一種電工電子產(chǎn)品智能環(huán)境試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)方法

（中國(guó)航天科工集團(tuán)八五一一研究所，南京 210000）

0 引言

隨著德國(guó)“工業(yè)4.0”[1]，美國(guó)GE“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”[2]在全球的風(fēng)靡，以及中國(guó)制造2025戰(zhàn)略如火如荼的推進(jìn)，以新一代信息技術(shù)和制造業(yè)深度融合為特點(diǎn)的智能制造已經(jīng)引發(fā)了全球性的新一輪工業(yè)革命，并成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要抓手和核心動(dòng)力。在這樣的時(shí)代背景下，航天企業(yè)作為國(guó)家重點(diǎn)科研領(lǐng)域的領(lǐng)頭企業(yè)，對(duì)運(yùn)用新一代智能技術(shù)，高效的完成型號(hào)產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)，保證交付客戶的產(chǎn)品質(zhì)量提出了新的時(shí)代要求。本文以航天科工集團(tuán)下屬某電子設(shè)備研究所為例，探討智能電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)室的建設(shè)方案。

1 環(huán)境條件試驗(yàn)[3]

環(huán)境條件試驗(yàn)即環(huán)境試驗(yàn)是指把樣品暴露于自然和人工環(huán)境中，從而對(duì)其實(shí)際中遇到的使用、運(yùn)輸和貯存條件下的性能做出評(píng)價(jià)，主要包括高低溫、恒定濕熱、交變濕熱、沖撞、振動(dòng)、恒定加速度、長(zhǎng)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(qiáng)度。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2421～2424[4]定義了一系列環(huán)境試驗(yàn)方法及其嚴(yán)酷等級(jí)，并規(guī)定了各種測(cè)量和試驗(yàn)用大氣條件。

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

2 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智能環(huán)境試驗(yàn)平臺(tái)由三大區(qū)域部分組成，分別為辦公區(qū)域、數(shù)據(jù)交換服務(wù)區(qū)、環(huán)境試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。其中辦公區(qū)域?qū)崿F(xiàn)環(huán)境試驗(yàn)的申請(qǐng)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的查看、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸檔申請(qǐng)，財(cái)務(wù)結(jié)算處理；數(shù)據(jù)交換服務(wù)區(qū)域由交換機(jī)、服務(wù)器、防火墻、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等數(shù)通設(shè)備組成，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員提供試驗(yàn)設(shè)備的申請(qǐng)審批服務(wù)、數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)換服務(wù)，為檔案人員提供環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)歸檔管理服務(wù)；為財(cái)務(wù)管理人員提供試驗(yàn)的財(cái)務(wù)核算服務(wù)；環(huán)境試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)部署環(huán)境測(cè)試設(shè)備、測(cè)試工控設(shè)備、環(huán)境試驗(yàn)室管理辦公機(jī)，是環(huán)境試驗(yàn)執(zhí)行的主體部分。其硬件結(jié)構(gòu)拓?fù)淙鐖D1所示。

系統(tǒng)的軟件基礎(chǔ)環(huán)境方面，由于辦公區(qū)的辦公機(jī)數(shù)量較多，為了有效提高系統(tǒng)的維護(hù)性，在辦公區(qū)，辦公機(jī)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(wù)；而在環(huán)境試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，采用C/S的模式，充分利用試驗(yàn)機(jī)的性能，為環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備提供工控性能上的支撐。

3 系統(tǒng)服務(wù)設(shè)計(jì)

3.1 角色控制模塊

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的部署代價(jià)是高昂的，所有單位內(nèi)部試驗(yàn)訂單和外協(xié)試驗(yàn)訂單需要共享環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，為了保證試驗(yàn)項(xiàng)目訂單間信息的安全保密，做好信息知悉范圍約束。需要對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)用戶做相應(yīng)的權(quán)限限制，在用戶會(huì)話層實(shí)現(xiàn)信息阻隔，防止涉密項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息的泄露。本平臺(tái)角色控制基于DO-RBAC模型[5]，按照最小化原則、責(zé)任分離原則和數(shù)據(jù)抽象原則進(jìn)行管控，依照項(xiàng)目組角色區(qū)分相應(yīng)的權(quán)限，試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)項(xiàng)目組內(nèi)的成員進(jìn)行開(kāi)放，其他角色一律不得查看非角色權(quán)限內(nèi)的數(shù)據(jù)。

圖1 智能環(huán)境試驗(yàn)平臺(tái)硬件拓?fù)鋱D

3.2 工作流控制模塊

工作流技術(shù)實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)業(yè)務(wù)流程的線上運(yùn)行，降低了環(huán)境試驗(yàn)線下管理的資源成本，為后續(xù)環(huán)境試驗(yàn)?zāi)K的相應(yīng)服務(wù)的提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。工作流技術(shù)可采用當(dāng)下熱門的Activiti引擎[6]。該框架提供了穩(wěn)定的流程節(jié)點(diǎn)之間的業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)和表單的自定義功能，對(duì)大多數(shù)企業(yè)管理具有較強(qiáng)的普適性。

3.3 試驗(yàn)項(xiàng)目排班模塊

試驗(yàn)項(xiàng)目排班模塊由系統(tǒng)試驗(yàn)項(xiàng)目排班服務(wù)和排班電子看板組成。每個(gè)辦公區(qū)域都設(shè)有電子看板，實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)項(xiàng)目安排，試驗(yàn)測(cè)試人員根據(jù)電子看板顯示的試驗(yàn)安排時(shí)間，到試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行產(chǎn)品的測(cè)試工作，試驗(yàn)項(xiàng)目排班模塊優(yōu)化環(huán)境試驗(yàn)室設(shè)備的空閑設(shè)備管理，當(dāng)設(shè)計(jì)師完成審批后，試驗(yàn)項(xiàng)目排班服務(wù)按照排班算法自動(dòng)預(yù)更新試驗(yàn)安排表，將結(jié)果提交給環(huán)境試驗(yàn)管理人員，由環(huán)境試驗(yàn)管理人員修正和確定發(fā)布，電子看板即時(shí)更新排班結(jié)果。

3.4 數(shù)據(jù)讀取生成模塊

為了在設(shè)計(jì)師申請(qǐng)環(huán)境試驗(yàn)后，對(duì)整個(gè)環(huán)境試驗(yàn)周期內(nèi)提交的數(shù)據(jù)做到“once input，cycle valid”，并且提高輸入效率和平臺(tái)用戶體驗(yàn)，使環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)為設(shè)計(jì)師和相關(guān)管理人員所認(rèn)可接受，需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)讀取生成模塊，模塊讀取設(shè)計(jì)師輸入的環(huán)境試驗(yàn)文件，對(duì)文件中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行抽取和解析，以結(jié)構(gòu)化文件的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為試驗(yàn)項(xiàng)目自動(dòng)化測(cè)試模塊執(zhí)行的輸入依據(jù)。以結(jié)構(gòu)化文件存儲(chǔ)作為與自動(dòng)測(cè)試模塊的數(shù)據(jù)接口，提高了自動(dòng)測(cè)試模塊開(kāi)發(fā)的適應(yīng)性，不同類型的電工電子產(chǎn)品可根據(jù)自身的測(cè)試要求，定制不同的自動(dòng)測(cè)試程序。

3.4.1 環(huán)境參數(shù)生成子模塊

環(huán)境參數(shù)子模塊根據(jù)設(shè)計(jì)師提交的環(huán)境試驗(yàn)申請(qǐng)，提取出試驗(yàn)環(huán)境要求，進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)處理后，存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，等待試驗(yàn)自動(dòng)化模塊提取，作為試驗(yàn)自動(dòng)控制環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的依據(jù)。

3.4.2 產(chǎn)品測(cè)試指標(biāo)生成子模塊

產(chǎn)品測(cè)試指標(biāo)生成子模塊根據(jù)設(shè)計(jì)師提交的環(huán)境試驗(yàn)申請(qǐng)信息，提取出產(chǎn)品測(cè)試中需要指標(biāo)要求，生成相應(yīng)的.xml文件[7]，存放在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，等待試驗(yàn)自動(dòng)化模塊向環(huán)境試驗(yàn)服務(wù)器提出試驗(yàn)服務(wù)申請(qǐng)，試驗(yàn)自動(dòng)化工控機(jī)從測(cè)試服務(wù)器中下載相應(yīng)的.xml文件，對(duì)工控程序進(jìn)行配置，控制試驗(yàn)設(shè)備協(xié)同工作，實(shí)時(shí)記錄產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.5 試驗(yàn)自動(dòng)化模塊

試驗(yàn)自動(dòng)化模塊是環(huán)境試驗(yàn)高效運(yùn)行的主體單元，是環(huán)境試驗(yàn)動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，工控計(jì)算機(jī)利用結(jié)構(gòu)化的輸入控制參數(shù)，由工控計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成試驗(yàn)動(dòng)作。另一方面，試驗(yàn)自動(dòng)化要求產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)相當(dāng)高程度的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化，使試驗(yàn)設(shè)備具有高可重用性。以電工電子產(chǎn)品來(lái)看，試驗(yàn)自動(dòng)化的設(shè)備框圖如圖2所示。

本方案中試驗(yàn)自動(dòng)化模塊由工控機(jī)算機(jī)、測(cè)量?jī)x器、環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備、產(chǎn)品組成。其中測(cè)量?jī)x器包括信號(hào)源、頻譜儀、功率計(jì)、射頻電纜等。工控計(jì)算機(jī)作為模塊的控制核心，以數(shù)據(jù)讀取生成模塊提供的數(shù)據(jù)為依據(jù)，控制和檢測(cè)試驗(yàn)設(shè)備、信號(hào)源、頻譜儀、功率計(jì)和產(chǎn)品自動(dòng)協(xié)同工作，對(duì)環(huán)境試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)按照既定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行記錄，同時(shí)監(jiān)測(cè)所有外圍設(shè)備的狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)停止測(cè)試進(jìn)程，并向電子看板發(fā)出告警，完成環(huán)境試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程。試驗(yàn)自動(dòng)化模塊是減輕了對(duì)人力資源的要求的至關(guān)重要的模塊。

圖2 試驗(yàn)自動(dòng)化模塊組成

3.6 報(bào)表生成模塊

報(bào)表生成模塊將產(chǎn)品基本信息，產(chǎn)品環(huán)境測(cè)試數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)相結(jié)合，形成產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)報(bào)表，依照企業(yè)質(zhì)量管理要求，形成滿足產(chǎn)品質(zhì)量環(huán)境試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告，以供客戶方查驗(yàn)。一方面，報(bào)表數(shù)據(jù)作為檔案服務(wù)器的輸入，為企業(yè)做好產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理提供數(shù)據(jù)來(lái)源，另一方面，報(bào)表數(shù)據(jù)源將與財(cái)務(wù)服務(wù)器連接，自動(dòng)完成環(huán)境試驗(yàn)訂單的財(cái)務(wù)結(jié)算，為形成從試驗(yàn)申請(qǐng)、試驗(yàn)安排、試驗(yàn)運(yùn)行、試驗(yàn)數(shù)據(jù)歸檔、試驗(yàn)自動(dòng)核算的全周期管理提供數(shù)據(jù)支撐。

4 平臺(tái)業(yè)務(wù)流程

1）由企業(yè)設(shè)計(jì)師對(duì)負(fù)責(zé)的某批次產(chǎn)品提交產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)申請(qǐng)，申請(qǐng)涉及產(chǎn)品的產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品批次號(hào)、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、試驗(yàn)人員、申請(qǐng)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備使用時(shí)間、環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目、產(chǎn)品測(cè)試指標(biāo)參數(shù)；

2）由部門領(lǐng)導(dǎo)對(duì)設(shè)計(jì)師提出的環(huán)境試驗(yàn)進(jìn)行申請(qǐng)審批；

3）環(huán)境試驗(yàn)服務(wù)器對(duì)收到的環(huán)境試驗(yàn)需求進(jìn)行需求解析，更新環(huán)境試驗(yàn)工作安排表，經(jīng)環(huán)境試驗(yàn)管理人員調(diào)整確定后，將環(huán)境試驗(yàn)工作安排顯示在辦公區(qū)的電子看板上；

4）設(shè)計(jì)師或環(huán)境試驗(yàn)測(cè)試人員，依據(jù)看板時(shí)間在環(huán)境試驗(yàn)室進(jìn)行產(chǎn)品試驗(yàn)的電纜連接，通過(guò)環(huán)境試驗(yàn)工控機(jī)自動(dòng)開(kāi)展產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)；

5）環(huán)境測(cè)試人員確認(rèn)產(chǎn)品試驗(yàn)完畢后，試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)將上傳提交至環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。設(shè)計(jì)師可通過(guò)辦公區(qū)計(jì)算機(jī)即時(shí)查看試驗(yàn)記錄；

6）財(cái)務(wù)系統(tǒng)接收試驗(yàn)項(xiàng)目清單，形成財(cái)務(wù)報(bào)表，計(jì)入產(chǎn)品成本；

7）由設(shè)計(jì)師確認(rèn)環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)其向檔案服務(wù)器完成產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)測(cè)試報(bào)告的歸檔。

5 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分為產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)、環(huán)境控制數(shù)據(jù)、計(jì)量單位數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)和測(cè)試控制數(shù)據(jù)。為了確定數(shù)據(jù)的唯一性，將產(chǎn)品批次（編號(hào)）信息作為數(shù)據(jù)主鍵。

產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)字段包括產(chǎn)品型號(hào)、代號(hào)、產(chǎn)品階段、名稱、批次號(hào)，毛重、凈重、頻段，測(cè)頻精度、功率、備注。

環(huán)境控制數(shù)據(jù)包括沖擊產(chǎn)品批次號(hào)、環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目、環(huán)境控制參數(shù)（振動(dòng)沖擊控制參數(shù)、高低溫環(huán)境控制參數(shù)）；這里振動(dòng)沖擊、高低溫、溫儲(chǔ)控制參數(shù)以json格式保存。

計(jì)量單位數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的量標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一，包括產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品批次號(hào)、長(zhǎng)度、速度、加速度、頻率、功率、時(shí)間、重量單位。

業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)包括產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品批次號(hào)、試驗(yàn)項(xiàng)目名稱、試驗(yàn)發(fā)起人、試驗(yàn)負(fù)責(zé)人、試驗(yàn)部門、試驗(yàn)申請(qǐng)時(shí)間、申請(qǐng)?jiān)囼?yàn)時(shí)段、部門審批意見(jiàn)、試驗(yàn)管理部門意見(jiàn)。

系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)包括企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、人員角色、數(shù)字字典等影響系統(tǒng)登錄操作等數(shù)據(jù)。

測(cè)試控制數(shù)據(jù)為.xml文件，包括產(chǎn)品信號(hào)源輸入信號(hào)的測(cè)試頻點(diǎn)、功率值等，以具體產(chǎn)品測(cè)試要求為準(zhǔn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

環(huán)境試驗(yàn)是檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，產(chǎn)品通過(guò)嚴(yán)苛的環(huán)境試驗(yàn)，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(chǎn)品種類和數(shù)量的不斷豐富對(duì)環(huán)境試驗(yàn)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量提出了新的要求，智能環(huán)境試驗(yàn)室對(duì)產(chǎn)品的介入從產(chǎn)品下線開(kāi)始，環(huán)境試驗(yàn)的工作量都集中于產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的試驗(yàn)申請(qǐng)和測(cè)試人員的產(chǎn)品測(cè)試部署，產(chǎn)品的試驗(yàn)過(guò)程記錄、測(cè)試報(bào)告、試驗(yàn)數(shù)據(jù)歸檔、環(huán)境試驗(yàn)財(cái)務(wù)結(jié)算都由系統(tǒng)自動(dòng)完成。有效提高了環(huán)境試驗(yàn)的管控效率和實(shí)施效率。

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