應(yīng)用測(cè)試島的組批衛(wèi)星流水線測(cè)試模式設(shè)計(jì)

劉鶴 趙陽(yáng) 張淳 劉曉敏

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

衛(wèi)星是一種大型復(fù)雜裝備系統(tǒng)，具有高度的定制性，技術(shù)復(fù)雜，制造流程繁多?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)總裝、集成、測(cè)試(AIT)研制生產(chǎn)主要采用單件或小批量排產(chǎn)模式，一般耗費(fèi)較大的人力、時(shí)間成本，衛(wèi)星AIT工作能力受到限制[1]。隨著航天產(chǎn)業(yè)民用化市場(chǎng)開放，應(yīng)用需求不斷提高，未來會(huì)更加聚焦全球覆蓋式組網(wǎng)衛(wèi)星的生產(chǎn)研制。因此，在資源有限的情況下，衛(wèi)星AIT階段生產(chǎn)調(diào)度壓力越來越顯著，主要體現(xiàn)在傳統(tǒng)AIT綜合測(cè)試模式在應(yīng)對(duì)組批衛(wèi)星生產(chǎn)要素調(diào)度方面略顯不足。目前，國(guó)內(nèi)衛(wèi)星AIT階段生產(chǎn)組織形式主要分為以下2種。

(1)傳統(tǒng)單顆衛(wèi)星AIT生產(chǎn)模式。主要采用原位測(cè)試模式，測(cè)試設(shè)備、人員和場(chǎng)地與衛(wèi)星配套使用，并不進(jìn)行資源動(dòng)態(tài)調(diào)配和共享。此類AIT生產(chǎn)模式仍保留了孤立捆綁式形態(tài)，缺乏區(qū)域性統(tǒng)籌資源調(diào)度能力。因此，在生產(chǎn)過程中難免存在閑置期，或者會(huì)發(fā)生資源不足阻滯正常生產(chǎn)的現(xiàn)象[2]。

(2)北斗二號(hào)組批衛(wèi)星AIT生產(chǎn)模式。該模式根據(jù)測(cè)試組織矩陣進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用表格化設(shè)計(jì)理念確定組織矩陣中測(cè)試人員和測(cè)試設(shè)備配比情況。此外，生產(chǎn)中又引用了雙星分組生產(chǎn)模式，對(duì)人員、設(shè)備及場(chǎng)地進(jìn)行小范圍調(diào)配和共享，可支持同類多星并行生產(chǎn)，在一定程度上提高了生產(chǎn)效率。但是，該生產(chǎn)模式的資源共享和調(diào)配范疇受到了限制，且資源調(diào)配和共享的深度和廣度不足，無法對(duì)長(zhǎng)周期內(nèi)所有在研衛(wèi)星進(jìn)行動(dòng)態(tài)最優(yōu)的排產(chǎn)策略設(shè)計(jì)。

國(guó)外先進(jìn)衛(wèi)星AIT生產(chǎn)線早已引入了流水線裝配生產(chǎn)模式。波音公司衛(wèi)星總裝采用的一種新型裝配模式——脈動(dòng)式裝配。在衛(wèi)星總裝過程中，待裝配衛(wèi)星運(yùn)送到裝配位置后靜止停放，在一定的周期(節(jié)拍時(shí)間或間歇時(shí)間)內(nèi)完成操作后通過輸送線移動(dòng)到下一個(gè)裝配位置。脈動(dòng)生產(chǎn)線是基于脈動(dòng)模式建立的衛(wèi)星總裝配線，是間歇移動(dòng)生產(chǎn)流水線的一種。但是，它仍只在裝配環(huán)節(jié)上采用，對(duì)于整個(gè)AIT階段，衛(wèi)星的綜合測(cè)試和部件裝配是交替實(shí)施的。因此，國(guó)外的單純流水線裝配生產(chǎn)模式，不能完全適應(yīng)國(guó)內(nèi)組批衛(wèi)星的AIT裝配測(cè)試全過程研制生產(chǎn)。

本文以組批衛(wèi)星AIT階段新型生產(chǎn)模式及資源調(diào)度策略為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)應(yīng)用測(cè)試島的流水線測(cè)試模式，在延續(xù)衛(wèi)星高質(zhì)量、高可靠、全覆蓋式的試驗(yàn)前提下，為衛(wèi)星智能AIT工廠理念構(gòu)建基礎(chǔ)框架。同時(shí)，本文采用基于多層編碼的遺傳算法，解決組批衛(wèi)星AIT流水線生產(chǎn)模式下調(diào)度策略優(yōu)化問題，對(duì)人員、設(shè)備和時(shí)間成本等生產(chǎn)要素進(jìn)行合理規(guī)劃和分配，為高效、高可靠、智能化的組批衛(wèi)星AIT生產(chǎn)平臺(tái)建立技術(shù)基線。

1 應(yīng)用測(cè)試島的組批衛(wèi)星流水線測(cè)試模式

本文調(diào)研汽車、集成電路等先進(jìn)制造領(lǐng)域的流水線式綜合生產(chǎn)模式[3-7]，并結(jié)合現(xiàn)有衛(wèi)星AIT研制生產(chǎn)過程的綜合測(cè)試總體設(shè)計(jì)要求，基于測(cè)試階段、測(cè)試功能和測(cè)試場(chǎng)地來界定AIT全過程的各個(gè)工序，每個(gè)工序位即為一個(gè)測(cè)試島，同類測(cè)試島具備相同生產(chǎn)職能。因此，衛(wèi)星AIT全流程可理解為由不同類型測(cè)試島按照一定順序串聯(lián)形成的生產(chǎn)過程。同類衛(wèi)星并行測(cè)試調(diào)度問題，就是各類測(cè)試島資源的統(tǒng)籌分配問題。通過設(shè)計(jì)測(cè)試島流水線生產(chǎn)模型，可以細(xì)化AIT過程各階段準(zhǔn)入準(zhǔn)出條件，明確各階段實(shí)施要素，將傳統(tǒng)AIT過程抽象為以測(cè)試島為功能節(jié)點(diǎn)的流水線綜合生產(chǎn)模型。其具體實(shí)現(xiàn)方式為：①構(gòu)建AIT生產(chǎn)的信息化調(diào)度管理系統(tǒng)，便于生產(chǎn)要素的統(tǒng)籌分配；②實(shí)現(xiàn)復(fù)雜約束條件下排產(chǎn)策略的智能分析、引導(dǎo)和實(shí)施，解決傳統(tǒng)AIT模式下的資源閑置浪費(fèi)，或者資源不足阻滯生產(chǎn)問題；③通過先期預(yù)測(cè)分析，幫助管理人員很好掌控生產(chǎn)要素短板和生產(chǎn)流程的未來走勢(shì)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資源動(dòng)態(tài)調(diào)配。

基于功能區(qū)域化測(cè)試島流水線的生產(chǎn)模式如圖1所示。整個(gè)流水線由各類測(cè)試島串聯(lián)形成，同類測(cè)試島又包含多個(gè)相同功能測(cè)試區(qū)域，為組批衛(wèi)星并行測(cè)試提供支持。該測(cè)試模式以數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)診斷中心、調(diào)度中心、仿真中心、設(shè)計(jì)中心和研發(fā)中心為信息技術(shù)支撐。

1.1 測(cè)試島關(guān)鍵要素分析

按照現(xiàn)有組批衛(wèi)星的AIT綜合測(cè)試研制生產(chǎn)要求，基于測(cè)試階段、測(cè)試功能和測(cè)試場(chǎng)地，共建立8類測(cè)試島，其中北京地區(qū)共建立7類測(cè)試島，分別是A狀態(tài)測(cè)試島、B狀態(tài)測(cè)試島、C及電磁兼容性(EMC)試驗(yàn)測(cè)試島、力學(xué)試驗(yàn)測(cè)試島、熱試驗(yàn)測(cè)試島、出廠測(cè)試島和故障診斷驗(yàn)證島，發(fā)射場(chǎng)建立發(fā)射場(chǎng)測(cè)試島，如表1所示。組批衛(wèi)星通過在測(cè)試島間流轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)流水線測(cè)試，在進(jìn)入每類測(cè)試島啟動(dòng)測(cè)試前，應(yīng)按每類測(cè)試島的準(zhǔn)入條件要求進(jìn)行檢查，當(dāng)全部條件均滿足時(shí)方可啟動(dòng)綜合測(cè)試。

圖1 應(yīng)用測(cè)試島的流水線測(cè)試模式框圖Fig.1 Diagram of flow-shop testing mode using testing islands表1 測(cè)試島關(guān)鍵要素說明Table 1 Key elements description of testing islands

測(cè)試島測(cè)試目標(biāo)與傳統(tǒng)AIT模式對(duì)比場(chǎng)地要求設(shè)備要求A狀態(tài)測(cè)試島 檢查衛(wèi)星平臺(tái)各分系統(tǒng)之間電氣接口的正確性和匹配性;檢查平臺(tái)與測(cè)試設(shè)備之間電接口的正確性和匹配性B狀態(tài)測(cè)試島 檢驗(yàn)各分系統(tǒng)設(shè)備在整星條件下的功能、性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求;檢驗(yàn)衛(wèi)星飛行程序和起飛狀態(tài)設(shè)計(jì)的合理性和正確性 傳統(tǒng)測(cè)試模式是采用原位測(cè)試方法,即各顆衛(wèi)星固定工位。 流水線測(cè)試模式支持A狀態(tài)和B狀態(tài)測(cè)試,測(cè)試過程中可在同類工位中流轉(zhuǎn)和互換,以配合整體調(diào)度要求 傳統(tǒng)測(cè)試模式中,測(cè)試設(shè)備是與衛(wèi)星配套使用。 流水線測(cè)試模式下,該階段測(cè)試所需設(shè)備是與相應(yīng)測(cè)試島來配合使用,可服務(wù)于所有同類衛(wèi)星,并不綁定在某顆衛(wèi)星使用C及EMC試驗(yàn)測(cè)試島 檢驗(yàn)各分系統(tǒng)設(shè)備在整星無線條件下的功能、性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求力學(xué)試驗(yàn)測(cè)試島 通過力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)前、試驗(yàn)中、試驗(yàn)后衛(wèi)星電性能的測(cè)試,檢驗(yàn)衛(wèi)星經(jīng)過力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)后電性能是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。熱試驗(yàn)測(cè)試島 檢驗(yàn)衛(wèi)星熱控分系統(tǒng)使衛(wèi)星儀器設(shè)備保持在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)的能力;在模擬軌道工況和熱真空循環(huán)溫度條件下,對(duì)衛(wèi)星電性能進(jìn)行測(cè)試,檢驗(yàn)衛(wèi)星適應(yīng)空間熱真空環(huán)境的能力 傳統(tǒng)測(cè)試中,該類測(cè)試場(chǎng)地也是進(jìn)行合理化排產(chǎn)使用,與流水線測(cè)試模式功能相似 傳統(tǒng)測(cè)試模式中,測(cè)試設(shè)備需要跟隨衛(wèi)星轉(zhuǎn)移運(yùn)輸并配套使用。 流水線測(cè)試模式下,采用固有設(shè)備配合完成電測(cè)任務(wù),主要是配合EMC、力學(xué)或熱試驗(yàn)測(cè)試所用的地面支持系統(tǒng),配合完成電性能測(cè)試的地面輔助電纜、電纜轉(zhuǎn)接箱、各系統(tǒng)電性能測(cè)試設(shè)備。以上設(shè)備服務(wù)于各類型測(cè)試島,并不隨衛(wèi)星流轉(zhuǎn)出廠測(cè)試島 通過對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行較詳細(xì)的電測(cè),最終確認(rèn)衛(wèi)星的電性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求。故障診斷驗(yàn)證島 用于在衛(wèi)星常規(guī)測(cè)試島流程中出現(xiàn)異常問題時(shí)長(zhǎng)時(shí)間的診斷定位發(fā)射場(chǎng)測(cè)試島 檢查衛(wèi)星通過長(zhǎng)途運(yùn)輸后電氣系統(tǒng)性能是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo),檢測(cè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)場(chǎng)后電氣系統(tǒng)性能是否滿足發(fā)射衛(wèi)星的技術(shù)指標(biāo) 傳統(tǒng)測(cè)試模式采用原位測(cè)試方法,即各衛(wèi)星固定工位。 流水線測(cè)試模式支持出廠測(cè)試島、故障診斷驗(yàn)證島、發(fā)射場(chǎng)測(cè)試島測(cè)試。測(cè)試過程中可在同類工位中流轉(zhuǎn)和互換,以配合整體調(diào)度要求 傳統(tǒng)測(cè)試模式中,測(cè)試設(shè)備是與衛(wèi)星配套使用,并不進(jìn)行流轉(zhuǎn)。 流水線測(cè)試模式下,該階段測(cè)試所需設(shè)備是與相應(yīng)測(cè)試島來配合使用,可服務(wù)于所有同類衛(wèi)星,并不綁定在某顆衛(wèi)星使用

1.2 測(cè)試島流水線調(diào)度生產(chǎn)問題描述

衛(wèi)星AIT過程可細(xì)分到各類型測(cè)試島功能實(shí)現(xiàn)，但在流水車間生產(chǎn)問題中同樣要考慮裝配準(zhǔn)備、等待和轉(zhuǎn)運(yùn)等時(shí)間耗損問題。因此，應(yīng)用測(cè)試島的流水線生產(chǎn)過程劃分為裝配及準(zhǔn)備、綜合測(cè)試、等待、轉(zhuǎn)運(yùn)4個(gè)階段，各階段之間的關(guān)系如圖2所示。綜合考慮各測(cè)試島的工位及配套設(shè)備是否流轉(zhuǎn)等因素，可以將北京地區(qū)的7種測(cè)試島合并為4種類型，包括：常態(tài)下的測(cè)試工位、EMC無線測(cè)試工位、力學(xué)試驗(yàn)工位、真空熱試驗(yàn)工位。根據(jù)固有的生產(chǎn)流程，設(shè)計(jì)測(cè)試島流水線結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖2 應(yīng)用測(cè)試島的流水線生產(chǎn)流程Fig.2 Production process of flow-shop work using testing islands

圖3 組批衛(wèi)星流水線調(diào)度示意Fig.3 Flow-shop scheduling of batching satellites

測(cè)試島流水線調(diào)度生產(chǎn)問題描述如下。①所有衛(wèi)星都需要按照相同的AIT綜合測(cè)試路徑經(jīng)過多個(gè)測(cè)試階段完成；②至少有1個(gè)測(cè)試島鏈有2個(gè)或2個(gè)以上同構(gòu)并行測(cè)試島，每個(gè)測(cè)試島鏈上的測(cè)試島數(shù)量不等；③每個(gè)測(cè)試島上的衛(wèi)星一旦開始測(cè)試就不能中斷，異常除外；④任意1顆衛(wèi)星的同一個(gè)階段只能在1個(gè)測(cè)試島內(nèi)開展測(cè)試；⑤在任意2個(gè)相鄰階段之間有運(yùn)輸時(shí)間；⑥組批衛(wèi)星中因?yàn)楣δ艿牟町?，其配備的載荷設(shè)備也不盡相同，在同一個(gè)階段生產(chǎn)時(shí)間也不相同；⑦在衛(wèi)星AIT過程中，常態(tài)型工位可以覆蓋多個(gè)測(cè)試階段，因此存在衛(wèi)星重新進(jìn)入到與先前相同功能測(cè)試島鏈的過程。以圖3為例，衛(wèi)星在出廠之前都要重新經(jīng)過測(cè)試島鏈1作為最后一個(gè)階段的AIT測(cè)試。

2 組批衛(wèi)星生產(chǎn)調(diào)度模型

應(yīng)用測(cè)試島理念設(shè)計(jì)的組批衛(wèi)星流水線測(cè)試模式，提出了測(cè)試島流水線生產(chǎn)模式中的關(guān)鍵要素，并對(duì)AIT綜合測(cè)試階段的組批衛(wèi)星流水線生產(chǎn)調(diào)度問題進(jìn)行了科學(xué)描述，明確了測(cè)試島流水線的生產(chǎn)流程。為了能夠解決組批衛(wèi)星智能排產(chǎn)問題，需對(duì)以上問題進(jìn)行科學(xué)建模，并研究復(fù)雜流水線系統(tǒng)排產(chǎn)策略的非線性尋優(yōu)算法。

2.1 混合流水車間調(diào)度模型

組批衛(wèi)星AIT測(cè)試流程調(diào)度可歸為混合流水車間調(diào)度問題(HFSP)[8-13]。HFSP是經(jīng)典流水車間與并行機(jī)作業(yè)車間的結(jié)合，具有多任務(wù)、多工序、多并行特點(diǎn)。通過合理調(diào)度多階段并行機(jī)的生產(chǎn)任務(wù)，縮短完工時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)不同的調(diào)度目標(biāo)(如完工時(shí)間、生產(chǎn)線平衡)，通過車間調(diào)度優(yōu)化開展研究。其基本原理是：通過一定約束情景的假設(shè)，建立車間生產(chǎn)模型，并借助優(yōu)化技術(shù)求解，完成生產(chǎn)任務(wù)排序及設(shè)備分配。

根據(jù)第1節(jié)構(gòu)建的組批衛(wèi)星流水線測(cè)試模式，研究該模式下組批衛(wèi)星生產(chǎn)調(diào)度模型。衛(wèi)星AIT綜合測(cè)試中常用的術(shù)語與HFSP模型的關(guān)系為：測(cè)試階段對(duì)應(yīng)流水線工廠模型中的工序，測(cè)試島對(duì)應(yīng)流水線工廠模型中的工位。

在HFSP中，衛(wèi)星在某個(gè)測(cè)試階段內(nèi)可由對(duì)應(yīng)測(cè)試島鏈內(nèi)的某一個(gè)測(cè)試島完成，并且至少存在一個(gè)階段由一個(gè)或多個(gè)測(cè)試島實(shí)現(xiàn)該任務(wù)。記Ji為待測(cè)衛(wèi)星序號(hào)(i=1,2,…,n，n為衛(wèi)星總數(shù))，mj為第j個(gè)階段的測(cè)試島總數(shù)，ti,j,k，si,j,k，和ei,j,k分別為衛(wèi)星Ji在第j個(gè)階段第k個(gè)測(cè)試島上的總裝集成測(cè)試時(shí)間、開始時(shí)間和工作完成時(shí)間，最大允許完工時(shí)間Cmax=max{C1,C2,…,Cn}，p為測(cè)試階段總數(shù)。其HFSP模型描述如下。

minCmax=min {max{ei,p}}i=1,2,…,n

(1)

(2)

(3)

k=1,2,...,mj

(4)

ei,j=si,j+1+ti,ji=1,2,...,n；

j=1,2,...,p

(5)

ei,j≤si,ji=1,2,...,n；j=1,2,...,p

(6)

l=1,2,...,n；k=1,2,…,mj;j=1,2,…,p

(7)

j=1,2,…,p；l1=1,2,…,n；l2=1,2,…,n；

l1≤l2；k=1,2,…,mj

(8)

式中：L為測(cè)試島的最大允許測(cè)試周期。

(9)

(10)

式(1)表示以最小化最大綜合測(cè)試時(shí)間為目標(biāo)函數(shù)；式(2)確保任何一個(gè)測(cè)試階段的某個(gè)位置只能安排一顆衛(wèi)星；式(3)確保任何一個(gè)測(cè)試階段中一顆衛(wèi)星僅能被安排在一個(gè)位置上測(cè)試；式(4)表示在某個(gè)階段上一顆衛(wèi)星僅能在一個(gè)測(cè)試島上測(cè)試；式(5)表示某一個(gè)測(cè)試階段上衛(wèi)星的總裝集成測(cè)試完成時(shí)刻等于衛(wèi)星的開始測(cè)試時(shí)刻加上衛(wèi)星的階段測(cè)試時(shí)間；式(6)表示衛(wèi)星需要滿足測(cè)試流程順序約束；式(7)表示衛(wèi)星在任一個(gè)階段的優(yōu)先級(jí)越高則衛(wèi)星開始處理時(shí)間就越早；式(8)表示如果同一階段2顆衛(wèi)星被分配到同一個(gè)測(cè)試島測(cè)試，則優(yōu)先級(jí)低的衛(wèi)星需要等待，直到優(yōu)先級(jí)更高的衛(wèi)星測(cè)試完畢。

2.2 基于多層編碼遺傳算法的HFSP方案

本文采用多層編碼遺傳算法優(yōu)化上述HFSP。傳統(tǒng)遺傳算法中每個(gè)染色體表示問題中的一個(gè)潛在最優(yōu)解。對(duì)于簡(jiǎn)單問題來講，染色體可以表達(dá)問題的潛在解。然而，對(duì)于較為復(fù)雜的優(yōu)化問題，染色體不能充分表達(dá)問題的解。多層編碼遺傳算法把個(gè)體編碼分為多層，每層編碼均表示不同含義，多層編碼共同完整表達(dá)了問題的解，從而一個(gè)染色體可以準(zhǔn)確表達(dá)復(fù)雜問題的解。多層編碼遺傳算法擴(kuò)展了遺傳算法的使用領(lǐng)域，可以方便用于多輸入多輸出類復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化問題解算。總體設(shè)計(jì)流程見圖4。

算法具體計(jì)算步驟為：①參數(shù)初始化，優(yōu)化算法參數(shù)，例如種群個(gè)體數(shù)、最大進(jìn)化代數(shù)等。②種群初始化，根據(jù)作業(yè)測(cè)試島調(diào)度規(guī)則，隨機(jī)初始化種群，每一個(gè)個(gè)體表示問題的一個(gè)可行解。③計(jì)算種群適應(yīng)度及選擇優(yōu)秀個(gè)體，根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算個(gè)體的適應(yīng)度，選擇目標(biāo)函數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)，并采用輪盤賭法選擇優(yōu)秀個(gè)體。④交叉和變異操作，采用整數(shù)交叉和變異方法得到優(yōu)秀個(gè)體。⑤合并種群并保留優(yōu)秀個(gè)體，計(jì)算新個(gè)體的適應(yīng)值，比較新個(gè)體間的距離，若距離小于給定距離時(shí)，重新生成新個(gè)體替換當(dāng)前個(gè)體。⑥若達(dá)到最大進(jìn)化代數(shù)，終止進(jìn)化，否則，進(jìn)化代數(shù)自加1，并返回②重復(fù)上述步驟。⑦最終得到編碼后的測(cè)試島流轉(zhuǎn)順序，例如203，表示2號(hào)衛(wèi)星第3個(gè)階段的測(cè)試工序。

圖4 多層編碼遺傳算法總體設(shè)計(jì)流程Fig.4 Overall flow chart of multi-layer coding genetic algorithm

3 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

3.1 仿真設(shè)計(jì)

以“北斗”組批衛(wèi)星AIT測(cè)試調(diào)度為例進(jìn)行仿真分析。按照種類，“北斗”衛(wèi)星可分為中地球軌道(MEO)、傾斜地球同步軌道(IGSO)和地球靜止軌道(GEO)3類，由于衛(wèi)星設(shè)計(jì)功能差異，3類衛(wèi)星在各測(cè)試階段耗費(fèi)的時(shí)間各不相同，如表2所示。目前，A狀態(tài)和B狀態(tài)測(cè)試島可以復(fù)用，衛(wèi)星和地面設(shè)備無需轉(zhuǎn)運(yùn)，因此可以將2個(gè)測(cè)試島測(cè)試周期合并。假設(shè)有一組衛(wèi)星進(jìn)行排產(chǎn)，MEO/GEO/IGSO數(shù)量分別為4/2/2，衛(wèi)星各階段可選的測(cè)試島分配如表3所示。這里假設(shè)僅考慮出廠前的AIT階段，同一類衛(wèi)星的同一個(gè)階段測(cè)試時(shí)間相同，各測(cè)試島測(cè)試時(shí)間如表4所示。由表4可知，組批衛(wèi)星在出廠前AIT全過程中，主要覆蓋4個(gè)測(cè)試階段，共經(jīng)過5類測(cè)試島，包括A狀態(tài)測(cè)試島、B狀態(tài)測(cè)試島、C及EMC測(cè)試島、力學(xué)測(cè)試島和熱試驗(yàn)測(cè)試島。3類組批衛(wèi)星在各測(cè)試階段的時(shí)間略有差異，但衛(wèi)星經(jīng)過各測(cè)試島的工序是一致的。

表4 “北斗”衛(wèi)星在各測(cè)試階段的測(cè)試時(shí)間Table 4 Testing time of Beidou satellites in different testing stage 天

3.2 仿真結(jié)果及分析

采用多層編碼遺傳算法求解該組衛(wèi)星HFSP，算法基本參數(shù)設(shè)置為：種群數(shù)目為50，最大迭代次數(shù)為100，交叉概率為0.8，變異概率為0.6，得到最優(yōu)個(gè)體對(duì)應(yīng)衛(wèi)星測(cè)試的甘特圖如圖5所示。仿真過程中未設(shè)置衛(wèi)星的測(cè)試次序，圖5中三位數(shù)編碼表示衛(wèi)星的測(cè)試工序，例如測(cè)試島5中有602，表示序號(hào)6衛(wèi)星在第2階段選擇5號(hào)測(cè)試島。同一顆衛(wèi)星在不同階段用同一個(gè)顏色來表示。

圖5 組批“北斗”衛(wèi)星AIT階段調(diào)度Fig.5 Scheduling for Beidou batching satellites in AIT stage

由圖5的仿真結(jié)果可知：在4個(gè)測(cè)試階段中，測(cè)試島數(shù)量分配為4/2/2/2時(shí)，MEO/GEO/IGSO的數(shù)量為4/2/2，排產(chǎn)結(jié)果總共需要239天。如果按照傳統(tǒng)AIT測(cè)試流程實(shí)施，該項(xiàng)任務(wù)在4個(gè)測(cè)試階段共需要時(shí)間約為(87+88)+(13+13)+(16+17)+(21+22)=277天?？梢?，算法智能排產(chǎn)后時(shí)間傳統(tǒng)測(cè)試流程排產(chǎn)時(shí)間縮減了13.7%。另外，從圖5中還可發(fā)現(xiàn)：測(cè)試階段之間的空白區(qū)域能通過調(diào)整入島時(shí)間進(jìn)行壓縮或者放寬處理；同時(shí)也能獲得同一時(shí)段開展的所有衛(wèi)星資源的占用和耗損情況，包括場(chǎng)地、設(shè)備、人員等，對(duì)AIT生產(chǎn)過程有積極的指導(dǎo)意義。

4 結(jié)束語

本文調(diào)研了國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星AIT測(cè)試模式，設(shè)計(jì)面向組批衛(wèi)星的流水線裝配和測(cè)試模型，提出應(yīng)用多功能“測(cè)試島”的模型設(shè)計(jì)，并實(shí)施測(cè)試島內(nèi)的專業(yè)化獨(dú)立管理，明確測(cè)試島的狀態(tài)定義和準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)AIT測(cè)試的信息交互同步、集中高效、統(tǒng)一調(diào)度管理，為引入流水線模式排產(chǎn)調(diào)度合理化分析奠定良好基礎(chǔ)。通過對(duì)測(cè)試島流水線的衛(wèi)星AIT生產(chǎn)調(diào)度問題構(gòu)建HFSP模型，并提出采用基于多層編碼的遺傳算法解決流水線裝配測(cè)試問題，最終實(shí)現(xiàn)在資源約束條件下，通過數(shù)字化模型最優(yōu)分析完成組批衛(wèi)星AIT排產(chǎn)策略。在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，后續(xù)將開展以下幾個(gè)方面的深入研究：在衛(wèi)星AIT階段，生產(chǎn)模式多遵守“先入先出”原則，可將次序約束條件引入到HFSP模型中，更真實(shí)地描述組批衛(wèi)星的生產(chǎn)過程；在AIT的某些階段，存在同進(jìn)同出的并行機(jī)式測(cè)試島，通過引入并行機(jī)數(shù)字化約束，可與組批衛(wèi)星生產(chǎn)相適應(yīng)；進(jìn)一步考慮測(cè)試島內(nèi)復(fù)雜測(cè)試用例的并行及串行的調(diào)度策略。