綜合測(cè)試數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理的研究與應(yīng)用

徐 雷，吳怡婷，肖海朋

(上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600)

1 引 言

綜合測(cè)試是對(duì)產(chǎn)品的物理參量進(jìn)行測(cè)定，以及在真實(shí)情況下或模擬情況下對(duì)被測(cè)對(duì)象的特性參數(shù)、功能、可靠性、維修性、適應(yīng)性進(jìn)行測(cè)定[1]，包括機(jī)械性能、電氣性能以及總體性能和精度的測(cè)試。航天產(chǎn)品綜合測(cè)試數(shù)據(jù)直接反映產(chǎn)品技術(shù)性能和質(zhì)量可靠性，同時(shí)也是產(chǎn)品開(kāi)展故障分析、診斷的重要依據(jù)。多年來(lái)，航天企業(yè)在測(cè)試數(shù)據(jù)管理上仍然沿用傳統(tǒng)的單機(jī)模式，信息化技術(shù)手段尚未廣泛、深入地運(yùn)用于車間生產(chǎn)環(huán)節(jié)，存在一定的信息化孤島，測(cè)試信息資源沒(méi)有做到有效共享，測(cè)試數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸以及與產(chǎn)品裝配的有效性關(guān)聯(lián)有待提高。

近年來(lái)，多型號(hào)并舉、多階段任務(wù)并行的復(fù)雜局面使得傳統(tǒng)的管理模式在一定程度上不能滿足型號(hào)產(chǎn)品生產(chǎn)及轉(zhuǎn)換快速響應(yīng)的要求。為此，航天企業(yè)結(jié)合MES(Manufacturing Execution System)的建設(shè)，開(kāi)展基于MES的綜合測(cè)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)研究工作，對(duì)產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程中的作業(yè)計(jì)劃管理、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理分析、數(shù)據(jù)信息跟蹤與追溯進(jìn)行有效集成，保證數(shù)據(jù)流在總裝測(cè)試過(guò)程中暢通傳遞。通過(guò)測(cè)試設(shè)備與MES的信息集成彌合產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程與生產(chǎn)管理系統(tǒng)之間的斷層，使生產(chǎn)任務(wù)指令能夠下達(dá)到測(cè)試設(shè)備，同時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)也能有效反饋到MES中，傳達(dá)給相關(guān)人員，便于測(cè)試問(wèn)題遠(yuǎn)程指導(dǎo)、快速處理。

2 系統(tǒng)方案

航天產(chǎn)品綜合測(cè)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)從功能上可以分為3層：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、信息交互控制層、信息管理層，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層包含多種型號(hào)的綜合測(cè)試設(shè)備，主要完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試激勵(lì)的控制，測(cè)試狀態(tài)的切換，運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的控制，測(cè)試信號(hào)的采集、調(diào)理、分析與處理，實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程指令文件和數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)、查詢等功能。

信息交互控制層主要是交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層與信息管理層上下兩層之間生產(chǎn)任務(wù)和測(cè)試數(shù)據(jù)等信息傳遞和交換。

信息管理層包括測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)、B/S客戶端、MES服務(wù)器等，主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的管理以及測(cè)試數(shù)據(jù)的集中管理、查詢和分析等功能。

航天產(chǎn)品綜合測(cè)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的工作流程如下：

(1)測(cè)試人員登錄MES，通過(guò)總裝生產(chǎn)過(guò)程管理界面，選擇下發(fā)的產(chǎn)品測(cè)試工序任務(wù)，點(diǎn)擊“調(diào)用測(cè)試設(shè)備”，MES將測(cè)試產(chǎn)品的型號(hào)、產(chǎn)品編號(hào)、工作令、工序號(hào)發(fā)送到測(cè)試設(shè)備中。

(2)測(cè)試設(shè)備接收到MES發(fā)送過(guò)來(lái)的工序測(cè)試任務(wù)后，開(kāi)始測(cè)試過(guò)程，同時(shí)實(shí)時(shí)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。完成測(cè)試后，調(diào)用MES測(cè)試數(shù)據(jù)接收接口，將測(cè)試數(shù)據(jù)傳遞到MES中，并與對(duì)應(yīng)產(chǎn)品編號(hào)的測(cè)試任務(wù)相關(guān)聯(lián)。

(3)質(zhì)量、工藝等相關(guān)人員通過(guò)B/S客戶端，通過(guò)系統(tǒng)瀏覽測(cè)試記錄、測(cè)試數(shù)據(jù)，按需開(kāi)展數(shù)據(jù)分析工作。

3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

航天產(chǎn)品綜合測(cè)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)采用基于RESTful Web服務(wù)的信息集成架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)綜合測(cè)試設(shè)備與MES的互聯(lián)互通?；赗ESTful架構(gòu)的WEB服務(wù)是通過(guò)HTTP直接傳輸數(shù)據(jù)的輕量級(jí)應(yīng)用，這種服務(wù)的簡(jiǎn)便性讓用戶能夠直接與之交互，每一個(gè)業(yè)務(wù)邏輯組件都定義成一個(gè)唯一地址的資源，所有資源共享統(tǒng)一的接口，使用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP方法(GET、PUT等)調(diào)用。JSON作為一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交互格式[2]，任何數(shù)據(jù)類型都可以通過(guò)JSON來(lái)表示。因此，將測(cè)試數(shù)據(jù)Bean轉(zhuǎn)化成JSON格式進(jìn)行傳輸，可極大提升傳輸效率，消除不同開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換問(wèn)題。

其具體流程為：綜合測(cè)試設(shè)備端作為客戶端提供測(cè)試數(shù)據(jù)集合APP，MES作為服務(wù)端提供REST服務(wù)以及測(cè)試數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)邏輯組件方法。測(cè)試開(kāi)始前，調(diào)用MES接口獲取測(cè)試任務(wù)來(lái)源，測(cè)試結(jié)束后，測(cè)試設(shè)備調(diào)用REST接口提交測(cè)試數(shù)據(jù)集，MES端接收并處理存儲(chǔ)。接口程序支持Java等語(yǔ)言及開(kāi)發(fā)工具，通過(guò)輕量級(jí)的RESTful WEB接口服務(wù)實(shí)現(xiàn)兩系統(tǒng)的信息集成。一方面，MES下達(dá)產(chǎn)品生產(chǎn)測(cè)試任務(wù)到測(cè)試設(shè)備，實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)與任務(wù)緊密關(guān)聯(lián)，保證了測(cè)試數(shù)據(jù)的任務(wù)源頭準(zhǔn)確性；另一方面，綜合測(cè)試設(shè)備的測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)測(cè)試設(shè)備生成后形成規(guī)范約定的JSON格式，調(diào)用MES接口服務(wù)寫入。兩系統(tǒng)間信息交互的接口是RESTful架構(gòu)風(fēng)格的接口服務(wù)，原理流程圖如圖2所示。

圖2 RESTful架構(gòu)示意圖

4 系統(tǒng)模塊功能設(shè)計(jì)

4.1 測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化模塊

測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，滿足MES對(duì)于數(shù)據(jù)提取類型和格式的要求，使得測(cè)試數(shù)據(jù)能夠通過(guò)MES傳遞到數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的比對(duì)、統(tǒng)計(jì)和分析，在線監(jiān)控綜合測(cè)試過(guò)程的產(chǎn)品質(zhì)量。通用可結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)報(bào)表格式采用Excel文件格式，結(jié)果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于工作表中，結(jié)果數(shù)據(jù)包括7列內(nèi)容：序號(hào)(A1)、測(cè)試項(xiàng)目(B1)、測(cè)試參數(shù)(C1)、參考值(D1)、實(shí)測(cè)值(E1)、單位(F1)、結(jié)論(G1)，每一行均為一項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容，具體格式見(jiàn)表1。

表1 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)報(bào)表格式

各型號(hào)測(cè)試設(shè)備產(chǎn)生的過(guò)程數(shù)據(jù)及報(bào)表數(shù)據(jù)格式不盡相同，測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化時(shí)需要對(duì)常見(jiàn)的Txt、Word、Excel等數(shù)據(jù)源格式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并制定相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)換模板，滿足后續(xù)結(jié)構(gòu)化的需要。

4.2 任務(wù)派工模塊

任務(wù)派工模塊主要是將測(cè)試任務(wù)通過(guò)MES下發(fā)到指定的測(cè)試人員和測(cè)試設(shè)備。該模塊具體又包含車間生產(chǎn)、工序計(jì)劃管理和工序派工管理3個(gè)子模塊。

(1)車間生產(chǎn)：根據(jù)產(chǎn)品圖號(hào)、項(xiàng)目計(jì)劃號(hào)等查詢ERP計(jì)劃，顯示該計(jì)劃的信息，如工作令、產(chǎn)品圖號(hào)、計(jì)劃狀態(tài)、計(jì)劃類型、生產(chǎn)狀態(tài)等。

(2)工序計(jì)劃管理：根據(jù)ERP的生產(chǎn)計(jì)劃生成完成某產(chǎn)品的全部工序序列，指定投產(chǎn)數(shù)量、班組長(zhǎng)、是否檢驗(yàn)點(diǎn)，完成一次派工。

(3)工序派工管理：班組長(zhǎng)根據(jù)一次派工下達(dá)的任務(wù)指派加工人和加工設(shè)備、投產(chǎn)數(shù)量。下達(dá)派工后完成二次派工。

4.3 測(cè)試信息采集模塊

測(cè)試信息采集模塊主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)、產(chǎn)品配套等信息的采集，并傳遞給測(cè)試軟件，實(shí)現(xiàn)任務(wù)信息與測(cè)試報(bào)表關(guān)聯(lián)。其具體流程為：測(cè)試人員在測(cè)試設(shè)備端刷卡登錄MES個(gè)人賬戶，接收測(cè)試任務(wù)派工，設(shè)置必要的配合測(cè)試人員，啟動(dòng)測(cè)試任務(wù)。MES自動(dòng)打開(kāi)相應(yīng)型號(hào)的測(cè)試軟件，自動(dòng)把測(cè)試派工中的產(chǎn)品編號(hào)、工序流程、測(cè)試人員等信息關(guān)聯(lián)到測(cè)試記錄中，加強(qiáng)測(cè)試信息的全壽命周期管理。

測(cè)試信息的采集借助二維條碼技術(shù)，快速實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確全面地獲取操作人員的身份信息、物料信息、產(chǎn)品信息和工裝工具信息等數(shù)據(jù)的輸入。以二維碼掃描替代手工鍵盤錄入，提高了信息采集的可靠性和便捷性，解決車間信息采集與作業(yè)流程系統(tǒng)間的信息斷層問(wèn)題。

4.4 測(cè)試數(shù)據(jù)上傳模塊

產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存在本地的測(cè)試設(shè)備中。當(dāng)產(chǎn)品測(cè)試完成時(shí)或者測(cè)試過(guò)程中遇到故障，需要中斷測(cè)試進(jìn)行故障診斷處理時(shí)，可以將測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到MES數(shù)據(jù)庫(kù)中。

數(shù)據(jù)上傳模塊能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)化的測(cè)試數(shù)據(jù)上傳至MES數(shù)據(jù)庫(kù)，與生產(chǎn)任務(wù)自動(dòng)關(guān)聯(lián)。同時(shí)，也能將測(cè)試過(guò)程的原始數(shù)據(jù)和曲線壓縮上傳，供測(cè)試技術(shù)人員遠(yuǎn)程下載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析排故。

4.5 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)測(cè)試信息和測(cè)試參數(shù)的集中管理。按照測(cè)試報(bào)告結(jié)構(gòu)，測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)由兩張表組成，分別是測(cè)試信息主表、測(cè)試參數(shù)子表。測(cè)試信息主表設(shè)置了產(chǎn)品號(hào)、批次號(hào)、測(cè)試人員、測(cè)試代號(hào)等字段，結(jié)構(gòu)如表2所示。測(cè)試參數(shù)子表設(shè)置了測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試參數(shù)、指標(biāo)要求、測(cè)試值等字段，結(jié)構(gòu)如表3所示。

表2 主表結(jié)構(gòu)

表3 子表結(jié)構(gòu)

4.6 測(cè)試數(shù)據(jù)管理模塊

測(cè)試數(shù)據(jù)管理模塊包含數(shù)據(jù)查詢子模塊、分析判讀管理子模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)子模塊、數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)分析子模塊等。

數(shù)據(jù)查詢子模塊可以按型號(hào)、批次、產(chǎn)品號(hào)、時(shí)間、工序號(hào)、測(cè)試結(jié)果等項(xiàng)目，以輸入關(guān)鍵字的方式進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)信息的查詢和顯示。

分析判讀管理子模塊為不同型號(hào)的測(cè)試數(shù)據(jù)建立不同的分析判斷模板，并提供給數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)子模塊快速調(diào)用。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)子模塊實(shí)現(xiàn)批次數(shù)據(jù)的均值、方差、最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)差、包絡(luò)范圍統(tǒng)計(jì)值、正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)等功能。

數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)分析子模塊運(yùn)用時(shí)間序列預(yù)測(cè)、灰色時(shí)間序列預(yù)測(cè)等算法，結(jié)合歷史測(cè)試參數(shù)，對(duì)未來(lái)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

5 系統(tǒng)運(yùn)用

航天產(chǎn)品綜合測(cè)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實(shí)施運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試數(shù)據(jù)的有效集成利用和可視化分析使用。具體體現(xiàn)在生產(chǎn)作業(yè)管理和產(chǎn)品質(zhì)量管理兩個(gè)方面。

5.1 生產(chǎn)作業(yè)管理

生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃和調(diào)度人員通過(guò)綜合測(cè)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)能夠及時(shí)掌握型號(hào)的生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)度，合理安排生產(chǎn)資源。當(dāng)測(cè)試過(guò)程出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時(shí)，也能及時(shí)調(diào)整作業(yè)計(jì)劃，安排相關(guān)故障排除工作，有效提高作業(yè)效率。作業(yè)任務(wù)管理界面如圖3所示，作業(yè)人員可以在作業(yè)管理模塊實(shí)現(xiàn)作業(yè)計(jì)劃的啟動(dòng)、結(jié)束和查詢、工時(shí)的結(jié)算等。

圖3 作業(yè)任務(wù)管理界面

5.2 產(chǎn)品質(zhì)量管理

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果的判讀，可以避免人為判斷失誤，保證測(cè)試數(shù)據(jù)的完整性、正確性和合法性。

通過(guò)對(duì)同一產(chǎn)品振前、振后多次綜合測(cè)試參數(shù)的比對(duì)分析，建立監(jiān)測(cè)范圍，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題造成的性能波動(dòng)。

通過(guò)對(duì)批次產(chǎn)品參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，檢驗(yàn)產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性和質(zhì)量的一致性、可靠性。如圖4所示，兩種配套的模式下，同一參數(shù)的多次測(cè)試數(shù)據(jù)散點(diǎn)分布差異較為明顯。

圖4 參數(shù)散點(diǎn)分布

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)綜合測(cè)試設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)改造，結(jié)合MES構(gòu)建了航天產(chǎn)品測(cè)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試數(shù)據(jù)由單機(jī)存儲(chǔ)使用向在線傳輸、存儲(chǔ)、分析的轉(zhuǎn)變。將測(cè)試數(shù)據(jù)與產(chǎn)品生產(chǎn)信息有效集成，提高了航天企業(yè)多型號(hào)并舉、多階段任務(wù)并行生產(chǎn)管控的水平。同時(shí)，通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線統(tǒng)計(jì)分析

與預(yù)測(cè)，型號(hào)質(zhì)量技術(shù)和管理人員也能更加及時(shí)、全面地了解被測(cè)產(chǎn)品的性能，及時(shí)追溯可能出現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。