航天机电产品装配调试测试过程数据一体化管控平台探索

◎西安航天精密机电研究所 张晨 刘金

西安航天精密机电研究所开展了航天机电产品装配调试测试过程数据一体化管控平台的探索研究，旨在改变原有的产品生产测试模式和管理理念，实现工业化和信息化的融合，促进机电所向精益生产、数字化制造方向转型。本文围绕该平台建设，梳理了建设需求，介绍了建设思路，研究了建设内容并提出了建设愿景。

随着计算机信息系统的发展及IT 技术在制造技术上的应用，越来越多的制造企业加快了企业信息化的步伐，数字化技术和制造技术融合成为制造业发展的必然趋势，我国的制造业开始面临更多的机遇与挑战。航天制造作为中国制造业的领先代表，成为“中国制造2025”十大重点发展领域之一，是航天科技工业体系的坚强基石和核心能力，支撑着航天产品的研发、生产、试验、管理、服务等各个环节，正向低成本、快速反应制造的方向发展。

西安航天精密机电研究所（以下简称“机电所”）是航天科技工业体系重要的科研生产实体，“十三五”期间，机电所信息化工作在科研生产管理、信息化基础条件等方面都取得了较大的进步，信息系统基于前期的流程设计量身定制，功能针对性强，基本实现了信息系统在生产测试业务环节的覆盖。但是，面对日渐增长的批生产任务需求，工程信息化业务结合程度不够、制造环节自动化程度低、电子数据缺乏全面监控、数据分散等问题暴露出来，无法应对快速交付要求的市场变化和挑战，迫切需要在制造模式层面开展创新性研究与实践。

因此，机电所顺应“中国制造2025”制造业创新建设工程及航天企业数字化的发展趋势，开展航天机电产品装配调试测试过程数据一体化管控平台的探索研究，改变原有的产品生产测试模式和管理理念，实现工业化和信息化的融合，促进机电所向精益生产、数字化制造方向转型。

一、建设需求分析

机电所承担着多种类型机电产品的批生产任务，产品呈现多品种、小批量的特点，生产模式为单工位独立生产，是典型的离散型模式。产品装配、调试、测试工序关联度高且流转频繁，专用测试设备、测试工装种类繁多，但目前测试设备与测试软件自动化程度低，产品通电、测试过程中的位置翻转需要人为干预，装配、调试、测试结果需要人工判读、记录，产品数据包主要通过打印纸质文档的形式归档保存，数据的录入工作量大，难以保证准确性与可追溯性；生产现场也缺少平台化工作环境将生产执行系统、测试数据管理系统等进行集成，难以对装配、调试、测试工作全流程管控，无法保证产品生产测试环节质量的一致性，存在由于数据不一致导致低层次质量问题发生的风险。

因此，有必要建设装配调试测试过程数据一体化管控平台，从装配调试测试数据规范化管理、数据包络分析与产品健康模型应用、装配调试测试质量数据包管理等方面开展建设。

二、平台建设思路

机电所装配调试测试过程数据一体化管控平台，以实际业务需求推动现有信息系统的升级改造，整体建设路径如下图1 所示。

一体化管控平台以数字化测试标准建设体系与所内信息化整体建设框架为基础，在智能化测试管理系统（TDM）之上开展研发数据体系、生产数据体系建设，开展地面自动化测试软件改造、多功能硬件试验设备改造等，实现具备智能测试资源分配、全流程装配调试测试电子数据包构建、产品大数据管控、产品健康管理模型应用等功能的高效、精确、自动化、无纸化的智能生产测试模式。

在实现路径上，装配调试测试一体化首先需要对各种类型产品生产测试流程进行优化、梳理装配调试测试共性环节，然后通过信息化生产系统（生产执行系统MES、智能化测试管理系统TDM）对装配调试测试过程、资源、数据进行管理，通过对自动化测试设备改造（包含地面测试软件、测试硬件环境）完成产品数据的自动化采集与处理。建设的产品智能生产测试流程如图2 所示。

MES 系统作为管理端，下发产品装配调试测试任务，同时在前端监控测试进度。TDM 作为执行端，进行设备管理、数据采集、数据管理、资源管理、产品健康管理等，实现产品装配、调试、测试各环节的整合、协同、监控、分析及优化管理。通过TDM 系统构建各种类型产品测试结构树，对测试批次任务进行产品级分解，配置测试资源，监控测试过程，由自动化测试设备完成产品智能测试。测试工序完成后，通过地面测试软件与TDM 系统的集成，对测试数据进行智能化收集，输出电子化质量记录，形成产品装配调试测试电子数据包，并在所有装配、调试、测试工序完成后通过MES 系统完成产品的入库。最后，还可通过TDM 系统实现产品健康管理，对产品数据进行深入挖掘与数据分析，确定产品健康状况，指导后续生产。

图1 平台整体建设路径

图2 产品智能生产测试流程

三、主要建设内容

针对产品的装配调试测试复合生产过程，通过信息系统与测试设备、测试软件的升级改造与集成管理，对生产测试环节的测试数据管理规范化建设、数据包络分析与产品健康模型应用、装配调试测试质量数据包管理等内容，实现过程数据管理和产品数据包信息化建设的目标，有效提高生产测试过程中质量信息的收集与处理的规范性，满足机电所质量管控信息化要求。

（一）装配调试测试数据管理规范化建设

生产测试环节的数据管理，需要对生产测试过程和数据结果实施量化控制，将量化参数按照各种类型产品制定的专用格式（质量记录）或适用格式要求完整地记录。因此，一体化管控平台首先开展了装配调试测试数据管理规范化建设。

首先，建立起满足产品研制生产与质量数据管理要求的各种装配调试测试数据模型，系统按照产品的型号、系统、分系统、整机、零部件，管理所有环节的试验参数、责任人、时间、产品履历本、合格证等信息，做到各节点的信息可追溯。在设备联网的基础上，将分散的多个设备试验点置于唯一中继点上进行统一管理，通过某一个客户端访问系统便可实时获取所有设备的全局信息，并根据实时情况在远端执行操作，以实现监控追踪数据流的目的。

其次，结合地面测试软件改造需求与实际质量数据管理要求，在标准化方面逐步形成数据规范。基于TDM 数据管理模型制定标准输出格式，对不同车间的非标设备的测试软件形成数据文件解析标准流程与操作方法。按照标准规范对地测软件进行改造开发，在工控机上定制化开发数据采集监控软件，对于工控机特定目录下的数据文件自动化采集，实现数据实时保存并上传到系统中，再根据文件格式解析数据文件，形成质量记录。

最后，在TDM 系统内对于质量跟踪卡数据的自动填写与数据判读实现现有装配、调试、测试工位的全覆盖。TDM 系统与产品的测试软件集成，实现装配调试测试数据获取及填写的自动化，一方面提高了工作效率，另一方面减少了人为的工作失误，提升了产品质量记录的可靠性。同时，在大数据服务器中对生产过程中产生的海量过程数据进行标识与分类，按照产品的BOM 结构进行归档，方便数据追溯与后续数据分析工作。

（二）数据包络分析与产品健康模型应用

在装配调试测试数据统一存储管理的基础上，从累积的大数据中对产品关键试验参数开发与配置指标分析功能，完成数据分析标准行列化模板的梳理，并根据模板表内数据对产品进行算法分析，建立产品的健康分析模型，实现产品等级筛选的功能。一体化平台建设的数据分析功能逻辑如图3 所示。

图3 数据分析与健康管理功能逻辑图

在实际应用中，基于不同业务部门产品特点与生产需求，开发了各类丰富的数据分析处理功能，支持用户自研算法的嵌入。技术人员可以通过此功能模块方便地完成各种装配调试测试数据的分析、数据绘图、报告生成等工作。同时该模块具备对非结构化的海量数据进行高效处理的能力，通过实时检测，自动比对生产过程数据，再应用数据包络分析，预测产品质量与可靠性趋势和水平，对产品的设计与工艺环节进行数据反馈，实现反向优化。

在系统累积了一定的试验数据后进行数据挖掘，通过机电产品设计与工艺生产的各类指标、标准与算法总结其规律，构建健康模型，将采集的原始数据按照产品型号-阶段-批次-编号-工序-参数不同组合关系，形成不同的数据包络，再通过对数据包络的处理，结合专家经验，由TDM 系统进行机器符合性运算建模，对各指标重要性进行排序，完成后输出产品质量等级，还可以按产品批次进行批产健康情况分析，有效地对批次性生产测试情况进行管理。

（三）装配调试测试质量数据包管理

基于TDM 的产品装配调试测试全过程数据包管理，主要以实现数据自动提取、在线生成、可视化管理、质量数据追寻为目标，适应航天机电产品高质量与可靠性要求的单套生产与武器机电产品多批次、迭代化稳定生产的不同组织模式的需求，建立标准化、规范化的生产测试过程数据包词典和模板，通过TDM 系统对装配、调试、测试过程质量记录的实时监控与流转管理，实现生产过程数据全生命周期闭环。

在实际应用中，根据机电产品生产测试特点，从生产测试过程管理及质量数据记录管理两方面进行质量数据包管理：

1、生产测试过程管理

主要包括仪器设备清单、产品装机明细、装配过程、调试过程、测试过程、检验研制过程六个方面，通过TDM 的功能开发实现装配调试测试过程全记录，从而形成产品生产过程记录数据包。通过在TDM 系统内建立产品装配调试测试过程记录模板，实现过程记录的结构化填充，存储产品试验过程中的关键数据，如试验时间记录、温箱温湿度记录等，并按产品型号要求绘制试验实际过程曲线图，解放人工繁琐的记录、分析与数据包管理工作。

2、数据记录管理

通过TDM 系统与地面测试软件的集成，对结果数据实施量化控制，将量化参数自动填写到各种类型产品标准格式模板中。其次，通过TDM 系统的功能开发，自动生成产品试验报告单，对试验条件、试验结果实现电子化管理及记录；同时结合拍摄照片、录制视频等方式，保留产品影像资料，真实、完整、清楚地反映产品实际状况，形成多媒体资料包。最后，由TDM 系统将产品装配调试测试过程的海量原始数据结构化存储在大数据服务器中，便于产品数据包络的分析、质量追溯等。

四、结语

装配调试测试过程数据一体化管控平台的建设在技术上紧扣数字化装配、调试、测试等关键工艺环节，注重生产制造过程中数字化、信息化手段的提升，以解决生产中的“瓶颈”环节为基本出发点，注重形成整体批产能力。

平台建设过程中，在车间现场改造了6 类产品的地面测试软件程序，开发了11 种类型的产品的各类输出文档模板; 包括部装车间、光学车间、电装车间、总装车间等4 个车间及产品检验处等部门全面使用系统，17 台高低温箱、6 台力学控制设备、62 台工控机连入自动化测试网络；3 大类共计6 种类型产品的装配调试测试数据纳入系统管理。

装配调试测试过程数据一体化管控平台建成后，机电所实现了数字化生产测试线的完善，补充了总装总调、试验测试环节信息化管控手段，使产品质量、可靠性、检验、试验保障能力及生产效率得到提高，解决了生产过程数据分散、管理困难、调试环节无详细的过程参数记录等在装配调试及测试阶段的瓶颈问题，提高了科研生产自动化检测能力和质量管控水平，实现机电产品整机装调全过程的可监测、可管控、可追溯，确保产品交付数量、周期和质量要求，有效地满足了机电产品研制与批产任务需求。