面向綜合試驗(yàn)全過程的數(shù)字化信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

方煥輝、李翔宇、王焱寧、張志瑤、陳緹縈 ／北京航天自動(dòng)控制研究所

近年來，北京航天自動(dòng)控制研究所傳統(tǒng)的粗放型試驗(yàn)過程管理數(shù)字化程度較低，數(shù)據(jù)依靠人工采集，業(yè)務(wù)流程停留于紙面，嚴(yán)重制約了其產(chǎn)品交付效能，亟需建設(shè)數(shù)字化信息管理系統(tǒng)，輔助人員進(jìn)行資源調(diào)配決策和數(shù)據(jù)分析，提升數(shù)據(jù)應(yīng)用的技術(shù)能力和數(shù)據(jù)資產(chǎn)的管理能力，打通航天產(chǎn)品末端數(shù)據(jù)采集鏈路，提升核心產(chǎn)品制造過程管控能力，滿足航天產(chǎn)品科研生產(chǎn)“高質(zhì)量、高效率、高效益”發(fā)展的基本需求，提升控制系統(tǒng)批生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量。

一、實(shí)施方案

該項(xiàng)目旨在通過建立柔性工作模式，對(duì)綜合試驗(yàn)過程中的任務(wù)、過程、產(chǎn)品、數(shù)據(jù)等方面進(jìn)行全方位管理，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)綜合試驗(yàn)管控。具體達(dá)成以下目標(biāo)：

一是基于項(xiàng)目任務(wù)，構(gòu)建項(xiàng)目試驗(yàn)全要素?cái)?shù)據(jù)鏈：以試驗(yàn)任務(wù)為核心主線，打通試驗(yàn)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)鏈，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品接收、檢驗(yàn)、作業(yè)文件、過程質(zhì)量監(jiān)控、設(shè)備測試、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品交付等信息的集成化管理，支撐大規(guī)模批產(chǎn)測試能力建設(shè)。

二是完善末端數(shù)據(jù)采集：以試驗(yàn)流程為牽引，形成“一流程、一表單”精細(xì)化管理，以“一體化”數(shù)字規(guī)程支撐全要素流程管理方法（EBPM）的末端數(shù)據(jù)采集和業(yè)務(wù)執(zhí)行。

三是拓展試驗(yàn)管理區(qū)域：構(gòu)建“雙網(wǎng)三地”同構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸模型，以辦公網(wǎng)為樞紐（數(shù)據(jù)湖），連接三個(gè)試驗(yàn)區(qū)（數(shù)據(jù)池），跨區(qū)域?qū)崿F(xiàn)三地同步管理，建立“辦公網(wǎng)+試驗(yàn)網(wǎng)+移動(dòng)終端”雙網(wǎng)融合的有效管理模式。

四是建設(shè)試驗(yàn)量化模型：建立基于新時(shí)代裝備建設(shè)質(zhì)量管理體系能力成熟度評(píng)價(jià)（NQMS）的試驗(yàn)量化模型，從數(shù)據(jù)利用的角度對(duì)業(yè)務(wù)指標(biāo)進(jìn)行分析，對(duì)影響綜合試驗(yàn)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，識(shí)別出過程中可采集的數(shù)據(jù)，完成測試過程關(guān)鍵指標(biāo)的分解，為數(shù)據(jù)采集工作提供主數(shù)據(jù)清單。

五是構(gòu)建“一樓、一層、一項(xiàng)目”管理駕駛艙，對(duì)信息進(jìn)行多維度、多層級(jí)的可視化展示，支撐經(jīng)營決策和資源柔性調(diào)配。

1.系統(tǒng)架構(gòu)

（1）功能架構(gòu)

北京航天自動(dòng)控制研究所基于開放組體系結(jié)構(gòu)框架（TOGAF）的業(yè)務(wù)架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)四個(gè)核心層次，構(gòu)建面向綜合試驗(yàn)全過程的數(shù)字化信息管理系統(tǒng)架構(gòu)，具體由展示層、功能層、平臺(tái)層、支撐層四個(gè)層級(jí)構(gòu)成。其中，展示層為直接面向用戶的展示界面，可以將匯總、處理后的信息按照使用場景的不同，在試驗(yàn)網(wǎng)和辦公網(wǎng)中分別向用戶進(jìn)行展示。功能層主要分為試驗(yàn)規(guī)劃、作業(yè)文件管理、過程管理、設(shè)備設(shè)施管理、產(chǎn)品管理、數(shù)據(jù)管理、試驗(yàn)量化管理等七個(gè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)綜合試驗(yàn)全流程的末端數(shù)據(jù)采集和分析展示。功能層所組成的系統(tǒng)可以與所內(nèi)的產(chǎn)品管理系統(tǒng)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理與分析平臺(tái)等信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，形成完整的綜合試驗(yàn)過程鏈路，打破信息孤島。平臺(tái)層由基礎(chǔ)建模和業(yè)務(wù)中臺(tái)組成，為各模塊提供統(tǒng)一的模型管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)設(shè)置等。支撐層由基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、信息設(shè)備、保障設(shè)施等組成，主要用于支撐軟件系統(tǒng)和日常業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用基于單向光閘傳輸?shù)摹半p網(wǎng)三地”架構(gòu)，通過單向光閘以及相關(guān)軟件控制手段實(shí)現(xiàn)各地試驗(yàn)網(wǎng)與辦公網(wǎng)之間的安全隔離并能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)辦公網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換。同時(shí)內(nèi)網(wǎng)和試驗(yàn)網(wǎng)的服務(wù)器可隨時(shí)進(jìn)行主、從切換。在所外試驗(yàn)廠區(qū)試驗(yàn)網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)與核心辦公地區(qū)聯(lián)通后，核心辦公地區(qū)為綜合試驗(yàn)工作的管理中心，各所外試驗(yàn)廠區(qū)為分中心，通過綜合試驗(yàn)信息管理系統(tǒng)受核心辦公地區(qū)的監(jiān)控和指揮，跨區(qū)域?qū)崿F(xiàn)三地同步管理。以辦公網(wǎng)為樞紐（數(shù)據(jù)湖），連接三地（數(shù)據(jù)池），實(shí)現(xiàn)“辦公網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)網(wǎng)+移動(dòng)終端”的跨網(wǎng)段的數(shù)據(jù)同步管理。

2.系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

（1）基于項(xiàng)目試驗(yàn)全要素?cái)?shù)據(jù)鏈的試驗(yàn)規(guī)劃模塊

針對(duì)綜合試驗(yàn)過程信息化程度低，管理過于粗放，計(jì)劃完成進(jìn)度難以準(zhǔn)確、及時(shí)反饋的問題，結(jié)合精益管理的思想，以試驗(yàn)任務(wù)為核心主線，完善任務(wù)信息的采集，建設(shè)試驗(yàn)規(guī)劃模塊對(duì)綜合試驗(yàn)任務(wù)、場地、人員進(jìn)行管理，并與試驗(yàn)過程各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，形成全過程全要素?cái)?shù)據(jù)鏈。

（2）基于末端數(shù)據(jù)采集和結(jié)構(gòu)化編寫的作業(yè)文件管理及過程管理模塊

作業(yè)文件管理模塊通過作業(yè)文件編制、作業(yè)文件查詢、“三單”文件管理、模板庫等菜單。建立結(jié)構(gòu)化工藝文件設(shè)計(jì)模板，實(shí)現(xiàn)協(xié)同式作業(yè)文件的編制、歸檔流程管理，工藝制訂與修改管理、版本完善與更新管理等，歸檔后的文件下發(fā)至過程管理模塊，供測試人員在線查看工藝文件以指導(dǎo)過程操作。該模塊可在任務(wù)下發(fā)到移動(dòng)終端后，在移動(dòng)終端上實(shí)現(xiàn)“一體化”數(shù)字規(guī)程的在線填寫工作。測試任務(wù)開始后，以試驗(yàn)流程為引導(dǎo)圖，從步驟進(jìn)入“一體化”數(shù)字規(guī)程填寫界面，對(duì)試驗(yàn)全流程的所有操作進(jìn)行數(shù)字化記錄，對(duì)試驗(yàn)任務(wù)的末端數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。填寫完成后可一鍵生成匯總版質(zhì)量跟蹤卡、產(chǎn)品質(zhì)量履歷書等文件。

（3）基于射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）的產(chǎn)品和設(shè)備管理

針對(duì)產(chǎn)品和設(shè)備的流轉(zhuǎn)不規(guī)范、難以追溯流轉(zhuǎn)路徑的問題，采用基于RFID 技術(shù)的物品定位方法，在系統(tǒng)中對(duì)產(chǎn)品和設(shè)備的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤。系統(tǒng)中的庫存管理模塊主要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的出入庫、所內(nèi)人員領(lǐng)用信息的采集，產(chǎn)品臺(tái)賬的建立與共享、產(chǎn)品位置與流轉(zhuǎn)路徑的查詢等功能。實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品流轉(zhuǎn)、庫存信息的電子化管理，實(shí)現(xiàn)高效信息資源共享。

設(shè)備計(jì)量管理系統(tǒng)中記錄所有在冊(cè)設(shè)備的有效期，實(shí)時(shí)核驗(yàn)并向用戶反饋在設(shè)備臨近有效期截止日時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)提醒項(xiàng)目試驗(yàn)人員。過程記錄中填寫的專用測試設(shè)備的有效期均為從系統(tǒng)中自動(dòng)提取。

（4）基于共享的試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理

針對(duì)綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和歸檔困難，試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)難以查找、追溯的問題，建立數(shù)據(jù)管理模塊，完成對(duì)綜合試驗(yàn)產(chǎn)生的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)、過程記錄數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)管理和分析，提供一個(gè)數(shù)據(jù)共享的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合試驗(yàn)全流程、全數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性管理。

（5） 基于NQMS 體系的試驗(yàn)量化管理

綜合試驗(yàn)過程指標(biāo)量化分析：從數(shù)據(jù)利用的角度對(duì)業(yè)務(wù)指標(biāo)進(jìn)行分析，對(duì)影響綜合試驗(yàn)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，從工藝可靠性、工藝易用性、試驗(yàn)過程工藝性、試驗(yàn)過程質(zhì)量穩(wěn)定性、試驗(yàn)過程健壯性、試驗(yàn)過程管理可靠性6 個(gè)維度進(jìn)行梳理，識(shí)別出過程中可采集的數(shù)據(jù)，建立輸入文件的完成度、工藝文件的規(guī)范度、試驗(yàn)工序自動(dòng)化率、現(xiàn)場作業(yè)文件穩(wěn)定程度等指標(biāo)構(gòu)成的試驗(yàn)評(píng)價(jià)體系，為數(shù)據(jù)采集工作提供主數(shù)據(jù)清單。

組織過程和產(chǎn)品結(jié)果基線：使用量化管理技術(shù)建立并維護(hù)過程績效基線，通過對(duì)綜合試驗(yàn)過程進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，使用控制用控制圖完成對(duì)綜合試驗(yàn)過程質(zhì)量的量化評(píng)估，通過產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析，對(duì)相關(guān)供方提供的單機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)評(píng)估，依托基于海量產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析模型，預(yù)測過程績效或過程目標(biāo)是否實(shí)現(xiàn)，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目進(jìn)行緊前優(yōu)化。

（6）基于試驗(yàn)過程運(yùn)營管理數(shù)據(jù)的管理駕駛艙

建立針對(duì)各級(jí)管理者不同需求的管理駕駛艙，隨時(shí)以圖表的方式直觀地顯示綜合試驗(yàn)業(yè)務(wù)相關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)，為任務(wù)規(guī)劃排配、試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性評(píng)估等提供決策依據(jù)。第一時(shí)間向項(xiàng)目相關(guān)管理人員匯報(bào)進(jìn)度信息，并支持“鉆取式查詢”，實(shí)現(xiàn)對(duì)指標(biāo)的逐層細(xì)化、深化分析，支撐各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)決策調(diào)度。

二、實(shí)踐效果

通過本項(xiàng)目的建設(shè)，北京航天自動(dòng)控制研究所實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)產(chǎn)品批產(chǎn)過程“數(shù)字管理、統(tǒng)籌調(diào)度、精細(xì)控制、全過程管控”。

一是構(gòu)建項(xiàng)目試驗(yàn)全要素?cái)?shù)據(jù)鏈，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)任務(wù)管控。綜合試驗(yàn)信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)綜合試驗(yàn)全過程的數(shù)字化管理，以及全過程數(shù)據(jù)的采集和管理，實(shí)現(xiàn)了信息的集中數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)襟w系化管理，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)室的綜合試驗(yàn)業(yè)務(wù)管控，支撐所數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

二是將EBPM 精細(xì)化流程落地，完善末端數(shù)據(jù)采集模式。通過“一體化”數(shù)字規(guī)程將試驗(yàn)流程工序與記錄表單一一對(duì)應(yīng)，形成“一流程、一表單”精細(xì)化管理，在規(guī)范業(yè)務(wù)流程的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了EBPM 精細(xì)化流程與業(yè)務(wù)執(zhí)行的聯(lián)動(dòng)，使末端數(shù)據(jù)可以與上層系統(tǒng)直接打通，為后續(xù)的數(shù)據(jù)利用奠定基礎(chǔ)。

三是探索了“辦公網(wǎng)+試驗(yàn)網(wǎng)+移動(dòng)終端”跨網(wǎng)、跨域系統(tǒng)架構(gòu)。以辦公網(wǎng)為樞紐（數(shù)據(jù)湖），實(shí)現(xiàn)三地（數(shù)據(jù)池）跨區(qū)域同步管理，有效解決了多地協(xié)同管控的難題。

四是有效支撐了NQMS“三級(jí)+”和試驗(yàn)量化的建設(shè)以及評(píng)審。通過系統(tǒng)采集試驗(yàn)過程中的任務(wù)、人員、場地、產(chǎn)品、設(shè)備、過程、質(zhì)量、作業(yè)文件等要素?cái)?shù)據(jù)，將原本對(duì)試驗(yàn)過程的定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)榭闪炕慕y(tǒng)計(jì)分析，支撐了研究所NQMS體系建設(shè)。

五是多維度管理駕駛艙輔助決策。通過多維度的管理駕駛艙，適應(yīng)了不同崗位、不同類別人員的使用需求，改變了管理人員獲取信息的方式，將文字信息以更加直觀的圖表進(jìn)行展示，信息獲取更加全面、高效和精準(zhǔn)。

六是提升試驗(yàn)質(zhì)量和效率。通過使用本系統(tǒng)，試驗(yàn)一次合格率提升2.3%，產(chǎn)品和設(shè)備查找時(shí)間縮短了95%，試驗(yàn)報(bào)告編制和各種信息統(tǒng)計(jì)報(bào)送時(shí)間減少了92%；同時(shí)大幅緩解研究所試驗(yàn)場地壓力，減少場地成本。

三、結(jié)束語

本系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)綜合試驗(yàn)的全過程數(shù)字化管理，后續(xù)可在本項(xiàng)目的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能拓展與深化，將其由管理平臺(tái)轉(zhuǎn)型為數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。搭建試驗(yàn)任務(wù)數(shù)據(jù)分析管理模型，建立運(yùn)營管理相關(guān)的數(shù)據(jù)分析模型，利用系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步為管理人員的經(jīng)營決策提供依據(jù)，提升面向批產(chǎn)、預(yù)研、研制等各類項(xiàng)目的柔性試驗(yàn)?zāi)芰?。?/p>