航天器综合测试信息管理平台构建与应用

储海洋 何晓宇 宋宏江 白少华

(北京空间飞行器总体设计部，北京 100094)



航天器综合测试信息管理平台构建与应用

储海洋 何晓宇 宋宏江 白少华

(北京空间飞行器总体设计部，北京 100094)

针对航天器研制中综合测试工作周期长，管理难度大，缺乏全过程信息协同管理系统的问题，提出了航天器综合测试信息管理平台设计架构及关键技术，实现了单航天器综合测试全生命周期的信息化管理和多航天器并行测试过程的集中监控，为提高综合测试的集成优化和效率提供了支持工具。

综合测试；过程管理；信息化

1 引言

综合测试是在航天器总装和试验阶段进行的对被测航天器上电气设备功能和性能指标的全面验证，是集测量、电子、通信、计算机、工程管理等多学科于一体、科学性与工程性相结合的综合技术[1]。从制定测试方案、确定测试项目、研制测试设备，到编写测试细则，开展测试实施，到最后完成全部阶段的测试并总结评估，通常需要持续1年以上，有的甚至长达3年，过程管理非常复杂。

近年来，随着我国航天事业的快速发展，综合测试工作也日益繁重，多航天器并行测试已成为新常态。新形势下，传统的依赖纸质文件、手工操作为主的测试模式已经越来越无法满足日益增长的测试任务需要，主要表现在：①缺乏覆盖综合测试全过程的信息化管理系统，部分环节严重依赖纸质文件和单据，工作效率低；②测试过程中涉及到的信息之间缺乏自动化数据传递和交互渠道，信息壁垒严重制约了综合测试整体效率的提升；③并行测试任务之间信息不透明，不利于并行测试任务的集中监控和资源统筹调度，无法实现综合测试环节的集成优化。因此，亟需建立适用于我国航天器综合测试的基于统一数据源的全过程协同信息管理平台，实现综合测试系统间业务协同，以优化测试资源配置、改进测试流程，提高测试效率。

事实上，建立基于统一数据源的协同信息管理平台得到了国内外大型装备制造企业的广泛重视，美军新一代的试验与训练使能系统结构[2](Test and Training Enabled Architecture，TENA)利用多种技术能够将综合试验中的软硬件资源有效集成，实现虚实互通及融合，并在此基础上开展各类试验数据分析，将试验知识进行有效积累及再利用。欧洲航天局的并行设计实验室(Concurrent Design Facility，CDF)[3]贯彻了并行工程理念，解决设计师和用户之间信息传递的不连续问题，实现集中设计向并行设计转变。洛克希德-马丁公司采用了Team Center 软件作为基础建立广域协同工作平台，保证了美国联合攻击战斗机(JSF)项目从用户需求、概念设计、详细设计、数字样机、生产计划、工艺规程、加工仿真和维修服务等阶段的产品数据集中存放和统一管理。波音公司利用法国达索公司(Dassault Systèmes)的产品全生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)系统建立了一个广域协同环境(Global Collaborative Environment，GCE)[4]，通过在CATIA、ENOVIA、DELMIA环境下集成40个其他应用，实现了支持波音787客机所有合作商在一起工作、设计、制造、支持的协同工作平台，以基于模型定义(Model Based Definition，MBD)数据集的形式完成了“梦想客机”波音787全部产品的设计。

中国商用飞机有限责任公司以基于Windchill系统的工程配置管理系统(Enginnering Configuration Managerment System，ECMS)为工程设计的数据管理核心，集成协同产品商务技术(Collaborative Product Commerce，CPC)和虚拟产品开发管理(Virtual Product Modelling，VPM)系统，实现了产品数据全生命周期的数字化管理和应用，支持多个厂所和供应商之间设计、制造协同，完成了ARJ21客机的研制。中国航天科工集团北京航天测控技术有限公司面向大型复杂装备的生产、装配、调试和检修过程，研制了InfiTech工艺智能管理和执行系统，集任务规划、工艺文件设计、工艺过程管理和工艺活动控制于一体，实现了车间级的信息化管理与控制，并为车间与技术部门、管理部门之间的实时交互提供有效途径，同时为质量分析、工艺改进、故障处理等过程提供数据基础。

从国内外发展现状中可以看出，航空等领域的信息系统[5]更注重设计、生产、装配等环节，难以应用到综合测试周期长、管理难度大的航天器研制测试过程中，InfiTech工艺智能管理和执行系统更侧重于装配工艺，对测试和试验关注度不够。鉴于此，本文从我国航天器研制中综合测试工作周期长，管理难度大，急需全过程信息管理平台的实际出发，借鉴国内外的先进平台和技术，提出了综合测试信息管理平台设计架构及关键技术，最后通过目前的应用实践，对信息化管理下测试模式及应用效益进行了分析。

2 信息管理平台构建

2.1 平台架构

综合测试信息化面向综合测试全生命周期及上下游环节，采用浏览器/服务器(B/S)结构具备天然的优势，也符合信息技术的发展趋势。整体上，信息管理平台分为6个部分，分别是：存储层、服务层、浏览器层、应用层、外部数据和外部系统。平台结构如图1所示。

1)存储层

存储层存储综合测试过程数据和过程格式化文档，鉴于多航天器并行测试的数据类型和数据量较大，可采用分布式数据库和格式文档库相结合的方式实现，数据库可选关系型数据库，也可选用非关系型数据库或者两者相结合。

2)服务层

服务层是平台的核心，完成核心业务的实现、外部数据接入、外部系统接入以及系统管理功能，核心业务用于实现综合测试全生命周期信息化管理。具体包括以下内容。

(1)测试项目管理：根据航天器总体设计及测试需求，定义整星级和分系统级测试项目，包括项目名称、项目类型、关联用例、风险点、资源约束、时间约束、注意事项等。

(2)测试用例管理：接收测试系统设计的测试用例，提供统一测试设计查询分析平台，建立测试用例与测试项目之间的关联关系，通过测试系统对测试用例的执行，完成测试项目的测试覆盖。

(3)测试流程管理：根据测试项目及计划安排，提供图形化的测试流程编辑方法，并支持对流程节点任务的分发，相关的测试任务直接分发到相应的测试系统中执行相应的测试用例，接受测试系统的执行结果反馈，完成跨系统测试任务调度。

(4)测试任务管理：监视测试流程中任务的执行情况，必要时，对任务的执行情况进行人工干预，包括任务重定向、任务新增、任务删除等，确保测试流程的正确运行。

(5)测试表单管理：生成和管理测试过程涉及的各种表单并在平台内完成审批，比如，补充测试申请单、异常问题报告单等，代替纸质表单完成测试过程受控，确保测试过程有效。

(6)测试结果管理：接收测试系统对测试用例的执行结果，提供统一的测试结果查询分析和评估平台。

(7)测试资源管理：对测试人员、设备、场地等资源进行集中管理，构建测试资源库，完成资源对测试流程中任务的匹配，占用，释放管理，实现测试资源的统筹调度。

(8)技术状态管理：完成测试过程中，设备及电缆装星状态、电连接器插拔状态、软件版本状态、星地接口状态、热控实施状态的管理，并记录变化历史，实现航天器测试技术状态在全平台的透明，保证测试安全。

(9)数据挖掘分析：完成单航天器测试过程数据分析、多航天器测试过程数据比较，为航天器综合测试过程优化提供支撑。

(10)外部系统接入完成测试任务在平台与测试系统及其他相关系统的流转，实现综合测试系统间业务协同，比如，综合测试信息管理平台对现有自动化测试系统测试任务的调度，并接收其执行反馈。

(11)外部数据接入完成平台与上下游数据的自动交互，实现测试支持数据的自动流转，如接收航天器信息流设计信息，作为综合测试系统测试开展的输入。

(12)系统管理包括日志管理、异常管理、访问控制等功能，实现平台的高可靠性和健壮性。

3)浏览器层

浏览器层是平台与用户的交互界面，完成WEB页面解析、URL控制、COOKIE管理等功能，可选用当前主流的IE浏览器、Firefox浏览器、Chrome浏览器等。

4)应用层

在应用层，总体、分系统、总装、测试指挥、测试人员通过平台完成测试业务。

其中，测试系统协同和异构数据整合是外部系统接入和外部数据接入的核心，也是平台实现基于统一数据源的测试业务协同工作的关键。

2.2 测试系统协同

综合测试信息管理平台完成测试全过程管理，需要调用现有的测试系统完成具体的航天器功能性能测试，为实现综合测试系统间业务协同，综合测试信息管理平台研究建立了基于服务的跨系统工作流(见图2)。它借鉴面向服务架构(Service Oriented Architecture，SOA)[6]的思想，首先通过输入输出封装，封装的内容包括：服务名称、功能描述、服务地址、应用系统调用路径、返回结果等，将现有应用系统中的业务逻辑封装成可公开调用的服务，将系统与系统之间的协同转变为服务与服务之间的协同。通过服务的注册与发布使综合测试信息管理平台建立对外部系统功能的语义和调用。

以服务为任务节点，在服务层之上建立柔性的测试工作流系统[7-8]，在应用层完成测试流程定义和监控，与核心业务中的测试流程管理和测试任务管理相对应。测试流程定义用于根据综合测试过程创建测试业务流程的描述，生成跨系统业务协同的流程定义文件，测试流程监控作为与用户的交互界面，用于测试业务流程的执行情况查看，便于用户对测试业务流程的管理与监控。在工作流执行层解析流程模型，创建流程实例，基于流程定义生成任务实例并匹配服务资源，同时进行消息调度，完成工作流的驱动运转。

图2 面向服务的跨系统工作流Fig.2 Service oriented workflow system

2.3 异构数据整合

航天器研制设计阶段产生了大量的数字化信息资源，比如接口数据单(Interface Data Sheet，IDS)数据、遥测信息流数据、遥控信息流数据、电缆网设计信息等，这些信息都是综合测试阶段的必要输入，综合测试信息管理平台作为综合测试阶段的对外窗口，需要对这些异构数据进行整合应用。异构数据整合的核心在于数据转换中间件，以可扩展标记语言(XML)格式[9]的文档作为异构数据源整合的媒介，定义数据映射规则，将待整合数据转换为XML文档，再通过一系列XML技术实现XML文档到目的数据的转换。利用基于XML的中间件技术[10]来整合异构数据库，并不需要改变原始数据的存储和管理方式，而是通过统一的全局数据模型来访问异构的数据库、以及文件资源等。图3为系统异构数据整合示意图，中间件层位于异构数据库系统(数据源层)和分析应用层之间，向下协调各数据源系统，向上为访问整合数据的应用提供统一数据模式以及数据访问的通用接口，它对上层屏蔽数据的分布地点、存储形式、操作系统等差异。中间件不存储任何实际数据，向上只是提供一个虚拟数据库，通过中间件，源和目的两端的负载都能够得到减轻和均衡，跨平台和传输不可靠等问题也可得到解决。

映射规则定义是数据转换的核心问题，本文首先采用基于逻辑关系的语义分析方法进行语义模型的建立，在语义模型的基础上，将数据字段视为属性集合进行语义之间的相似度计算，得出语义之间的匹配关系，根据匹配关系来自动产生数据之间的映射关系，再辅以人工判断，保证映射关系的准确性，解决纯人工建立数据映射关系时工作量大、过程复杂等问题。

图3 异构数据整合示意图Fig.3 Heterogeneous data integration schema

3 测试管理模式及应用效果

3.1 测试管理模式

如图4所示，在应用信息管理平台后，航天器研

制在综合测试阶段由信息管理平台统一调度和管理，建立了综合测试阶段的全过程用户界面，实现了从原来的依托纸质文件传递和各零散测试系统开展到依托统一信息平台开展的转变。

(1)测试设计人员进行测试需求分析；

(2)测试设计人员根据测试需求，定义测试项目；

(3)测试设计人员应用测试系统设计测试用例，并被信息平台集成，作为后续测试开展的依据；

(4)测试指挥根据测试项目安排测试流程；

(5)测试指挥依托信息平台进行测试资源协调，尤其是在多航天器并行测试时，通过信息平台中资源占用情况分析，能够快速进行资源统筹；

(6)测试指挥分发测试任务；

(7)测试实施人员依托测试系统开展测试实施，结果将由测试系统自动反馈到信息平台中；

(8)测试设计人员、测试指挥、测试实施人员、管理人员共同审议测试结果；

(9)测试实施中发现问题时，由测试实施人员填写测试表单；

(10)测试指挥会签测试表单；

(11)管理人员审批测试表单；

(12)测试指挥将通过审批需要补充测试的项目安排到测试流程中，按照第5步开始执行。

图4 应用信息平台后的综合测试模式Fig.4 Improved integrated test mode by using the information management platform

3.2 应用效果

目前，航天器综合测试信息管理平台已经广泛应用到导航、遥感、深空探测三大系列多个航天器的综合测试过程管理中。作为航天器综合测试必备的支撑系统，在十多个航天器的综合测试业务中得到了非常好的应用实施和工程验证。

通过该平台与外部信息系统的数据自动流转，包括遥测、遥控、接口数据单、航天器技术状态信息等首次实现了自动流转和复用，测试准备工作量减少了近50%，在某航天器测试中，通过信息管理平台的数据复用和快速组合，某阶段测试准备工作由原来的20天缩减为10天；通过使用该信息管理平台，综合测试过程首次实现了信息化管理、无纸化、精细化记录，过程管理的科学性、准确性和可追溯性得到极大提高；详细的过程记录和以此为基础的持续过程优化使航天器综合测试效率得到大幅提升，某卫星03星和02星相比，从开始测试到卫星发射，在系统合理的任务调度下，完成全部测试项目，卫星加电测试时间由02星的1500 h缩短到03星的1200 h；多航天器并行综合测试过程的统一资源调度和集中监控，有效地缓解了测试人员紧张现状态，测试设备使用效率提升了30%以上，极大地节省了航天器综合测试的成本。

4 结束语

信息化管理是助推测试能力提升的主要手段之一，也是综合测试的发展方向，本文在工程实践的基础上，提出并实践了航天器综合测试信息化管理和统一调度模式，完成了综合测试对各环节设计系统中的信息资源的快速重复利用，首次实现了综合测试全生命周期业务流程信息化、规范化管理和精细化记录，为后续综合测试持续优化奠定基础，首次达成了多航天器并行综合测试过程之间的集中监控和统一调度，整体提高了测试的效率，降低了测试成本，积极推进了航天器综合测试的可持续发展。

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(编辑：李多)

Design and Application of Spacecraft Integrated Test Information Management Platform

CHU Haiyang HE Xiaoyu SONG Hongjiang BAI Shaohua

(Beijing Institute of Spacecraft System Engineering，Beijing 100094，China)

Spacecraft integrated test is a time-consuming，difficult management process.And there is still lack of the information collaborative management system for the whole life cycle of spacecraft integrated test.So the framework and key points of building a spacecraft integrated test information management platform are proposed in this paper.It can manage the whole life cycle of a single spacecraft integrated test and centralizedly monitor the process of multi-spacecraft parallel integrated test so as to optimize the integrated test and upgrade the test efficiency.

integrated test；process management；informatization

2015-10-22；

2015-11-10

储海洋，男，硕士，工程师，从事航天器综合测试工作。Email：chuhy_sean@126.com。

V419

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2015.06.018