航天器数字化综合测试状态管理系统设计

航天器数字化综合测试状态管理系统设计
张威;张强;胡骏;潘顺良;李鸿飞;杨枫
【摘要】传统航天领域使用纸质表单对测试状态进行管理,导致测试状态管理数据分散,流程审批复杂,状态管理数据查询困难,管理效率低下.文章针对状态管理中存在的问题,提出面向服务和流程的数字化解决方法,并根据该方法开发了综合测试状态管理系统.该系统将实现的功能视为服务,将审批手续视为流程,充分利用数字化的技术手段,使测试状态管理流程审批及数据归档标准化,并将各类综合测试状态信息转化为结构化的数据,便于计算机系统自动读取、利用、存档、查询、汇总及分析.在载人飞船综合测试中的应用结果表明,测试状态管理的水平与效率有了很大的提高,可为今后实现航天器远程测试提供技术基础.%Papyraceous forms are used for spacecraft integration test state management,but this method leads to the state management data jumbled,approval procedures complicated,the state management data enquiry difficult,and the management efficiency is low.A service-and-proce dure-orienteddigital method is proposed based on the research of the existing problems,and the digital system for integration test state management is developed with using this method.In this system,the function is regarded as service,the approval process is regarded as procedure.The system makes the state management and data archiving standard.And kings of state management information are saved as institution data,which can be read,used,inquired and analyzed easily.The system's application in a certain manned spaceship proves that the management efficiency is greatly increased,and the system provides technical basis for remote test in the future.
【期刊名称】《航天器工程》
【年(卷),期】2017(026)004
【总页数】7页(P109-115)
【关键词】航天器测试;测试状态管理;数字化系统
【作者】张威;张强;胡骏;潘顺良;李鸿飞;杨枫
【作者单位】中国空间技术研究院载人航天总体部,北京100094;中国空间技术研究院载人航天总体部,北京100094;中国空间技术研究院载人航天总体部,北京100094;中国空间技术研究院载人航天总体部,北京100094;中国空间技术研究院载人航天总体部,北京100094;中国空间技术研究院载人航天总体部,北京100094【正文语种】中文
【中图分类】V554.3
随着我国航天任务的不断增加及航天器系统的发展，测试工作日趋复杂和繁重，人力资源紧张问题日渐突出，急需优化测试管理过程并将管理流程进行固化，传统的测试状态管理[1-4]模式局限性很大。

改变测试管理模式、提高测试管理手段，是解决当前人力资源紧张、提升航天器测试能力的必由之路。

在航天器综合测试过程中，测试状态管理涉及方面较广，主要包括人员管理、航天器设备管理、地面设备管理、软件管理、测试计划管理、测试质量管理，以及测试过程中日常工作流程的管理等。

传统的管理方法主要以纸质文件管理为主，存在一定的问题：①综合测试状态管理的具体工作由综合测试、总体、总装、分系统等多家单位分别负责，各类信息分散，管理的实现方式各异；②综合测试状态管理虽然通过表格化管理模式实现了标准化、规范化和制度化，但具体的实现和操作方式都
是采用纸质手工填写模式，这种模式在执行过程中不仅不利于信息的归档、保存和管理，更不利于信息的查询、汇总、统计和利用，如果采用计算机化管理则又要投入大量人力进行人工录入，不但效率低，而且准确性受人为因素影响而难以保证，尤其当信息量大幅度增加后这一现象更加突出；③纸质文件需要流程发起者将审批单传送给有关签署人手签，效率低，流程控制的实际操作因采用纸质手签方式也易受客观人为因素影响出现混乱；④纸质文件管理不能满足远程、异地测试的需求。

以上缺陷导致综合测试的状态管理效率低，实际执行效果不理想，不利于测试工作的开展。

纸质文件管理在航天器任务少、人力成本低的背景下，能够很好地满足测试任务的需求，但是随着航天器研制任务增加，纸质文件管理模式的弊端愈加明显，已经不能满足航天器批量化生产的需求。

本文以载人航天器综合测试管理平台模型为例进行研究，提出面向服务和流程的数字化综合测试状态管理方法，开发了综合测试状态管理系统，给出了综合测试状态管理系统在载人航天器日常测试过程中的应用实例。

实践证明：本文提出的数字化综合测试状态管理系统，提升了测试状态管理的效率，同时可为远程异地的测试模式提供技术支持和保障。

在航天器日常测试工作中，有些流程非常复杂，要经过不同的组织机构，涉及多种人物角色，还有许多特殊的处理环节，对于这样的复杂流程，实现自由流转一直比较困难。

通过对类似功能需求的管理软件进行调研发现，现有的做法是软件设计人员针对某一具体的需求进行系统功能设计，并采用某种计算机语言加以实现，这样往往会带来以下问题[5-6]。

(1)针对每个工程项目的管理系统建设都是从零开始，即使是公用的模块也要在多
个管理系统当中分别重复实现。

管理系统缺乏通用性，使得每个工程项目管理系统的建设周期长，投资大，同时系统建设风险也比较高。

(2)由于具体工程上的需求，某些业务管理流程经常发生变更(如审批流程的变更)，
管理系统通常不能及时或者不能适应企业管理模式和管理流程的变化。

这使得原有管理系统不再满足管理的需求，因此要重新建设和花费很大精力去修改原来的管理系统，不能做到及时响应客户需求。

为此，本文提出面向服务和流程的数字化综合测试状态管理系统，通过以下具体方法解决上述问题。

所谓服务[7-9]，就是能实现某一任务需求的功能，具体到航天器测试状态管理中，就是指对人员管理、航天器设备管理、地面设备管理、软件管理、测试计划管理、测试质量管理及测试过程中日常工作流程管理的功能。

这些服务存在并运行在同一个平台上，可以被平台上的多个管理系统使用，如人员管理的服务可以被综合测试管理系统使用，同时也可以根据需要提供给办公管理系统使用。

这样就避免了以往同一功能在多个管理系统中分别实现、重复实现的状况，能最大限度地利用原有成熟的服务，减少不必要的建设和投资。

图1中假设服务1为人员管理功能组件，服务2为设备管理组件，综合测试状态
管理系统为测试现场的应用系统，与办公管理系统可以共同调用服务2，避免2个应用系统同时开发相同功能组件的工作，减少类似功能组件的重复人力、物力投入。

面向流程的设计思想，不是通过编写程序将过程中的节点固定来实现其业务审批流程，而是通过一个可以动态配置的流程来完成。

当流程发生改变时，只要在配置界面中修改相应的流程逻辑，就可以快速地实现相应的审批流程的变化，最大限度地满足动态管理的需要。

流程由多个服务按照一定逻辑组合起来完成某一管理功能，多个服务组件可以被拖拽到流程配置界面上，并使用逻辑链路进行连接，形成一个业务流程[10-11]。

当业务或者管理流程发生变化时，不是去修改管理系统的代码，而是更改具体功能的流程逻辑。

这样可以使管理系统维护的工作量降到最低，也使管理系统在流程和管理发生变化时能够迅速适应变化，通过流程的改变实现原有功能的修改。

同时，
利用已有服务组件的组合，也可以完成一个新的业务功能，而不需要任何代码的重新编写或者修改。

使用基于服务和流程的方法构建的用于航天器测试的数字化系统，称之为综合测试状态管理系统。

它以表格化管理为基础，通过数据库方式对各类测试信息进行数字化管理，将测试流程控制、测试状态控制、人员信息管理、测试信息数据管理有机地结合为一个整体。

该系统使各种流程过程清晰易懂、操作简捷明了；使各类测试信息自动归档并可靠存储，且查询简便，还可实现合理的关联，保证信息数据的同步性、一致性和完备性；使信息的管理和流程的控制更加规范严谨，并能充分利用数字化处理进行汇总统计分析，在对数据进一步加工的基础上提供更有价值的信息，为自动化测试和远程测试提供技术支持。

数字化的综合测试状态管理系统，不仅可以大幅度提高测试状态管理的效率和效益，还能保证信息的准确性和可靠性，可真正实现表格化规范管理的目的，使载人航天器的综合测试状态管理水平提高到一个新的层次。

如图2所示，综合测试状态管理系统能实现对测试人员、测试设备、测试现场审
批流程、测试状态数据查询等功能，具体实现以下内容的数字化管理。

(1)实现对测试人员的信息管理，对不同岗位人员赋予不同的用户使用权限。

(2)对航天器上产品安装状态及其软件状态进行管理，实时反映产品的真实状态，
并将该状态作为测试项目制定的依据。

(3)对地面测试设备状态及其软件状态进行管理，实时反映地面设备的真实状态，
并将该状态作为测试项目制定的依据。

(4)对测试用例及测试所需的注入文件、测试序列进行管理，为相应测试项目自动
提供正确的注入文件及测试序列，保证测试项目顺利进行。

(5)制定测试任务计划，根据结构化数据库中航天器上产品状态、地面设备状态、
测试状态设置情况等制定当前的测试任务，并对当前测试任务所需的测试状态进行
自动检查。

(6)对测试流程进行控制，包括测试状态确认、补充测试流程控制、设备更换流程
控制、临时操作流程控制、异常现象处理流程控制等信息。

(7)测试结果评估及测试报告生成。

结合测试状态对测试项目进行自动判读，并对
测试结果进行评估，自动生成测试报告。

(8)测试信息查询，便于从多角度准确了解测试状况，为测试计划安排提供详细准
确的依据。

可以快速、准确查询各项测试信息，如产品安装情况、操作情况、更换情况、测试项目完成情况、异常现象及质量问题处理情况等；可实现多种规则的关联查询，如按日期查询、按分系统查询、按设备查询、按操作类型查询、按质量问题分类查询等。

(9)测试情况汇总。

可以根据测试信息对测试情况进行汇总、统计、分析，如测试
计划完成情况、测试项目完成比例、测试覆盖性统计、质量问题统计归纳信息等，为测试决策提供依据。

根据航天器综合测试状态管理的任务要求，综合测试状态管理系统采用综合管理平台加上层功能应用搭建的整体结构。

如图3所示，该系统主要由权限认证管理模块、任务流程管理模块、测试信息管理模块、测试文档管理模块、资源管理模块、日志管理模块、系统维护模块组成。

综合测试状态管理系统通过数据库方式对各类测试信息进行信息化管理，根据系统功能需求及测试状态管理系统的组成，使用MVC软件开发综合测试状态管理系统。

该系统分为客户端和服务器端，其硬件设备由服务器和数据存储设备组成，这些设备都通过以太网连接在测试网上，如图4所示。

系统软件采用浏览器/服务器(B/S)结构，将服务器端软件运行在测试网的服务器上，测试数据及管理协同信息存于测试网的数据库中。

测试指挥、测试设计师、总体设计人员、项目管理人员作为用户，可以通过客户端上的浏览器访问服务器，从而实现在同一局域网内的远程访问。

在系统的实现过程中，审批流程的开发最为困难，传统的审批流程开发方式均为根据某一特定的流程，采用计算机语言编写固定的审批流程，该流程一旦变化就要重新编写代码，有新的流程需求时，也要编写新的代码，使用极其不便。

为解决此问题，本系统采用面向服务和流程的思想开发了工作流程配置模块，该模块支持创建多种形式的表单审批流程，并可根据要求配置多级审批与会签的功能，而且在创建新的工作流程时，不用改动系统代码，只要通过图形化的界面进行编辑即可生成一个新的工作审批流程。

1)将数字化手段引入到综合测试状态管理工作中
传统的测试状态管理手段为填写纸质申请单，而综合测试状态管理系统首次将数字化手段引入到航天器测试领域中来，这在国内航天器测试状态管理上是第1次。

使用电子化的电子审批申请单能节约大量纸张，更主要的是使流程审批更加方便快捷，同时便于测试相关信息的归档与查询。

2)将综合测试状态管理相关流程集中到一个平台
传统的测试状态管理审批单分散在不同的单位管理，不便查询与归档；综合测试状态管理系统首次将综合测试过程中所需要办理的手续集中到一个平台，由具备相应权限的单位分开管理，所产生的数据集中归档在综合测试状态管理服务器中，具有相应权限的人员可以随时查看。

3)将综合测试状态管理相关数据关联
传统的测试状态管理审批手续采用纸质流程，各种审批申请单上的数据相互独立；综合测试状态管理系统首次将各种审批流程之间的相关数据进行关联，使得存储在数据库中的相关数据可以同时更新，这样数据库中的内容能够同步真实地反映航天器的真实状态。

4)可配置表单审批流程
流程引擎功能是一个工作流开发和集成的图形化流程配置工具，它将流程引擎与开
发接口集成于一体，支持多种形式的表单审批以及配置多级审批与会签的功能，并作为综合管理平台的重要工具之一，为上层各应用系统工作流模块的开发、配置和运行提供基础环境。

通过流程引擎功能，可以快速实现表单审批流程的配置。

5)完善的测试状态元素与界面一体化呈现
表单开发一体化子系统是该平台的核心组成元素之一。

它包含可随时扩展的测试状态元素、与界面呈现一体的表单和数据库生成工具，能够快速高效地满足开发与维护工作。

此外，还提供通用的增、删、改、查询等功能。

6)面向总体前后伸展的应用与数据集成
综合测试状态管理系统集成功能主要体现在系统间数据集成、服务集成和界面集成3个层次上。

它实现了与总体技术状态控制软件、总装部门状态管理软件的无缝接口，以及不同信息系统之间数据的交互，使应用系统之间能够互相配合、互相联动，成为相互独立又相互关联的应用服务的整体。

7)适应灵活的权限体系
综合测试状态管理系统面向航天器项目，通过对不同使用用户设置灵活而周密的权限来保障对测试相关数据的安全管理。

它提供了独立于数据库的权限控制机制，能基于部门、岗位或用户在数据库级、数据表级、属性字段级、数据记录级上设置对数据的查询、添加、修改、删除、上传、下载等操作的权限控制。

同时，系统支持对数据内容定义相关的过滤条件，从而实现不同角色人员可以看到不同的数据内容。

所有在本系统平台创建的数据库，都在其权限控制机制的管理范围之内。

系统根据用户各自的权限不同，控制用户的访问范围，保证系统的安全性。

8)多维度的测试状态数据挖掘
综合测试状态管理系统提供强大的数据检索功能，以实现方便高效的测试数据查询，其中包括单项参数检索、多项参数的组合查询和多表检索。

用户可以采用预定义的几种导航方式从多侧面查询数据；通过项目浏览、航天器浏览及数据浏览，快速找
到所需测试信息，把查询出来的数据导出到Excel中。

试验数据能够通过多种显示控件(数字、表格、曲线、图标)以更加直观的方式展现给使用者。

此外，系统还提供海量数据的算法处理、数据快速回放和数据的定位。

数字化的综合测试状态管理系统在过去几年里已经成功应用在多个航天器的综合测试状态管理中，不仅可以大幅度提高测试状态管理的效率和效益，还能保证信息的准确性和可靠性，真正实现表格化规范管理，使航天器的综合测试状态管理水平提高到一个新的层次。

在使用过程中积累的经验，可以为其他航天器的测试状态管理提供借鉴。

以载人飞船为例。

在综合测试期间，如果有必要拆下飞船上的设备，分系统人员应在综合测试状态管理系统上填写“设备拆下申请表”，并督促总体、总装设计、总装检验、质量、综合测试、主管副总师对整个流程进行审批，流程结束后才能对飞船上的设备进行操作。

飞船上设备操作完成后，总装检验人员在综合测试状态管理系统相应的页面上点击“反馈完成情况”后，软件数据库中该设备的装船状态自动更新至实际状态，至此整个流程结束。

图5是载人飞船上设备拆下申请的审批流程。

使用系统的工作流程配置模块，只要在图形化界面中根据以上流程拖拽相应的模块，画出流程图，并配置流程中各个节点的权限，即可实现设备拆下的审批流程。

在流程审批过程中，流程发起者可以查看该流程的进展情况，也可以随时终止流程，这保证了流程发起者能够实时跟踪流程的动态，并对流程的进展进行管理；审批人员可以在任何一台能访问综合测试状态管理系统的计算机上对该流程进行审批，免去了传统管理模式下流程发起者需要找人手签的麻烦，提高了办事效率。

综合测试状态管理系统充分利用数字化时代的技术手段，将传统的纸质文档转变为结构化的数据，以便于计算机自动读取、利用、存档及查询，为实现自动化测试提供技术支持。

无论地面设备状态、航天器设备状态、测试过程、测试项目及现象，都能系统审批及归档。

该系统已经先后在5个载人航天器综合测试过程中应用，
使综合测试过程中的各项状态信息获得了统一的处理流程和一致有效的存储，实现了综合测试现场技术状态管理的无纸化作业，流程的审批规范严谨，数据的处理、存储可靠一致，实现了结构化的数据存储，信息的查询高效简便，大幅度提高了技术状态管理的效果和效率。

综合测试状态管理系统在载人航天器综合测试领域的成功使用经验，可以在其他航天器测试状态管理中推广应用。

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