面向異地試驗協同工作平臺的設計與實現

李麗娟，趙曉平，沈 浩，李海峰

(中國工程物理研究院計算機應用研究所，四川綿陽 621900)

試驗對于武器裝備的性能、壽命、質量及成本方面都起著至關重要的作用。由于歷史上國防三線建設原因，我國很多軍工、國防單位整體布局存在差異，如試驗理論設計與試驗實施往往不在同一個單位，即使位于同一城市，也是有相當距離的獨立部門，而且大部分試驗是在外場不同地點完成，存在大量跨部門、跨單位、跨地域異地協同工作問題［1］。

美國波音公司采用信息技術建立了全球30個國家50家公司參與的設計、制造、試驗數字化協同平臺，實現了飛機試驗異地化、全球化，可縮短研制周期50%，降低成本50%［2］。與國外相比，我國在試驗信息管理、運用等方面仍有較大差距，集中體現在:缺乏完備的試驗管理系統;試驗數據未形成統一的規范，試驗信息標準不一致;在試驗信息及數據的處理方面缺乏有效、安全的管控，缺乏統一的數據存儲、管理平臺和環境，數據分散，共享率、利用率低，尤其是海量試驗數據的互換性以及試驗數據的可追溯性較差。

在面向異地試驗工作過程中，需要協同開展的工作(如試驗指標確定、試驗設計、試驗現場數據分析處理、試驗總結等)仍依賴人員出差、參加各種碰頭及協調會議進行面對面的交流、溝通與討論，這種方式極不方便，不僅工作效率低，而且時間和經濟成本極高。因此，搭建一個面向試驗任務的異地協同工作平臺，將在聲音、圖像、數據等信息的傳遞，文件交流，召開電子會議等方面發揮重要作用，從而方便溝通與交流，提高試驗效率，節省試驗成本，保證試驗工作的高效進行，提高試驗診斷、決策水平和能力。

本文利用信息、網絡、計算機等技術和現代管理思想，初步構建一個面向試驗任務異地協同工作的試驗管理平臺，并對平臺設計及實現過程中涉及到的總體設計、體系結構、平臺構成等幾個關鍵技術進行詳細闡述。該平臺將充分利用分布式硬件資源，支持試驗業務的協同開展與協同工作，提高跨地域異地協作的工作效率。

1 面向異地試驗業務協同工作機制

由于各種外部、內部的試驗環境和試驗條件是動態變化的，既有各部門之間的橫向協作，又有試驗項目自始至終的縱向管理，因此要求整個組織體系必須具有一定的彈性。這就要求根據項目多模式管理和多項目統籌的需要，建立高效精干的扁平化組織結構，形成矩陣式柔性項目組織機構。

一些大型試驗業務主要涉及上級機關部門，科研所(試驗理論設計單位、試驗承擔單位、試驗協作單位)、處(科技處、質量處等)、室(科研室)4級組織結構協同工作。其中主要包括上級機關與所級協同、所與所級協同、所內各部門協同、人員與人員、人員與業務、理論與試驗等幾種縱向、橫向協同模式［1］。異地試驗協同工作形式主要分為及時通信、遠程音頻視頻傳輸、數據反饋、留言系統、討論溝通、電子郵件、試驗發布、文檔傳遞與共享、網絡會議、桌面會議等。

2 異地試驗協同工作平臺總體設計技術方案

2.1 網絡系統總體設計

網絡系統是異地試驗協同工作平臺的物質基礎與信息高效暢通的物理通道，是各種試驗信息傳輸與共享的紐帶，只有穩定、安全的網絡系統才能滿足用戶對試驗的需要。在網絡傳輸系統設計過程中，充分考慮并兼顧到試驗利益相關方各自不同的個性需求與共性需求，同時要求能提供高效優質服務，具有良好的可擴展性，能搭接各種常見的應用服務程序等功能，需綜合考慮其拓撲結構形式、協議標準、建設規模、傳輸距離等具體內容。基于以上需求，最終設計的異地試驗協同工作平臺的網絡系統拓撲結構如圖1所示。值得注意的是:隨著試驗管理信息化程度的逐步提高，網絡的穩定性、安全性、網絡傳輸速度、網絡管理顯得愈發重要。另外，還需要專業的管理維護人員與網管工具對整個網絡進行統一管控。

圖1 網絡系統拓撲結構

2.2 試驗信息交換系統總體設計

試驗信息交換系統的主要目的是在試驗數據管理(TDM)系統的基礎上，針對試驗任務建立異地協同工作平臺。TDM是試驗管理平臺實現異地協同的關鍵。由于一個試驗任務往往由多人在不同地理位置完成，各種試驗數據分散存儲在不同的地方，為了有效管理、共享這些數據，需要建立一個基于網絡的分布式的TDM系統。

在TDM的基礎上，搭建面向試驗任務的異地協同工作平臺。通過建立試驗業務管理平臺，從試驗論證、準備到試驗實施及分析再到試驗總結、評估與決策，覆蓋了試驗業務的全生命周期。通過網絡實現跨地域、跨組織、跨系統、跨單位、跨部門的試驗過程、數據協同，同時通過基于異地協同工作平臺的分布式項目管理，提供對試驗任務全生命周期支持，以提高試驗過程協作效率。

異地實驗協同工作平臺將以試驗任務及業務流程驅動，其核心是構建一套試驗數據管理TDM系統。系統的試驗任務及業務流程驅動模型見圖2。該系統主要由流程、協作與管理三大功能模塊構成。流程主要是根據試驗任務及業務活動，按照日常習慣完成常規的工作;協作是解決試驗過程中的信息交流、共享與合作等問題;管理是幫助相關人員及時了解和掌握試驗過程中的詳細情況。

圖2 以TDM為核心的試驗任務及業務流程驅動模型

2.3 試驗信息安全體系設計

信息安全及保密問題在國防軍工單位是一個非常重要的問題，既是高壓線，又是生命線。為了保證試驗數據、信息、文檔的安全，必須采取加密傳輸，以防止泄密事件的發生。要建立完善的管理安全機制與規章制度，保障各種試驗數據、文檔、信息的安全、可靠。針對不同的人員必須設置不同的訪問權限，保證各種信息的安全、可靠。

通過對試驗信息安全系統物理安全、運行安全、保密風險性分析，提出了建立“一級監督、二級管理、三級維護”的信息安全體系。技術體系必須與安全需求完全結合，安全項目需要以試驗流程為核心的思想，以強化信息安全的可靠性，提升信息安全的可信性。基于此，構建了如圖3所示的試驗信息安全保障體系模型。

3 異地試驗協同工作平臺體系架構

異地試驗協同工作平臺提供的服務和業務功能種類較多，所構建的平臺是一個以TDM系統為核心的統一協同工作環境，并將各個應用系統封裝、集成到平臺之中，通過客戶端為用戶提供統一、友好的人機交互界面與接口。該平臺實質是一個虛擬空間，試驗項目的所有相關方(在時間和空間上分布)基于此空間一起協商、討論、反饋、共享知識、信息、數據、文檔等，目的是為了高效率協作完成試驗任務。異地試驗協同工作平臺的技術架構如圖4所示，由下而上可分為7個層次模型:基礎層、數據層、服務層、應用層、協同層、展示層、用戶端［3－7］。

圖3 異地試驗協同工作平臺信息安全模型

圖4 異地試驗協同工作平臺技術架構

1)基礎層。該層主要提供支撐整個協同工作平臺運行的軟、硬件環境，包括信息化基礎設施建設，如協議標準、防火墻、路由器、加密機、服務器、網絡帶寬等，以及平臺采用的操作系統和數據庫系統。同時需要保證相應的基礎設施同步兼容，才能提高整個體系的效率。在此基礎上，利用J2EE框架的優越性能構建一個異地試驗協同工作平臺。

2)數據層。該層包含了開發平臺涉及到的基礎數據與文檔等，主要包括試驗技術指標、試驗理論計算數據、數值分析數據、試驗原始采集數據等在試驗活動中產生的過程數據及各類電子文檔或報告等。另外，還包括各單位或部門技術人員對一些數據進行歸納整理和標準化后所產生的各類標準庫、模型庫、資源庫中的數據。

3)服務層。該層主要為共性、個性服務提供支持，如提供一個開放的中間框架，各單位、各部門可以根據各自具體的、不同的需求在該平臺上進行二次開發及功能擴展。該層還封裝了一些與支撐平臺運行相關的服務，如文件傳輸、用戶管理、留言系統、多媒體電子郵件、信息服務、安全管理、任務查詢、討論區等。

4)應用層。該層主要包括平臺中面向不同用戶的應用模塊。各應用模塊提供具有各自特色的應用服務，適用于從試驗論證、準備到試驗實施及分析再到試驗總結、評估與決策的試驗全生命周期各個環節。主要包括各種文檔管理、試驗質量審核與控制、試驗方案設計、試驗計劃審核與執行、試驗發布、試驗過程管理、仿真分析、試驗狀態管理、試驗流程管理等。

5)協同層。該層將實現試驗協同工作過程的動態、實時跟蹤和管理，以提高試驗過程規范性、項目管控力。主要包括WBS管理、試驗方案評審、試驗規劃、試驗質量大綱、試驗進度、試驗資源管理、試驗分析等。

6)展示層。展示層及協同層直接面向用戶，提供各類試驗數據的展示及可視化功能。在用戶端可以通過 HTTP、XML、HTML等各種協議與服務層建立連接關系，發送請求，接收后者提供的一些服務。展示層可有效將平臺的各種應用模塊與分析、處理結果展現給各類管理、技術、質量人員。

7)用戶端。人在任何科研活動中都是主要和決定因素。在試驗任務及業務流程中，所有參與的工作人員按照各自承擔的職責、角色協同工作。協同工作的人員主要有以下4類:各級管理人員、試驗理論設計人員、試驗實施人員、質量管理人員。

4 異地試驗協同工作平臺構成

該平臺包括多個子系統:試驗過程管理系統、試驗協同管理系統、試驗理論設計管理系統、試驗數據管理系統等。最終構建的針對試驗任務的異地協同工作平臺主要由6部分構成，如圖5所示。

圖5 異地試驗協同工作平臺構成

1)動態門戶系統。工作人員的統一入口，通過門戶可以進行用戶管理、系統管理、應用管理和信息管理等，包括軟件授權控制等功能，是整個平臺最基礎的軟件支撐架構。基于Web的協同管理門戶可使試驗項目參與者與所處的地理位置無關，用戶通過單一訪問入口進行協同工作。采用樹形結構的方式可方便用戶進行文檔瀏覽、數據管理、流程監控、數據查詢等。

2)試驗過程管理系統。通過試驗任務分解、試驗過程定義制定工作計劃，通過過程驅動引擎執行工作計劃，通過任務反饋實現試驗工作計劃的動態、實時監控。

3)試驗協同管理系統。主要解決上級與下級單位之間關于試驗項目任務、組織的協調和溝通問題，實現任務接口層次的協同，包括試驗項目的實施計劃、質量大綱、數據管理等業務需求，支持及時通訊、討論交流、電子郵件、試驗數據共享交換、網絡會議或試驗現場等協同支撐環境。

4)試驗理論設計管理系統。針對試驗理論設計研究特點，建立支持試驗理論設計的管理系統，滿足試驗項目任務、試驗物理目標分解、試驗理論設計與計算、數據分析及管理、組織協調等業務需求，解決試驗理論設計部門之間的工作協同。

5)試驗數據管理系統。管理所有與試驗任務相關的試驗理論設計數據、分析數據、仿真數據、試驗采集數據等有效性數據，保證協同工作過程的全局性數據同源和共享，為各單位間交互試驗數據、信息及報告提供基礎交流環境，包括數據瀏覽、數據查詢、統計等功能。

6)基礎支撐平臺。作為基礎支撐，提供整個數字化試驗綜合協同工作平臺的基礎框架和開發環境，支持有關試驗任務的信息化管理，并在此基礎上實現復雜的網絡協同應用系統。

基于上述基礎，最終建立了一個基于網絡及門戶的分布式異地試驗協同工作平臺，其界面如圖6所示。

圖6 異地試驗協同工作平臺界面圖

5 結束語

異地試驗協同工作平臺提供了多種數據分析處理工具，方便用戶對試驗數據進行綜合分析、處理、對比評估、挖掘，同時確保各種試驗信息及數據的有效性、一致性、完整性、安全性、可重用性，并提高異地試驗協同工作效率。高效的協同機制可大幅減少相關的碰頭會議和協調會議，有效控制試驗項目的狀態和進度，使多個單位圍繞同一試驗任務有條不紊地開展工作，確保試驗快速、高效地完成。同時試驗數據能實現跨單位、部門、專業交流，使數據信息有效共享，提升數據的利用率和試驗價值。平臺具備試驗全過程的業務管理和信息采集能力，保證試驗過程信息的完整性，并且各種信息可跟蹤與追溯。平臺能高效整合試驗資源，實現對試驗項目、任務、試驗數據和綜合信息的集中管理、有效共享、合理使用，確保試驗數據的完整性和安全性，實現試驗數據的質量控制，為異地試驗提供一個統一、規范的協同工作環境。

［1］李海峰，劉建波.面向理論與試驗異地協同工作模式探索［C］//軍工制造業數字化技術交流會論文集.蘇州:［出版者不詳］，2011:228－231.

［2］Baiai C.Brokered Collaborative Infrastructure for CSCW In，Proceedings of the Fourth IEEE Workshop on Enabling Technologies:Infrastructure for Collaborative Enterprises［C］//Berkeley Springs，West Virginia，IEEE Computer Society Press.USA:［s.n.］，1995:207 －214.

［3］李金鋒.試驗數據管理系統建設方案［Z］.北京:北京銳峰協同科技股份有限公司，2010.

［4］曹健，張申生.協同產品開發集成環境的研究與實現［J］.計算機工程與應用，2001(13):102 －103.

［5］嚴雋琪，沈軍營，金燁，等.異地協同產品開發的研究與應用［J］.中國機械工程，2002，13(1):72 －76.

［6］王云莉，肖田元，楊楠，等.協同產品開發平臺的研究與實現［J］.計算機集成制造系統，2002，8(8):640－644.

［7］唐文獻，方明倫，李莉敏，等.支持產品創新的協同開發平臺研究與實現［J］.南京理工大學學報:自然科學版，2004，28(4):421 －426.