（中国航天科工集团八五一一研究所，南京 210000）

0 引言

随着德国“工业4.0”[1]，美国GE“工业互联网”[2]在全球的风靡，以及中国制造2025战略如火如荼的推进，以新一代信息技术和制造业深度融合为特点的智能制造已经引发了全球性的新一轮工业革命，并成为制造业转型升级的重要抓手和核心动力。在这样的时代背景下，航天企业作为国家重点科研领域的领头企业，对运用新一代智能技术，高效的完成型号产品的环境试验，保证交付客户的产品质量提出了新的时代要求。本文以航天科工集团下属某电子设备研究所为例，探讨智能电工电子产品环境试验室的建设方案。

1 环境条件试验[3]

环境条件试验即环境试验是指把样品暴露于自然和人工环境中，从而对其实际中遇到的使用、运输和贮存条件下的性能做出评价，主要包括高低温、恒定湿热、交变湿热、冲撞、振动、恒定加速度、长霉、腐蚀性大气、砂尘、高低气压、温度变化、密封、水、辐射、锡焊、引出端强度。试验标准GB/T 2421～2424[4]定义了一系列环境试验方法及其严酷等级，并规定了各种测量和试验用大气条件。

限于企业发展规模的限制，研究所已经具备的试验项目包括高低温、恒定温热、交变湿热、冲击、振动、低气压以及恒定加速度。

2 平台架构设计

智能环境试验平台由三大区域部分组成，分别为办公区域、数据交换服务区、环境试验现场。其中办公区域实现环境试验的申请、试验数据的查看、试验数据的归档申请，财务结算处理；数据交换服务区域由交换机、服务器、防火墙、数据存储等数通设备组成，为产品设计人员提供试验设备的申请审批服务、数据查看、数据结构化转换服务，为档案人员提供环境试验数据归档管理服务；为财务管理人员提供试验的财务核算服务；环境试验现场部署环境测试设备、测试工控设备、环境试验室管理办公机，是环境试验执行的主体部分。其硬件结构拓扑如图1所示。

系统的软件基础环境方面，由于办公区的办公机数量较多，为了有效提高系统的维护性，在办公区，办公机以浏览器的方式，采用B/S模式为办公区用户提供系统服务；而在环境试验现场，采用C/S的模式，充分利用试验机的性能，为环境试验设备提供工控性能上的支撑。

3 系统服务设计

3.1 角色控制模块

环境试验设备的部署代价是高昂的，所有单位内部试验订单和外协试验订单需要共享环境试验设备，为了保证试验项目订单间信息的安全保密，做好信息知悉范围约束。需要对系统平台用户做相应的权限限制，在用户会话层实现信息阻隔，防止涉密项目数据信息的泄露。本平台角色控制基于DO-RBAC模型[5]，按照最小化原则、责任分离原则和数据抽象原则进行管控，依照项目组角色区分相应的权限，试验数据对项目组内的成员进行开放，其他角色一律不得查看非角色权限内的数据。

图1 智能环境试验平台硬件拓扑图

3.2 工作流控制模块

工作流技术实现了试验业务流程的线上运行，降低了环境试验线下管理的资源成本，为后续环境试验模块的相应服务的提供了数据依据。工作流技术可采用当下热门的Activiti引擎[6]。该框架提供了稳定的流程节点之间的业务流转和表单的自定义功能，对大多数企业管理具有较强的普适性。

3.3 试验项目排班模块

试验项目排班模块由系统试验项目排班服务和排班电子看板组成。每个办公区域都设有电子看板，实时显示试验项目安排，试验测试人员根据电子看板显示的试验安排时间，到试验现场进行产品的测试工作，试验项目排班模块优化环境试验室设备的空闲设备管理，当设计师完成审批后，试验项目排班服务按照排班算法自动预更新试验安排表，将结果提交给环境试验管理人员，由环境试验管理人员修正和确定发布，电子看板即时更新排班结果。

3.4 数据读取生成模块

为了在设计师申请环境试验后，对整个环境试验周期内提交的数据做到“once input，cycle valid”，并且提高输入效率和平台用户体验，使环境试验系统平台为设计师和相关管理人员所认可接受，需要设计数据读取生成模块，模块读取设计师输入的环境试验文件，对文件中的关键参数进行抽取和解析，以结构化文件的形式存储在存储数据库中，作为试验项目自动化测试模块执行的输入依据。以结构化文件存储作为与自动测试模块的数据接口，提高了自动测试模块开发的适应性，不同类型的电工电子产品可根据自身的测试要求，定制不同的自动测试程序。

3.4.1 环境参数生成子模块

环境参数子模块根据设计师提交的环境试验申请，提取出试验环境要求，进行结构化的数据处理后，存入数据库中，等待试验自动化模块提取，作为试验自动控制环境试验设备的依据。

3.4.2 产品测试指标生成子模块

产品测试指标生成子模块根据设计师提交的环境试验申请信息，提取出产品测试中需要指标要求，生成相应的.xml文件[7]，存放在数据库服务器中，等待试验自动化模块向环境试验服务器提出试验服务申请，试验自动化工控机从测试服务器中下载相应的.xml文件，对工控程序进行配置，控制试验设备协同工作，实时记录产品的环境试验数据。

3.5 试验自动化模块

试验自动化模块是环境试验高效运行的主体单元，是环境试验动作的执行机构，工控计算机利用结构化的输入控制参数，由工控计算机自动完成试验动作。另一方面，试验自动化要求产品实现相当高程度的标准化、模块化、系列化，使试验设备具有高可重用性。以电工电子产品来看，试验自动化的设备框图如图2所示。

本方案中试验自动化模块由工控机算机、测量仪器、环境试验设备、产品组成。其中测量仪器包括信号源、频谱仪、功率计、射频电缆等。工控计算机作为模块的控制核心，以数据读取生成模块提供的数据为依据，控制和检测试验设备、信号源、频谱仪、功率计和产品自动协同工作，对环境试验过程中产生的数据按照既定的数据格式进行记录，同时监测所有外围设备的状态，当设备出现故障时，自动停止测试进程，并向电子看板发出告警，完成环境试验的整个过程。试验自动化模块是减轻了对人力资源的要求的至关重要的模块。

图2 试验自动化模块组成

3.6 报表生成模块

报表生成模块将产品基本信息，产品环境测试数据与环境数据相结合，形成产品质量数据报表，依照企业质量管理要求，形成满足产品质量环境试验检测报告，以供客户方查验。一方面，报表数据作为档案服务器的输入，为企业做好产品数据管理提供数据来源，另一方面，报表数据源将与财务服务器连接，自动完成环境试验订单的财务结算，为形成从试验申请、试验安排、试验运行、试验数据归档、试验自动核算的全周期管理提供数据支撑。

4 平台业务流程

1）由企业设计师对负责的某批次产品提交产品环境试验申请，申请涉及产品的产品型号、产品批次号、项目负责人、试验人员、申请环境试验设备使用时间、环境试验项目、产品测试指标参数；

2）由部门领导对设计师提出的环境试验进行申请审批；

3）环境试验服务器对收到的环境试验需求进行需求解析，更新环境试验工作安排表，经环境试验管理人员调整确定后，将环境试验工作安排显示在办公区的电子看板上；

4）设计师或环境试验测试人员，依据看板时间在环境试验室进行产品试验的电缆连接，通过环境试验工控机自动开展产品的环境试验；

5）环境测试人员确认产品试验完毕后，试验测试数据将上传提交至环境试验数据库服务器。设计师可通过办公区计算机即时查看试验记录；

6）财务系统接收试验项目清单，形成财务报表，计入产品成本；

7）由设计师确认环境试验数据，对其向档案服务器完成产品环境试验测试报告的归档。

5 数据库设计

试验数据分为产品信息数据、环境控制数据、计量单位数据、业务管理数据、系统管理数据和测试控制数据。为了确定数据的唯一性，将产品批次（编号）信息作为数据主键。

产品信息数据字段包括产品型号、代号、产品阶段、名称、批次号，毛重、净重、频段，测频精度、功率、备注。

环境控制数据包括冲击产品批次号、环境试验项目、环境控制参数（振动冲击控制参数、高低温环境控制参数）；这里振动冲击、高低温、温储控制参数以json格式保存。

计量单位数据对数据库中存储数据的量标进行统一，包括产品型号、产品批次号、长度、速度、加速度、频率、功率、时间、重量单位。

业务管理数据包括产品型号、产品批次号、试验项目名称、试验发起人、试验负责人、试验部门、试验申请时间、申请试验时段、部门审批意见、试验管理部门意见。

系统管理数据包括企业组织结构、人员角色、数字字典等影响系统登录操作等数据。

测试控制数据为.xml文件，包括产品信号源输入信号的测试频点、功率值等，以具体产品测试要求为准。

6 结束语

环境试验是检验产品质量的重要手段，产品通过严苛的环境试验，可以确保其在恶劣环境中的可用性。随着企业的发展，企业产品种类和数量的不断丰富对环境试验的效率和产品质量提出了新的要求，智能环境试验室对产品的介入从产品下线开始，环境试验的工作量都集中于产品设计师的试验申请和测试人员的产品测试部署，产品的试验过程记录、测试报告、试验数据归档、环境试验财务结算都由系统自动完成。有效提高了环境试验的管控效率和实施效率。

[1]张曙,工业4.0和智能制造[J].机械设计与制造工程,2014,(8):1-5.

[2]傅建中.智能制造装备的发展现状与趋势[J].机电工程,2014,31(8):959-962.

[3]王建刚,各种环境试验的特性及其应用分析[A].2006年中国航空学会环境工程学术年会文集[C].20-28.

[4]GB/T 2421-1999,电工电子产品环境试验 第1部分:总则[S].

[5]饶青峰.面向BPM的RBAC模型研究[D].哈尔滨工程大学,2016:17-21

[6]范建军.面向服务的工作流系统设计与实现[D].华中科技大学,2016:19-21

[7]方路坚,余枝强,翟磊,吴中海.一种混合并行XML解析方法[J].软件学报,2013,(6):1196-1206.