControl使用。MasterPage的使用原則為：一般情況下，所有頁(yè)面繼承于主要的MasterPage，各個(gè)模塊中，如變化較大則使用子模塊的MasterPage，如只為局部變化，如子模塊菜單變化則使用WebUserControl來(lái)實(shí)現(xiàn)。

WebUserControl使用原則為：在兩個(gè)以上的地方使用的部分，采用WebUserControl。如子模塊菜單、常用查看視圖等。

1.2 業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層封裝了實(shí)際業(yè)務(wù)邏輯，包含數(shù)據(jù)驗(yàn)證、事物處理、權(quán)限處理等具體業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的相關(guān)操作，是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的核心。在業(yè)務(wù)層中，不能直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，而必須通過(guò)數(shù)據(jù)訪問(wèn)層。對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)業(yè)務(wù)的調(diào)用，通過(guò)接口模塊IDAL來(lái)完成，與具體的數(shù)據(jù)訪問(wèn)邏輯無(wú)關(guān)，層與層之間的關(guān)系就是松散耦合。如果需要修改數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的具體實(shí)現(xiàn)，只要不涉及到IDAL的接口定義，那么業(yè)務(wù)層就不會(huì)受到任何影響。業(yè)務(wù)層模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 業(yè)務(wù)層模塊結(jié)構(gòu)圖

1.3 數(shù)據(jù)訪問(wèn)層

數(shù)據(jù)訪問(wèn)層是一個(gè)針對(duì)具體應(yīng)用系統(tǒng)的專屬層，它為業(yè)務(wù)層提供與數(shù)據(jù)源交互的最小操作方式，僅僅是業(yè)務(wù)層需要的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，業(yè)務(wù)層完全依賴數(shù)據(jù)訪問(wèn)層所提供的服務(wù)。這些服務(wù)負(fù)責(zé)從業(yè)務(wù)層接收數(shù)據(jù)或返回業(yè)務(wù)實(shí)體，它屏蔽了實(shí)際業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與機(jī)器存儲(chǔ)方式的差別。

圖3 數(shù)據(jù)訪問(wèn)層模塊結(jié)構(gòu)圖

在數(shù)據(jù)訪問(wèn)層(DAL)中，采用DAL 拉口抽象出數(shù)據(jù)訪問(wèn)邏輯，并以DAL 工廠作為數(shù)據(jù)訪問(wèn)層對(duì)象的工廠模塊，而Model模塊則包含了數(shù)據(jù)實(shí)體對(duì)象。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

IBaseDAL是定義的數(shù)據(jù)訪問(wèn)基類接口，包含各種常用的操作定義；因此BaseDAL就是要對(duì)各種操作的進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)接口越多，將來(lái)繼承類的重用程度就越高。通過(guò)泛型，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)類型的函數(shù)定義。

1.4 數(shù)據(jù)實(shí)體對(duì)象

Model是將數(shù)據(jù)庫(kù)中的表直接映射成為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象，出于復(fù)用性，擴(kuò)展性，性能等方面考慮，選用Model建模。實(shí)體層定義一個(gè)空的基類，其他實(shí)體類繼承之，主要是為了利用泛型操作。

1.5 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層就是為數(shù)據(jù)源提供一個(gè)可供外界訪問(wèn)的接口，我們選用一種能夠提供數(shù)據(jù)源無(wú)關(guān)的抽象數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，并通過(guò)在其下掛接各種不同的數(shù)據(jù)接口來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)層組件，以便移植到不同的數(shù)據(jù)源上。

1.6 公共部件

公共部件包括圖片上傳控件、消息對(duì)話框、分頁(yè)顯示控件、信息檢測(cè)等公共模塊。同時(shí)每個(gè)層根據(jù)需要建立工具類Common，用來(lái)處理整個(gè)系統(tǒng)公共部分。

2 系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

2.1 維護(hù)規(guī)范

維護(hù)規(guī)范是各類裝備的維護(hù)規(guī)則數(shù)據(jù)表，由裝備使用單位根據(jù)裝備特點(diǎn)、出廠說(shuō)明書(shū)、使用經(jīng)驗(yàn)等制定。維護(hù)規(guī)范包含了裝備名稱、維護(hù)周期、維護(hù)器材、維護(hù)方法等全部?jī)?nèi)容，主要分為日常保養(yǎng)、一級(jí)保養(yǎng)、二級(jí)保養(yǎng)三類[7]。

日常保養(yǎng)由操作者進(jìn)行的日常維護(hù)保養(yǎng)工作，包括擦拭設(shè)備、注油保養(yǎng)、潤(rùn)滑清潔、緊固松動(dòng)部位、消除細(xì)小故障等。一般周期為每天或每班次進(jìn)行。

一級(jí)保養(yǎng)以操作工人為主進(jìn)行，維修人員負(fù)責(zé)指導(dǎo)，按計(jì)劃對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期或定頻的維護(hù)。內(nèi)容包括局部拆卸、檢查、清潔、調(diào)整配合間隙、緊固部位等。一般周期為3～6個(gè)月。

二級(jí)保養(yǎng)以維修工人為主、操作工人參加的定期或定頻維修，內(nèi)容包括對(duì)設(shè)備進(jìn)行局部解體檢查更換修復(fù)少量磨損零件、局部精度恢復(fù)，對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)清洗、換油等。一般周期為6～12個(gè)月。

三類保養(yǎng)的活動(dòng)將記錄到檢查記錄中，該記錄以設(shè)備的標(biāo)識(shí)為索引，可在臺(tái)帳管理模塊對(duì)某些設(shè)備的保養(yǎng)信息查詢。具體保養(yǎng)周期可以根據(jù)設(shè)備情況進(jìn)行修訂，修訂后在維護(hù)規(guī)范中進(jìn)行更新。

2.2 維護(hù)計(jì)劃

維護(hù)計(jì)劃是根據(jù)維護(hù)規(guī)范自動(dòng)生成的，可顯示當(dāng)天、當(dāng)月、當(dāng)季、當(dāng)年各裝備的各級(jí)維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，同時(shí)可以自動(dòng)導(dǎo)出不同周期要求的計(jì)劃表格。各單位可以實(shí)時(shí)查看維護(hù)計(jì)劃的執(zhí)行和完成情況，上級(jí)部門(mén)可實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)整個(gè)部門(mén)的維護(hù)情況。

2.3 維護(hù)預(yù)警

維護(hù)預(yù)警是對(duì)即將或者已經(jīng)到期的維護(hù)計(jì)劃進(jìn)行提醒和消息推送，例如當(dāng)二級(jí)保養(yǎng)時(shí)間還剩15天，二級(jí)維護(hù)使用頻次低于5%時(shí)，由系統(tǒng)將該部分作為預(yù)警信息推送到相應(yīng)負(fù)責(zé)人或操作者的賬戶中，提醒相關(guān)人員及時(shí)維護(hù)。如果已經(jīng)過(guò)期的維護(hù)計(jì)劃超過(guò)一定比例，還可以設(shè)置推送到其主管上級(jí)部門(mén)。

2.4 故障記錄

故障記錄來(lái)源主要有3個(gè)方面，一是各裝備自身故障診斷系統(tǒng)判斷出的故障，通過(guò)統(tǒng)一的接口連接到平臺(tái)上；二是裝備在使用過(guò)程中，由于性能、運(yùn)行、測(cè)試等低于預(yù)期值，由平臺(tái)判斷為最終系統(tǒng)故障的；三是由操作人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)平臺(tái)的手動(dòng)標(biāo)記的故障。

2.5 維修申請(qǐng)審批

維修申請(qǐng)審批模塊主要是完成大、中、小、臨時(shí)性維修的申請(qǐng)，流程審批等。裝備出現(xiàn)故障時(shí)，由對(duì)應(yīng)人員填寫(xiě)設(shè)備維修申請(qǐng)單。維修申請(qǐng)表根據(jù)用戶權(quán)限和角色自動(dòng)提供其所在單位內(nèi)設(shè)備清單，當(dāng)用戶選擇設(shè)備后，自動(dòng)從臺(tái)賬導(dǎo)入其他信息。申請(qǐng)人、審批人等能夠?qū)崟r(shí)查看審批流程和走向。申請(qǐng)、審批人權(quán)限根據(jù)具體規(guī)則制定，任何一級(jí)審批人未審核通過(guò)此次申請(qǐng)流程結(jié)束，超級(jí)管理員能夠管理人員權(quán)限和流程。維修申請(qǐng)時(shí)，調(diào)入臺(tái)帳中的設(shè)備維修歷史信息、存在資源等，供決策參考。

2.6 驗(yàn)收結(jié)算

驗(yàn)收結(jié)算主要實(shí)現(xiàn)維修維護(hù)的驗(yàn)收，耗費(fèi)材料和經(jīng)費(fèi)的統(tǒng)計(jì)，以及對(duì)維修維護(hù)效果的評(píng)價(jià)。

3 接口設(shè)計(jì)

3.1 軟件內(nèi)部接口

維修維護(hù)自動(dòng)化平臺(tái)以設(shè)備基本信息為基礎(chǔ)，主要分為維護(hù)保養(yǎng)和維修兩大部分。其中維修模塊主要立足設(shè)備的名稱、功能、所屬單位、歷史維修信息、價(jià)值、廠家等常規(guī)信息，調(diào)取設(shè)備基本信息庫(kù)的內(nèi)容。維護(hù)保養(yǎng)立足維護(hù)規(guī)范模塊構(gòu)建的基本規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和生成，同時(shí)維護(hù)規(guī)則也是設(shè)備基本信息庫(kù)中包含的一個(gè)部分。因此與設(shè)備相關(guān)的所有數(shù)據(jù)均保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)索引方式可查找所有相關(guān)信息。

自動(dòng)化平臺(tái)中的各種審批及入庫(kù)流程由流程引擎接口實(shí)現(xiàn)，該接口能夠滿足新增、刪除及上報(bào)審批等過(guò)程。

3.2 軟件外部接口

自動(dòng)化平臺(tái)的外部接口包括：風(fēng)洞試驗(yàn)運(yùn)行接口、設(shè)備故障自診斷接口、設(shè)備狀態(tài)接口、辦公綜合管理系統(tǒng)接口[8-10]。

風(fēng)洞試驗(yàn)運(yùn)行接口包括試驗(yàn)設(shè)備的狀態(tài)，包括：中壓氣源實(shí)時(shí)信息、高壓氣源實(shí)時(shí)信息、試驗(yàn)時(shí)間、試驗(yàn)次數(shù)、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間等。其中獲取的風(fēng)洞運(yùn)行次數(shù)可以驅(qū)動(dòng)維護(hù)保養(yǎng)流程。

設(shè)備故障自診斷接口包括：智能設(shè)備的故障診斷信息，安全系統(tǒng)預(yù)定的邏輯推理故障，風(fēng)洞建立的健康管理系統(tǒng)得到的故障狀態(tài)、預(yù)測(cè)曲線、維修決策建議等。

設(shè)備狀態(tài)接口是為了對(duì)維修維護(hù)的過(guò)程信息進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，避免手動(dòng)操作而設(shè)置的一類硬件信息讀取記錄，既可以是設(shè)備本身自帶的，也可以是RFID監(jiān)控信息等。如將部分電器設(shè)備的通電運(yùn)行與日常維護(hù)相結(jié)合，將部分機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)信息與一級(jí)保養(yǎng)相結(jié)合，將關(guān)鍵部件的拆卸或口蓋開(kāi)啟信息與二級(jí)保養(yǎng)相結(jié)合，當(dāng)對(duì)應(yīng)的事件發(fā)生或信號(hào)傳遞時(shí)，平臺(tái)自動(dòng)記錄相關(guān)的操作，并視為相應(yīng)的維護(hù)已經(jīng)發(fā)生，實(shí)現(xiàn)智能化。

辦公綜合管理系統(tǒng)提供了人員和組織機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)信息，供自動(dòng)化平臺(tái)直接使用，包括部門(mén)信息、用戶信息、角色權(quán)限、日志等。實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登錄信息接口，輔助完成登錄用戶的認(rèn)證。

外部接口根據(jù)實(shí)際需要和系統(tǒng)成熟度開(kāi)放不同權(quán)限，如對(duì)用戶和部門(mén)信息提供只讀權(quán)限，平臺(tái)不能修改；對(duì)設(shè)備的故障診斷信息和健康管理系統(tǒng)開(kāi)放故障報(bào)警、維修建議、故障消除等的讀寫(xiě)權(quán)限，可根據(jù)當(dāng)前維修流程執(zhí)行結(jié)果自動(dòng)更新系統(tǒng)狀態(tài)。

4 運(yùn)行界面

軟件界面設(shè)計(jì)總體要求是友好、簡(jiǎn)潔、方便。使用人員不需要操作培訓(xùn)和用戶手冊(cè)就能快速上手使用。軟件頁(yè)面布置和主要控件外觀形式與原有管理系統(tǒng)和日常辦公軟件風(fēng)格保持一致。軟件界面具有操作自動(dòng)提示功能，對(duì)重要內(nèi)容或參數(shù)在輸入錯(cuò)誤時(shí)，進(jìn)行簡(jiǎn)潔的提示，方便操作人員及時(shí)改正。平臺(tái)運(yùn)行主界面和操作界面分別如圖4和圖5所示。

圖4 平臺(tái)運(yùn)行主界面

圖5 平臺(tái)操作界面

在自動(dòng)生成的維護(hù)計(jì)劃和故障列表中，具有權(quán)限的操作人員可以進(jìn)行添加、刪除、修改等。在顯示詳細(xì)內(nèi)容時(shí)，以列表的形式進(jìn)行，列表字段可以由系統(tǒng)管理員進(jìn)行配置。系統(tǒng)管理員可以按照固定格式批量導(dǎo)入或?qū)С鰯?shù)據(jù)。所有需要用戶修改定制的內(nèi)容均提供界面或接口，不允許用戶直接修改或查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，容錯(cuò)機(jī)制設(shè)置合理，即使由于用戶誤操作也不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失和系統(tǒng)崩潰。

5 平臺(tái)開(kāi)發(fā)

維修維護(hù)自動(dòng)化平臺(tái)使用SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)環(huán)境采用Visual Studio2012，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言采用C#。數(shù)據(jù)庫(kù)與系統(tǒng)部署于統(tǒng)一的服務(wù)器上，采用B/S架構(gòu)，各個(gè)用戶均可使用瀏覽器通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問(wèn)和操作[11-12]。其業(yè)務(wù)申請(qǐng)流程設(shè)計(jì)如圖6所示，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖6 業(yè)務(wù)申請(qǐng)流程圖

圖7 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)圖

6 結(jié)果與分析

平臺(tái)建成后，在部分用戶中進(jìn)行了前期測(cè)試和試運(yùn)行，測(cè)試涵蓋了全部用戶角色，模擬了所有工作流程，并進(jìn)行了20名用戶的并發(fā)處理。經(jīng)過(guò)試運(yùn)行后，結(jié)合反饋意見(jiàn)，對(duì)相關(guān)流程進(jìn)行了優(yōu)化，修改程序Bug共150處。正式上線運(yùn)行后，具體性能指標(biāo)見(jiàn)表1，2018年維護(hù)計(jì)劃及完成情況見(jiàn)表2，設(shè)備具體維修記錄見(jiàn)圖8。

通過(guò)自動(dòng)化平臺(tái)，建立了346套分系統(tǒng)的三級(jí)維護(hù)規(guī)范，每年生成維護(hù)計(jì)劃超過(guò)6000余次，推送維護(hù)預(yù)警信息545次，確保了維護(hù)的及時(shí)性，避免工作疏忽和遺漏。其中，通過(guò)設(shè)備狀態(tài)接口自動(dòng)識(shí)別的維護(hù)工作占40%，平臺(tái)的自動(dòng)化功能完善，符合要求，但由于系統(tǒng)設(shè)備自身硬件限制，自動(dòng)化程度還有很大的提升空間。

表1 系統(tǒng)性能指標(biāo)情況

表2 2018年維護(hù)計(jì)劃及完成情況

圖8 設(shè)備維修記錄

平臺(tái)運(yùn)行以來(lái)，處理維修申請(qǐng)381條，通過(guò)外修并完成驗(yàn)收185條，自修并記錄116條。設(shè)備故障自診斷接口傳送的裝備故障信息[13]，將風(fēng)洞維修由人工事后填報(bào)轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)提前發(fā)現(xiàn)，大大提升了智能化水平。同時(shí)，維修自動(dòng)化平臺(tái)將設(shè)備故障自診斷接口傳輸?shù)墓收献詣?dòng)生成維修申請(qǐng)，主動(dòng)發(fā)起維修審批流程，實(shí)現(xiàn)故障診斷、故障記錄、維修審批的一體化，提高了大型跨超聲速風(fēng)洞維修維護(hù)的自動(dòng)化水平。

7 結(jié)束語(yǔ)

大型跨超聲速風(fēng)洞維修維護(hù)自動(dòng)化平臺(tái)立足現(xiàn)有的管理流程和使用模式，借助信息化工具，通過(guò)對(duì)信息采集、傳輸、交換和分析，以系統(tǒng)消息和可視化界面，實(shí)現(xiàn)了維修維護(hù)的自動(dòng)登記、記錄、提醒和統(tǒng)計(jì)。利用信息化的手段，使維修維護(hù)的檢測(cè)手段更加先進(jìn)，在大型風(fēng)洞中，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)使用時(shí)間和使用頻次相結(jié)合進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)的新模式。但是，在維修維護(hù)的自動(dòng)化過(guò)程中，部分操作依賴外部接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，特別是在維修維護(hù)過(guò)程和維修維護(hù)記錄中，部分老舊設(shè)備不能提供準(zhǔn)確有用的信息，通過(guò)配置單獨(dú)的信號(hào)檢測(cè)設(shè)備將增加系統(tǒng)成本，而通過(guò)人工進(jìn)行登記又會(huì)降低自動(dòng)化水平，在下一步工作，將探索兩者之間的平衡關(guān)系。同時(shí)，隨著健康管理、智能故障診斷的系統(tǒng)的不斷發(fā)展，如何將平臺(tái)信息與這些系統(tǒng)進(jìn)行有效連接，互為補(bǔ)充、互相促進(jìn)，也是下一步研究重點(diǎn)。