試驗數據管理系統的實施及應用研究

宋平　劉太鋒

【摘 要】本文從信息管理系統開發者的角度出發，按照數據管理系統開發程序，對系統開發過程框架進行了設計，對開發要點及關鍵技術進行了特別說明，對相關試驗室管理系統的建議具有借鑒意義。

【關鍵詞】數據采集；數據整理；數據分析

0 引言

隨著環境試驗技術的不斷發展，試驗類型和試驗任務在不斷增加，產生越來越多的試驗數據，龐大的數據量給統計和分析帶來困擾。以往實驗室試驗人員每月對試驗流程卡和實驗記錄的整理都需要花費大量時間，且整理好的紙質文檔并不方便查閱，且紙質文檔容易丟失，損壞、常會造成試驗數據的不完整，給科研工作造成諸多不便。為了改善這種狀況，實驗室開發了試驗數據管理系統，通過試驗室數據管理系統可以進行試驗任務下達、任務管理以及試驗過程監控。可以有效地對復雜試驗數據統計進行查閱、統計、分析，并提高實驗室管理水平和工作效率。

1 用戶需求分析

根據對試驗業務的需求分析和整理，以數據驅動促進業務決策為總體目標，用戶主要需求如下：

1.1 試驗參數的實時監控、試驗流程狀態監控；

1.2 試驗參數記錄的存儲、檢索、查詢；

1.3 試驗設備狀態監控、校準/檢定提醒；

1.4 試驗時間統計，試驗操作人員工作量統計；

1.5 試驗報告的自動生成；

1.6 試驗人員、試驗委托單位、試驗設備的關聯性和一致性統一管理等；

1.7 試驗數據的入庫管理和分析。

2 業務工作流程分析

試驗工作流程圖如圖1：

3 數據流程圖分析與設計

根據用戶需求和試驗工作流程圖，系統數據流程圖如圖2：

4 系統設計

4.1 系統設計原則

以試驗業務實際為牽引，注重系統技術先進性，確保易操作性、維護靈活性、可擴展集成性、安全性和可靠性。

4.2 數據庫設計

表格設計：本試驗系統設計有試驗人員信息表、試驗設備信息表、試驗產品信息表、試驗委托單位信息表等；

數據詞典設計：對信息表各字段進行定義，確定數據類型和屬性；

數據功能設計：根據用戶需求，各信息表具有查詢、檢索、錄入、刪除等功能，各表通過關鍵詞進行關聯。

4.3 統模塊設計

試驗數據管理系統主要由試驗任務管理、知識管理、資源管理、數據管理、采集程序等功能模塊組成，如圖3所示。

4.3.1 任務管理

任務管理模塊是整個試驗數據管理系統的第一環節，分為任務立項與分解、任務執行、任務監控三個子功能。主要負責對試驗任務的下達，由系統管理員將產品試驗任務創建后，設備操作人員按照試驗任務參數條件設置程序，啟動試驗設備對產品進行試驗。例如進行振動試驗時，操作人員打開采集系統，選定振動臺，進行試驗任務配置，然后啟動記錄采集程序，開啟振動臺進行試驗。此時數據采集系統將對試驗過程參數實時監控、采集，記錄和存儲。

4.3.2 知識管理

知識管理模塊中包含試驗標準、質量體系文件、作業指導書三個子模塊。試驗標準模塊具備錄入、查詢、檢索、刪除功能，由資料員定期將相關現行的試驗標準，包括國標、軍標、行標和各類產品的試驗大綱等錄入系統，并及時更新，供相關人員查閱。為試驗工作提供依據和支持，如圖4所示。

4.3.3 資源管理

資源管理模塊包括設備信息管理、人員信息管理、委托單位信息管理三個子模塊。設備信息管理包含設備狀態管理（空置、運行中、維修中等）和試驗設備屬性（設備名稱、編號、校準日期等）兩個下屬模塊，通過該模塊可設備資源進行調配，也可對設備使用頻率和運轉時間進行統計，極大提高了工作效率。人員信息管理則可以對試驗工作人員的信息進行檢索，可以按人員姓名對試驗任務進行統計，為人員管理和考核提供依據。委托單位管理可以按委托單位對試驗任務進行統計，為試驗任務來源分析提供支持。

4.4 數據管理

據管理負責對試驗全過程數據及相關信息的管理，可以將數據按一定結構進行組織覽、查看、查詢，并可以將數據進行對比分析。可以對已采集的試驗數據可根據試驗項目、試驗設備、操作人員、試驗編號等進行分類瀏覽、查閱、統計，根據試驗工時單價，可以計算人員、設備和整個實驗室的月度、季度和年度產值，極大提供高統計效率和準確度，并生成統計報表。

5 通訊設計

5.1 數據訪問接口

數據管理的核心策略是通過統一定義的試驗數據格式及接口，實現各類格式試驗數據的統一化管理。在統一數據格式的基礎上，提供統一的試驗數據訪問接口服務，所有針對試驗數據的訪問均通過數據訪問接口來完成。

訪問接口體系由訪問接口服務平臺、服務注冊中心和數據交換代理三部分組成。

5.2 數據轉換

系統提供對歷史數據的管理和復用。基于統一定義的數據格式，提供數據轉換工具實現統一的數據入庫功能。本系統采用支持對現有的Excel格式的各類試驗運行過程數據和試驗結果數據的模板化轉換方式。

5.3 采集程序

采集程序是整個數據管理系統中最核心最重要的組成部分之一，它在產品的整個試驗過程起到實時監控和數據采集兩個功能。管理系統與被試驗設備之間采用R232和USB端口和網線形成物理通訊網絡。目前試驗室占地面積約3600平方米，擁有各類試驗設備七十余臺，實時監控功能可以使操作人員在監控室內即可對設備運行狀態是否正常進行觀察，有效地提升工作效率。數據采集功能則對試驗后的數據分析提供支持，通過數據采集和一直觀的看到整個試驗過程中的運行曲線，這些曲線包括溫度、濕度、氣壓等試驗數據。

5.4 通訊網絡設計

試驗設備的測控和數據采集（DAQ）采用統一的設備接口規范，針對每種試驗設備的軟件接口進行開發。在實際應用中，采用主控端加采集端的分布式框架，以提供足夠的業務適應性和擴展性。在這種模式下，即可僅啟動采集，實現針對部分設備的單點采集，也可用一個主控端加多個采集端協作采集的模式，支持多個試驗任務采用不同設備同時進行采集和數據入庫。

6 用戶界面設計

本系統采用大方、美觀友好的用戶界面，彩色選擇考究，滿足用戶操作舒適性要求，有效降低用戶疲勞度。

7 源代碼的編寫

采用可視化編程語言，大大提高了編程效率。

8 硬件配置

由于本系統投入使用后，試驗數據越來越多，故配置了一臺高性能服務器；由于試驗室場地較大，配置了4用戶終端。

9 功能擴展

該系統設計框架留有若干可擴展接口端，通過簡單的編碼即可實現擴展功能。目前，該系統已和視頻監視系統完成對接，實現了試驗過程的可視化、數字化。

10 結論

實驗室試驗數據管理系統的成功應用，有效實現了試驗記錄的無紙化、試驗過程參數監控的集中化、試驗工時和產值統計的信息化，試驗數據分析的信息化和形象化，極大提高了工作效率，確保了試驗記錄的完整性和準確性，對提升試驗室的管理水平具有重要意義。

【參考文獻】

[1]吉立庫.試驗信息系統建設方案與項目風險分析[D].電子科技大學.

[2]黃欣.基于新形勢下企業信息化管理的研究[J].電子測試，2016-06-14.

[責任編輯：田吉捷]