張子豪，余松，李少寒

（湖北三江航天紅峰控制有限公司，湖北 孝感 432000）

0 引言

隨著航天系統(tǒng)技術(shù)在智能制造形勢下的快速發(fā)展，航天產(chǎn)品系統(tǒng)質(zhì)量、可靠性、維修性、保障性和功能參數(shù)體系等系統(tǒng)指標已經(jīng)從設計開始分布到零部件、部件、分系統(tǒng)和系統(tǒng)的生產(chǎn)、試驗等研制開發(fā)過程的各個階段，即把總體技術(shù)及可靠性要求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品開發(fā)過程中每個階段的各種技術(shù)要求及其所規(guī)定的工程方法。因此，對航天產(chǎn)品研制全過程的試驗任務、試驗數(shù)據(jù)和質(zhì)量記錄的綜合管理、綜合處理和綜合分析，是對航天產(chǎn)品系統(tǒng)質(zhì)量綜合評測的依據(jù)，該工作就由試驗數(shù)字化工程來完成。通過試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)平臺的建設，以試驗全過程業(yè)務數(shù)字化為主要需求牽引，構(gòu)成包括用戶層、軟件系統(tǒng)應用層、業(yè)務層、數(shù)據(jù)庫層和基礎支撐平臺層等在內(nèi)的多層次邏輯架構(gòu)，然后實施到各個部門，從而形成覆蓋整個企業(yè)的試驗數(shù)字化體系，將系統(tǒng)全生命周期管理、標準規(guī)范體系和信息安全體系緊密集成，從而構(gòu)建信息化體系中的試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)平臺，形成對試驗任務過程數(shù)字化、信息化和智能化管控。

1 試驗過程管理現(xiàn)狀分析

由于目前國內(nèi)各個企業(yè)都較好地從新冠疫情影響中恢復，如今任務繁重，試驗任務量大，試驗設備多樣、試驗數(shù)據(jù)格式眾多，過去大量的試驗數(shù)據(jù)沒有很好地使用和保管起來，難以應用到實際的產(chǎn)品設計和定型上，若需對歷史試驗數(shù)據(jù)進行再分析幾乎是不可能完成的，對試驗數(shù)據(jù)的管理能力嚴重不足。企業(yè)以往一直靠人工完成試驗的計劃、調(diào)度和實施，而試驗數(shù)據(jù)的匯總、人員的工時統(tǒng)計和各種信息的搜集統(tǒng)計等工作，需耗費大量的人力和時間[1]。同時在試驗過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生試驗設備使用沖突、試驗延誤等情況。試驗流程如圖1所示，具體的管理問題如下所述。

圖1 試驗流程

1.1 試驗任務眾多，缺乏有效規(guī)范的管理手段

試驗任務繁重、緊迫，大型綜合試驗的準備工作十分繁雜。試驗任務會涉及到多專業(yè)、多領(lǐng)域和多部門的人員，復雜的實施計劃，以及多個任務時間節(jié)點沖突時對試驗資源的調(diào)度，都難以有條不紊且高效地開展工作，急需建立有效的管理方法，從試驗任務委托、試驗規(guī)劃、項目分配到各種試驗資源分配等方面進行合理的管理應用，同時對試驗任務的實施進行有效的監(jiān)控。

1.2 試驗方法復雜多變，缺乏統(tǒng)一的平臺支持

試驗項目所依據(jù)的相應工藝或標準都各不相同，國標、國軍標在型號產(chǎn)品的環(huán)境試驗方面都有相關(guān)流程的嚴格規(guī)定，而針對不同委托方的特定試驗要求，對于試驗流程的配置、管理和條件選擇等等問題都需要有效的控制手段，比如應建立能夠包含設計工藝文件、國標國軍標等規(guī)范的知識庫。只有保證了試驗流程和方法的規(guī)范化，才能保證試驗質(zhì)量。

1.3 試驗工裝設備資源零散，缺乏統(tǒng)籌調(diào)配

環(huán)境試驗箱、工控機設備及工裝等設備資源種類多、分布廣，大多數(shù)設備有接口但未使用，導致數(shù)據(jù)格式多種多樣；并且設備數(shù)據(jù)大多都采用人工記錄的方式，導致在試驗期間資源分配效率低下，數(shù)據(jù)無法被更好地利用，亟需使用信息化手段將設備入網(wǎng)，形成資源庫，有效地形成統(tǒng)籌管理，一目了然。同時，隨著科研生產(chǎn)任務的增加，型號產(chǎn)品試驗任務也相應的增加，從而帶來了資源分配方面的諸多問題，對于試驗資源的調(diào)度機制還是依賴于傳統(tǒng)模式，導致試驗周期內(nèi)設備使用易產(chǎn)生沖突，試驗效率低下。

1.4 試驗數(shù)據(jù)無法實時地采集，設備缺少實時的監(jiān)控手段

自動采集設備未聯(lián)網(wǎng)使用，導致試驗數(shù)據(jù)無法形成實時的數(shù)據(jù)鏈，僅靠人工定時地手寫記錄，數(shù)據(jù)準確性無法得到保障；并且長期積壓手寫記錄不僅浪費紙張資源，更不便于查詢溯源。設備在試驗過程中的監(jiān)控手段僅靠設備本身自帶超溫報警功能，或有的設備并無此功能，需自加超溫報警模塊；同時在深夜超溫報警的時候，還可能存在值班室距離較遠，值班人員無法第一時間及時響應的情況。

1.5 試驗數(shù)據(jù)及報告缺乏高效準確的歸納整合

試驗數(shù)據(jù)的提取需通過工控機導出或以傳統(tǒng)記事本格式的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。對各類試驗報告進行編寫時，則需要人工操作進行填寫。在編寫報告的過程中，試驗人員需要長時間對數(shù)據(jù)及信息進行查找核對，耗費了諸多時間和精力，還有可能使報告的準確性也存在一定的偏差。

2 試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)需求分析

信息化建設的統(tǒng)籌規(guī)劃可以總結(jié)為通過建立并完善底盤試驗數(shù)據(jù)管理平臺，實現(xiàn)掌控試驗業(yè)務、管理試驗信息的數(shù)字化試驗能力，最終，提高試驗效率和質(zhì)量，更有力地支持型號研制生產(chǎn)。試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)需求結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)需求結(jié)構(gòu)圖

2.1 試驗任務的提交、分配

建立完備的試驗任務全過程管理功能，包含試驗委托的提交、試驗任務的接收、試驗人員/資源的分配、試驗任務的進度查看等方面的內(nèi)容，并能對試驗任務的實時狀態(tài)進行可視化的跟蹤，實現(xiàn)試驗任務的時間提醒，比如某產(chǎn)品須在某分配的時間點前開始試驗，對試驗人員進行任務提醒。

2.2 試驗過程實時監(jiān)控

提供在試驗過程中，設備數(shù)據(jù)異常狀態(tài)的反饋流程，通過數(shù)據(jù)采集監(jiān)控實時地觀察各種設備、各個試驗的數(shù)據(jù)情況，在系統(tǒng)內(nèi)設定試驗參數(shù)閾值報警功能，及時地避免產(chǎn)品超溫及設備故障等異常情況。

2.3 試驗數(shù)據(jù)采集

提供所有試驗設備的運行狀態(tài)及實時數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理的界面，在該界面可以查看當前試驗設備的運行狀態(tài)、試驗任務、產(chǎn)品型號、實時溫濕度和曲線圖等信息并對試驗數(shù)據(jù)進行實時采集，保持采集間隔在10 s以內(nèi)。

2.4 試驗數(shù)據(jù)分析管理

提供對所采集的試驗數(shù)據(jù)進行自定義分析的界面[2]，通過折線圖、柱形圖和甘特圖等多種分析手段提取關(guān)鍵信息和數(shù)據(jù)，并加以利用。

2.5 試驗報告生成

根據(jù)設備的實時采集數(shù)據(jù)，自定義模板，快速生成試驗報告，并支持試驗人員在線打印。對于無法采集的設備系統(tǒng)支持多種格式文件的導入功能，例如：WORD、EXCEL、TXT和XML。

2.6 產(chǎn)品資源庫管理

根據(jù)產(chǎn)品型號建立產(chǎn)品樹框架結(jié)構(gòu)，提供產(chǎn)品“點對點”查詢功能，可快速地溯源對應產(chǎn)品的試驗數(shù)據(jù)。根據(jù)設備資源的分類管理分為試驗設備庫、工裝夾具庫和傳感器庫[3]，并使其與對應試驗任務緊密關(guān)聯(lián)，形成任務綁定，方便分配與溯源。對設備資源的新增、故障、封存和報廢等狀態(tài)形成全生命周期管理，并形成資源活動臺賬管理，能夠?qū)崟r地查詢設備維修的時間、原因，以及對工裝夾具的借還等記錄。同時對設備資源的計量檢定狀態(tài)進行管理，包括計量檢定周期、有效日期等信息；并且對其在系統(tǒng)內(nèi)提供周期實時提醒功能，保證設備狀態(tài)合格有效。

2.7 知識庫管理

提供知識庫管理的功能界面，實現(xiàn)相關(guān)文件的上傳、查詢及瀏覽。包括試驗大綱、工藝設計文件、試驗相關(guān)標準和相關(guān)培訓學習參考資料等內(nèi)容。通過合理規(guī)范的文檔管理、共享功能，充分地發(fā)揮各種試驗知識的應用效應，并支持PDF、DOC和DWG等格式的導入。

2.8 系統(tǒng)管理

提供滿足涉密信息系統(tǒng)分級保護要求的權(quán)限分離管理。提供可以針對不同人員的系統(tǒng)訪問權(quán)限管理功能。對用戶權(quán)限進行嚴格的控制，根據(jù)用戶不同的角色身份，自定義對其權(quán)限進行靈活的分配。提供數(shù)據(jù)周期性的全備份和增量備份功能。在平臺首頁提供直觀的甘特圖綜合地反映當前的試驗任務執(zhí)行情況、本周試驗項目、試驗設備狀態(tài)和資源使用情況統(tǒng)計等。

2.9 內(nèi)部結(jié)算管理

根據(jù)試驗工時價值等自定義指標提供結(jié)算管理功能，比如通過提取試驗人員工時等指標方便進行內(nèi)部績效考核，輔助部門單位內(nèi)部管理。

3 試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的功能實現(xiàn)

3.1 試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)架構(gòu)

整個試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)采用B/S+C/S多層架構(gòu)[4]，B/S負責將數(shù)據(jù)存儲于Webservice接口，采用.NET技術(shù)。C/S部分負責數(shù)據(jù)采集，采用COM技術(shù)[5]。試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2 數(shù)據(jù)采集方案

整個環(huán)境試驗數(shù)據(jù)的采集主要分為3個部分：即實驗室數(shù)據(jù)采集、采集數(shù)據(jù)存儲中心和采集數(shù)據(jù)服務中心。實驗室數(shù)據(jù)采集主要包括：所有的溫濕度環(huán)境試驗箱和力學試驗工控機等，需要對設備進行網(wǎng)絡化改造，再進行數(shù)據(jù)采集和上傳。采集數(shù)據(jù)存儲中心主要包括數(shù)據(jù)庫服務器，負責結(jié)構(gòu)化存儲每個設備采集到的數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)服務中心主要包括WEB服務器[6]，它負責提供Webservice接口，為試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)讀取所采集的數(shù)據(jù)提供接口。整個數(shù)據(jù)采集功能采用分層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)方式，現(xiàn)場采集層采用數(shù)據(jù)采集控制器和傳感器直接采集試驗箱信號；現(xiàn)場總線層采用工業(yè)現(xiàn)場總線RS485方式將現(xiàn)場采集控制器或從現(xiàn)場設備通訊口連接到通訊采集箱的網(wǎng)關(guān)上；網(wǎng)絡傳輸層通訊網(wǎng)關(guān)將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)進行二次處理，并將RS485總線方式轉(zhuǎn)化成以太網(wǎng)通訊方式，進行通訊遠傳并將數(shù)據(jù)送到后臺采集服務器上。

3.3 設備網(wǎng)絡化改造

設備網(wǎng)絡化改造是數(shù)據(jù)采集的基礎，通過對試驗設備進行網(wǎng)絡化改造將所有的設備入網(wǎng)，通過串口轉(zhuǎn)換線和串口服務器將智能接口設備入網(wǎng)；對無接口的設備通過外接傳感器、變送器和采集卡等實現(xiàn)設備數(shù)據(jù)采集，再通過串口轉(zhuǎn)換線和串口服務器實現(xiàn)采集卡入網(wǎng)。

3.3.1 第三方采集設備

在試驗箱內(nèi)部添加傳感器進行溫濕度測量，傳感器通過信號線和變送器連接，由于試驗箱溫度變化大，信號線需要耐高溫，并且需要將變送器放在試驗箱外部，一個變送器對應一個或兩個傳感器，采集卡與變送器通過普通導線連接，并將采集卡與變送器放入同一個采集盒中，一個采集卡對應多個變送器（8個或16個）。采集卡對外為RS485或RS232接口，通過串口轉(zhuǎn)接線將RS485或RS232轉(zhuǎn)換成網(wǎng)口，通過實驗室內(nèi)的局域網(wǎng)將采集卡連接到串口服務器，從而將串口設備轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡設備，最后通過網(wǎng)絡協(xié)議讀取該服務器上的設備數(shù)據(jù)。采集計算機通過網(wǎng)絡交換機讀取傳送到串口服務器上的設備數(shù)據(jù)，通過該方案一臺采集計算機可以讀取多臺設備的數(shù)據(jù)。

3.3.2 智能口采集設備

智能口采集設備網(wǎng)絡化改造的第一種方案是通過串口轉(zhuǎn)接線將RS232或RS485串口與網(wǎng)口連接，并將設備連接到局域網(wǎng)，從而再通過局域網(wǎng)將設備連接到串口服務器，將設備轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡設備，最后通過網(wǎng)絡協(xié)議讀取設備數(shù)據(jù)。

智能口采集設備網(wǎng)絡化改造的第二種方案則是直接通過網(wǎng)線將串口服務器與網(wǎng)絡交換機連接。

通過上述兩種方案，采集計算機通過網(wǎng)絡交換機讀取設備數(shù)據(jù)，一臺采集計算機可以讀取多臺有智能口或無智能口的多臺設備數(shù)據(jù)。

4 試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的應用前景與效益

4.1 管控人力設備資源，提升試驗質(zhì)量

通過試驗數(shù)據(jù)管理平臺的建設，實現(xiàn)設備的合理利用，提高設備資源利用率、人員工作效率，降低試驗成本，縮短產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期。通過設備聯(lián)網(wǎng)、大屏顯示設備狀態(tài)及開啟閾值報警實時監(jiān)控試驗設備的運行狀態(tài)，有效地減少和避免試驗過程中的質(zhì)量事故。

4.2 合理地利用試驗數(shù)據(jù)，輔助提供基礎質(zhì)量數(shù)據(jù)信息

通過信息化手段，對試驗過程中的數(shù)據(jù)記錄數(shù)字化處理，實現(xiàn)精細化質(zhì)量管理，提高質(zhì)量監(jiān)控能力。對試驗數(shù)據(jù)進行有序合理的綜合使用，建立完備關(guān)聯(lián)的設計/試驗數(shù)據(jù)模型，確保試驗數(shù)據(jù)的有效性。通過靈活的數(shù)據(jù)分析處理工具，對設計、試驗數(shù)據(jù)進行綜合分析和評估挖掘，為產(chǎn)品改進提供依據(jù)。

4.3 利用多平臺協(xié)同機制，提高質(zhì)量管理能力

通過高效的多平臺、多部門試驗協(xié)同機制，保證試驗全過程信息跨平臺、部門、專業(yè)進行協(xié)同，保證數(shù)據(jù)信息按照合理、規(guī)范、統(tǒng)一的體系進行交互，提升數(shù)據(jù)應用的效率和正確性，實現(xiàn)全流程智能化管控[7]。

4.4 實現(xiàn)自動采集測試，智能遠程控制質(zhì)量

通過試驗數(shù)據(jù)管理平臺實現(xiàn)自動化采集和測試，高效、準確地完成試驗數(shù)據(jù)采集和產(chǎn)品測試工作，極大地提高工作效率，避免人為因素所造成的質(zhì)量事故，節(jié)省試驗生產(chǎn)線的人員勞動力，節(jié)約試驗成本[8]。

5 結(jié)束語

為了促進國內(nèi)外各個企業(yè)完成轉(zhuǎn)型升級的戰(zhàn)略目標，智能化管理手段將必不可少地成為智能制造道路上的重要一環(huán)。其中試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)充當多平臺協(xié)同、多部門合作、多數(shù)據(jù)共享的中樞，實現(xiàn)質(zhì)量管理智能化，提高企業(yè)運行效率，為項目任務的研發(fā)提供支撐。智能化管控是對傳統(tǒng)制造企業(yè)的一項新的變革和挑戰(zhàn)，適者生存，因此在未來發(fā)展的道路上，還需不斷地探索與磨合。