大型航天器真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳東亮，韓 放，劉 陽，劉 暢，王 晶

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大型航天器真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳東亮，韓 放，劉 陽，劉 暢，王 晶

（北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京 100094）

針對大型航天器真空熱試驗(yàn)過程中由于試驗(yàn)工序復(fù)雜、參試單位接口眾多、大量過程表單紙質(zhì)化等原因造成試驗(yàn)管控難度大、試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)可追溯性差的問題，基于面向服務(wù)架構(gòu)（SOA），采用業(yè)務(wù)流程管理的系統(tǒng)化方法，通過柔性化流程引擎，設(shè)計(jì)并建立了大型航天器真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)已在我國最大的空間環(huán)境模擬器KM8完成部署，并成功應(yīng)用于某重點(diǎn)型號熱試驗(yàn)。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)有效提高了試驗(yàn)效率，實(shí)現(xiàn)了大型航天器真空熱試驗(yàn)的數(shù)字化、可視化、精細(xì)化動(dòng)態(tài)管控。

大型航天器；面向服務(wù)架構(gòu)；真空熱試驗(yàn)；過程管理

0 引言

航天器真空熱試驗(yàn)是航天器研制工作中的重要環(huán)節(jié)[1-3]，具有試驗(yàn)儀器設(shè)備多、試驗(yàn)準(zhǔn)備煩瑣、執(zhí)行周期長、試驗(yàn)流程復(fù)雜、過程表單種類多、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理復(fù)雜等特點(diǎn)。我國大型航天器研制的飛速發(fā)展對于現(xiàn)有真空熱試驗(yàn)的實(shí)施效率及過程控制效果提出了新的挑戰(zhàn)，突出表現(xiàn)在試驗(yàn)資源管理、軟件版本控制、試驗(yàn)技術(shù)流程電子化、試驗(yàn)質(zhì)量問題與設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)分析等方面缺乏有效且便捷的數(shù)字化手段支撐。為了提高航天器真空熱試驗(yàn)的實(shí)施效率，實(shí)現(xiàn)熱試驗(yàn)過程的自動(dòng)化管控，需要研發(fā)一套專門的熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)[4-5]。

隨著面向服務(wù)架構(gòu)（Service-Oriented Architecture, SOA）在當(dāng)今世界各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，大型系統(tǒng)可以有效地實(shí)現(xiàn)各種服務(wù)的高度自治[6]。要實(shí)現(xiàn)熱試驗(yàn)全流程的動(dòng)態(tài)管理與持續(xù)優(yōu)化，在業(yè)務(wù)流程管理（Business Process Management, BPM）的系統(tǒng)化方法基礎(chǔ)上，利用SOA的應(yīng)用組件松散耦合特性，結(jié)合柔性化的流程引擎，可確保熱試驗(yàn)各項(xiàng)工作保持信息化后業(yè)務(wù)的一致性，并增加熱試驗(yàn)技術(shù)流程動(dòng)態(tài)管控的靈活性與穩(wěn)定性。

本文針對大型航天器真空熱試驗(yàn)的實(shí)際需求，基于SOA、采用BPM的系統(tǒng)化方法和柔性化流程引擎，對大型航天器真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過信息化的試驗(yàn)過程管理使試驗(yàn)任務(wù)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、自動(dòng)化，進(jìn)一步提高大型航天器真空熱試驗(yàn)實(shí)施過程的管控水平。

先由各評審專家對每份申請書單獨(dú)審閱，每個(gè)申請會(huì)分配給至少3位主評審人（Reviewers）進(jìn)行網(wǎng)評，在會(huì)審前3天給出初步分?jǐn)?shù)并準(zhǔn)備書面意見供會(huì)議討論時(shí)參考。對申請書的評審主要有以下5方面的標(biāo)準(zhǔn)：課題的重要意義、課題的創(chuàng)新性、研究方法與研究目標(biāo)的符合性、申請人的資格及工作背景、工作條件和學(xué)術(shù)環(huán)境。評審打分采用1～9分制（1分最好，9分最差），獲1～3分的都屬于優(yōu)秀， 4～6屬于中等，而7分以上則屬于較差。

1 試驗(yàn)過程問題分析

目前，大型航天器熱試驗(yàn)實(shí)施工作量大，在試驗(yàn)準(zhǔn)備過程中存在許多不足之處，具體如下：

1）試驗(yàn)資源管理不規(guī)范。真空熱試驗(yàn)準(zhǔn)備階段的主要工作就是對需要使用的大量電源、數(shù)采、工裝等各種試驗(yàn)資源進(jìn)行全面檢查評估，但由于現(xiàn)有試驗(yàn)平臺(tái)資源信息化管理功能的缺失，導(dǎo)致人員大量精力用于資源狀態(tài)清查，試驗(yàn)準(zhǔn)備效率低下，設(shè)備狀態(tài)無法有效評估，易帶隱患進(jìn)入試驗(yàn)。

2）試驗(yàn)過程的規(guī)范化和自動(dòng)化管理程度較低，過程未嚴(yán)格受控。試驗(yàn)需要多個(gè)部門和眾多人員的參與，試驗(yàn)過程復(fù)雜，工序眾多，操作程序繁雜。目前，試驗(yàn)的過程控制和跟蹤監(jiān)控都是采用人工管理和手工記錄的方式，導(dǎo)致試驗(yàn)未能實(shí)現(xiàn)全過程的動(dòng)態(tài)控制，執(zhí)行過程中存在記錄不完整或缺失的可能；同時(shí)，試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的型號產(chǎn)品工序交接記錄表、試驗(yàn)前質(zhì)量總檢表、試驗(yàn)現(xiàn)場技術(shù)條件更改單、試驗(yàn)現(xiàn)場技術(shù)問題處理單、程序跟蹤卡等記錄表格和處理單都采用紙質(zhì)記錄，不但給試驗(yàn)人員增添大量的工作，存在人為記錄錯(cuò)誤的潛在隱患，而且無法實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集、處理分析和試驗(yàn)過程管理的改進(jìn)。

我使勁眨眨眼睛，馬蘭真的就在眼前，不過她只是靜靜地站在自家門內(nèi)，并沒向我招手，我也像根棍子似的杵在那里，沒有向前挪動(dòng)半步。

2 試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[7-8]

首先，SOA作為一個(gè)組件模型，將大型航天器熱試驗(yàn)的多個(gè)系統(tǒng)、多個(gè)過程階段按照內(nèi)容或標(biāo)準(zhǔn)分成不同的功能單元，在這些功能單元之間提前定義良好的接口和契約，從而將它們聯(lián)系起來。接口采用中立的方式進(jìn)行定義，它應(yīng)該獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)整個(gè)熱試驗(yàn)所有功能單元的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語言，使整個(gè)熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)中的不同接口單元可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互。圖1為面向服務(wù)架構(gòu)的平臺(tái)模型，多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)建立在面向服務(wù)架構(gòu)的基礎(chǔ)平臺(tái)之上，通過調(diào)度服務(wù)來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的系統(tǒng)功能。

宏觀周期的本質(zhì)是圍繞長期趨勢線波動(dòng)的債務(wù)周期，利率則可以加快或推遲宏觀周期的運(yùn)行。油價(jià)既是宏觀周期的一部分，被動(dòng)受到宏觀周期的影響，同時(shí)油價(jià)的自身波動(dòng)又會(huì)影響利率和貨幣政策，進(jìn)而影響宏觀周期。

圖1 面向服務(wù)架構(gòu)的平臺(tái)模型

其次，真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)底層的基礎(chǔ)平臺(tái)基于隨需應(yīng)變思想，采用J2EE架構(gòu)，繼承MVC（Model View Controller）式軟件設(shè)計(jì)典范。該范例通過用一種熱試驗(yàn)過程業(yè)務(wù)邏輯、熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)、過程界面顯示分離的方法組織代碼，將熱試驗(yàn)過程業(yè)務(wù)邏輯聚集到1個(gè)固件里面，在改進(jìn)和個(gè)性化定制熱試驗(yàn)過程系統(tǒng)界面及客戶端用戶交互的同時(shí)，不需要重新編寫過程業(yè)務(wù)邏輯。圖2為真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)MVC模式的實(shí)現(xiàn)方法。

圖2 平臺(tái)MVC模式的實(shí)現(xiàn)

另外，系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)還應(yīng)用了BPM的系統(tǒng)化方法。BPM是一種以規(guī)范化的構(gòu)造端到端的業(yè)務(wù)處理實(shí)現(xiàn)方法為中心（如圖3所示），以持續(xù)提高熱試驗(yàn)流程實(shí)施效果為目的的系統(tǒng)化方法。該方法可以實(shí)現(xiàn)柔性化的熱試驗(yàn)技術(shù)流程建模、處理、監(jiān)控與分析；提供柔性化流程引擎設(shè)計(jì)工具（如圖4所示），允許用戶以圖形化方式快速建立所需的所有熱試驗(yàn)流程，如試驗(yàn)文檔審批流程、試驗(yàn)技術(shù)流程等。在熱試驗(yàn)技術(shù)流程發(fā)生變動(dòng)時(shí)，只需要調(diào)整技術(shù)流程模版就可以很方便地更改系統(tǒng)中流程的走向，滿足最新的實(shí)施過程變化。

從數(shù)學(xué)這一學(xué)科來看，他本身就具備抽象性強(qiáng)、邏輯能力大、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)忍攸c(diǎn)，同時(shí)隨著知識點(diǎn)的不斷深入，基礎(chǔ)知識的作用與日俱增，對邏輯思維能力要求也越來越高。小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)，是培養(yǎng)小學(xué)生邏輯思維能力的基礎(chǔ)，是后期數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中知識點(diǎn)掌握難易的關(guān)鍵，就目前數(shù)學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀來看，即使是小學(xué)數(shù)學(xué)，復(fù)雜繁瑣的知識、難以理解的術(shù)語、抽象的圖案，讓本就思維邏輯能力不夠的小學(xué)生學(xué)起來更加困難，以至隨著學(xué)習(xí)的不斷加深，知識點(diǎn)的不斷累積，小學(xué)生在難以理解致使跟不上進(jìn)度的情況下，很容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒，所以，換句話說，復(fù)雜繁瑣的知識點(diǎn)，是制約小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生思維能力的主要障礙。

圖3 平臺(tái)端到端的業(yè)務(wù)處理實(shí)現(xiàn)方法

最后，基于SOA與MVC，采用BPM的系統(tǒng)化方法開發(fā)可以為所有的應(yīng)用系統(tǒng)接口提供統(tǒng)一的技術(shù)平臺(tái)和業(yè)務(wù)平臺(tái)的分層架構(gòu)模型，在統(tǒng)一的信息化架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)邏輯的自由溝通和共享。圖5為真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)的分層架構(gòu)模型。

圖4 柔性化的流程引擎

圖5 系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)架構(gòu)

3 試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

大型航天器真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)全試驗(yàn)過程的數(shù)字化、可視化、精細(xì)化動(dòng)態(tài)管理，重點(diǎn)在于試驗(yàn)實(shí)施過程的管控。本文在整理需求與優(yōu)化流程的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)邏輯層次劃分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和前端展示層，給出了系統(tǒng)整體基于SOA的設(shè)計(jì)方案，如圖6所示。

2）業(yè)務(wù)邏輯層：通過BPM流程引擎，實(shí)現(xiàn)熱試驗(yàn)過程與試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)資源管理的有機(jī)結(jié)合，將處理后的熱試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)發(fā)送至前端展示層。

1）數(shù)據(jù)層：真空熱試驗(yàn)實(shí)施過程中的各種過程數(shù)據(jù)，包括各種表單、操作記錄等，為整體系統(tǒng)作數(shù)據(jù)支撐。

3）試驗(yàn)過程的統(tǒng)計(jì)分析手段欠缺。試驗(yàn)過程的統(tǒng)計(jì)分析主要包括試驗(yàn)任務(wù)的計(jì)劃管理、試驗(yàn)過程中設(shè)備故障與質(zhì)量問題的統(tǒng)計(jì)分析、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的分析處理等。其中試驗(yàn)過程中設(shè)備故障與質(zhì)量問題的統(tǒng)計(jì)分析尤其重要，但目前還沒有有效的信息化手段來支撐，僅通過人工整理收集的方式進(jìn)行簡單的匯總，無法快速有效地通過質(zhì)量問題的分析處理梳理工作短板，進(jìn)而指導(dǎo)后續(xù)試驗(yàn)工作的穩(wěn)步推進(jìn)。

3）前端展示層：通過前端試驗(yàn)資源管理、過程管理、維護(hù)管理等頁面將試驗(yàn)資源、表單、業(yè)務(wù)流程等信息進(jìn)行可視化展示。

圖6 真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境為局域網(wǎng)，系統(tǒng)的硬件設(shè)備由一系列部署在局域網(wǎng)的服務(wù)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備組成。該系統(tǒng)可安裝于1臺(tái)或2臺(tái)服務(wù)器上，通過一級或者二級交換機(jī)構(gòu)建分布式異地多點(diǎn)的局域網(wǎng)架構(gòu)。圖7為真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，該網(wǎng)可通過一級交換機(jī)與熱試驗(yàn)網(wǎng)進(jìn)行測試數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)熱試驗(yàn)全過程數(shù)據(jù)的有效連接與綜合分析。

圖7 真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

管理系統(tǒng)的軟件采用B/S結(jié)構(gòu)，將服務(wù)端部署在局域網(wǎng)的服務(wù)器上，數(shù)據(jù)及管理協(xié)同信息存儲(chǔ)于局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫中。通過各客戶端計(jì)算機(jī)上配備的刷卡器，操作人員可在總控間、設(shè)備間、電源間和試驗(yàn)大廳隨時(shí)訪問運(yùn)行系統(tǒng)。

本刊嚴(yán)格執(zhí)行稿件三審責(zé)任制，來稿發(fā)表刊登的欄目類別由終審時(shí)根據(jù)雜志對文章的要求決定，以發(fā)表時(shí)為準(zhǔn)。凡正在本刊審閱的稿件，作者如欲投他刊，請務(wù)必事先與本刊聯(lián)系并撤稿，切勿一稿兩投。

3.2 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的基本信息管理字段包括編號、名稱、負(fù)責(zé)人、時(shí)間、適用型號規(guī)格、所屬類型、所屬單位、使用狀態(tài)、檢查狀態(tài)、檢查日期、備注等。系統(tǒng)功能總體分為試驗(yàn)資源管理與試驗(yàn)過程管理2大模塊，如圖8所示。

1）試驗(yàn)資源管理包括試驗(yàn)軟件、人員、工裝與知識庫等的管理，重點(diǎn)為對試驗(yàn)工裝的管理，其主要功能為工裝基本信息維護(hù)、自動(dòng)復(fù)驗(yàn)、三維鏈接指導(dǎo)吊裝工作等。

式中D表示固定資產(chǎn)的折舊，R 代表勞動(dòng)報(bào)酬(包含應(yīng)付工資與應(yīng)付福利費(fèi))，N 與T分別表示利潤、稅金與附加。

2）試驗(yàn)過程管理包括試驗(yàn)任務(wù)、輸入、表單、問題管理及技術(shù)流程電子化管理等，重點(diǎn)為試驗(yàn)技術(shù)流程的電子化，這也是試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)。系統(tǒng)技術(shù)流程的電子化功能能夠充分實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的精細(xì)化管理與控制，確保試驗(yàn)過程的記錄完整性與操作可控性；可提供試驗(yàn)任務(wù)的圖形化試驗(yàn)流程圖示頁面，圖形化顯示試驗(yàn)流程的執(zhí)行情況，通過流程建模功能完成試驗(yàn)流程的編制與流程節(jié)點(diǎn)與表單的掛接；提供試驗(yàn)流程的分級管理，試驗(yàn)操作人員可以通過點(diǎn)擊處于“執(zhí)行中”狀態(tài)的流程節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)，打開與節(jié)點(diǎn)綁定的試驗(yàn)流程表單填寫并提交試驗(yàn)流程表單數(shù)據(jù)等。

三是開展健康河湖評價(jià)。對河湖生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行診斷評價(jià)、分類，摸排導(dǎo)致河湖健康出現(xiàn)問題的原因，掌握河湖健康變化規(guī)律，為制定河湖有效保護(hù)和合理開發(fā)決策提供技術(shù)支撐。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，結(jié)合航天器熱環(huán)境試驗(yàn)中試驗(yàn)技術(shù)流程、試驗(yàn)大綱要求及各系統(tǒng)工作程序，在分析—設(shè)計(jì)—驗(yàn)證迭代優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成了真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)的開發(fā)及部署運(yùn)行。

進(jìn)入試驗(yàn)資源管理導(dǎo)航菜單后，在試驗(yàn)工裝管理側(cè)邊欄中點(diǎn)擊試驗(yàn)基本信息管理，可進(jìn)入試驗(yàn)基本信息展示界面，如圖9所示。

GaAs晶體折射率由傳統(tǒng)模型確定.將式(13-14)式代入式(12)中，即可得到不同調(diào)制因素變化條件下晶體的最佳取向，即折射率變化最大取向.圖2-4分別給出的調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相條件下，GaAs晶體的折射率變化最大取向曲線.

圖9 熱試驗(yàn)基本信息展示界面

點(diǎn)擊導(dǎo)航菜單中試驗(yàn)流程電子化菜單下的流程庫按鈕可以進(jìn)入試驗(yàn)電子流程庫界面，展示區(qū)為所有試驗(yàn)流程信息列表，如圖10所示。

圖10 熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)流程庫界面

點(diǎn)擊導(dǎo)航菜單中試驗(yàn)流程電子化菜單進(jìn)入試驗(yàn)電子流程界面，通過可視化流程，可實(shí)現(xiàn)熱試驗(yàn)技術(shù)流程的電子化管理，如圖11所示。

技術(shù)流程節(jié)點(diǎn)界面詳細(xì)記錄了本試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)工作內(nèi)容、參加單位及任務(wù)狀態(tài)等信息，并可通過刷卡機(jī)外設(shè)進(jìn)行試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)任務(wù)電子簽署，如圖12所示。

圖11 熱試驗(yàn)流程管理界面

圖12 熱試驗(yàn)過程執(zhí)行界面

系統(tǒng)投入運(yùn)行至今，已經(jīng)在載人航天、空間站、深空探測等多個(gè)大型航天器型號熱試驗(yàn)中正式應(yīng)用且效果良好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，試驗(yàn)實(shí)施準(zhǔn)備效率大幅提升，大大提高了試驗(yàn)資源使用效率與質(zhì)量管理信息化水平。

5 結(jié)束語

本文基于SOA與BPM設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了真空熱試驗(yàn)過程管理系統(tǒng)，通過引入工作流管理技術(shù)，有效解決了試驗(yàn)資源管理、軟件版本控制、試驗(yàn)技術(shù)流程電子化管理、試驗(yàn)質(zhì)量問題與設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)分析等問題，提高了真空熱試驗(yàn)過程管理的標(biāo)準(zhǔn)化與信息化水平，對于推動(dòng)未來航天器真空熱試驗(yàn)發(fā)展、提升人員和設(shè)備使用效率具有重要意義。此外，結(jié)合對真空熱試驗(yàn)過程業(yè)務(wù)流程的不斷優(yōu)化，可以進(jìn)一步提高航天產(chǎn)品的質(zhì)量管理水平。

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（編輯：馮露漪）

Design and implementation of vacuum thermal test process management system for large spacecraft

WU Dongliang, HAN Fang, LIU Yang, LIU Chang, WANG Jing

(Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering, Beijing 100094, China)

In view of great difficulties of management, control and traceability of the test process data in a large-scale spacecraft vacuum thermal test caused by the complexity of the test process and the test unit interface, and a large number of printing process sheets, etc., a vacuum thermal process management system for large spacecraft is designed based on the service-oriented architecture (SOA), a systematic approach to business process management and a flexible process engine. The system is deployed in the largest space environment simulator KM8 in China, and is successfully applied to a spacecraft thermal test. It is shown that the system improves the efficiency of the test by its digitization, visualization and fine dynamic control.

large spacecraft; service-oriented architecture; vacuum thermal test; process management

TP206+.1;TP273;TP274

A

1673-1379(2017)06-0679-06

10.3969/j.issn.1673-1379.2017.06.018

吳東亮（1985—），男，碩士研究生，主要從事航天器熱試驗(yàn)測控技術(shù)方面的研究。E-mail: wudongliang.xidian@163.com。

2017-06-12；

2017-12-05