數(shù)字化試驗信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王愛蓉

（成都鐵路通信設(shè)備有限責任公司，成都 610045）

產(chǎn)品測試是產(chǎn)品工程研制階段中完成設(shè)計、試制工作以后的重要任務(wù)。任何產(chǎn)品和系統(tǒng)都要通過必要的科學試驗來檢驗設(shè)計的正確性和可用性，其中涉及到的不同階段的試驗信息和數(shù)據(jù)就是試驗最直接的“產(chǎn)品”，其重要性和價值不言而喻。試驗任務(wù)的啟動、監(jiān)控、執(zhí)行，試驗過程中涉及到的人員、設(shè)備、進度、數(shù)據(jù)等信息的收集、整理、存儲、分析，試驗異常的預(yù)警等整個試驗過程的信息，如果仍然完全依靠人工完成，那這個過程將是漫長、繁重且不可靠的，因此必須運用先進的試驗數(shù)字化手段來實施這一重要職責。為此，研究開發(fā)了面向數(shù)字化制造的試驗信息管理系統(tǒng)來實現(xiàn)涵蓋人、機、料、法、環(huán)全測試過程的信息管理，提高試驗管理過程的科學性、可靠性、便捷性，為生產(chǎn)調(diào)度及企業(yè)決策提供有力參考。

1 系統(tǒng)技術(shù)方案

1.1 系統(tǒng)需求分析

試驗信息管理系統(tǒng)主要面向產(chǎn)品的測試過程，對該過程所涉及的試驗計劃、試驗任務(wù)、執(zhí)行情況、試驗結(jié)果、試驗人員、試驗設(shè)備、工藝流程、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等情況進行全周期管理。主要包括以下內(nèi)容。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理：對項目信息、產(chǎn)品信息、人員信息、車間信息等數(shù)據(jù)進行維護和分析，實現(xiàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)信息庫的維護。

工藝流程管理：為工藝流程編制與返修提供可視化的流程設(shè)計，實現(xiàn)測試流程配置、運行、監(jiān)控功能。

工裝設(shè)備管理：對測試過程中涉及工裝、設(shè)備等進行信息建檔、點檢等功能，支持設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、故障記錄等功能。

測試任務(wù)管理：實現(xiàn)計劃創(chuàng)建、任務(wù)下發(fā)、任務(wù)進度跟蹤功能。

流程管控：實現(xiàn)任務(wù)接收、查看工藝指導(dǎo)、開工、狀態(tài)監(jiān)控、完工、數(shù)據(jù)采集、測試數(shù)據(jù)及報告上傳、存儲、故障報警等功能，保證測試的準確性和安全性。

數(shù)據(jù)分析：對各類數(shù)據(jù)提供上傳、下載、存儲、檢索、查看、分析等功能。

1.2 系統(tǒng)功能架構(gòu)

試驗信息管理系統(tǒng)由系統(tǒng)維護模塊、應(yīng)用功能模塊和集成接口模塊3大部分構(gòu)成。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成Fig.1 System composition

系統(tǒng)維護模塊：主要提供系統(tǒng)的底層運行支持、公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及應(yīng)用權(quán)限的管理和維護。在該模塊中可以維護人員、設(shè)備、環(huán)境、計劃、工序等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并通過對這些數(shù)據(jù)訪問和管理提供權(quán)限控制以保護系統(tǒng)數(shù)據(jù)。此外，還可通過日志記錄、數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)等保證數(shù)據(jù)安全性。

應(yīng)用功能模塊：主要完成試驗流程中涉及到的任務(wù)分配、領(lǐng)取、執(zhí)行、監(jiān)控、故障記錄、數(shù)據(jù)采集及分析、報告生成等流程管理功能。在該模塊中，可以實時記錄整個試驗流程從開始到結(jié)束所涉及的每個信息，包括人員分配、設(shè)備占用、工序名稱、試驗進度、故障、試驗數(shù)據(jù)、測試報告等全周期的信息。在試驗完成后，還可檢索數(shù)據(jù)并選擇不同的數(shù)據(jù)分析模式進行多維度數(shù)據(jù)分析。

集成接口模塊：提供測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口和訪問管理接口，管理系統(tǒng)與測試系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，接受測試任務(wù)并反饋試驗狀況，試驗結(jié)束后測試系統(tǒng)將試驗數(shù)據(jù)傳輸至管理系統(tǒng)。提供數(shù)據(jù)分析接口，供專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件(如MATLAB等)進行數(shù)據(jù)處理分析。提供辦公系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問接口，供辦公系統(tǒng)進行人員、設(shè)備及試驗數(shù)據(jù)訪問。

1.3 系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)

為保證系統(tǒng)在先進性、擴展性、跨平臺性和規(guī)范性等方面的特性及對復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯可定制和可管理的要求，本系統(tǒng)采用基于分布式組件技術(shù)的三層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，以B/S為主的三層架構(gòu)的模型-視圖-控制器（MVC）體系進行設(shè)計。系統(tǒng)整體技術(shù)架構(gòu)由用戶界面層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層組成。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 System architecture

用戶界面層：主要提供信息管理系統(tǒng)客戶端的圖形界面，采用Windows界面。利用Web客戶端作為訪問系統(tǒng)的窗口，設(shè)置工藝管理、計劃管理、設(shè)備管理、人員管理、數(shù)據(jù)管理等各項業(yè)務(wù)功能及界面工具，供用戶方便快捷地進行工藝流程、生產(chǎn)計劃、任務(wù)執(zhí)行、設(shè)備分配、人員管理等業(yè)務(wù)的設(shè)置、查詢、分析、處理等使用需求。

業(yè)務(wù)邏輯層：位于用戶界面層和數(shù)據(jù)層之間，封裝了與系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的應(yīng)用模型，提供用戶界面層和數(shù)據(jù)層之間的聯(lián)系，執(zhí)行應(yīng)用策略和封裝應(yīng)用模式，并將封裝的模式呈現(xiàn)給應(yīng)用程序。業(yè)務(wù)邏輯層以業(yè)務(wù)流程管理 (BPM)、報表管理 (Report)和搜索引擎 (Search)等核心技術(shù)為底層平臺，構(gòu)建工藝流程、計劃創(chuàng)建、任務(wù)監(jiān)控、設(shè)備查詢、人員管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等用戶界面層展現(xiàn)的功能模塊，實現(xiàn)上述功能的流程實現(xiàn)，并提供外部接口訪問的API。

數(shù)據(jù)層：用來定義、維護、訪問和更新數(shù)據(jù)并管理和滿足應(yīng)用服務(wù)對數(shù)據(jù)的請求。由于試驗過程中會產(chǎn)生大量的試驗數(shù)據(jù)，需要頻繁查詢、上傳、下載等操作，因此采用目前較為流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，適用于海量數(shù)據(jù)的讀取、存儲、查詢等操作，具備良好的穩(wěn)定性和擴充性。

三層體系結(jié)構(gòu)具有良好的靈活性和可擴展性，若應(yīng)用需求變動，只需要對功能層實施相應(yīng)的改變即可。在這種結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用程序不能直接訪問數(shù)據(jù)，應(yīng)用服務(wù)器不僅可控制哪些數(shù)據(jù)被改變和被訪問，而且還可控制數(shù)據(jù)的改變和訪問方式，因此安全性較高。

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

系統(tǒng)功能包括資源管理、基礎(chǔ)信息維護、工藝管理、任務(wù)管理、任務(wù)執(zhí)行、數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理、與其他系統(tǒng)交互等，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能Fig.3 System function

系統(tǒng)管理：實現(xiàn)組織機構(gòu)、崗位信息、用戶信息的創(chuàng)建、修改、刪除、狀態(tài)變更及權(quán)限設(shè)置、登錄設(shè)置、日志管理功能。

資源管理：實現(xiàn)與試驗相關(guān)的人員、產(chǎn)品、設(shè)備、指標等信息的管理功能。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理：實現(xiàn)產(chǎn)品信息、產(chǎn)品管理隊伍信息、車間信息、工作點信息、設(shè)備信息、故障信息、條碼信息、環(huán)境信息的創(chuàng)建、修改、刪除、變更功能。

工藝管理：實現(xiàn)工序、產(chǎn)品指標的創(chuàng)建、修改、刪除、查詢及復(fù)制功能，實現(xiàn)工藝規(guī)程的上傳、下載及更新功能；實現(xiàn)工藝路線的創(chuàng)建、編排、修改、刪除、復(fù)制、調(diào)用功能。

工裝設(shè)備管理：實現(xiàn)工裝設(shè)備的創(chuàng)建、修改、刪除、查詢功能及計量管理、保養(yǎng)管理、維修管理、點檢管理功能。

計劃管理：實現(xiàn)計劃的創(chuàng)建、發(fā)布、更改、進度跟蹤、預(yù)警功能。

任務(wù)管理：實現(xiàn)任務(wù)創(chuàng)建、修改、刪除、查詢、發(fā)布、監(jiān)控功能。

任務(wù)執(zhí)行：實現(xiàn)任務(wù)分類識別、任務(wù)下發(fā)、開工、完工、中止、恢復(fù)、異常處理、交接、數(shù)據(jù)處理、測試報告生成功能。

數(shù)據(jù)管理：實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)、測試指標、測試報告等數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化管理，包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的自動識別、提取、預(yù)處理、存儲、上傳、下載及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的歸類、存儲、檢索、上傳、下載功能。系統(tǒng)提供動態(tài)建庫功能，可以讓用戶動態(tài)地建立、修改、維護數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)歸集將不同測試過程結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存放于數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的自動識別、提取、預(yù)處理和歸檔，完成結(jié)構(gòu)化測試數(shù)據(jù)的集中存儲和管理。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)通過FTP方式實現(xiàn)文件上傳服務(wù)器或者從服務(wù)器下載，系統(tǒng)自動記錄上傳文件信息，包括：文件名稱、文件存儲路徑，以便檢索，同時通過權(quán)限管理文檔的查閱與下載。

統(tǒng)計分析：實現(xiàn)計劃進度、完工情況、產(chǎn)量、故障原因、返工情況、人員、設(shè)備、產(chǎn)品指標、任務(wù)執(zhí)行情況等不同維度的數(shù)據(jù)分析，形成可視化圖形及數(shù)據(jù)分析報表。

系統(tǒng)交互：實現(xiàn)與測試系統(tǒng)的任務(wù)下發(fā)領(lǐng)取、任務(wù)開工、完工、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)下載交互接口，與辦公系統(tǒng)的任務(wù)及數(shù)據(jù)查詢、信息接收等交互接口。預(yù)留與其他系統(tǒng)集成的接口，以便后續(xù)的功能擴展。

3 系統(tǒng)應(yīng)用效果

試驗信息管理系統(tǒng)通過結(jié)合數(shù)字化技術(shù)對試驗全過程進行監(jiān)控與管理，優(yōu)化產(chǎn)品試驗流程，提升產(chǎn)品質(zhì)量與管理效率。

1）試驗流程清晰、數(shù)據(jù)透明

試驗信息管理系統(tǒng)通過與測試系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)測試過程數(shù)據(jù)的全面采集與全流程監(jiān)控，并通過管理系統(tǒng)的過程監(jiān)視實現(xiàn)了工序內(nèi)部和上下工序間的信息共享，使測試現(xiàn)場數(shù)據(jù)透明化，提高上下游工序的協(xié)同能力，管理人員無需下車間即可了解測試情況。

2）車間管理科學、高效

試驗信息管理系統(tǒng)通過數(shù)字化、全周期、全流程管控整個試驗過程，實現(xiàn)了產(chǎn)品測試從人員被動指揮到系統(tǒng)高效調(diào)度，系統(tǒng)結(jié)合采集的人、機、料、法、環(huán)各項數(shù)據(jù)，經(jīng)過綜合分析，即可給出生產(chǎn)短線、預(yù)警信息等具有重要指導(dǎo)意義的信息，管理人員只需要結(jié)合系統(tǒng)分析結(jié)果，就可協(xié)同相關(guān)資源，保證產(chǎn)品測試平穩(wěn)、有序、高效地進行。

3）試驗過程實現(xiàn)了預(yù)警與故障信息記錄

試驗信息系統(tǒng)的自動預(yù)警機制對測試過程中的產(chǎn)品、設(shè)備、工藝、計劃完成情況等方面進行實時監(jiān)控，感知測試過程中的各種異常情況并發(fā)出預(yù)警。通過對異常的分析，從系統(tǒng)已設(shè)定的固定流程中啟動相應(yīng)的處理流程進行故障處理。

對于測試人員通過觀察測試過程中的情況及對試驗數(shù)據(jù)的處理和分析得出的故障現(xiàn)象、發(fā)生原因與處理措施等信息，可實時記錄到管理系統(tǒng)中，形成故障樹。

經(jīng)過長時間的數(shù)據(jù)積累，可以擴充預(yù)警信息庫，優(yōu)化固定處理流程，使管理系統(tǒng)向智能化發(fā)展。

4）數(shù)據(jù)分析全面、多維、靈活、高效

試驗信息管理系統(tǒng)通過從人、機、料、法、環(huán)各維度挖掘數(shù)據(jù)，將測試全流程作為一個完整的分析對象，針對測試過程中的產(chǎn)量、狀態(tài)、產(chǎn)品指標等數(shù)據(jù)，按照不同的業(yè)務(wù)需求，提供多種分析方法將不同信息進行關(guān)聯(lián)統(tǒng)計和分析，并生成各種規(guī)則要求的報表，或者通過可視化圖形顯示界面將統(tǒng)計和分析的結(jié)果直觀地呈現(xiàn)給管理人員。數(shù)據(jù)分析為系統(tǒng)預(yù)警提供了輔助信息，有效保證了產(chǎn)品質(zhì)量，幫助管理人員提高決策效率和準確性。

4 結(jié)束語

面向數(shù)字化的試驗信息管理系統(tǒng)的研發(fā)，實現(xiàn)了產(chǎn)品試驗全流程的自動化、數(shù)字化管理，使試驗全周期信息清楚透明、過程可控、數(shù)據(jù)可靠，管理人員無需按照傳統(tǒng)的管理方式即可依靠系統(tǒng)全盤掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的整體情況，并能根據(jù)實際需求對數(shù)據(jù)進行分析，掌握產(chǎn)品測試成效，有效提高了管理效率，并且為生產(chǎn)調(diào)度及企業(yè)決策提供了有力的數(shù)據(jù)參考。