徐 雷，吴怡婷，肖海朋

(上海航天精密机械研究所，上海 201600)

1 引 言

综合测试是对产品的物理参量进行测定，以及在真实情况下或模拟情况下对被测对象的特性参数、功能、可靠性、维修性、适应性进行测定[1]，包括机械性能、电气性能以及总体性能和精度的测试。航天产品综合测试数据直接反映产品技术性能和质量可靠性，同时也是产品开展故障分析、诊断的重要依据。多年来，航天企业在测试数据管理上仍然沿用传统的单机模式，信息化技术手段尚未广泛、深入地运用于车间生产环节，存在一定的信息化孤岛，测试信息资源没有做到有效共享，测试数据及时传输以及与产品装配的有效性关联有待提高。

近年来，多型号并举、多阶段任务并行的复杂局面使得传统的管理模式在一定程度上不能满足型号产品生产及转换快速响应的要求。为此，航天企业结合MES(Manufacturing Execution System)的建设，开展基于MES的综合测试数据管理系统研究工作，对产品测试过程中的作业计划管理、现场数据采集、数据处理分析、数据信息跟踪与追溯进行有效集成，保证数据流在总装测试过程中畅通传递。通过测试设备与MES的信息集成弥合产品测试过程与生产管理系统之间的断层，使生产任务指令能够下达到测试设备，同时，测试数据也能有效反馈到MES中，传达给相关人员，便于测试问题远程指导、快速处理。

2 系统方案

航天产品综合测试数据管理系统从功能上可以分为3层：现场设备层、信息交互控制层、信息管理层，总体结构如图1所示。

图1 总体结构示意图

现场设备层包含多种型号的综合测试设备，主要完成现场测试激励的控制，测试状态的切换，运动姿态的控制，测试信号的采集、调理、分析与处理，实现测试过程指令文件和数据文件的存储、查询等功能。

信息交互控制层主要是交换机，实现现场设备层与信息管理层上下两层之间生产任务和测试数据等信息传递和交换。

信息管理层包括测试数据库、B/S客户端、MES服务器等，主要实现生产任务的管理以及测试数据的集中管理、查询和分析等功能。

航天产品综合测试数据管理系统的工作流程如下：

(1)测试人员登录MES，通过总装生产过程管理界面，选择下发的产品测试工序任务，点击“调用测试设备”，MES将测试产品的型号、产品编号、工作令、工序号发送到测试设备中。

(2)测试设备接收到MES发送过来的工序测试任务后，开始测试过程，同时实时记录测试数据。完成测试后，调用MES测试数据接收接口，将测试数据传递到MES中，并与对应产品编号的测试任务相关联。

(3)质量、工艺等相关人员通过B/S客户端，通过系统浏览测试记录、测试数据，按需开展数据分析工作。

3 系统架构设计

航天产品综合测试数据管理系统采用基于RESTful Web服务的信息集成架构设计，实现综合测试设备与MES的互联互通。基于RESTful架构的WEB服务是通过HTTP直接传输数据的轻量级应用，这种服务的简便性让用户能够直接与之交互，每一个业务逻辑组件都定义成一个唯一地址的资源，所有资源共享统一的接口，使用标准的HTTP方法(GET、PUT等)调用。JSON作为一种轻量级的数据交互格式[2]，任何数据类型都可以通过JSON来表示。因此，将测试数据Bean转化成JSON格式进行传输，可极大提升传输效率，消除不同开发语言的数据类型转换问题。

其具体流程为：综合测试设备端作为客户端提供测试数据集合APP，MES作为服务端提供REST服务以及测试数据处理业务逻辑组件方法。测试开始前，调用MES接口获取测试任务来源，测试结束后，测试设备调用REST接口提交测试数据集，MES端接收并处理存储。接口程序支持Java等语言及开发工具，通过轻量级的RESTful WEB接口服务实现两系统的信息集成。一方面，MES下达产品生产测试任务到测试设备，实现测试数据与任务紧密关联，保证了测试数据的任务源头准确性；另一方面，综合测试设备的测试数据经过测试设备生成后形成规范约定的JSON格式，调用MES接口服务写入。两系统间信息交互的接口是RESTful架构风格的接口服务，原理流程图如图2所示。

图2 RESTful架构示意图

4 系统模块功能设计

4.1 测试数据结构化模块

测试数据结构化设计，满足MES对于数据提取类型和格式的要求，使得测试数据能够通过MES传递到数据管理系统中，进行数据的比对、统计和分析，在线监控综合测试过程的产品质量。通用可结构化数据报表格式采用Excel文件格式，结果数据存储于工作表中，结果数据包括7列内容：序号(A1)、测试项目(B1)、测试参数(C1)、参考值(D1)、实测值(E1)、单位(F1)、结论(G1)，每一行均为一项测试内容，具体格式见表1。

表1 结构化数据报表格式

各型号测试设备产生的过程数据及报表数据格式不尽相同，测试数据结构化时需要对常见的Txt、Word、Excel等数据源格式进行转化，并制定相应的格式转换模板，满足后续结构化的需要。

4.2 任务派工模块

任务派工模块主要是将测试任务通过MES下发到指定的测试人员和测试设备。该模块具体又包含车间生产、工序计划管理和工序派工管理3个子模块。

(1)车间生产：根据产品图号、项目计划号等查询ERP计划，显示该计划的信息，如工作令、产品图号、计划状态、计划类型、生产状态等。

(2)工序计划管理：根据ERP的生产计划生成完成某产品的全部工序序列，指定投产数量、班组长、是否检验点，完成一次派工。

(3)工序派工管理：班组长根据一次派工下达的任务指派加工人和加工设备、投产数量。下达派工后完成二次派工。

4.3 测试信息采集模块

测试信息采集模块主要实现生产任务、产品配套等信息的采集，并传递给测试软件，实现任务信息与测试报表关联。其具体流程为：测试人员在测试设备端刷卡登录MES个人账户，接收测试任务派工，设置必要的配合测试人员，启动测试任务。MES自动打开相应型号的测试软件，自动把测试派工中的产品编号、工序流程、测试人员等信息关联到测试记录中，加强测试信息的全寿命周期管理。

测试信息的采集借助二维条码技术，快速实时、准确全面地获取操作人员的身份信息、物料信息、产品信息和工装工具信息等数据的输入。以二维码扫描替代手工键盘录入，提高了信息采集的可靠性和便捷性，解决车间信息采集与作业流程系统间的信息断层问题。

4.4 测试数据上传模块

产品测试过程中，测试数据实时保存在本地的测试设备中。当产品测试完成时或者测试过程中遇到故障，需要中断测试进行故障诊断处理时，可以将测试数据自动上传到MES数据库中。

数据上传模块能够将结构化的测试数据上传至MES数据库，与生产任务自动关联。同时，也能将测试过程的原始数据和曲线压缩上传，供测试技术人员远程下载数据进行分析排故。

4.5 数据库模块

测试数据库实现测试信息和测试参数的集中管理。按照测试报告结构，测试数据库由两张表组成，分别是测试信息主表、测试参数子表。测试信息主表设置了产品号、批次号、测试人员、测试代号等字段，结构如表2所示。测试参数子表设置了测试项目、测试参数、指标要求、测试值等字段，结构如表3所示。

表2 主表结构

表3 子表结构

4.6 测试数据管理模块

测试数据管理模块包含数据查询子模块、分析判读管理子模块、数据统计子模块、数据预测分析子模块等。

数据查询子模块可以按型号、批次、产品号、时间、工序号、测试结果等项目，以输入关键字的方式进行测试数据信息的查询和显示。

分析判读管理子模块为不同型号的测试数据建立不同的分析判断模板，并提供给数据统计子模块快速调用。

数据统计子模块实现批次数据的均值、方差、最大值、最小值、标准差、包络范围统计值、正态分布统计等功能。

数据预测分析子模块运用时间序列预测、灰色时间序列预测等算法，结合历史测试参数，对未来测试数据进行预测。

5 系统运用

航天产品综合测试数据管理系统的实施运用，实现了测试数据的有效集成利用和可视化分析使用。具体体现在生产作业管理和产品质量管理两个方面。

5.1 生产作业管理

生产作业计划和调度人员通过综合测试数据管理系统能够及时掌握型号的生产作业进度，合理安排生产资源。当测试过程出现异常现象时，也能及时调整作业计划，安排相关故障排除工作，有效提高作业效率。作业任务管理界面如图3所示，作业人员可以在作业管理模块实现作业计划的启动、结束和查询、工时的结算等。

图3 作业任务管理界面

5.2 产品质量管理

通过对产品数据测试结果的判读，可以避免人为判断失误，保证测试数据的完整性、正确性和合法性。

通过对同一产品振前、振后多次综合测试参数的比对分析，建立监测范围，及时发现质量问题造成的性能波动。

通过对批次产品参数的统计分析，检验产品性能的稳定性和质量的一致性、可靠性。如图4所示，两种配套的模式下，同一参数的多次测试数据散点分布差异较为明显。

图4 参数散点分布

6 结束语

通过对综合测试设备的联网改造，结合MES构建了航天产品测试数据管理系统，实现了测试数据由单机存储使用向在线传输、存储、分析的转变。将测试数据与产品生产信息有效集成，提高了航天企业多型号并举、多阶段任务并行生产管控的水平。同时，通过测试数据的实时在线统计分析

与预测，型号质量技术和管理人员也能更加及时、全面地了解被测产品的性能，及时追溯可能出现的产品质量问题。