面向綜合試驗全過程的數字化信息管理系統設計與實施

方煥輝、李翔宇、王焱寧、張志瑤、陳緹縈 ／北京航天自動控制研究所

近年來，北京航天自動控制研究所傳統的粗放型試驗過程管理數字化程度較低，數據依靠人工采集，業務流程停留于紙面，嚴重制約了其產品交付效能，亟需建設數字化信息管理系統，輔助人員進行資源調配決策和數據分析，提升數據應用的技術能力和數據資產的管理能力，打通航天產品末端數據采集鏈路，提升核心產品制造過程管控能力，滿足航天產品科研生產“高質量、高效率、高效益”發展的基本需求，提升控制系統批生產能力和產品質量。

一、實施方案

該項目旨在通過建立柔性工作模式，對綜合試驗過程中的任務、過程、產品、數據等方面進行全方位管理，以數據驅動綜合試驗管控。具體達成以下目標：

一是基于項目任務，構建項目試驗全要素數據鏈：以試驗任務為核心主線，打通試驗各環節數據鏈，實現產品接收、檢驗、作業文件、過程質量監控、設備測試、試驗數據、產品交付等信息的集成化管理，支撐大規模批產測試能力建設。

二是完善末端數據采集：以試驗流程為牽引，形成“一流程、一表單”精細化管理，以“一體化”數字規程支撐全要素流程管理方法（EBPM）的末端數據采集和業務執行。

三是拓展試驗管理區域：構建“雙網三地”同構數據傳輸模型，以辦公網為樞紐（數據湖），連接三個試驗區（數據池），跨區域實現三地同步管理，建立“辦公網+試驗網+移動終端”雙網融合的有效管理模式。

四是建設試驗量化模型：建立基于新時代裝備建設質量管理體系能力成熟度評價（NQMS）的試驗量化模型，從數據利用的角度對業務指標進行分析，對影響綜合試驗的關鍵參數進行辨識，識別出過程中可采集的數據，完成測試過程關鍵指標的分解，為數據采集工作提供主數據清單。

五是構建“一樓、一層、一項目”管理駕駛艙，對信息進行多維度、多層級的可視化展示，支撐經營決策和資源柔性調配。

1.系統架構

（1）功能架構

北京航天自動控制研究所基于開放組體系結構框架（TOGAF）的業務架構、數據架構、應用架構、技術架構四個核心層次，構建面向綜合試驗全過程的數字化信息管理系統架構，具體由展示層、功能層、平臺層、支撐層四個層級構成。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，在試驗網和辦公網中分別向用戶進行展示。功能層主要分為試驗規劃、作業文件管理、過程管理、設備設施管理、產品管理、數據管理、試驗量化管理等七個功能模塊，實現綜合試驗全流程的末端數據采集和分析展示。功能層所組成的系統可以與所內的產品管理系統、試驗數據管理與分析平臺等信息系統進行數據交互，形成完整的綜合試驗過程鏈路，打破信息孤島。平臺層由基礎建模和業務中臺組成，為各模塊提供統一的模型管理、權限管理、系統設置等。支撐層由基礎網絡設施、信息設備、保障設施等組成，主要用于支撐軟件系統和日常業務運轉。

（2）網絡架構

網絡架構采用基于單向光閘傳輸的“雙網三地”架構，通過單向光閘以及相關軟件控制手段實現各地試驗網與辦公網之間的安全隔離并能實現兩個辦公網之間的數據交換。同時內網和試驗網的服務器可隨時進行主、從切換。在所外試驗廠區試驗網、內網與核心辦公地區聯通后，核心辦公地區為綜合試驗工作的管理中心，各所外試驗廠區為分中心，通過綜合試驗信息管理系統受核心辦公地區的監控和指揮，跨區域實現三地同步管理。以辦公網為樞紐（數據湖），連接三地（數據池），實現“辦公網+實驗網+移動終端”的跨網段的數據同步管理。

2.系統功能實現

（1）基于項目試驗全要素數據鏈的試驗規劃模塊

針對綜合試驗過程信息化程度低，管理過于粗放，計劃完成進度難以準確、及時反饋的問題，結合精益管理的思想，以試驗任務為核心主線，完善任務信息的采集，建設試驗規劃模塊對綜合試驗任務、場地、人員進行管理，并與試驗過程各環節數據關聯，形成全過程全要素數據鏈。

（2）基于末端數據采集和結構化編寫的作業文件管理及過程管理模塊

作業文件管理模塊通過作業文件編制、作業文件查詢、“三單”文件管理、模板庫等菜單。建立結構化工藝文件設計模板，實現協同式作業文件的編制、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，歸檔后的文件下發至過程管理模塊，供測試人員在線查看工藝文件以指導過程操作。該模塊可在任務下發到移動終端后，在移動終端上實現“一體化”數字規程的在線填寫工作。測試任務開始后，以試驗流程為引導圖，從步驟進入“一體化”數字規程填寫界面，對試驗全流程的所有操作進行數字化記錄，對試驗任務的末端數據進行采集。填寫完成后可一鍵生成匯總版質量跟蹤卡、產品質量履歷書等文件。

（3）基于射頻識別技術（RFID）的產品和設備管理

針對產品和設備的流轉不規范、難以追溯流轉路徑的問題，采用基于RFID 技術的物品定位方法，在系統中對產品和設備的位置進行實時追蹤。系統中的庫存管理模塊主要實現產品的出入庫、所內人員領用信息的采集，產品臺賬的建立與共享、產品位置與流轉路徑的查詢等功能。實現對產品流轉、庫存信息的電子化管理，實現高效信息資源共享。

設備計量管理系統中記錄所有在冊設備的有效期，實時核驗并向用戶反饋在設備臨近有效期截止日時，系統及時提醒項目試驗人員。過程記錄中填寫的專用測試設備的有效期均為從系統中自動提取。

（4）基于共享的試驗數據管理

針對綜合試驗數據存儲和歸檔困難，試驗過程數據難以查找、追溯的問題，建立數據管理模塊，完成對綜合試驗產生的試驗結果數據、過程記錄數據、檢驗數據進行管理，實現數據采集、數據解析、數據管理和分析，提供一個數據共享的平臺，實現對綜合試驗全流程、全數據的系統性管理。

（5） 基于NQMS 體系的試驗量化管理

綜合試驗過程指標量化分析：從數據利用的角度對業務指標進行分析，對影響綜合試驗的關鍵參數進行辨識，從工藝可靠性、工藝易用性、試驗過程工藝性、試驗過程質量穩定性、試驗過程健壯性、試驗過程管理可靠性6 個維度進行梳理，識別出過程中可采集的數據，建立輸入文件的完成度、工藝文件的規范度、試驗工序自動化率、現場作業文件穩定程度等指標構成的試驗評價體系，為數據采集工作提供主數據清單。

組織過程和產品結果基線：使用量化管理技術建立并維護過程績效基線，通過對綜合試驗過程進行連續監控，使用控制用控制圖完成對綜合試驗過程質量的量化評估，通過產品關鍵質量數據的分析，對相關供方提供的單機產品質量進評估，依托基于海量產品質量數據的質量分析模型，預測過程績效或過程目標是否實現，對高風險項目進行緊前優化。

（6）基于試驗過程運營管理數據的管理駕駛艙

建立針對各級管理者不同需求的管理駕駛艙，隨時以圖表的方式直觀地顯示綜合試驗業務相關的各項指標，為任務規劃排配、試驗數據可靠性評估等提供決策依據。第一時間向項目相關管理人員匯報進度信息，并支持“鉆取式查詢”，實現對指標的逐層細化、深化分析，支撐各級領導決策調度。

二、實踐效果

通過本項目的建設，北京航天自動控制研究所實現了控制系統產品批產過程“數字管理、統籌調度、精細控制、全過程管控”。

一是構建項目試驗全要素數據鏈，以數據驅動試驗任務管控。綜合試驗信息管理系統實現了對綜合試驗全過程的數字化管理，以及全過程數據的采集和管理，實現了信息的集中數據鏈式體系化管理，以數據驅動試驗室的綜合試驗業務管控，支撐所數字化轉型。

二是將EBPM 精細化流程落地，完善末端數據采集模式。通過“一體化”數字規程將試驗流程工序與記錄表單一一對應，形成“一流程、一表單”精細化管理，在規范業務流程的同時，實現了EBPM 精細化流程與業務執行的聯動，使末端數據可以與上層系統直接打通，為后續的數據利用奠定基礎。

三是探索了“辦公網+試驗網+移動終端”跨網、跨域系統架構。以辦公網為樞紐（數據湖），實現三地（數據池）跨區域同步管理，有效解決了多地協同管控的難題。

四是有效支撐了NQMS“三級+”和試驗量化的建設以及評審。通過系統采集試驗過程中的任務、人員、場地、產品、設備、過程、質量、作業文件等要素數據，將原本對試驗過程的定性分析轉變為可量化的統計分析，支撐了研究所NQMS體系建設。

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行展示，信息獲取更加全面、高效和精準。

六是提升試驗質量和效率。通過使用本系統，試驗一次合格率提升2.3%，產品和設備查找時間縮短了95%，試驗報告編制和各種信息統計報送時間減少了92%；同時大幅緩解研究所試驗場地壓力，減少場地成本。

三、結束語

本系統成功實現了控制系統綜合試驗的全過程數字化管理，后續可在本項目的基礎上進行功能拓展與深化，將其由管理平臺轉型為數據分析平臺。搭建試驗任務數據分析管理模型，建立運營管理相關的數據分析模型，利用系統獲取的數據，進一步為管理人員的經營決策提供依據，提升面向批產、預研、研制等各類項目的柔性試驗能力。▲