CN109357897B

CN109357897B - 航天器部组件级真空热试验控制系统

Info

Publication number: CN109357897B
Application number: CN201811130590.4A
Authority: CN
Inventors: 张军; 刘守文; 郭佳诚; 周原; 陈安然; 臧建伯; 张立海; 王浩; 刘大志
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: CN109357897A

Abstract

本发明公开了一种航天器部组件级真空热试验控制系统，该系统以数据处理模块和操作控制模块为核心，包括任务管理模块、数据采集模块、数据处理模块、流程管理模块、操作控制模块、资源管理模块、信息展示模块，通过数据采集模块将各任务的试验数据及流程数据进行采集并进行各功能地集成。

Description

航天器部组件级真空热试验控制系统

技术领域

本发明属于航天器真空热试验技术领域，具体来说，本发明涉及一种真空热试验控制系统，该控制系统实现了航天器真空热试验的试验资源、试验任务流程、试验数据、试验报告的统一控制管理，并将各类数据采集存储统一管理，曲线实时查看，过程自动监控，试验报告自动生成。

背景技术

为确保航天发射的成功，航天器及其组件需要在地面完成一系列的环境试验，以验证航天器在轨及发射过程中的环境适应能力。组件级试验是在组件交付总装前进行的一系列试验项目的总称，具体包括组件级热试验(真空热试验和常压热试验)、力学试验(振动、冲击、离心)、综合类环境试验(力、热、湿度)、气候类试验(淋雨、辐照、盐雾、霉菌等)，真空热试验是其中的一种。航天器部组件试验中心承担了大量航天器单机及部组件的环境试验任务。系统投入使用前，试验资源信息无法共享，试验计划需要双方通过电话沟通再由试验负责人手动填写，试验任务书为纸质版本，每次均需要试验人员手工录入试验基本信息和试验条件信息，试验过程表单需要手动打印并现场携带以便随时填写，稍有不慎就会导致工作漏项或填写不及时。试验结束后试验总结人员需要从服务器、控制计算机、数据管理计算机等多个地方将数据集中起来再整理成用户需要的试验数据包和报告。每天录入任务信息、整理试验数据、出具试验报告需要3名专职人员。试验过程中控制计算机、数据管理计算机负责各自的报警，试验人员需要关注多个计算机状态。随着试验中心承担试验任务的日益增加，对试验数据管理及查询、试验过程监控、试验流程管控、试验文件的管理提出了更高的要求。先前的管理现状和服务水平严重制约了试验中心的业务拓展。鉴于以上原因，构建国内一流的部组件试验中心，依托网络及信息化手段，实现系统高度自动化、信息化、智能化，加快试验资源的线上线下服务，完善数据包管理，完善过程监控及关键参数报警，满足质量控制要求，已经迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航天器部组件级真空热试验控制系统，该系统能够实现资源上线、信息共享，便于试验资源的数字化管理。本发明的另一目的在于提供一种航天器部组件级真空热试验控制方法，该方法能够实现数据自动采集、关键参数自动监视，试验流程自动运转，试验进程可视化，在任意控制终端或一体化终端均可对139台设备的状态、参数进行监控，并提供语音报警，且能够一键生成报告功能，大大方便了试验人员操作，劳动生产率提高一倍以上。

本发明通过如下技术方案实现：

航天器部组件真空热试验控制系统，包括任务管理模块、数据采集模块、数据处理模块、流程管理模块、操作控制模块、资源管理模块、信息展示模块；其中，任务管理模块负责任务的创建，并将录入的试验基本信息和试验条件信息转化成设备能识别的语言，存储到数据处理模块中，通过操作控制模块的指令传递到其它模块，并在其它模块产生对应的任务基本信息；

操作控制模块将任务管理模块的试验条件注入到设备；

数据采集模块负责采集各类真空热试验的试验数据，将真空热试验中各类传感器采集的数据存储到数据处理模块，并按照数据结构分类，分为试验基本信息数据、试件温度数据、环境温度数据，这些数据会在数据处理模块中形成原始数据包，供其它模块调用；

数据处理模块在原始数据的基础上对这些数据进行处理，按照每30秒一次的频率进行提取并进行滤波处理以剔除硬件采集因素造成的野值；数据处理后会在数据采集模块形成新的数据包，数量处理模块再根据操作控制模块的要求从新数据包中提取数据进行试验过程曲线绘制、过程监视、试验报告生成或查询统计，以便提高数据的处理速度；

流程管理模块，受操作控制模块的控制，完成试验流程的配置和管理，负责试验按照流程自动执行，并同步各终端试验进展状态；流程管理模块具有流程配置、流程运行控制两大功能，分别负责流程工作项目配置和流程自动运转、流程状态更新；

资源管理模块负责试验硬件资源、人力资源的上线和管理、各种硬件资源接口统一化，硬件资源主要包含试验设备的基础信息、维保信息或标检信息；

信息展示模块负责向各终端推送信息，它从数据处理模块接收数据，并按照操作控制层的命令将需要的信息展示到终端。

其中，试验资源的信息通过资源管理模块进行更新，并将更新的信息及时上传到数据处理模块。

其中，资源管理模块还通过操作控制模块及时提醒用户对设备进行维保或标检。

其中，操作控制模块包括试验流程控制子模块、设备控制子模块、数据采集控制子模块、数据交换传输控制子模块、过程监视与报警子模块；它是整个系统的控制中枢，通过子模块和对应的其它模块进行通信，控制其它的动作并接受其它模块的结果反馈。

其中，试验流程控制子模块与流程管理模块进行数据交换，根据流程管理模块反馈的实时真空热试验的试验步骤对试验进程状态进行更新，并将流程管理模块的基本信息数据、试验条件数据传送给数据处理模块；设备控制子模块负责设备的控制，它将试验参数的信息注入到设备中，完成对设备开关机、升降温等控制，并完成对设备的监视和故障报警；数据采集控制子模块和数据采集模块进行通信，控制数据采集的开关、采集频率等，并对采集设备的状态进行监控提供；数据交换传输控制子模块和数据处理模块交互工作，负责按照通信协议和请求控制各模块间的数据交换和传输；过程监视与报警子模块，负责判断试验的温度、真空度等数据是否满足试验条件及容差要求，如不满足会及时给出具体的报警信息，并通过终端显示出来。

其中，所述操作控制模块还包括电子表单的关联与调用子模块、试验状态的更新子模块，展示信息的推送控制子模块，其中电子表单的关联与调用子模块，负责和数据处理模块进行信息交互，完成表单的关联和调用；试验状态的更新子模块和流程控制模块交互工作，根据试验的进展以及试验条件信息判断试验进展，并将试验进展信息通过数据处理模块传送到各终端；展示信息的推送控制子模块有两大主要功能，一是根据信息展示模块的请求从数据处理模块推送试验状态信息、任务信息，二是当试验状态或任务等发生变化时主动将状态的变化通过数据处理模块发送到信息显示终端。

进一步地，数据处理模块的另一个功能是提供终端对数据库访问架构方式，为数据传输交换提供规范和接口协议。

本发明的系统实现了试验数据自动采集、自动入库；建立了资源数据库，实现了试验资源数字化管理；实现了试验过程信息可视化；完善了数据包管理，试验结束试验报告自动生成，试验流程规范化、电子化，减少了人为干预，避免工作漏项，提高了质量控制水平；所有操作刷卡或签署确认，确保过程记录完整，可追溯。系统运行以来2年内没有质量事故，在人员及劳动强度没有增长的情况下，设备数量从57台增加到139台套，大幅提升试验管理的自动化、智能化水平。

附图说明

图1为航天器部组件级真空热试验控制系统模块关系图；

图2为航天器部组件真空热试验控制系统执行过程示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但这仅仅是示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。

参见图1，图1显示了本发明的航天器部组件级真空热试验控制系统模块关系图；包括任务管理模块、数据采集模块、流程管理模块、资源管理模块、数据处理模块、操作控制模块、信息展示模块；其中，任务管理模块负责任务的创建，并将录入的试验基本信息和试验条件信息转化成设备能识别的语言，存储到数据处理模块中，通过操作控制模块的指令传递到其它模块，并在其它模块产生对应的任务基本信息。操作控制模块将任务管理模块的试验条件注入到设备。

数据采集模块负责采集各类真空热试验的试验数据，将真空热试验中各类传感器采集的数据存储到数据处理模块，并按照数据结构分类，分为试验基本信息数据、试件温度数据、环境温度数据、容器真空度数据等，这些数据会在数据处理模块形成原始数据包，其它模块调用。数据采集模块在原始数据的基础上对这些数据进行处理，按照每30秒一次的频率进行提取并进行滤波处理以剔除硬件采集因素造成的野值。数据处理后会在数据采集模块形成新的数据包，数量处理模块再根据操作控制模块的要求从新数据包中提取数据进行试验过程曲线绘制、过程监视、试验报告生成或查询统计等，以便提高数据的处理速度。数据处理模块的另一个功能是提供终端对数据库访问架构方式，为数据传输交换提供规范和接口协议。

流程管理模块，它受操作控制模块的指挥，完成试验流程的配置和管理，负责试验按照流程自动执行，并同步各终端试验进展状态；流程管理模块有流程配置、流程运行控制两大功能，分别负责流程工作项目配置和流程自动运转、流程状态更新。

操作控制模块包括试验流程控制子模块、设备控制子模块、数据采集控制子模块、数据交换传输控制子模块、过程监视与报警子模块，电子表单的关联与调用子模块、试验状态的更新子模块，展示信息的推送控制子模块；它是整个系统的控制中枢，通过子模块和对应的其它模块进行通信，控制其它的动作并接受其它模块的结果反馈。其中，试验流程控制子模块与流程管理模块进行数据交换，根据流程管理模块反馈的实时真空热试验的试验步骤对试验进程状态进行更新，并将流程管理模块的基本信息数据、试验条件数据传送给数据处理模块；设备控制子模块负责设备的控制，它将试验参数的信息注入到设备中，完成对设备开关机、升降温等控制，并完成对设备的监视和故障报警；数据采集控制子模块和数据采集模块进行通信，控制数据采集的开关、采集频率等，并对采集设备的状态进行监控提供；数据交换传输控制子模块和数据处理模块交互工作，负责按照通信协议和请求控制各模块间的数据交换和传输；过程监视与报警子模块，负责判断试验的温度、真空度等数据是否满足试验条件及容差要求，如不满足会及时给出具体的报警信息，并通过终端显示出来；电子表单的关联与调用子模块，负责和数据处理模块进行信息交互，完成表单的关联和调用；试验状态的更新子模块和流程控制模块交互工作，根据试验的进展以及试验条件信息判断试验进展，并将试验进展信息通过数据处理模块传送到各终端；展示信息的推送控制子模块有两大主要功能，一是根据信息展示模块的请求从数据处理模块推送试验状态信息、任务信息，二是当试验状态或任务等发生变化时主动将状态的变化通过数据处理模块发送到信息显示终端。

信息展示模块负责向各终端推送信息，利用信息分类推送技术，根据客户的需要，在不同试验场所展示了正在进行的试验任务信息，包含试验名称、送试单位、试验进展情况等，还可以根据需要展示不同试验类型、试验区域的试验开机数等。它从数据处理模块接收数据，并按照操作控制层的命令将需要的信息展示到终端。

资源管理模块负责试验硬件资源、人力资源的上线和管理、各种硬件资源接口统一化，硬件资源主要包含试验设备的基础信息、维保信息、标检信息等。试验资源的信息通过资源管理模块进行更新，并将更新的信息及时上传到数据处理模块。资源管理模块还通过操作控制模块及时提醒用户对设备进行维保、标检等。

在航天器部组件真空热试验控制系统的执行过程中，包括以下步骤：

1、试验流程控制子模块与流程管理模块进行数据交换，共同完成整个试验的进度推进和状态更新，流程管理模块以试验的工作流程为基础，将整个试验流程按照先后顺序分成若干条目，每一个条目包含若干工作项目，待所有的项目完成后，流程管理模块更新该条目为完成状态，并将完成状态的信息通过流程控制子模块同步到其余模块，保证工作项目的同步。同时流程管理模块将工作项目自动转到下一个条目，直至试验结束。

2、数据交换传输控制子模块负责按照通信协议和请求完成各模块间的数据交换和传输，提供数据库访问的类和接口协议，对数据库下达SQL命令并取得运行结果，通过类和接口驱动程序完成其他模块对数据的访问申请。

3、电子表单的关联与调用子模块，负责和数据处理模块进行信息交互，完成表单的关联和调用。它将电子表单的信息逐条分类，并设置对应的参数，不同表单间的数据调用实际是表单中参数的传递完成的，待表单中所有参数赋值完成后，表单即可完成。

下面以典型真空热试验过程为例，按照整个试验过程对本系统的具体实现方式作说明：

参见图2，图2显示了航天器部组件真空热试验控制系统执行过程示意图；

1、任务创建阶段：接收到试验任务后，试验人员在普通操作终端上的任务管理模块录入试验任务信息，明确试验件、试验类型、试验条件等信息，信息录入完成后任务管理模块通过试验类型和条件从资源管理模块选择试验所用的设备并将这些任务信息转化为设备可以识别的语言存储数据处理模块，同时将自身的任务进程状态发送给操作控制模块，操作控制模块的流程控制子模块将试验进程进展到任务创建阶段的信息传送给其它模块，试验进入到任务创建阶段。

2、试验准备阶段：试验任务创建完成后，会同时在数据服务器和操作控制服务器上更新信息，试验进入到试验准备阶段，在该阶段要完成试验件的安装、热控实施、设备的启动准备、试验参数的注入等。试验人员在试验现场进行试件的安装、热控实施，并通过现场的一体化终端记录工作项目，由流程管理模块根据试验人员的工作进度实时更新试验进展信息，并同步到各终端和其它模块；数据采集模块根据指令进行数据的采集调试，设备控制子模块根据指令完成试验参数的注入和设备的启动和调试等。

3、试验开机阶段：准备工作完成后，流程控制模块控制试验进入试验开机阶段，同时置试验准备阶段为完成状态。试件安装人员会在试验现场完成试件安装、工艺实施、图像采集及总检等动作，并利用现场的多功能一体化终端查看进程或更新试验进程状态。普通操作终端的人员会根据试验情况填写试验电子表单，并将试验参数注入到选择的设备，确认设备准确识别试验参数，待这步工作完成了试验进入开机和试验过程阶段。

试验进入开机阶段，流程管理模块启动试验计时，同时赋值给试验开始时间，数据采集正式运行并接受数据采集模块的监视运行，数据处理模块，利用数据提取方法，对原始数据进行处理，并按照制动的格式和频率存储试验数据。过程监视和报警子模块实时监督试验数据是否有效、设备各子系统是否运行正常等并将信息技术推送到信息展示模块。同时过程监视与报警子模块会每2小时推送所有开机设备的试验信息供试验值班人员巡查。

4、试验过程阶段：在试验过程阶段，操作控制模块会根据传输来的数据和试验任务要求，实时监视设备的运转状态和试验实施数据情况，如有异常会给出报警信息，并将试验的进展信息、设备利用情况、当日试验数等及时推送到信息展示模块。

5、试验结束总结阶段：现场试验人员会将试验件取出，在和送试方确认试验件完好后，将试验件交接给送试方，并利用现场试验一体化终端采集试验后图像信息发送到数据处理模块。普通操作终端的人员将检查验过程完整数据包，并利用数据处理模块预览试验过程曲线、生产试验报告，至此试验全过程结束。各终端同步试验进程信息到结束状态，至此整个试验过程结束。

尽管上文对本发明专利的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明专利的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明专利的保护范围之内。

Claims

1.航天器部组件真空热试验控制系统，包括任务管理模块、数据采集模块、数据处理模块、流程管理模块、操作控制模块、资源管理模块、信息展示模块；其中，任务管理模块负责任务的创建，并将录入的试验基本信息和试验条件信息转化成设备能识别的语言，存储到数据处理模块中，通过操作控制模块的指令传递到其它模块，并在其它模块产生对应的任务基本信息；

操作控制模块将任务管理模块的试验条件注入到设备；

2.根据权利要求1所述的航天器部组件真空热试验控制系统，其中，试验资源的信息通过资源管理模块进行更新，并将更新的信息及时上传到数据处理模块。

3.根据权利要求1所述的航天器部组件真空热试验控制系统，其中，资源管理模块还通过操作控制模块及时提醒用户对设备进行维保或标检。

4.根据权利要求1-3任一项所述的航天器部组件真空热试验控制系统，其中，操作控制模块包括试验流程控制子模块、设备控制子模块、数据采集控制子模块、数据交换传输控制子模块、过程监视与报警子模块；它是整个系统的控制中枢，通过子模块和对应的其它模块进行通信，控制其它模块的动作并接受其它模块的结果反馈。

5.根据权利要求4所述的航天器部组件真空热试验控制系统，其中，试验流程控制子模块与流程管理模块进行数据交换，根据流程管理模块反馈的实时真空热试验的试验步骤对试验进程状态进行更新，并将流程管理模块的基本信息数据、试验条件数据传送给数据处理模块；设备控制子模块负责设备的控制，它将试验参数的信息注入到设备中，完成对设备开关机、升降温的控制，并完成对设备的监视和故障报警；数据采集控制子模块和数据采集模块进行通信，控制数据采集的开关、采集频率，并对采集设备的状态进行监控提供；数据交换传输控制子模块和数据处理模块交互工作，负责按照通信协议和请求控制各模块间的数据交换和传输；过程监视与报警子模块，负责判断试验的温度、真空度数据是否满足试验条件及容差要求，如不满足会及时给出具体的报警信息，并通过终端显示出来。

6.根据权利要求1-3任一项所述的航天器部组件真空热试验控制系统，其中，所述操作控制模块还包括电子表单的关联与调用子模块、试验状态的更新子模块，展示信息的推送控制子模块，其中电子表单的关联与调用子模块，负责和数据处理模块进行信息交互，完成表单的关联和调用；试验状态的更新子模块和流程控制模块交互工作，根据试验的进展以及试验条件信息判断试验进展，并将试验进展信息通过数据处理模块传送到各终端；展示信息的推送控制子模块有两大主要功能，一是根据信息展示模块的请求从数据处理模块推送试验状态信息、任务信息，二是当试验状态或任务发生变化时主动将状态的变化通过数据处理模块发送到信息显示终端。

7.根据权利要求1-3任一项所述的航天器部组件真空热试验控制系统，其中，数据处理模块的另一个功能是提供终端对数据库访问架构方式，为数据传输交换提供规范和接口协议。