基于IntePLM的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

徐 州，張 勇，崔希振

（上海飛機(jī)設(shè)計研究院，上海 201210）

隨著飛機(jī)研制進(jìn)程的推進(jìn)，需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)對飛機(jī)和系統(tǒng)的性能進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)過程中會產(chǎn)生大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)[1]。在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理和分析中，逐漸顯現(xiàn)以下問題：

（1）試驗(yàn)平臺各異，數(shù)據(jù)類型差異較大；

（2）同一數(shù)據(jù)經(jīng)過多次處理后，可追溯性差；

（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)缺少規(guī)范的管理；

（4）試驗(yàn)數(shù)據(jù)異地查看和分析比較困難。如何解決上述問題，對飛機(jī)的研制進(jìn)程有重要的影響。

1 IntePLM簡介

PLM（product lifecycle management），即產(chǎn)品全壽命周期管理，是一種系統(tǒng)解決方案，旨在解決制造企業(yè)內(nèi)部以及相關(guān)企業(yè)之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和有效流轉(zhuǎn)問題[2]。IntePLM是天喻軟件公司開發(fā)的用于產(chǎn)品全壽命周期管理的信息管理平臺，能夠有效地管理產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)各個階段產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)和信息。它采用SOA（service oriental architecture）架構(gòu)，同時支持C/S模式、B/S模式、基于SOA的智能客戶端3種模式，支持全壽命周期閉環(huán)管理。

IntePLM主要有3個層次，分別是UI（用戶界面）層、BLL（業(yè)務(wù)邏輯）層、DAL（數(shù)據(jù)訪問）層，其具體架構(gòu)如圖1所示，能夠方便地進(jìn)行擴(kuò)展和二次開發(fā)，同時支持C#、.net語言和ORACLE數(shù)據(jù)庫。

圖1 IntePLM 3層次體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Three levels structure of IntePLM

2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)整體架構(gòu)和主要功能設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)整體架構(gòu)

該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)繼承了IntePLM 的3層體系結(jié)構(gòu)，從物理部署上有客戶端、應(yīng)用程序服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和文件存儲服務(wù)器。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要架構(gòu)Fig.2 Main structure of data management system

2.2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要功能

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的主線流程如圖3所示。該系統(tǒng)主要有兩大塊的功能，分別是數(shù)據(jù)管理功能和數(shù)據(jù)處理分析功能。

數(shù)據(jù)管理功能能夠根據(jù)登錄系統(tǒng)者的權(quán)限對Oracle數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相應(yīng)的操作，其中管理員有所有權(quán)限，包括數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出、增加、刪除等，試驗(yàn)人員擁有部分權(quán)限，包括數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出等，而其他人員擁有最低的權(quán)限，只允許數(shù)據(jù)的查看及導(dǎo)出。在數(shù)據(jù)管理模塊中，還有對數(shù)據(jù)文件的預(yù)處理功能。在實(shí)際試飛試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，一次飛行的數(shù)據(jù)往往由多個不同的采集設(shè)備進(jìn)行采集[1]，不同設(shè)備之間可能會出現(xiàn)時間軸的不對應(yīng)，這樣會導(dǎo)致不同的數(shù)據(jù)文件的采集起始時間、采集數(shù)據(jù)長度不一致，這對于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理會帶來不利的影響，因此在預(yù)處理階段，會去除這種情況，主要的步驟是：①選取一次飛行多個數(shù)據(jù)文件中最晚開始采集的時間為標(biāo)準(zhǔn)起始時刻；②選取該起始時刻之后數(shù)據(jù)長度最小的數(shù)據(jù)作為這次飛行采集數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)長度；③對一次飛行中所有的數(shù)據(jù)文件都進(jìn)行截取處理，使得所有數(shù)據(jù)文件的長度一致；④統(tǒng)一時間列。經(jīng)過預(yù)處理的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，之后可以被其他用戶查看、分析、導(dǎo)出和下載。而導(dǎo)出功能也提供多種模式，可以是單列數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)時間軸導(dǎo)出某一段數(shù)據(jù)。由于試驗(yàn)采集的參數(shù)多達(dá)上千個，而每個參數(shù)的名稱皆以字符命名，不方便數(shù)據(jù)使用者查看，因此數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)還關(guān)聯(lián)了數(shù)據(jù)定義文件，可以直接在參數(shù)符號下面解析參數(shù)的物理含義，方便使用者進(jìn)行數(shù)據(jù)查看和選擇。

數(shù)據(jù)處理與分析功能主要由五個模塊組成，分別是基本算法分析模塊、告警信息處理模塊、增益處理模塊、震蕩瞬態(tài)處理模塊、滯環(huán)曲線分析模塊。這五個模塊既能與數(shù)據(jù)管理功能模塊配合聯(lián)機(jī)使用，也能夠作為一個單機(jī)程序獨(dú)立運(yùn)行，方便使用者調(diào)用。這些模塊的具體功能如下：

（1）基本算法分析模塊。該模塊提供基本的算法分析功能，操作對象是通道的數(shù)據(jù)。模塊采用當(dāng)前流行的可視化設(shè)計思路，將算法的處理以圖形化的形式展現(xiàn)，使用方便。該模塊包括基本的算術(shù)處理、濾波處理、頻譜分析、去噪處理等功能。

（2）告警信息處理模塊。告警信息是試驗(yàn)中重點(diǎn)關(guān)注的信號類型，它能提醒系統(tǒng)中出現(xiàn)哪些故障。告警信息處理模塊能夠有效地提取告警發(fā)生的時間、持續(xù)間隔、告警信號出現(xiàn)的次數(shù)等信息。由于告警信息通道較多，處理較頻繁，該模塊還實(shí)現(xiàn)了操作記錄存儲功能，能夠存儲相關(guān)操作動作的配置，在后續(xù)重復(fù)進(jìn)行相同操作時方便調(diào)用。另外該模塊還內(nèi)嵌了畫圖顯示子模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的曲線顯示、坐標(biāo)標(biāo)注、壞點(diǎn)剔除等功能。

（3）增益處理模塊。增益試驗(yàn)在功能驗(yàn)證試驗(yàn)中占比較大。該模塊能夠根據(jù)系統(tǒng)控制邏輯設(shè)置，計算每個試驗(yàn)點(diǎn)的增益，同時也提供配置存儲功能。

（4）震蕩瞬態(tài)處理模塊。該模塊能夠提供震蕩瞬態(tài)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理功能，識別震蕩瞬態(tài)發(fā)生的時間，同時也配置存儲功能，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)結(jié)果輸出。

（5）滯環(huán)曲線分析模塊。該模塊用于處理滯環(huán)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的編程實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)包括了實(shí)體對象層、數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層、服務(wù)層、代理層、外觀層、界面層等。整個數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)由C#編程實(shí)現(xiàn)[3]。

實(shí)體對象層 （Entity） PLM中對象的實(shí)體表現(xiàn)，主要包含對象的屬性，該層是對象的集合。

數(shù)據(jù)訪問層 （DAL） 主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的訪問，使邏輯層對數(shù)據(jù)庫的訪問是透明的。

業(yè)務(wù)邏輯層（BLL） 是核心部分，它的關(guān)注點(diǎn)主要集中在業(yè)務(wù)規(guī)則的制定、業(yè)務(wù)流程的實(shí)現(xiàn)等與業(yè)務(wù)需求有關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計。

服務(wù)層 （Service） 能夠通過 WebServices和Remoting方式來實(shí)現(xiàn)訪問業(yè)務(wù)邏輯層。

代理層（Proxy） 生成WSDL訪問WebServices。

外觀層（FAD） 隔離業(yè)務(wù)邏輯和界面的。這一層一般沒有特別的業(yè)務(wù)邏輯。

界面層（WinUI） 用戶界面。

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)使用Spring框架，通過配置文件描述創(chuàng)建對象方式，代碼中不直接引用對象和服務(wù)。

實(shí)體對象層開發(fā)步驟為：①新建一個類庫的工程 （IntePLM.Entity.EcnEntity），引 用 IntePLM.Entity.IEntity.dll和 IntePLM.UNI.TyUtil.dll；②新建接口（如IEcnActInfo）并繼承IEntity接口；添加接口屬性（如ObjId1，ObjId2）；③新建實(shí)現(xiàn)類（如 EcnActInfo）并繼承IEcnActInfo；④在實(shí)體層配置文件（IntePLM.Entity.xml）中增加創(chuàng)建對象的配置項(xiàng)；⑤使用對象時調(diào)用如下方法IEcnActInfo eainfo=ObjectFactory.CreateEntityObject（"IEcnActInfo"）。

在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，對數(shù)據(jù)庫的訪問至關(guān)重要，IntePLM通過CDbAccess類訪問數(shù)據(jù)庫，其提供的訪問數(shù)據(jù)的基本函數(shù)如表1所示。

表1 IntePLM操作數(shù)據(jù)庫的基本函數(shù)Tab.1 Basic functions of database operation of IntePLM

數(shù)據(jù)訪問層的開發(fā)步驟為：①新建一個類庫的工程 （IntePLM.DAL.EcnDAL）， 引用 IntePLM.DAL.TyDbAccess.dll，IntePLM.UNI.TyUtil.dll； ②新建接口（如 IEcnDAL），添加接口函數(shù)（如 Deleteecn）；③新建實(shí)現(xiàn)類（如EcnDAL）并繼承IEcnDAL；④在數(shù)據(jù)訪問層配置文件（IntePLM.DAL.xml）中增加創(chuàng)建對象的配置項(xiàng)；⑤使用對象時調(diào)用如下方法IEcn-DAL dal=ObjectFactory.CreateDataAccessObject（"IEcnDAL"）。

業(yè)務(wù)邏輯層的實(shí)現(xiàn)方式類似于數(shù)據(jù)訪問層，實(shí)體對象通過調(diào)用ObjectFactory.CreateBusiness Object函數(shù)來創(chuàng)建。

服務(wù)層通過WebServices和Remoting方式來實(shí)現(xiàn)訪問業(yè)務(wù)邏輯層。代理層的實(shí)現(xiàn)可以通過Web引用和Wsdl工具生成這兩種方式。

4 系統(tǒng)實(shí)例

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)界面如圖4所示，它分為3個區(qū)域，其中①號區(qū)域?yàn)楣δ軜洌~子節(jié)點(diǎn)上均有相應(yīng)功能菜單；②號區(qū)域顯示的是試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中常用菜單；③號為工作區(qū)域，各項(xiàng)功能對應(yīng)窗體均在此顯示。

圖4 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)界面Fig.4 Interface of data management system

基本算法分析模塊和告警信息處理模塊界面如圖5和圖6所示。

圖5 基本算法分析模塊界面Fig.5 Interface of basic algorithm analysis module

圖6 告警信息處理模塊界面Fig.6 Interface of warning message analysis module

5 結(jié)語

本文基于IntePLM開發(fā)了一套民用飛機(jī)的試飛試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了兩大功能，分別是數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析處理。數(shù)據(jù)管理功能能夠方便有效地管理試飛試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)登錄用戶權(quán)限的不同允許用戶不同程度的使用數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析處理功能根據(jù)實(shí)際的需要定制了五大功能，分別是基本算法分析模塊、告警信息處理模塊、增益處理模塊、震蕩瞬態(tài)處理模塊、滯環(huán)曲線分析模塊。這五個模塊既能與數(shù)據(jù)管理功能模塊配合聯(lián)機(jī)使用，也能夠作為一個單機(jī)程序獨(dú)立運(yùn)行，方便使用者調(diào)用。目前該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際的試飛試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和管理中，為加快試飛的進(jìn)程，解決試飛和試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題提供了很好的支持。

[1] 徐州，張勇，陳騏.基于VBA的海量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[J].計算機(jī)工程，2010（增刊）：31-33.

[2] 朱浩，尹澤勇，劉建武，等.PLM的內(nèi)涵和功能分析[J].中國制造業(yè)信息化，2004，33（7）：83-86.

[3] 喬立波.C#入門經(jīng)典[M].4版.北京：清華大學(xué)出版社，2009. ■