大型航天器真空热试验过程管理系统设计与实现

吴东亮，韩 放，刘 阳，刘 畅，王 晶



大型航天器真空热试验过程管理系统设计与实现

吴东亮，韩 放，刘 阳，刘 畅，王 晶

（北京卫星环境工程研究所，北京 100094）

针对大型航天器真空热试验过程中由于试验工序复杂、参试单位接口众多、大量过程表单纸质化等原因造成试验管控难度大、试验过程数据可追溯性差的问题，基于面向服务架构（SOA），采用业务流程管理的系统化方法，通过柔性化流程引擎，设计并建立了大型航天器真空热试验过程管理系统。该系统已在我国最大的空间环境模拟器KM8完成部署，并成功应用于某重点型号热试验。运行结果表明，该系统有效提高了试验效率，实现了大型航天器真空热试验的数字化、可视化、精细化动态管控。

大型航天器；面向服务架构；真空热试验；过程管理

0 引言

航天器真空热试验是航天器研制工作中的重要环节[1-3]，具有试验仪器设备多、试验准备烦琐、执行周期长、试验流程复杂、过程表单种类多、试验数据分析处理复杂等特点。我国大型航天器研制的飞速发展对于现有真空热试验的实施效率及过程控制效果提出了新的挑战，突出表现在试验资源管理、软件版本控制、试验技术流程电子化、试验质量问题与设备故障统计分析等方面缺乏有效且便捷的数字化手段支撑。为了提高航天器真空热试验的实施效率，实现热试验过程的自动化管控，需要研发一套专门的热试验过程管理系统[4-5]。

随着面向服务架构（Service-Oriented Architecture, SOA）在当今世界各个科学技术领域的广泛应用，大型系统可以有效地实现各种服务的高度自治[6]。要实现热试验全流程的动态管理与持续优化，在业务流程管理（Business Process Management, BPM）的系统化方法基础上，利用SOA的应用组件松散耦合特性，结合柔性化的流程引擎，可确保热试验各项工作保持信息化后业务的一致性，并增加热试验技术流程动态管控的灵活性与稳定性。

本文针对大型航天器真空热试验的实际需求，基于SOA、采用BPM的系统化方法和柔性化流程引擎，对大型航天器真空热试验过程管理系统进行设计，通过信息化的试验过程管理使试验任务的执行标准化、规范化、自动化，进一步提高大型航天器真空热试验实施过程的管控水平。

先由各评审专家对每份申请书单独审阅，每个申请会分配给至少3位主评审人（Reviewers）进行网评，在会审前3天给出初步分数并准备书面意见供会议讨论时参考。对申请书的评审主要有以下5方面的标准：课题的重要意义、课题的创新性、研究方法与研究目标的符合性、申请人的资格及工作背景、工作条件和学术环境。评审打分采用1～9分制（1分最好，9分最差），获1～3分的都属于优秀， 4～6属于中等，而7分以上则属于较差。

1 试验过程问题分析

目前，大型航天器热试验实施工作量大，在试验准备过程中存在许多不足之处，具体如下：

1）试验资源管理不规范。真空热试验准备阶段的主要工作就是对需要使用的大量电源、数采、工装等各种试验资源进行全面检查评估，但由于现有试验平台资源信息化管理功能的缺失，导致人员大量精力用于资源状态清查，试验准备效率低下，设备状态无法有效评估，易带隐患进入试验。

2）试验过程的规范化和自动化管理程度较低，过程未严格受控。试验需要多个部门和众多人员的参与，试验过程复杂，工序众多，操作程序繁杂。目前，试验的过程控制和跟踪监控都是采用人工管理和手工记录的方式，导致试验未能实现全过程的动态控制，执行过程中存在记录不完整或缺失的可能；同时，试验过程中产生的型号产品工序交接记录表、试验前质量总检表、试验现场技术条件更改单、试验现场技术问题处理单、程序跟踪卡等记录表格和处理单都采用纸质记录，不但给试验人员增添大量的工作，存在人为记录错误的潜在隐患，而且无法实现过程数据的自动收集、处理分析和试验过程管理的改进。

我使劲眨眨眼睛，马兰真的就在眼前，不过她只是静静地站在自家门内，并没向我招手，我也像根棍子似的杵在那里，没有向前挪动半步。

2 试验过程管理系统设计方法[7-8]

首先，SOA作为一个组件模型，将大型航天器热试验的多个系统、多个过程阶段按照内容或标准分成不同的功能单元，在这些功能单元之间提前定义良好的接口和契约，从而将它们联系起来。接口采用中立的方式进行定义，它应该独立于实现整个热试验所有功能单元的硬件平台、操作系统和编程语言，使整个热试验过程管理系统中的不同接口单元可以以一种统一和通用的方式进行交互。图1为面向服务架构的平台模型，多个应用系统建立在面向服务架构的基础平台之上，通过调度服务来实现相应的系统功能。

宏观周期的本质是围绕长期趋势线波动的债务周期，利率则可以加快或推迟宏观周期的运行。油价既是宏观周期的一部分，被动受到宏观周期的影响，同时油价的自身波动又会影响利率和货币政策，进而影响宏观周期。

图1 面向服务架构的平台模型

其次，真空热试验过程管理系统底层的基础平台基于随需应变思想，采用J2EE架构，继承MVC（Model View Controller）式软件设计典范。该范例通过用一种热试验过程业务逻辑、热试验数据、过程界面显示分离的方法组织代码，将热试验过程业务逻辑聚集到1个固件里面，在改进和个性化定制热试验过程系统界面及客户端用户交互的同时，不需要重新编写过程业务逻辑。图2为真空热试验过程管理系统基础平台MVC模式的实现方法。

图2 平台MVC模式的实现

另外，系统基础平台还应用了BPM的系统化方法。BPM是一种以规范化的构造端到端的业务处理实现方法为中心（如图3所示），以持续提高热试验流程实施效果为目的的系统化方法。该方法可以实现柔性化的热试验技术流程建模、处理、监控与分析；提供柔性化流程引擎设计工具（如图4所示），允许用户以图形化方式快速建立所需的所有热试验流程，如试验文档审批流程、试验技术流程等。在热试验技术流程发生变动时，只需要调整技术流程模版就可以很方便地更改系统中流程的走向，满足最新的实施过程变化。

从数学这一学科来看，他本身就具备抽象性强、逻辑能力大、结构严谨等特点，同时随着知识点的不断深入，基础知识的作用与日俱增，对逻辑思维能力要求也越来越高。小学数学教学，是培养小学生逻辑思维能力的基础，是后期数学学习中知识点掌握难易的关键，就目前数学教学现状来看，即使是小学数学，复杂繁琐的知识、难以理解的术语、抽象的图案，让本就思维逻辑能力不够的小学生学起来更加困难，以至随着学习的不断加深，知识点的不断累积，小学生在难以理解致使跟不上进度的情况下，很容易产生厌学情绪，所以，换句话说，复杂繁琐的知识点，是制约小学数学教学中培养学生思维能力的主要障碍。

图3 平台端到端的业务处理实现方法

最后，基于SOA与MVC，采用BPM的系统化方法开发可以为所有的应用系统接口提供统一的技术平台和业务平台的分层架构模型，在统一的信息化架构下实现热试验数据和业务逻辑的自由沟通和共享。图5为真空热试验过程管理系统基础平台的分层架构模型。

图4 柔性化的流程引擎

图5 系统基础平台架构

3 试验过程管理系统总体设计

大型航天器真空热试验过程管理系统旨在实现全试验过程的数字化、可视化、精细化动态管理，重点在于试验实施过程的管控。本文在整理需求与优化流程的基础上，结合系统基础平台设计思想，将系统逻辑层次划分为数据层、业务逻辑层和前端展示层，给出了系统整体基于SOA的设计方案，如图6所示。

2）业务逻辑层：通过BPM流程引擎，实现热试验过程与试验过程数据资源管理的有机结合，将处理后的热试验过程数据发送至前端展示层。

1）数据层：真空热试验实施过程中的各种过程数据，包括各种表单、操作记录等，为整体系统作数据支撑。

3）试验过程的统计分析手段欠缺。试验过程的统计分析主要包括试验任务的计划管理、试验过程中设备故障与质量问题的统计分析、试验结果数据的分析处理等。其中试验过程中设备故障与质量问题的统计分析尤其重要，但目前还没有有效的信息化手段来支撑，仅通过人工整理收集的方式进行简单的汇总，无法快速有效地通过质量问题的分析处理梳理工作短板，进而指导后续试验工作的稳步推进。

3）前端展示层：通过前端试验资源管理、过程管理、维护管理等页面将试验资源、表单、业务流程等信息进行可视化展示。

图6 真空热试验过程管理系统总体设计

3.1 系统运行环境

真空热试验过程管理系统的运行环境为局域网，系统的硬件设备由一系列部署在局域网的服务器和数据存储设备组成。该系统可安装于1台或2台服务器上，通过一级或者二级交换机构建分布式异地多点的局域网架构。图7为真空热试验过程管理系统的网络拓扑图，该网可通过一级交换机与热试验网进行测试数据交互，实现热试验全过程数据的有效连接与综合分析。

图7 真空热试验过程管理系统网络拓扑图

管理系统的软件采用B/S结构，将服务端部署在局域网的服务器上，数据及管理协同信息存储于局域网的数据库中。通过各客户端计算机上配备的刷卡器，操作人员可在总控间、设备间、电源间和试验大厅随时访问运行系统。

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3.2 系统功能模块

系统各个功能模块的基本信息管理字段包括编号、名称、负责人、时间、适用型号规格、所属类型、所属单位、使用状态、检查状态、检查日期、备注等。系统功能总体分为试验资源管理与试验过程管理2大模块，如图8所示。

1）试验资源管理包括试验软件、人员、工装与知识库等的管理，重点为对试验工装的管理，其主要功能为工装基本信息维护、自动复验、三维链接指导吊装工作等。

式中D表示固定资产的折旧，R 代表劳动报酬(包含应付工资与应付福利费)，N 与T分别表示利润、税金与附加。

2）试验过程管理包括试验任务、输入、表单、问题管理及技术流程电子化管理等，重点为试验技术流程的电子化，这也是试验过程管理系统的核心业务。系统技术流程的电子化功能能够充分实现试验过程的精细化管理与控制，确保试验过程的记录完整性与操作可控性；可提供试验任务的图形化试验流程图示页面，图形化显示试验流程的执行情况，通过流程建模功能完成试验流程的编制与流程节点与表单的挂接；提供试验流程的分级管理，试验操作人员可以通过点击处于“执行中”状态的流程节点图标，打开与节点绑定的试验流程表单填写并提交试验流程表单数据等。

三是开展健康河湖评价。对河湖生态系统的现状及存在的问题进行诊断评价、分类，摸排导致河湖健康出现问题的原因，掌握河湖健康变化规律，为制定河湖有效保护和合理开发决策提供技术支撑。

4 系统应用

根据系统总体设计，结合航天器热环境试验中试验技术流程、试验大纲要求及各系统工作程序，在分析—设计—验证迭代优化的基础上进一步开展详细设计，完成了真空热试验过程管理系统的开发及部署运行。

进入试验资源管理导航菜单后，在试验工装管理侧边栏中点击试验基本信息管理，可进入试验基本信息展示界面，如图9所示。

GaAs晶体折射率由传统模型确定.将式(13-14)式代入式(12)中，即可得到不同调制因素变化条件下晶体的最佳取向，即折射率变化最大取向.图2-4分别给出的调频、调幅、调相条件下，GaAs晶体的折射率变化最大取向曲线.

图9 热试验基本信息展示界面

点击导航菜单中试验流程电子化菜单下的流程库按钮可以进入试验电子流程库界面，展示区为所有试验流程信息列表，如图10所示。

图10 热试验过程管理系统流程库界面

点击导航菜单中试验流程电子化菜单进入试验电子流程界面，通过可视化流程，可实现热试验技术流程的电子化管理，如图11所示。

技术流程节点界面详细记录了本试验节点工作内容、参加单位及任务状态等信息，并可通过刷卡机外设进行试验节点任务电子签署，如图12所示。

图11 热试验流程管理界面

图12 热试验过程执行界面

系统投入运行至今，已经在载人航天、空间站、深空探测等多个大型航天器型号热试验中正式应用且效果良好，系统运行稳定，试验实施准备效率大幅提升，大大提高了试验资源使用效率与质量管理信息化水平。

5 结束语

本文基于SOA与BPM设计并实现了真空热试验过程管理系统，通过引入工作流管理技术，有效解决了试验资源管理、软件版本控制、试验技术流程电子化管理、试验质量问题与设备故障统计分析等问题，提高了真空热试验过程管理的标准化与信息化水平，对于推动未来航天器真空热试验发展、提升人员和设备使用效率具有重要意义。此外，结合对真空热试验过程业务流程的不断优化，可以进一步提高航天产品的质量管理水平。

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（编辑：冯露漪）

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

吴东亮（1985—），男，硕士研究生，主要从事航天器热试验测控技术方面的研究。E-mail: wudongliang.xidian@163.com。

2017-06-12；

2017-12-05