試驗數據管理系統需求與設計

黃琰

摘要：產品研發、生產制造過程中會產生大量的試驗數據，而目前企業對于試驗的管理模式相對落后，試驗數據在儲存和利用上都存在著大量問題。通過對試驗項目和試驗數據的需求進行分析，設計了一個試驗數據管理系統，介紹了系統總體技術架構和功能模塊。利用該系統實現了對產品試驗信息、試驗數據等的集中管理，提高了試驗數據的利用率。

關鍵詞：試驗數據 數據管理 需求分析 系統設計

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0157-02

在軍工企業的產品研制過程中，需要對產品的功能、性能、壽命等進行大量試驗，以驗證產品的設計符合要求。我院現有的試驗管理手段和技術手段，已經明顯不能滿足我院目前對于產品各研制階段的試驗任務和試驗數據管理需求。突出表現為：（1）試驗信息和試驗數據的分散管理，存在“數據孤島”。（2）試驗任務和數據之間缺乏集成，沒有形成統一的視圖。（3）試驗數據的安全性難于保障。（4）試驗數據的利用率低，難于形成知識。

鑒于上述分析，企業迫切需要通過建立試驗數據管理系統（簡稱TDM系統），把所有與試驗相關的信息和數據進行統一管理，為企業提高研制水平、縮短研制周期提供有效的數據支撐。

1 試驗數據管理需求

利用信息化手段進行試驗數據管理非常重要。試驗數據管理的業務需求主要包括以下幾個方面：（1）試驗項目管理：型號試驗任務結構化管理應能夠按照研制階段、產品代號、試驗類型進行分類組織。應支持試驗項目過程管理，包括試驗項目創建、相關數據檢索、試驗任務執行情況監控等功能。（2）試驗流程管理：通過流程驅動試驗策劃、執行和總結的全過程，實現對試驗過程的流程化管理。系統應能夠提供流程定制、流程執行、流程監控、歷史流程信息查詢及相關數據查詢等功能。（3）試驗數據管理：應支持對試驗采集到的所有數據以及手工錄入的所有數據的管理，包括試驗原始數據、過程處理數據、結果數據等內容。支持對試驗數據進行導入、導出、檢索、瀏覽等。（4）數據處理分析：具有數據分析繪圖功能，支持常用的餅型圖、柱型圖、曲線圖等的繪圖；能夠實現數據回放、數據截取/裁剪、圖形縮放等各種專業數據處理方法；具備算法集成的功能，能夠將第三方算法和自研算法在系統中集成實用。（5）安全性管理：應能夠建立合理的用戶及權限管理機制，并具備系統日志管理功能，滿足安全保密管理要求。

試驗數據特點包括：（1）數據量超大：單詞試驗數據可達GB級別，且每年均需進行數十次試驗，試驗數據需要長期保存。（2）數據類型多：試驗類型眾多，產生的數據格式各異，包括二級制文件、文本文件、光測數據、GPS數據、圖片、視頻等類型。（3）數據和數據處理程序關系緊密。

數據分析出來需求特點包括：（1）部分數據需要較復雜的格式轉換和處理，有些需要增加若干標簽。（2）復雜的運算有時需要提取不同數據文件的參數完成。（3）需要對不同數據文件的同一屬性、多個屬性或者多個數據文件進行分析、對比、數學統計。

2 系統架構設計

TDM系統采用基于C/S和B/S的三層體系架構（如圖1所示），包括：數據庫層、服務器層和客戶端層。主要的業務邏輯和業務流程都在服務器端執行，而客戶端主要負責數據的展示，數據庫負責實現數據的存儲管理。

數據庫層采用Oracle 關系數據庫。

服務器層包括多個模塊：試驗數據管理應用服務器、系統流程應用服務器、Microsoft IIS服務，另外還包括系統集成接口用于和第三方工具集成。

客戶端層提供了可視化工具和操作界面便于用戶交互。B /S 架構的Web 客戶端主要實現數據查詢編輯和數據處理，而C /S架構的Windows 客戶端主要包括系統設計管理工具，流程設計器和數據導入工具。

3 系統的實現

3.1 數據庫建模

TDM系統提供了具有動態建庫功能的設計工具Design Studio，允許數據庫模型的動態建立和維護。本系統數據模型以試驗項目為中心，把試驗任務、試驗產品、試驗條件和試驗數據聯系起來，實現在可通過關聯關系進行試驗信息和數據的查詢和瀏覽，圖2為試驗數據管理系統數據模型圖。系統模型按照統一的試驗管理結構，遵循“型號--階段—試驗項目—試驗信息/數據”建立數據分類查詢結構樹，定義各個節點的屬性信息。

3.2 試驗數據管理

產品各類型試驗數據統一集中管理，包括各個試驗數據的類別、屬性、數據量級、格式、數據說明和分析處理方法等。系統建立了結構化管理和非結構化管理兩種管理方式：

（1）結構化管理：對于能夠進行解析的試驗數據，以結構化的方式存儲，便于基于系統對試驗數據進行處理和分析，包括數據查詢、篩選、標注、繪圖、計算、對比和導出等。

（2）非結構化管理：對于圖片、聲音、錄像、試驗過程的技術文件（任務書、試驗大綱、試驗報告等）以及試驗原始數據等不需要分解的文件，以非結構化的方式存儲。

3.3 數據導入和導出

本系統在數據導入過程中，系統提供了兩個操作選擇項：“選擇導入腳本”和“生成導入腳本”。設計人員可以通過“生成導入腳本”把常用的數據（例如：文本文件、二進制文件、XML文件、DAT文件等）導入過程形成腳本記錄下來。設計人員可以在之后的數據導入時選擇已保存的導入腳本，該腳本能夠自動解析數據并完成導入。本系統在數據導入過程中提供了數據校驗功能進行數據校驗操作， 以確保數據的正確性、完整性和合法性。數據導入也可以通過系統提供的數據解析工具（VPG）或自行編程開發數據轉換器來實現，需采用C#開發，在 Newtera TDM框架上實現。

系統支持數據導出成EXCEL文件和TXT文件，若需要其他分析處理工具可利用的格式，需要通過開發數據導出轉換器。

3.4 數據分析處理

試驗數據分析繪圖：數據分析繪圖功能分在線分析和離線繪圖分析。在線分析功能指設計人員在Web頁面上可以利用系統本身自帶的數據分析功能。離線繪圖分析功能則是利用系統提供的數據導出功能把結構化數據以XML文件、CSV文件等格式導出成分析繪圖軟件能夠識別的文件，以離線的方式實現與分析繪圖工具的集成，使這些軟件打開導出數據進行分析繪圖。

算法集成：試驗數據管理系統提供了通用的算法集成接口，可以集成第三方算法和設計人員的自研算法。通過這種擴展機制，設計人員可以不斷把所需的算法豐富到平臺中，滿足實際工作的需要。

3.5 數據處理軟件管理

建立專用數據處理軟件管理庫，按照產品類型、數據處理類型等條件進行組織分類，并按軟件版本進行管理，支持在試驗數據創建過程中對具體數據處理軟件的選擇。

3.6 試驗流程管理

本系統提供了流程設計客戶端工具（Workflow Studio），允許設計人員以圖形化方式快速建立所需的所有工作流程， 包括流程節點，節點流轉路徑、創建任務、指派任務責任人、綁定流程中需要的數據等。

4 結語

通過設計并建設試驗數據管理系統，對型號研制過程中相關試驗信息和數據進行統一的管理，實現了試驗過程受控，確保了試驗數據的完整性、唯一性和安全性，提高了試驗效率和試驗數據的利用率，位產品設計驗證提供了數據支撐。

參考文獻

[1]丁力，安海軍.試驗數據管理系統的需求與實現[J].航空計算技術，2010（3）.

[2]宋銘利，王素麗.試驗數據管理系統的設計與實現[J].計算機工程與設計，2011（5）.

[3]鄭穎.飛機試驗數據管理系統的實現[J].航空計算技術，2014（5）.

[4]李杰.基于Web Services 的工程試驗數據管理系統研究與開發[D].上海：上海大學，2006.