軌道交通裝備試驗管理系統研究及應用

蘇利杰，劉鳳偉，湯楚強，姜瑞金

（1.現代物流技術及裝備交通運輸行業研發中心，武漢 430212；2.中車長江車輛有限公司，武漢 430212）

0 引言

信息技術己經成為裝備制造業不可或缺的“生產要素”。企業將研發、生產、管理與信息技術及企業資源進行整合，通過構建及運行符合企業發展戰略和實際業務經營需求的應用平臺用以支撐并改進企業的運營管理。企業信息化建設以項目或產品數據管理為核心，而試驗則是產品研發中必不可少的重要環節和技術手段，試驗數據是產品性能和質量評價的基本依據，也是產品設計改進的重要依據。

在軌道交通裝備領域，一個成熟的車型需要通過反復的試驗進行設計驗證[1]，試驗數據是企業最為寶貴的財富。鑒于試驗業務的特殊性和試驗數據本身的結構特征，如果管理不善，容易產生信息流通不暢、數據分析過程滯后、準確性不夠等一系列問題，進而導致決策失誤，浪費大量的人力和物資成本。

試驗技術能力和管理水平的高低，已經成為企業核心競爭力的重要體現[2]，而以試驗數據管理系統（TDM，Test Data Management）為核心實現產品試驗數據管理與信息集成的應用系統已經逐漸成為提高企業核心競爭力的重要手段之一。試驗管理系統可以幫助設計人員準確、快速地獲取所需要的試驗數據，為設計人員開發新產品提供參考，提高產品設計開發的準確性；試驗研究人員可以對試驗數據進行深入分析和挖掘，并最終形成試驗標準或設計規范。

1 軌道交通裝備試驗管理現狀分析

1.1 軌道交通裝備試驗管理現狀

目前，國內軌道交通裝備各整車及零部件企業均建立起了比較完善的信息系統，產品信息和過程管理已深入到企業管控的各個環節，但對試驗資源和數據的管理一直停留在手工與計算機并行管理的階段，數據的完整性、一致性和安全性等都需要由資料管理員來保證；并且無法實現試驗數據的共享和并發訪問，增加了數據的冗余和試驗人員的工作量，具體問題主要表現在如下四個方面：1）效率低。實驗室盡管按照ISO/IEC 17025標準制定了嚴格的試驗過程監督及管理程序，但在實際工作中，試驗文檔和數據往往通過郵件或手工傳送，容易導致任務滯留或延誤；試驗記錄一般手工完成，耗時耗力，且不便于查找和分析；2）差錯率高。大量的手工操作，容易造成數據版本不統一或丟失，安全隱患大；3）數據不易檢索，利用率低，無法進行有效的數據挖掘工作。在企業花費大量人力、物力和時間獲得的海量試驗數據中，蘊藏著豐富的信息，簡單的文件管理無法通過數據挖掘來發現更有價值的信息[3]；4）安全保密性差。由于數據缺乏統一的保存和管理，以文件方式分散地保存在獨立存儲計算機或文件柜中，易受到未經授權的訪問、修改，并導致重要數據的泄密。

綜上所述，軌道交通裝備企業需要運用信息化技術來提升試驗管理水平。建設滿足實際需求的統一、高效的數字化試驗管理系統，已經成為企業試驗驗證體系建設、產品生命周期管理的當務之急。

1.2 研究試驗管理系統的必要性

借助數字化試驗管理系統可以實現試驗任務的流程化管理，各類試驗資源和數據可以保存在數據庫中。基于數據庫的操作，方便對試驗數據進行各種分析處理，并運用權限控制策略以及數據備份和恢復技術保證數據的安全性。技術人員可以快捷地查詢和分析試驗數據，并對試驗結果進行評估，加強設計與仿真和試驗的協同，避免不必要的重復設計和試驗。數據庫中的試驗數據不會因為時間的變遷或人員的流動而丟失，便于企業知識管理。

2 試驗管理系統開發

2.1 試驗管理系統軟件平臺的選擇分析

目前，企業或科研機構用于試驗業務和數據管理的應用平臺從其系統設計的角度而言，可分為三類：企業自主定制開發、借助企業已上線的數據管理軟件（如PDM）進行二次開發、購買商業化的試驗數據管理軟件。

由于試驗數據與其它類型的數據在格式上有較大差異，因而若按照定制軟件的開發模式進行開發，存在如系統開發周期長、維護性差等問題[4]。盡管PDM/PLM系統在軌道交通裝備領域已經得到廣泛應用，但在PDM系統中，BOM的生成和管理是其核心應用，相關的數據具有典型的結構化特征，而試驗數據的結構化特征并不明顯[5]，若直接以企業現有PDM系統進行試驗管理功能的開發，很難實現系統功能的充分融合。

見于自主定制開發和利用企業已上線的應用系統進行試驗管理系統的開發存在上述不足，并且商業化的TDM已在航空、船舶和汽車行業成熟應用，本文特以某商業化TDM為基礎進行軌道交通裝備試驗管理系統的開發。

2.2 試驗管理系統構架

軌道交通裝備試驗管理系統以商業化軟件為開發平臺，系統構架如圖1所示，主要包含數據庫層、平臺層、應用層、服務層和維護層等五個層級。其中，數據庫層和平臺層主要基于商業化軟件進行開發。應用層主要按照ISO/IEC 17025標準的要求，結合軌道交通裝備試驗業務的實際需求和試驗項目的特點，開發滿足軌道交通裝備實際業務需求的應用功能。服務層主要實現與企業門戶系統的集成，實現單點登錄、相關數據信息在門戶上的發送及處理；并與企業PDM/PLM、AWE等應用系統進行集成，以產品項目為基礎實現產品設計、仿真、試驗數據的無縫集成。維護層主要用于系統用戶管理、權限管理、流程定義、備份與恢復等系統的維護與管理。

2.3 試驗管理系統功能

軌道交通裝備試驗管理系統應用層主要包含安全體系管理、試驗項目管理、試驗體系管理、試驗資源管理、綜合信息管理、試驗監控管理和系統管理等7個功能模塊（如圖2所示），各模塊具體功能如下：

1）安全體系管理，主要用于實驗室的安全培訓、安全檢查及整改等安全管理工作。2）試驗項目管理，主要實現從試驗任務受理、合同管理、項目創建及執行、數據采集及分析、試驗報告的在線編制及審批等試驗項目的全流程化管理。3）試驗體系管理，基于ISO/IEC 17025標準建立實驗室體系管理平臺，主要實現質量手冊、程序文件等體系文件的發布及執行控制，以及管理評審、內部審核、能力驗證、不符合控制等質量管理和檢測方法管理等功能。4）試驗資源管理，依據ISO/IEC 17025標準要求實現對與試驗相關的所有資源的管理，括人員、檢測樣品、試驗物料、檢測現場及環境控制、檢測設備及其量值溯源信息等。5）綜合信息管理，主要包括客戶管理、供方評價、分包管理和常用算法控制等功能。6）試驗監控管理，通過高清攝像和試驗數據的遠程實時采集，實現對樣品試驗狀態（如是否發生裂紋、斷裂）和試驗裝備運行狀態的在線監控。7）系統管理，主要用于系統管理員實現對用戶及使用權限的設置、菜單配置、流程定義及監控、系統備份及恢復等管理及維護工作。

圖1 軌道交通裝備試驗管理系統構架

圖2 軌道交通裝備試驗管理系統功能模塊

3 結束語

本文基于ISO/IEC 17025實驗室管理體系開發了軌道交通裝備試驗管理系統。該系統以實驗室體系管理、試驗業務、試驗數據和資源管理為核心，與企業PDM/PLM系統集成，實現了產品設計過程數據的全壽命周期管理。企業以該系統為管理平臺已通過了數次由中國合格評定國家認可委員會組織的實驗室監督評審及復評審，不僅提高了實驗室的管理效率，并有效促進了企業對試驗數據的協同管理及挖掘利用。