對流層飛艇設計試驗數據管理系統建設研究

許金鳳 孫娜

摘 要：針對對流層飛艇產品研制過程數據管理現狀和不足，提出建設對流層飛艇設計試驗數據管理系統。根據系統建設目標，深入分析了系統的數據來源、特點，建立了數據分類結構并詳細說明了數據內容。從系統功能設計、分層架構、網絡結構及實現方面詳細闡述了對流層飛艇設計試驗數據管理系統的構建。

關鍵詞：對流層飛艇；數據分類；數據管理系統

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

對流層飛艇以其續航時間長、使用成本低、起降場地要求低、可實現“凝視”功能等獨特優勢在預警、監視、應急救援等軍民用領域具有廣闊應用前景[1]。目前，國內外對流層飛艇產品的研制方興未艾。作為一種特種飛行器，其研制過程是一項涉及多學科的復雜系統工程[2]。因其設計難度大，試驗試飛風險高，開展對流層飛艇的設計和試驗時，需廣泛參考基礎理論、技術成果、相關標準規范參數等數據信息資源。同時，隨著研制過程的不斷深入，各個專業將產生大量設計數據、試驗數據和過程數據，設計人員也逐步積累各種設計方法和設計經驗。這些跨學科、多類型、來源廣泛的數據資源如何有效管理、存儲和利用，充分發揮其價值，是保證產品研制質量和進度，以及后續產品改進的關鍵因素之一。

2 對流層飛艇設計試驗數據管理現狀分析（Status

analysis of troposphric airship design and test

data management）

目前，國內針對對流層飛艇的數據管理方面的研究工作尚未開展。對于航空類產品設計試驗數據管理研究主要包括三方面：設計數據、試驗數據、過程數據等。設計數據的管理主要依賴成熟的產品數據管理系統（PDM）進行。試驗數據管理方面，董冬等提出試驗管理平臺框架和主要關鍵技術[3]；鄭曉鵬等研究了航天試驗數據管理系統的總體架構和模塊組成[4]；趙小莉等研究了在PLM平臺下航空發動機試驗數據的管理，以及試驗數據與設計數據的關聯[5]。目前企業也可采購相應試驗數據管理系統（TDM），根據需要進行二次開發。過程數據研究方面，僅在產品知識管理系統研究中有所提及[6]，但知識管理首先需要采集、整理大量的數據信息資源，且知識資源稀少仍然是推進知識管理的瓶頸[7]。

然而，對于對流層飛艇而言，其目前尚處于研制驗證階段，即處于數據資源積累過程中。鑒于設計數據和試驗數據可以由成熟的PDM系統和TDM系統實施管理，本文重點關注過程數據的管理。在企業目前數據資源管理的基礎上，提出構建對流層飛艇設計試驗數據管理系統，明確系統建設目的，分析和梳理數據資源信息，提出系統建設方案，推進設計試驗過程數據管理規范化。

3 系統建設目的（Construction target of the system）

開發對流層飛艇設計試驗數據管理系統的主要目的是對產品研制生命周期所涉及的與設計和試驗過程相關的各類數據資源信息進行規范化管理，為產品設計和試驗過程提供數據信息資源檢索、獲取、存儲和利用機制，使用戶能快速、高效訪問所需要的數據資源，也可以方便的地存儲在設計和試驗過程中獲取的有價值的數據資源信息。系統可提供數據接口以訪問企業已建設的其他相關信息系統或數據庫中數據，各系統和數據庫中數據資源不交叉重復，確保唯一數據源。

3.1 系統數據分析

3.1.1 數據來源

數據管理系統的核心在于其管理的數據。本數據管理系統的數據選取范圍要求包括：

（1）為設計人員在流層飛艇產品設計和試驗過程中提供重要的參考和指導。

（2）可以為設計新人提供系統化的自我培訓。

（3）是企業已建設的系統和數據庫所管理數據的補充。

（4）確保本系統和其他系統之間的唯一數據源。

基于上述要求，對流程飛艇設計試驗數據管理系統的數據來源包括幾方面：

（1）對流層飛艇產品基礎信息，如國內外產品信息、性能指標、產品結構等。

（2）產品零部件材料信息、產品設計試驗標準與規范、文獻情報資料等。

（3）產品研制的立項論證階段、方案設計階段、工程研制階段、設計定型階段和生產定型階段中設計任務和試驗任務信息。

（4）各個專業如總體氣動、結構、強度、航電、動力、環控、綜合保障、任務系統等設計和試驗過程形成的模型、案例、方法、經驗、數據等。

（5）各專業領域企業內外專家信息。

3.1.2 數據特點

對流程飛艇設計試驗數據管理系統的數據特點主要表現在幾個方面：

（1）數據范圍廣泛，涉及對流層飛艇產品設計和試驗過程的各個方面。

（2）數據類型多樣化，包括文本類信息、數據類信息、程序類信息、模型類信息、圖表類、影音類信息等。

（3）數據量大且分散。大量數據分散存儲于個人頭腦、計算機或其他系統，數據量隨研制過程快速增長。

3.2 數據分類結構

建立合適的分類結構是構建對流層飛艇設計試驗數據管理系統的基礎，該分類結構應類別清晰、層級適當、可擴展。分析對流層飛艇設計試驗數據管理系統的數據來源和特點，頂層分類結構采用兩級表示。第一級借鑒國際經合組織（OECD）的知識分類思想進行分類（Know-what、Know-why、Know-how、Know-who）[8]，分為基礎信息、設計試驗參考、設計試驗指南、專家信息，并增加項目數據；根據類別特點和范圍對第一級進行細分，形成第二級。

在頂層分類結構基礎上，根據數據管理和使用需求對第二級繼續進行分類，參考GB/T 23703.7《知識分類通用要求》從專業維度、產品維度、類型維度等進行單維度或混合維度分類[9]，最終確定系統合適的分類層級。頂層分類結構如圖1所示。

3.3 數據信息內容

確定分類結構后，根據最末端層級的數據資源類別定義其屬性信息，構建數據信息內容。

3.3.1 基礎信息數據

基礎信息數據主要包括對流層飛艇的概述和對流層飛艇典型產品。產品概述存儲對流層飛艇概念定義、系統組成和產品分類等信息。典型產品可分為“國內”和“國外”，存儲對流層飛艇各類產品名稱、功能用途、性能指標等信息。數據類型主要是文本、數據圖表、圖片、音視頻等。

3.3.2 設計試驗參考

設計試驗參考。主要包括設計者在設計過程中所需要參考的標準、專利、情報文獻、適航規章，也可進行擴展，增加標準件、材料、成品件等數據資源。

企業當前建設的標準數據庫一般是根據庫的類型分類，如軍標庫、行標庫、企標庫等，查詢標準時往往需要了解標準名稱或標準號，以此進行搜索。對設計人員來說，其視角往往從專業角度，關注的是某個專業領域有哪些相關企業標準、行業標準或軍標等[10]。針對第二級的標準數據繼續進行分類，第三四級分類結構詳見表1。

專利和情報文獻按專業維度，分為總體、氣動、結構、強度、航電、飛控、動力、保障等方面。適航規章有AC-21-2009、LFLS、TAR等。

對于試驗參考類數據，若企業建設了相關信息系統，應保證數據資源的唯一性。例如若企業構建了標準數據庫，那么本系統中不存儲標準的全文，只存儲相關屬性信息，可通過鏈接方式訪問全文。

3.3.3 設計試驗指南

“設計試驗指南”主要包括對流層飛艇設計過程中各系統主要指標、工作任務分解、設計方法和模板。對流層飛艇設計指標主要根據飛艇戰術技術指標，由對流層飛艇的不同專業分解制定，用于指導飛艇設計，可從專業維度進行分類。工作任務分解可以按照對流層飛艇研制WBS分解結構確定分類和層級，例如頂層分類方式可以按工作階段劃分為立項論證、方案設計、工程研制、設計定型和生產定型；設計方法可以按專業與產品混合維度進行分類，如總體、氣動、結構、強度、載荷，以及飛控系統、壓力控制、電氣系統、任務系統等設計方法。模板主要存儲各類技術報告模板及范例，以指導技術人員快速、規范的編制技術報告，可按專業維度進行分類。

3.3.4 專家信息

“專家信息”主要包括單位內部專家和外部專家信息。可以按專業對專家進行分類，屬性信息除記錄姓名、性別、職稱等基礎信息外還可以詳細列舉記錄其擅長的專業領域和在該領域獲得的成就，以及其評審項目的信息。

3.3.5 項目數據

“項目數據”主要用于記錄對流層飛艇各項目研制過程的具體數據信息，主要分為如下幾類：設計、試驗、試飛、項目管理和質量問題。本系統記錄的信息應考慮與現有信息系統存儲的數據資源之間互補、不交叉重復，確保數據資源的唯一性。

4 系統建設方案（Construction scheme of the system）

4.1 系統功能設計

對流層飛艇設計試驗數據管理系統的功能，主要分為系統管理、數據資源采集、數據資源維護和數據資源應用等模塊構成。如圖2所示。

（1）系統管理。應提供建立和維護組織機構及用戶的功能，對企業各部門及用戶進行分級顯示和管理。應采用基于角色的用戶權限管理策略，系統的任何登錄用戶都具有特定的角色，不同角色擁有對應的數據查看、修改、錄入、刪除、備份、恢復、導出等權限。所有用戶需通過管理員授權才可以登錄系統。

（2）數據信息采集。主要包括數據資源錄入、數據審核流程和數據資源存儲。用戶按照數據信息資源的類別，以及屬性等要求完成數據的整理與錄入工作，相關領域專家對其正確性和可參考性進行審核。審核過程通過流程實現，系統應能實現對數據審核流程進行定義、管理和查詢。將審核后的數據信息資源存儲到系統，進行數據資源的共享應用。

（3）數據信息資源維護。包括數據分類結構維護、數據信息類別維護、數據信息屬性定義和數據信息內容維護。系統能在對流層飛艇設計試驗數據分類結構基礎上，動態的自定義樹形結構的層次和類別。系統可提供動態自定義數據信息屬性功能，方便用戶能對各種數據信息進行描述定義與管理。系統應實現對已定義屬性的信息資源數據進行增加、修改和刪除操作。對于結構化數據，可實現導入和導出。對于非結構化數據，如文件型、圖像型、音視頻等可上傳、下載。

（4）數據信息資源應用。數據目錄查詢瀏覽、數據信息全文檢索和數據資源導出與下載。系統通過數據結構樹來進行數據信息導航，用戶根據自身角色訪問、導出、下載數據信息，還可通過關鍵詞檢索數據信息全文。

4.2 系統分層架構

根據對流層飛艇設計試驗數據管理系統的分析，其分層架構如圖3所示。基礎環境層提供系統運行的軟硬件基礎環境，數據庫層存儲系統的數據信息資源，接口層滿足業務層對數據庫的訪問、處理需求，以及系統與外部系統之間的交互需求；業務層從表示層獲取數據，通過接口層訪問數據庫中數據，進行運算和處理，實現系統功能；表現層提供系統的用戶界面；用戶通過web瀏覽器與系統用戶界面交互。

4.3 系統網絡結構

對流層飛艇設計實驗數據管理系統在企業局域網中運行，與互聯網隔離，網絡平臺具備性能較為完善的信息安全設計，包括：網絡防火墻、入侵檢測、病毒防范、用戶識別等信息安全軟件硬件設施。本系統的網絡結構如圖4所示。

4.4 系統實現

應綜合考慮當前計算機技術的發展、應用廣度、系統的穩定性、安全性、響應速度、事務處理能力、數據管理范圍和并發處理能力等各方面因素，選擇和確定開發技術，以及系統的運行環境。對流層飛艇設計試驗數據管理系統的開發采用B/S架構，基于Windows操作系統、選擇Oracle或SQL Server數據庫系統。考慮程序應具有良好的平臺可移植性等因素，在開發語言選擇上，可采用具有面向對象和可視化技術的開發語言和平臺。根據本文思路和方案，搭建原型系統進行了演示和驗證，得到了設計人員的認可。

5 結論（Conclusion）

本文詳細分析和梳理了對流層飛艇在設計和試驗過程涉及的數據資源信息，建立了對流層飛艇設計試驗數據分類結構，提出了系統構建方案。

系統的建立可為設計人員提供經驗整理、自我培訓、交流共享的平臺，提升研制效率。同時，數據資源的積累將為對流層飛艇設計體系的建立和完善起到至關重要的作用，為

對流層飛艇設計試驗技術的發展打下良好的基礎。

后續將進一步完善系統功能，逐步豐富數據內容，利用系統中豐富的數據資源開展知識管理研究，實現對流層飛艇設計試驗知識的沉淀、重用與創新。本系統的成功應用也可為其他浮空器系列產品的研制過程提供參考。

參考文獻（References）

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[10] 劉麗麗，陶威.浮空器技術標準體系的構建[J].標準科學，2015（9）：46-48.

作者簡介：

許金鳳（1985-），女，碩士，工程師.研究領域：軟件工程，信息化建設.

孫 娜（1984-），女，碩士，高級工程師.研究領域：浮空器總體設計.