航天器测试数字化转型探索和实践_赵欣.pdf

航天器工程 第 卷第期 年月航天器测试数字化转型探索和实践赵欣李鹏梁岩里宋宏江吴伟刘鹤潘顺良应鹏刁伟鹤储海洋吕伟（北京空间飞行器总体设计部，北京 ）摘要针对传统航天器测试面向航天器研制新特点体现出的一些不足，文章提出了航天器测试数字化转型的方法。基于虚拟化等技术构建数字化测试平台，实现不同航天器的资源集约化管理和按需分配，解决传统的单航天器独占测试资源的问题；构建“云”、“网”、“端”的异地协同工作环境，解决异地并行研制时数据共享性差，专家资源发挥不够的问题；建立设计、研制、测试、在轨的模型转换标准，解决各阶段模型数据未得到有效的数字化传递的问题。该探索和实践已成功应用于航天重大工程任务，取得良好的应用效果。关键词航天器测试；数字化转型；机制中图分类号：文献标志码：（，）：，“”，“”，“”，：；收稿日期：；修回日期：作者简介：赵欣，男，硕士，高级工程师，研究方向为航天项目系统工程管理、流程优化。：。由于航天器具有长寿命、高可靠、高成本、高风险，以及一旦发射入轨难以维修等突出特点，航天器测试成为航天器系统研制的关键一环，进行航天器系统级电气功能和性能指标的全面验证，其结果是评价航天器研制质量、完善设计或改进工艺以及能否发射的重要依据。目前，航天器研制模式已经由单颗研制发展到多航天器批产并行、星座级研制、多舱段多器联合验证，呈现出“三多”的特点：一是新研技术、高难度技术、首次验证技术多；二是判读准确度、执行目标精度高，多舱多器状态耦合多；三是批产并行多、数据复杂多、资源占用多，这些特点对高质量、高效率、高效益完成测试任务提出了很高的要求。面对航天器研制模式新特点，传统航天器测试工作模式体现出一些不足：传统的单航天器独占测试资源、单配一套测试队伍的模式导致人力资源、软硬件设备利用不足；航天器高密度测试、发射需要在多地并行开展工作，北京与发射场之间协同测试能力不足，数据共享性差，专家资源发挥不够；重大工程航天器测试模式复杂，设计研制测试在轨各阶段模型数据未得到有效的数字化传递，航天器测试知识和模型在不同航天器间未得到有效共享。本文针对以上问题，调研国内外企业数字化转型的成功案例和技术基础，基于系统工程方法和数字化技术，提出了航天器测试数字化转型的思路，适应大型复杂航天器研制的发展要求，促进航天器测试能力提升。航天器测试数字化转型思路数字化转型核心是打造以用户为中心的数据闭环业务，数据能够形成从采集处理、分析到最后决策支持的数据闭环，从而实现客户需求驱动业务实践的新业务模式。目前云计算、物联网、区块链、人工智能、加密算法、分布式统筹等方式众多，借鉴企业数字化转型的成功案例，结合航天器测试工作实际和急需解决的问题，形成航天器测试数字化转型的解决方案。国外企业的数字化转型紧随数字化技术的发展进程，年，公司通过当时最新的数字化工具和产品：如体感控制器软件 、虚拟产品设计和工艺设计软件 等，经过改良应用，在航天产品开发、生产、测试、运营中建立“数字孪生”的工作模式，通过数字化生产方式解决了传统开发过程中缓慢的方案流程和昂贵的改动成本。美国太空军 年开始建设全数字化军种，采用新型虚拟云系统技术，为军事设备总装和测试、运营的各环节提供项目审查、数字模型分享、基于数据和模型的分析决策等能力，提高人员工作效率。国内企业数字化转型也走在世界前列。航天科工集团有限公司于 年发布自主创新研发的航天智云 及其一站式应用方案，以数据安全可控为基础，可应用于航天器设计、总装、测试等不同复杂场景，具备智能协同云特征，并且可以为其他行业提供行业云平台建设和数字化转型升级。航天科技集团有限公司在数字化转型工作中，首先构建数字化“新基建”，实现不同地域局域网互联互通，开展高性能计算中心建设；其次基于云计算、大数据、人工智能等先进技术，建设完成航天器电子信息接口数据管理系统、电源数据管理系统、总装状态数据管理系统等，实现数据和模型共享。通过调研，数字化转型的目标是引入技术、整合数据、加强协作，从而形成数据优势，解决企业的实际问题。航天器测试数字化转型，也是在现有网络、设计数据电子化管理的基础上，引入数字化手段，开展以下方面数字化转型。（）针对传统的单航天器独占测试资源引起的软硬件设备利用不足、软件分支较多不利于测试能力提升、航天器间数据共享不足等问题，引入虚拟化、容器云等技术手段，构建数字化航天器测试平台，实现不同航天器的计算、存储、网络资源集约化管理和按需分配。（）针对航天器异地并行研制时数据共享性差，专家资源发挥不够的问题，在现有远程测试专网建设的基础上，以数字化航天器测试平台为支撑，构建“云”、“网”、“端”的异地协同工作和数据共享环境，为北京地区、发射场、天津联试基地提供一致、弹性、动态的数字化测试服务。（）针对重大工程航天器测试模式复杂，各阶段模型数据未得到有效的数字化传递的问题，在充分调研数据和模型通用传输协议的基础上，设计了标准化信息传递接口，建立信息传递标准，在航天器设计、研制、测试、在轨之间实现数据模型无缝传递，实现各阶段数字化协同。构建数字化测试云平台基于虚拟化、容器云等技术手段，构建数字化测试平台，实现不同航天器的计算、存储、网络资源集约化管理和按需分配，解决传统的单星独占测试资源引起的软硬件设备利用不足、软件分支较多不利于测试能力提升、航天器间数据共享不足等问题。航天器测试云平台包括“硬件基础云”、“测试服务引擎”、“测试应用云”三级架构，如图所示。第期赵欣 等：航天器测试数字化转型探索和实践图测试云平台体系结构图 “硬件基础云”使用虚拟化技术实现多航天器测试资源高效集约，将服务器的 、内存、存储等物理资源抽象成按需提供的弹性虚拟资源池，实现资源云端共享、动态分配，提高了系统可靠性，稳定支撑多航天器高并发测试业务。“测试服务引擎”使用微服务技术和容器化技术，实现测试系统敏捷弹性构建，将航天器测试服务程序解耦为 个细粒度应用，进行程序重构，并运行于容器云环境中，实现测试系统按照航天器测试需求进行灵活调度、动态协同，全面提高测试业务的敏捷迭代能力。平台具备跨地域、跨平台的程序容器快速迁移和部署能力，实现发射场、京外场地测试系统远程高可靠一键式投放部署；对于外场试验，可以根据试验需求快速部署便携的“移动云”，将本航天器需要的程序和数据一键式导入“移动云”。“测试应用云”实现智能化测试应用。在测试设计阶段，基于总体设计模型，测试人员通过云平台实现航天器基础设计数据一键式导入，测试服务程序一键式配置，批产测试流程库、通用测试用例库、判读知识库一键式重用和自动纠错；在测试实施阶段，依托成熟的测试用例和自动判读成果，以下单的方式进行测试计划的自动编排和测试实施。按照测试流程形成测试用例组合，自动控制测试关键点、风险点，实现每日测试“一键式”启动，自主完成；在测试评估阶段，建立测试评估模型，构建测试指标数据库，实现关键数据“横向比、纵向比、关联比”的智能化分析功能，建立数据成功包络线的分析基线，制定各类测试评估总结模板，自动生成规范的测试总结报告。异地数字化测试协同针对航天器异地并行研制时数据共享性差，专家资源发挥不够的问题，以航天器测试云平台为支撑，构建“云”、“网”、“端”的异地协同工作环境，为北京地区、发射场、天津联试基地提供一致、弹性、动态的测试服务，实现以北京为中心，其他地域为分支的跨地域、跨航天器、跨部门协同测试环境，如图 所示。在航天器测试网，测试云平台在不同厂房建立双节点实现双活，计算资源共享，数据异地灾备，存储资源满足近三年航天器地面测试存储需求。同步建立融合数据中心，历史成功飞行航天器测试数据一键式迁移到融合数据中心内，满足历史数据分析和查询需求。在天津建立异地数据节点，实现在测航天器数据的异地备份。在发射场使用移动云，实现程序和数据的快速构建和迁移，满足发射场航天航天器工程 卷器测试需求，以及北京对发射场数据判读。如图所示。图多地域多专业数字化测试体系 ，图基于异地多活云平台的数字化协同 在建立异地数字化协同机制的基础上，经过多航天器业务实践，形成三种数字化测试组织运作模式：骨干式，测试骨干队伍保持人左右规模，独立完成测试任务，后方进行临时人员补充和技术联动；远程指控式，在发射场巡检、天津联式基地仅配置名测试人员负责测试设备准备，所有指控操作和数据判读均由北京后方远程控制完成；多域互补式，北京地区和发射场地区可差额配置测试队伍，跨地域联合组成完整的测试队伍配置，同步并行开展测试工作。上下游数字化模型传递共享针对重大工程航天器测试模式复杂，各阶段模型数据未得到有效的数字化传递，航天器测试知识和模型在不同航天器间未得到有效共享的问题，提出数字化模型传递共享工作机制。纵向上锚定模型共享，基于 格式的卫星第期赵欣 等：航天器测试数字化转型探索和实践遥测数据定义语言（，）设计航天器测试云平台标准化信息传递接口，建立设计研制测试在轨的模型转换标准，实现了数据模型无缝传递，提升了测试上下游全链条数字化协同能力。测试设计方面，实现了遥测遥控设计、测试需求模型、飞行任务设计模型等模型数据自动传递给测试系统，自动生成测试用例、测试流程模型。测试实施方面实现研制计划和整星技术状态管理模型实时传递。测试反馈方面，经过系统级测试验证后的模型数据可以自动反馈给各设计系统，协助其完成设计模型修正；系统级测试建立的飞控验证模型，可以辅助修正在轨航天器数字孪生模型。如图所示。图上下游模型共享、内部模型复用 ，横向上建立规范化、模块化、可复用的测试用例模型库和判读知识库。按照“通用专用”的思路，制定统一的测试用例和判读知识设计规范，在此基础上实现测试流程、测试用例、判读知识数字化，进一步加强了数字化测试用例的航天器间复用。如图所示。图组批航天器模型库 实践效果航天器测试数字化转型圆满支撑了以空间站建造、天问一号成功降落火星、北斗三号成功组网等为代表的国家重大工程任务，具有以下实践效果。（）构建“云协同、云判读、云共享”的协同机制，解决了高密度测试、发射任务时多地并行开展工作情况下，跨地域协同测试能力不足的问题，单航天器人员年出差规模减少 人天。特别是在疫情期间，北京地区骨干人员经常缺岗的情况下，发射场多地测试专业骨干、专家、两总队伍可以远程支持北京地区测试，保障了航天器任务的顺利进行。（）打通基于模型的测试协同业务链，实现设计研制测试在轨各阶段模型数据有效的数字化传递，测试设计时间减少 以上；航天器测试知识和模型在不同航天器间有效共享，对于载人飞船组批测试，以上的自动化测试用例和判读知识实现一键式复用。（）建设数字化测试云平台，解决了传统的单星航天器工程 卷独占测试资源、单配一套测试队伍的模式导致人力资源、软硬件设备利用不足的问题。同时，提高了航天器测试设计、测试实施、测试评估的自动化程度，缩短测试时间。结束语航天器综合测试作为提高任务成功率的重要手段之一，其在航天器研制过程中的重要性也日益提高。本文总结了航天器测试数字化转型的背景、必要性、具体做法和实践效果，该探索和实践已成功应用于航天重大工程任务，并取得很好的提升质量、提高效率、降低成本的效果。面对后续航天器研制新特点和新挑战，还需要针对实践中遇到的新情况、新问题，不断总结规律，建立能力提升长效机制，持续推进航天器测试任务提质增效，推动航天器系统研制模式的跨越发展，为我国航天器产业化能力提升奠定坚实基础。参考文献（）王华茂，闫金栋航天器电性能测试技术北京：国防工业出版社，：，闫金栋，王华茂，李大明，等基于系统工程的航天器专业化测试模式探索与实践航天器工程，（）：，（）：（）富小薇，王华茂，闫金栋，等航天器系统级测试现状分析航天器工程，（）：，（）：（）曾德麟，蔡家玮，欧阳桃花，等 数字化转型研究：整合框架与未来展望外国经济与管理，（）：，：，（）：（）郑初桂，李东 美国 公司发展成功的双能力飞航导弹，（）：，（）：，（）艾赛江，曹迎禧，赵军，等 美国太空军体制变革现状及分析国际太空，（）：，（）：（）林廷宇，杨晨，谷牧，等面向航天复杂产品的云制造应用技 术 计 算 机 集 成 制 造 系 统，（）：，（