沈 翔，劉 靚，陳 策，許哲琪，宋敬群

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京，100076）

0 引言

近年來，航天任務(wù)呈現(xiàn)高密度常態(tài)化的特點，作為型號研制生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵一環(huán)，電氣系統(tǒng)綜合匹配試驗的質(zhì)量要求提升、試驗周期縮短、任務(wù)頻次增加，對試驗的設(shè)備、場地、數(shù)據(jù)等各項要素的管理要求和管理難度日益增大。不同于靶場測試環(huán)節(jié)中1個發(fā)射工位只開展1發(fā)火箭測試工作的模式，型號綜合匹配實驗室往往并行開展著多型號、多發(fā)次的試驗任務(wù)，原有型號測試過程中獨立運營的方式暴露出了試驗實施過程無法高效記錄追溯、試驗場地缺乏有效管控手段、試驗數(shù)據(jù)無法集中管理、高度依賴人員現(xiàn)場駐守等短板。為了變革傳統(tǒng)的測試模式，解決型號試驗過程控制難、試驗信息孤立等一系列痛點、堵點問題，高質(zhì)量、高效率地完成高密度測試任務(wù)，亟需建設(shè)一套航天綜合匹配試驗智慧管理平臺［1］。

本文充分考慮新形勢下航天電氣系統(tǒng)綜合匹配試驗任務(wù)需求，提出了智慧管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)，整合運用射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）［2-3］、圖像識別［4-5］、交互式電子技術(shù)手冊（Interactive Electronic Technical Manual，IETM）［6-7］等技術(shù)手段，實現(xiàn)“數(shù)據(jù)集中、擺渡集中、殺毒集中、設(shè)備集中、展示集中”的新型智慧試驗?zāi)Ｊ健?/p>

1 現(xiàn)有模式及差距

1.1 網(wǎng)絡(luò)條件亟待改善

目前航天各型號綜合匹配實驗室仍是信息孤島，各型號電氣系統(tǒng)綜合匹配試驗管理及實施過程均封閉在各實驗室內(nèi)部，實驗室之間和實驗室對外均缺乏高效信息交互手段，試驗數(shù)據(jù)依靠人工刻錄、傳遞與管理。在進行數(shù)據(jù)復查工作時，只能通過人工擺渡的方式導入內(nèi)網(wǎng)，費時耗力，效率較低。信息孤島使得綜合匹配試驗產(chǎn)生的大量各系統(tǒng)地測、遙測數(shù)據(jù)散落在各型號實驗室，無法進行匯總分析，為試驗數(shù)據(jù)型號生命周期縱向綜合分析、型號間橫向比對等工作帶來了極大的困難和不便。所以需要打通信息壁壘，建設(shè)信息快速路，為實驗室信息化、智能化管理提供基礎(chǔ)條件。

1.2 試驗管理手段原始、可追溯性差

電氣系統(tǒng)綜合匹配試驗沿襲傳統(tǒng)的手動清點設(shè)備、人員現(xiàn)場督導的管理方式。當任務(wù)量急劇增加時，試驗并行開展，大量人員、設(shè)備在現(xiàn)場頻繁進出，一方面工作效率難以滿足型號進度要求，另一方面極易出現(xiàn)錯記漏記、設(shè)備難尋、不易追溯等問題，依靠人員現(xiàn)場督導的傳統(tǒng)管理方式難以為繼，需要運用RFID、圖像識別等技術(shù)手段，提升管理自動化、智能化水平。

1.3 試驗數(shù)據(jù)手寫記錄、分散管理

傳統(tǒng)綜合匹配試驗除了系統(tǒng)存盤記錄的測試源碼，測試過程中對應(yīng)測試步驟和狀態(tài)檢查還會產(chǎn)生許多狀態(tài)記錄表、數(shù)據(jù)記錄表等紙質(zhì)表單，依賴人員手工填寫。隨著運載火箭電氣技術(shù)不斷升級、發(fā)射測試任務(wù)愈加繁忙，這些紙質(zhì)資料數(shù)量日益龐大，既不利于管理，也對數(shù)據(jù)的綜合利用和分析比對造成了極大的不便。

2 設(shè)計目標

建設(shè)智慧管理平臺，實現(xiàn)如下目標：

a）試驗數(shù)據(jù)集中存儲，打通各航天型號綜合匹配實驗室數(shù)據(jù)貫通，將各型號試驗數(shù)據(jù)匯集至數(shù)據(jù)資源中心集中存儲管理。

b）試驗數(shù)據(jù)集中擺渡，搭建數(shù)據(jù)擺渡系統(tǒng)，實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)在實驗室內(nèi)外的擺渡交互，減少人工耗時，提高工作效率。

c）試驗安全集中管控，部署信息安全系統(tǒng)，防止非法設(shè)備入侵網(wǎng)絡(luò)，并實現(xiàn)各型號域內(nèi)測試設(shè)備病毒統(tǒng)一查殺。

d）試驗設(shè)備集中監(jiān)控，部署設(shè)備管理系統(tǒng)，設(shè)備信息化建賬，借助RFID 實現(xiàn)設(shè)備出入庫全流程智能管理。

e）試驗過程集中展示，部署試驗展示系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭、環(huán)境信息采集終端將各實驗室場地情況、試驗過程全景投放至指揮中心，便于測試指揮集中管理、統(tǒng)一展示，同時對地面設(shè)備顯示狀態(tài)、人員操作細節(jié)實時記錄存儲，便于排故追溯。

3 平臺設(shè)計

3.1 平臺架構(gòu)

智慧管理平臺架構(gòu)包括1 套基礎(chǔ)支撐環(huán)境、1 套數(shù)據(jù)資源中心、1 套綜合集成框架以及4 個業(yè)務(wù)功能板塊，功能覆蓋網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)共享、設(shè)備管理、試驗過程監(jiān)控等關(guān)鍵要素［8］，如圖1所示。

圖1 平臺架構(gòu)Fig.1 Platform architecture

a）基礎(chǔ)支撐環(huán)境：通過路由器、核心交換機、光纖、網(wǎng)線、網(wǎng)絡(luò)計算機等網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備搭建基礎(chǔ)級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全連通。

b）綜合集成框架：通過具備監(jiān)控及展示、安全防護、設(shè)備管理、信息記錄、數(shù)據(jù)擺渡等不同功能的系統(tǒng)搭建綜合匹配試驗集成框架，實現(xiàn)多個試驗現(xiàn)場的統(tǒng)一管理。

c）數(shù)據(jù)資源中心：通過數(shù)據(jù)服務(wù)器建立多個數(shù)據(jù)庫，包括原始記錄庫、原碼數(shù)據(jù)庫、處理結(jié)果庫等，供不同需求用戶靈活調(diào)用。

d）業(yè)務(wù)功能板塊：通過調(diào)用不同業(yè)務(wù)軟件，實現(xiàn)監(jiān)控及展示、病毒查殺、設(shè)備管理、信息記錄、數(shù)據(jù)擺渡等主要功能。

3.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

智慧管理平臺網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑由基礎(chǔ)支撐環(huán)境支撐，主要由網(wǎng)線、光纖、路由器、交換機等網(wǎng)絡(luò)通信類硬件組成，聯(lián)通試驗現(xiàn)場、設(shè)備機房和指控中心，如圖2所示。各型號按照自身需求進行IP地址分配，由型號局域網(wǎng)入試驗網(wǎng)后通過網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（Network Address Translation，NAT）分配試驗網(wǎng)IP 進行信息交互，避免型號間IP沖突。

圖2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.2 Network architecture

3.3 接口設(shè)計

智慧管理平臺接口主要包括內(nèi)部接口以及外部接口，內(nèi)部接口為任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)、監(jiān)控展示系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、信息記錄系統(tǒng)、數(shù)據(jù)擺渡系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信接口，外部接口為與外部數(shù)據(jù)、文件之間的交換接口。接口關(guān)系如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)接口關(guān)系Fig.3 Interface relationship

內(nèi)部接口負責智慧管理平臺各系統(tǒng)之間通過TCP/IP協(xié)議進行試驗信息、安全信息、視頻信息、設(shè)備信息的采集、傳輸、同步和展示；外部接口負責智慧管理平臺與外部環(huán)境通過數(shù)據(jù)擺渡系統(tǒng)進行安全保密隔離和數(shù)據(jù)導入、導出。

4 應(yīng)用場景

綜合匹配試驗實施過程可以分為運行階段（準備、實施、結(jié)束）和運維階段，在不同階段伴隨著人員設(shè)備流轉(zhuǎn)、測試記錄判讀、場地設(shè)施維護會產(chǎn)生海量的信息流。智慧管理系統(tǒng)將航天電氣系統(tǒng)實驗室與指控中心聯(lián)通，匯集管理各類試驗信息，實現(xiàn)試驗資源集中管控和試驗任務(wù)的集中管控，如圖4所示。

圖4 應(yīng)用場景Fig.4 Application scenario

4.1 試驗運維階段

在試驗運維階段實現(xiàn)多項自動實驗室智能運維管理，包括：

a）網(wǎng)絡(luò)安全。

對試驗設(shè)備的工作情況進行實時監(jiān)控，開展病毒庫自動更新、定期自動病毒查殺，并進行安全防護異常統(tǒng)計，實時了解平臺內(nèi)設(shè)備的安全狀態(tài)，實現(xiàn)試驗設(shè)備的自動安全防護。

b）異常情況報警。

試驗現(xiàn)場全景監(jiān)控，通過設(shè)定預警事件及門限，對實驗室中發(fā)生的異常人員走動、異常設(shè)備出入、實驗室狀態(tài)異常等情況進行自動預警及記錄；通過溫濕度傳感器、煙霧傳感器等監(jiān)測環(huán)境異常相關(guān)信息，對信息進行統(tǒng)計記錄，對異常情況進行報警，實現(xiàn)試驗現(xiàn)場全天候無人值守監(jiān)控；

c）試驗展示。

將各系統(tǒng)信息匯集，完成設(shè)備、環(huán)境、任務(wù)等各項關(guān)鍵試驗信息的自動統(tǒng)計分析，全面掌握試驗現(xiàn)場的試驗開展情況及各項試驗資源使用情況，實現(xiàn)所有現(xiàn)場的全景歸集和集中管控。

4.2 試驗運行階段

在試驗準備、實施、結(jié)束階段，對各關(guān)鍵要素進行管控，實現(xiàn)試驗運行過程的智慧管理。

a）任務(wù)管理。

開展試驗任務(wù)標準化流程編制，進行任務(wù)線上發(fā)布、任務(wù)領(lǐng)取、任務(wù)實施、進度及數(shù)據(jù)上傳，操作人員在執(zhí)行過程中依據(jù)任務(wù)關(guān)聯(lián)的技術(shù)資料開展規(guī)范化試驗實施，實現(xiàn)試驗過程精細化集中控制。

b）數(shù)據(jù)管理。

開展與試驗任務(wù)緊耦合的試驗數(shù)據(jù)管理，操作人員通過身份認證后在終端進行本次任務(wù)的試驗數(shù)據(jù)錄入，自動形成結(jié)構(gòu)化試驗數(shù)據(jù)，試驗結(jié)束后上傳試驗數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)資源中心，供后續(xù)分析使用，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化集中管理，便于型號間數(shù)據(jù)橫向比對和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析。

c）擺渡管理。

提供智慧管理平臺與外界信息交互接口，進行擺渡審批管理，對擺渡信息進行集中審計，可以開展自動數(shù)據(jù)擺渡入網(wǎng)和擺渡出網(wǎng)，實現(xiàn)高效無人值守數(shù)據(jù)自動擺渡。

d）設(shè)備管理。

開展設(shè)備建賬、入庫、出庫、盤點全面管理，通過RFID 技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備無感出入庫信息登記，建立設(shè)備信息化臺賬，關(guān)聯(lián)設(shè)備名稱編號、多媒體記錄等關(guān)鍵信息，實現(xiàn)設(shè)備集中數(shù)字化管理。

5 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

5.1 RFID技術(shù)應(yīng)用

RFID 技術(shù)實現(xiàn)由RFID 標簽、RFID 標簽讀寫器以及后端數(shù)據(jù)庫三大部分構(gòu)成，其中RFID 標簽讀寫器又分為RFID 打印機、RFID 手持讀取終端、RFID門型讀取終端，如圖5所示。

圖5 RFID技術(shù)應(yīng)用Fig.5 RFID technology application

為了防止掃描RFID 擴大設(shè)備信息知悉范圍，將設(shè)備信息在服務(wù)器后端數(shù)據(jù)庫中進行集中存儲，標簽讀寫器僅將設(shè)備對應(yīng)的數(shù)據(jù)組唯一編碼讀取和寫入RFID 標簽中，設(shè)備管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)組編碼調(diào)用后端數(shù)據(jù)庫對應(yīng)數(shù)據(jù)組開展設(shè)備管理。設(shè)備管理系統(tǒng)基于RFID 技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備無感出入庫登記，簡化設(shè)備出入庫登記過程，實現(xiàn)設(shè)備智能管理。在設(shè)備出入庫穿過RFID通道門的過程中，通道門激發(fā)RFID標簽并接收設(shè)備ID 信息，將ID 信息與臺賬進行檢索，自動登記相應(yīng)設(shè)備出入庫信息。在RFID 字段中僅實現(xiàn)不少于20 臺設(shè)備同時進行出入庫登記，單臺設(shè)備識別時間不大于1 s，對比原有人工逐臺紙質(zhì)臺賬登記的方式，極大縮減設(shè)備出入庫登記時間，規(guī)范了設(shè)備登記信息。設(shè)備盤點時，可使用手持終端對庫房設(shè)備進行掃描，快速識別庫內(nèi)現(xiàn)存設(shè)備，與臺賬信息進行比對分析，形成盤點報告，單臺識別時間不大于1 s，對比原有人工逐臺清點的記錄的方式，極大縮減了盤點時間，降低了人員錯漏的可能性，提升了盤點的準確度。

5.2 圖像識別技術(shù)應(yīng)用

基于圖像識別技術(shù)，通過景深攝像裝置、運動特征提取系統(tǒng)、人體行為模式識別數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對試驗現(xiàn)場異常行為的分析，并對危險行為進行報警。在實驗室內(nèi)部設(shè)置任意多邊形區(qū)域和允許進入的人數(shù)，對區(qū)域異常進入、人員絆倒線纜、人員奔跑通過、攝像頭遮擋、人員摔倒、人員徘徊、物品滯留、人數(shù)統(tǒng)計等行為或信息進行智能識別，針對各類情況設(shè)置處置策略，可以將報警事件設(shè)置為一級事件、二級事件、三級事件、非報警事件，自動進行記錄或聲光報警。對比原有現(xiàn)場派駐管理員長時間人工監(jiān)控的模式，釋放了人力資源，并且實現(xiàn)了24 h無人值守監(jiān)控與自動報警，大幅度提升現(xiàn)場智能化管理水平。圖像識別技術(shù)應(yīng)用如圖6所示。

圖6 圖像識別技術(shù)應(yīng)用Fig.6 Image recognition technology application

5.3 IETM技術(shù)應(yīng)用

基于IETM 技術(shù)設(shè)計試驗信息化管理系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)服務(wù)器、測試數(shù)據(jù)庫、試驗管理終端三大部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)服務(wù)器實現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)一管理的功能，完成試驗、數(shù)據(jù)、流程、設(shè)備、權(quán)限的統(tǒng)一分配和管理；測試數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)一存儲、調(diào)用的功能，由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、試驗數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫和故障數(shù)據(jù)庫組成，數(shù)據(jù)邊界劃分清晰，通過外聯(lián)映射實現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；試驗管理終端為整個系統(tǒng)的執(zhí)行平臺，負責試驗的執(zhí)行、試驗數(shù)據(jù)采集、實驗室日常數(shù)據(jù)采集和用戶自學習、培訓。試驗信息化管理系統(tǒng)從功能上分工明確，實現(xiàn)了從試驗任務(wù)的安排、試驗流程的開發(fā)、試驗任務(wù)的發(fā)布、試驗過程的執(zhí)行、試驗數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的上傳存儲等整個試驗流程的管理。可編寫綜合匹配試驗任務(wù)并發(fā)布，將試驗管理終端連接服務(wù)器，實現(xiàn)試驗任務(wù)的下發(fā)和技術(shù)資料的同步。試驗任務(wù)下發(fā)到試驗管理終端后，操作人員通過身份認證后登錄平臺，通過終端進行試驗流程的執(zhí)行。在執(zhí)行過程中，可查閱試驗項目關(guān)聯(lián)的技術(shù)資料，輔助試驗執(zhí)行。試驗結(jié)束后，再次使用終端連接服務(wù)器硬件，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的上傳。全面提高了試驗管理信息化水平，實現(xiàn)試驗綜合信息的安全共享。IETM技術(shù)應(yīng)用如圖7所示。

圖7 IETM技術(shù)應(yīng)用Fig.7 IETM technology application

6 實施效果

2022年，航天綜合匹配試驗智慧管理平臺在綜合匹配實驗室進行了建設(shè)應(yīng)用，實現(xiàn)了長征二號丙、長征三號乙等航天型號綜合匹配試驗設(shè)備、場地、數(shù)據(jù)的智能管理，提升了現(xiàn)場管理質(zhì)量，縮減了人員投入，提升了試驗數(shù)據(jù)深度利用，驗證了本方案設(shè)計的合理性、可行性。綜合來看，航天綜合匹配試驗智慧管理平臺提升了如下三方面的效能。

6.1 連通試驗網(wǎng)絡(luò)，打通信息高速路

伴隨著“實驗室和實驗室之間、實驗室和指控中心之間”試驗網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋、全面聯(lián)通，試驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場管理的高速路正式打通，基于試驗網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的遠程測試、智能化管理具備了可行性，也為未來綜合匹配試驗實施提供了無限可能，是綜合匹配試驗邁向“高質(zhì)量、高效率、高效益”的關(guān)鍵一步。

6.2 資源高效管理，保障型號試驗任務(wù)

通過多項自動化、智能化技術(shù)手段的應(yīng)用，提升了現(xiàn)場管理實施質(zhì)量，減少了人力資源投入。以設(shè)備管理為例，原本每個型號需要配備1名管理員進行設(shè)備交接登記，通過設(shè)備管理系統(tǒng)的投入使用，實現(xiàn)了設(shè)備無紙化管理，借助手持終端和門型終端，只需配備1名管理員即可完成所有入網(wǎng)型號的設(shè)備出入庫及日常管理。同時，通過通用測試設(shè)備的集中管理，實時統(tǒng)計各測試儀器的可使用狀態(tài)，杜絕了設(shè)備難尋的窘境，保障了通用儀器在型號之間的高效使用流轉(zhuǎn)。

6.3 測試數(shù)據(jù)集中管理，開展數(shù)據(jù)深度利用

平臺實現(xiàn)了航天型號綜合匹配試驗數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化采集和統(tǒng)一管理，可通過數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對同一型號不同發(fā)次的數(shù)據(jù)、不同型號間相似狀態(tài)的數(shù)據(jù)開展橫縱向比對，形成數(shù)據(jù)包絡(luò)，進一步實現(xiàn)對故障先兆的深入挖掘。后續(xù)更可以與產(chǎn)品生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）平臺打通，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的高效采集上傳，支撐型號試驗數(shù)據(jù)的全生命周期管理。

7 結(jié)束語

本文結(jié)合新形勢下航天綜合匹配試驗高度依賴人工、試驗管理難度大、信息化與智能化程度低等特點，制定設(shè)計目標，設(shè)計了航天綜合匹配智慧管理平臺。通過研究平臺的總體框架、網(wǎng)絡(luò)拓撲，對平臺應(yīng)用場景進行了分析，對關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用進行了設(shè)計，并對現(xiàn)場實施效果進行了總結(jié)。該平臺實現(xiàn)了對實驗室各要素的綜合智能管理，使測試過程可追溯，保證試驗的可靠性，大幅減少人工參與環(huán)節(jié)，釋放人力資源，提升管理效率，實現(xiàn)了“數(shù)據(jù)集中、擺渡集中、殺毒集中、設(shè)備集中、展示集中”的新型智慧試驗?zāi)Ｊ健?/p>