面向综合试验全过程的数字化信息管理系统设计与实施

方焕辉、李翔宇、王焱宁、张志瑶、陈缇萦 ／北京航天自动控制研究所

近年来，北京航天自动控制研究所传统的粗放型试验过程管理数字化程度较低，数据依靠人工采集，业务流程停留于纸面，严重制约了其产品交付效能，亟需建设数字化信息管理系统，辅助人员进行资源调配决策和数据分析，提升数据应用的技术能力和数据资产的管理能力，打通航天产品末端数据采集链路，提升核心产品制造过程管控能力，满足航天产品科研生产“高质量、高效率、高效益”发展的基本需求，提升控制系统批生产能力和产品质量。

一、实施方案

该项目旨在通过建立柔性工作模式，对综合试验过程中的任务、过程、产品、数据等方面进行全方位管理，以数据驱动综合试验管控。具体达成以下目标：

一是基于项目任务，构建项目试验全要素数据链：以试验任务为核心主线，打通试验各环节数据链，实现产品接收、检验、作业文件、过程质量监控、设备测试、试验数据、产品交付等信息的集成化管理，支撑大规模批产测试能力建设。

二是完善末端数据采集：以试验流程为牵引，形成“一流程、一表单”精细化管理，以“一体化”数字规程支撑全要素流程管理方法（EBPM）的末端数据采集和业务执行。

三是拓展试验管理区域：构建“双网三地”同构数据传输模型，以办公网为枢纽（数据湖），连接三个试验区（数据池），跨区域实现三地同步管理，建立“办公网+试验网+移动终端”双网融合的有效管理模式。

四是建设试验量化模型：建立基于新时代装备建设质量管理体系能力成熟度评价（NQMS）的试验量化模型，从数据利用的角度对业务指标进行分析，对影响综合试验的关键参数进行辨识，识别出过程中可采集的数据，完成测试过程关键指标的分解，为数据采集工作提供主数据清单。

五是构建“一楼、一层、一项目”管理驾驶舱，对信息进行多维度、多层级的可视化展示，支撑经营决策和资源柔性调配。

1.系统架构

（1）功能架构

北京航天自动控制研究所基于开放组体系结构框架（TOGAF）的业务架构、数据架构、应用架构、技术架构四个核心层次，构建面向综合试验全过程的数字化信息管理系统架构，具体由展示层、功能层、平台层、支撑层四个层级构成。其中，展示层为直接面向用户的展示界面，可以将汇总、处理后的信息按照使用场景的不同，在试验网和办公网中分别向用户进行展示。功能层主要分为试验规划、作业文件管理、过程管理、设备设施管理、产品管理、数据管理、试验量化管理等七个功能模块，实现综合试验全流程的末端数据采集和分析展示。功能层所组成的系统可以与所内的产品管理系统、试验数据管理与分析平台等信息系统进行数据交互，形成完整的综合试验过程链路，打破信息孤岛。平台层由基础建模和业务中台组成，为各模块提供统一的模型管理、权限管理、系统设置等。支撑层由基础网络设施、信息设备、保障设施等组成，主要用于支撑软件系统和日常业务运转。

（2）网络架构

网络架构采用基于单向光闸传输的“双网三地”架构，通过单向光闸以及相关软件控制手段实现各地试验网与办公网之间的安全隔离并能实现两个办公网之间的数据交换。同时内网和试验网的服务器可随时进行主、从切换。在所外试验厂区试验网、内网与核心办公地区联通后，核心办公地区为综合试验工作的管理中心，各所外试验厂区为分中心，通过综合试验信息管理系统受核心办公地区的监控和指挥，跨区域实现三地同步管理。以办公网为枢纽（数据湖），连接三地（数据池），实现“办公网+实验网+移动终端”的跨网段的数据同步管理。

2.系统功能实现

（1）基于项目试验全要素数据链的试验规划模块

针对综合试验过程信息化程度低，管理过于粗放，计划完成进度难以准确、及时反馈的问题，结合精益管理的思想，以试验任务为核心主线，完善任务信息的采集，建设试验规划模块对综合试验任务、场地、人员进行管理，并与试验过程各环节数据关联，形成全过程全要素数据链。

（2）基于末端数据采集和结构化编写的作业文件管理及过程管理模块

作业文件管理模块通过作业文件编制、作业文件查询、“三单”文件管理、模板库等菜单。建立结构化工艺文件设计模板，实现协同式作业文件的编制、归档流程管理，工艺制订与修改管理、版本完善与更新管理等，归档后的文件下发至过程管理模块，供测试人员在线查看工艺文件以指导过程操作。该模块可在任务下发到移动终端后，在移动终端上实现“一体化”数字规程的在线填写工作。测试任务开始后，以试验流程为引导图，从步骤进入“一体化”数字规程填写界面，对试验全流程的所有操作进行数字化记录，对试验任务的末端数据进行采集。填写完成后可一键生成汇总版质量跟踪卡、产品质量履历书等文件。

（3）基于射频识别技术（RFID）的产品和设备管理

针对产品和设备的流转不规范、难以追溯流转路径的问题，采用基于RFID 技术的物品定位方法，在系统中对产品和设备的位置进行实时追踪。系统中的库存管理模块主要实现产品的出入库、所内人员领用信息的采集，产品台账的建立与共享、产品位置与流转路径的查询等功能。实现对产品流转、库存信息的电子化管理，实现高效信息资源共享。

设备计量管理系统中记录所有在册设备的有效期，实时核验并向用户反馈在设备临近有效期截止日时，系统及时提醒项目试验人员。过程记录中填写的专用测试设备的有效期均为从系统中自动提取。

（4）基于共享的试验数据管理

针对综合试验数据存储和归档困难，试验过程数据难以查找、追溯的问题，建立数据管理模块，完成对综合试验产生的试验结果数据、过程记录数据、检验数据进行管理，实现数据采集、数据解析、数据管理和分析，提供一个数据共享的平台，实现对综合试验全流程、全数据的系统性管理。

（5） 基于NQMS 体系的试验量化管理

综合试验过程指标量化分析：从数据利用的角度对业务指标进行分析，对影响综合试验的关键参数进行辨识，从工艺可靠性、工艺易用性、试验过程工艺性、试验过程质量稳定性、试验过程健壮性、试验过程管理可靠性6 个维度进行梳理，识别出过程中可采集的数据，建立输入文件的完成度、工艺文件的规范度、试验工序自动化率、现场作业文件稳定程度等指标构成的试验评价体系，为数据采集工作提供主数据清单。

组织过程和产品结果基线：使用量化管理技术建立并维护过程绩效基线，通过对综合试验过程进行连续监控，使用控制用控制图完成对综合试验过程质量的量化评估，通过产品关键质量数据的分析，对相关供方提供的单机产品质量进评估，依托基于海量产品质量数据的质量分析模型，预测过程绩效或过程目标是否实现，对高风险项目进行紧前优化。

（6）基于试验过程运营管理数据的管理驾驶舱

建立针对各级管理者不同需求的管理驾驶舱，随时以图表的方式直观地显示综合试验业务相关的各项指标，为任务规划排配、试验数据可靠性评估等提供决策依据。第一时间向项目相关管理人员汇报进度信息，并支持“钻取式查询”，实现对指标的逐层细化、深化分析，支撑各级领导决策调度。

二、实践效果

通过本项目的建设，北京航天自动控制研究所实现了控制系统产品批产过程“数字管理、统筹调度、精细控制、全过程管控”。

一是构建项目试验全要素数据链，以数据驱动试验任务管控。综合试验信息管理系统实现了对综合试验全过程的数字化管理，以及全过程数据的采集和管理，实现了信息的集中数据链式体系化管理，以数据驱动试验室的综合试验业务管控，支撑所数字化转型。

二是将EBPM 精细化流程落地，完善末端数据采集模式。通过“一体化”数字规程将试验流程工序与记录表单一一对应，形成“一流程、一表单”精细化管理，在规范业务流程的同时，实现了EBPM 精细化流程与业务执行的联动，使末端数据可以与上层系统直接打通，为后续的数据利用奠定基础。

三是探索了“办公网+试验网+移动终端”跨网、跨域系统架构。以办公网为枢纽（数据湖），实现三地（数据池）跨区域同步管理，有效解决了多地协同管控的难题。

四是有效支撑了NQMS“三级+”和试验量化的建设以及评审。通过系统采集试验过程中的任务、人员、场地、产品、设备、过程、质量、作业文件等要素数据，将原本对试验过程的定性分析转变为可量化的统计分析，支撑了研究所NQMS体系建设。

五是多维度管理驾驶舱辅助决策。通过多维度的管理驾驶舱，适应了不同岗位、不同类别人员的使用需求，改变了管理人员获取信息的方式，将文字信息以更加直观的图表进行展示，信息获取更加全面、高效和精准。

六是提升试验质量和效率。通过使用本系统，试验一次合格率提升2.3%，产品和设备查找时间缩短了95%，试验报告编制和各种信息统计报送时间减少了92%；同时大幅缓解研究所试验场地压力，减少场地成本。

三、结束语

本系统成功实现了控制系统综合试验的全过程数字化管理，后续可在本项目的基础上进行功能拓展与深化，将其由管理平台转型为数据分析平台。搭建试验任务数据分析管理模型，建立运营管理相关的数据分析模型，利用系统获取的数据，进一步为管理人员的经营决策提供依据，提升面向批产、预研、研制等各类项目的柔性试验能力。▲