数字化试验信息管理系统的设计与实现

王爱蓉

（成都铁路通信设备有限责任公司，成都 610045）

产品测试是产品工程研制阶段中完成设计、试制工作以后的重要任务。任何产品和系统都要通过必要的科学试验来检验设计的正确性和可用性，其中涉及到的不同阶段的试验信息和数据就是试验最直接的“产品”，其重要性和价值不言而喻。试验任务的启动、监控、执行，试验过程中涉及到的人员、设备、进度、数据等信息的收集、整理、存储、分析，试验异常的预警等整个试验过程的信息，如果仍然完全依靠人工完成，那这个过程将是漫长、繁重且不可靠的，因此必须运用先进的试验数字化手段来实施这一重要职责。为此，研究开发了面向数字化制造的试验信息管理系统来实现涵盖人、机、料、法、环全测试过程的信息管理，提高试验管理过程的科学性、可靠性、便捷性，为生产调度及企业决策提供有力参考。

1 系统技术方案

1.1 系统需求分析

试验信息管理系统主要面向产品的测试过程，对该过程所涉及的试验计划、试验任务、执行情况、试验结果、试验人员、试验设备、工艺流程、数据采集、数据分析等情况进行全周期管理。主要包括以下内容。

基础数据管理：对项目信息、产品信息、人员信息、车间信息等数据进行维护和分析，实现系统基础信息库的维护。

工艺流程管理：为工艺流程编制与返修提供可视化的流程设计，实现测试流程配置、运行、监控功能。

工装设备管理：对测试过程中涉及工装、设备等进行信息建档、点检等功能，支持设备状态监控、故障记录等功能。

测试任务管理：实现计划创建、任务下发、任务进度跟踪功能。

流程管控：实现任务接收、查看工艺指导、开工、状态监控、完工、数据采集、测试数据及报告上传、存储、故障报警等功能，保证测试的准确性和安全性。

数据分析：对各类数据提供上传、下载、存储、检索、查看、分析等功能。

1.2 系统功能架构

试验信息管理系统由系统维护模块、应用功能模块和集成接口模块3大部分构成。如图1所示。

图1 系统组成Fig.1 System composition

系统维护模块：主要提供系统的底层运行支持、公共基础数据及应用权限的管理和维护。在该模块中可以维护人员、设备、环境、计划、工序等基础数据，并通过对这些数据访问和管理提供权限控制以保护系统数据。此外，还可通过日志记录、数据备份和恢复等保证数据安全性。

应用功能模块：主要完成试验流程中涉及到的任务分配、领取、执行、监控、故障记录、数据采集及分析、报告生成等流程管理功能。在该模块中，可以实时记录整个试验流程从开始到结束所涉及的每个信息，包括人员分配、设备占用、工序名称、试验进度、故障、试验数据、测试报告等全周期的信息。在试验完成后，还可检索数据并选择不同的数据分析模式进行多维度数据分析。

集成接口模块：提供测试系统的数据接口和访问管理接口，管理系统与测试系统进行数据交互，接受测试任务并反馈试验状况，试验结束后测试系统将试验数据传输至管理系统。提供数据分析接口，供专业的数据处理软件(如MATLAB等)进行数据处理分析。提供办公系统的数据访问接口，供办公系统进行人员、设备及试验数据访问。

1.3 系统技术实现

为保证系统在先进性、扩展性、跨平台性和规范性等方面的特性及对复杂业务逻辑可定制和可管理的要求，本系统采用基于分布式组件技术的三层应用体系结构，以B/S为主的三层架构的模型-视图-控制器（MVC）体系进行设计。系统整体技术架构由用户界面层、业务逻辑层、数据层组成。如图2所示。

图2 系统架构Fig.2 System architecture

用户界面层：主要提供信息管理系统客户端的图形界面，采用Windows界面。利用Web客户端作为访问系统的窗口，设置工艺管理、计划管理、设备管理、人员管理、数据管理等各项业务功能及界面工具，供用户方便快捷地进行工艺流程、生产计划、任务执行、设备分配、人员管理等业务的设置、查询、分析、处理等使用需求。

业务逻辑层：位于用户界面层和数据层之间，封装了与系统关联的应用模型，提供用户界面层和数据层之间的联系，执行应用策略和封装应用模式，并将封装的模式呈现给应用程序。业务逻辑层以业务流程管理 (BPM)、报表管理 (Report)和搜索引擎 (Search)等核心技术为底层平台，构建工艺流程、计划创建、任务监控、设备查询、人员管理、数据采集、数据分析等用户界面层展现的功能模块，实现上述功能的流程实现，并提供外部接口访问的API。

数据层：用来定义、维护、访问和更新数据并管理和满足应用服务对数据的请求。由于试验过程中会产生大量的试验数据，需要频繁查询、上传、下载等操作，因此采用目前较为流行的关系型数据库，适用于海量数据的读取、存储、查询等操作，具备良好的稳定性和扩充性。

三层体系结构具有良好的灵活性和可扩展性，若应用需求变动，只需要对功能层实施相应的改变即可。在这种结构中，应用程序不能直接访问数据，应用服务器不仅可控制哪些数据被改变和被访问，而且还可控制数据的改变和访问方式，因此安全性较高。

2 系统功能实现

系统功能包括资源管理、基础信息维护、工艺管理、任务管理、任务执行、数据管理、设备管理、与其他系统交互等，如图3所示。

图3 系统功能Fig.3 System function

系统管理：实现组织机构、岗位信息、用户信息的创建、修改、删除、状态变更及权限设置、登录设置、日志管理功能。

资源管理：实现与试验相关的人员、产品、设备、指标等信息的管理功能。

基础数据管理：实现产品信息、产品管理队伍信息、车间信息、工作点信息、设备信息、故障信息、条码信息、环境信息的创建、修改、删除、变更功能。

工艺管理：实现工序、产品指标的创建、修改、删除、查询及复制功能，实现工艺规程的上传、下载及更新功能；实现工艺路线的创建、编排、修改、删除、复制、调用功能。

工装设备管理：实现工装设备的创建、修改、删除、查询功能及计量管理、保养管理、维修管理、点检管理功能。

计划管理：实现计划的创建、发布、更改、进度跟踪、预警功能。

任务管理：实现任务创建、修改、删除、查询、发布、监控功能。

任务执行：实现任务分类识别、任务下发、开工、完工、中止、恢复、异常处理、交接、数据处理、测试报告生成功能。

数据管理：实现试验数据、测试指标、测试报告等数据的结构化及非结构化管理，包括结构化数据的自动识别、提取、预处理、存储、上传、下载及非结构化数据的归类、存储、检索、上传、下载功能。系统提供动态建库功能，可以让用户动态地建立、修改、维护数据库。系统通过数据归集将不同测试过程结构化数据存放于数据库中，实现测试数据的自动识别、提取、预处理和归档，完成结构化测试数据的集中存储和管理。非结构化数据通过FTP方式实现文件上传服务器或者从服务器下载，系统自动记录上传文件信息，包括：文件名称、文件存储路径，以便检索，同时通过权限管理文档的查阅与下载。

统计分析：实现计划进度、完工情况、产量、故障原因、返工情况、人员、设备、产品指标、任务执行情况等不同维度的数据分析，形成可视化图形及数据分析报表。

系统交互：实现与测试系统的任务下发领取、任务开工、完工、数据上传、数据下载交互接口，与办公系统的任务及数据查询、信息接收等交互接口。预留与其他系统集成的接口，以便后续的功能扩展。

3 系统应用效果

试验信息管理系统通过结合数字化技术对试验全过程进行监控与管理，优化产品试验流程，提升产品质量与管理效率。

1）试验流程清晰、数据透明

试验信息管理系统通过与测试系统的集成，实现测试过程数据的全面采集与全流程监控，并通过管理系统的过程监视实现了工序内部和上下工序间的信息共享，使测试现场数据透明化，提高上下游工序的协同能力，管理人员无需下车间即可了解测试情况。

2）车间管理科学、高效

试验信息管理系统通过数字化、全周期、全流程管控整个试验过程，实现了产品测试从人员被动指挥到系统高效调度，系统结合采集的人、机、料、法、环各项数据，经过综合分析，即可给出生产短线、预警信息等具有重要指导意义的信息，管理人员只需要结合系统分析结果，就可协同相关资源，保证产品测试平稳、有序、高效地进行。

3）试验过程实现了预警与故障信息记录

试验信息系统的自动预警机制对测试过程中的产品、设备、工艺、计划完成情况等方面进行实时监控，感知测试过程中的各种异常情况并发出预警。通过对异常的分析，从系统已设定的固定流程中启动相应的处理流程进行故障处理。

对于测试人员通过观察测试过程中的情况及对试验数据的处理和分析得出的故障现象、发生原因与处理措施等信息，可实时记录到管理系统中，形成故障树。

经过长时间的数据积累，可以扩充预警信息库，优化固定处理流程，使管理系统向智能化发展。

4）数据分析全面、多维、灵活、高效

试验信息管理系统通过从人、机、料、法、环各维度挖掘数据，将测试全流程作为一个完整的分析对象，针对测试过程中的产量、状态、产品指标等数据，按照不同的业务需求，提供多种分析方法将不同信息进行关联统计和分析，并生成各种规则要求的报表，或者通过可视化图形显示界面将统计和分析的结果直观地呈现给管理人员。数据分析为系统预警提供了辅助信息，有效保证了产品质量，帮助管理人员提高决策效率和准确性。

4 结束语

面向数字化的试验信息管理系统的研发，实现了产品试验全流程的自动化、数字化管理，使试验全周期信息清楚透明、过程可控、数据可靠，管理人员无需按照传统的管理方式即可依靠系统全盘掌握生产现场的整体情况，并能根据实际需求对数据进行分析，掌握产品测试成效，有效提高了管理效率，并且为生产调度及企业决策提供了有力的数据参考。