某航空發(fā)動機試驗臺數(shù)據(jù)回放軟件設(shè)計

陳利 吳玉葉 羅丹 譚雨晨

摘要：針對某航空發(fā)動機試驗臺改造升級后，原有數(shù)據(jù)回放軟件不支持新數(shù)據(jù)庫、回放功能需擴展的需求，設(shè)計一款多功能數(shù)據(jù)回放軟件，軟件支持SQL Server數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表打開、數(shù)據(jù)回放、圖形化顯示、參數(shù)分析等功能。應用表明，軟件界面友好，人機交互能力強，通用性好，可推廣到其他試驗臺。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機;數(shù)據(jù)回放;圖形化顯示

0? ? 引言

航空發(fā)動機試驗過程中，需通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集、記錄試驗中轉(zhuǎn)速、功率、溫度、壓力、振動等數(shù)據(jù)[1]。某發(fā)動機試驗臺原采用基于VXI總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫使用Access。在精細化測試需求牽引下，發(fā)動機上需要測量的參數(shù)多達上千點，原數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已不能滿足需求。經(jīng)試驗臺改造升級，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)改造成基于LXI總線的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲改用SQL Server數(shù)據(jù)庫。因此，原數(shù)據(jù)回放軟件不能滿足需求，表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）不支持SQL Server數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)讀取;

（2）軟件功能單一，僅能從Access數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)顯示軟件;

（3）不能在回放界面上繪制多個參數(shù)的曲線進行對比、分析;

（4）軟件沒有采用組件的方式進行設(shè)計，未提供標準接口，不易集成到新開發(fā)的數(shù)據(jù)采集處理軟件中。

針對上述情況，設(shè)計一套多功能數(shù)據(jù)回放軟件，軟件具備友好的人機操作界面，支持SQL Server數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表打開，具備數(shù)據(jù)回放、圖形化顯示、參數(shù)分析等功能。

1? ? 需求分析

數(shù)據(jù)回放主要是試驗后讀取存儲在數(shù)據(jù)庫中的試驗數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)顯示軟件，進行數(shù)字、曲線、虛擬儀表等多樣化顯示，方便現(xiàn)場試驗人員重新觀看試驗過程，根據(jù)試驗人員提出的回放要求，軟件主要功能需求如下：

（1）軟件可自由選擇某個數(shù)據(jù)庫、某張數(shù)據(jù)表，可快速定位數(shù)據(jù)回放起始點;

（2）具備暫停回放、繼續(xù)回放、更改回放速率等功能，能按照設(shè)定速率將回放數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)顯示軟件進行同步顯示;

（3）具備曲線顯示功能，能在同一個時間軸下對轉(zhuǎn)速、功率、燃油流量、排氣溫度等關(guān)鍵參數(shù)進行多曲線顯示，實現(xiàn)多參數(shù)比對、分析;

（4）具備移動光標，可顯示標尺所在時刻、重要參數(shù)數(shù)值;

（5）曲線具備縮放功能，既能觀看數(shù)據(jù)整體趨勢，也能對某個時間段的數(shù)據(jù)進行放大，查看數(shù)據(jù)細節(jié);

（6）具備抓圖功能，可將曲線波形圖輸出為jpg、png等格式的圖片。

2? ? 軟件設(shè)計

2.1? ? 軟件總體設(shè)計

回放軟件是通過從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)表中的參數(shù)及其數(shù)據(jù)信息，按照用戶設(shè)置繪制重要參數(shù)曲線。通過曲線上查看、分析數(shù)據(jù)，定位數(shù)據(jù)回放起始點，并將數(shù)據(jù)分發(fā)到數(shù)據(jù)顯示軟件進行顯示。軟件包括以下部分：初始化、加載數(shù)據(jù)庫、讀取數(shù)據(jù)表、參數(shù)提取、曲線繪制、曲線分析、響應用戶操作。軟件執(zhí)行流程圖如圖1所示。

2.2? ? 界面設(shè)計

人機交互界面是數(shù)據(jù)顯示及用戶操作窗口，根據(jù)軟件需求設(shè)計的主界面如圖2所示。

圖中，數(shù)據(jù)庫列表自動顯示所有SQL Server數(shù)據(jù)庫，雙擊某一行數(shù)據(jù)庫名稱，數(shù)據(jù)表列表自動顯示出該數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)表。雙擊某一行數(shù)據(jù)表，該表中部分數(shù)據(jù)在界面刷新。點擊某個參數(shù)名前的勾選框，使該參數(shù)處于選中狀態(tài)，曲線顯示框中自動繪制該參數(shù)曲線。同時勾選多個參數(shù)，可繪制多根曲線。

重要參數(shù)曲線顯示框中，設(shè)計一根綠色光標和兩根白色光標。綠色光標用來定位數(shù)據(jù)時刻，移動綠色光標時，界面中的數(shù)字控件會顯示綠色光標所在時刻參數(shù)數(shù)值。白色光標用來定位時間區(qū)間，向上滾動鼠標滾輪，可對白色光標所在區(qū)間進行放大，以查看該區(qū)間數(shù)據(jù)細節(jié)。向下滾動鼠標滾輪，可縮小曲線，恢復至縮略圖狀態(tài)。

2.3? ? 程序設(shè)計

程序設(shè)計是回放軟件的核心，負責實現(xiàn)軟件所有功能。采用Visual Studio 2010作為開發(fā)平臺，使用C#語言，結(jié)合NI Measurement Studio圖形控件、多線程技術(shù)、ADO.NET技術(shù)[2-3]等進行編程實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)提取和曲線繪制是最關(guān)鍵、最耗時的兩部分。數(shù)據(jù)提取是基礎(chǔ)，包含提取參數(shù)信息、數(shù)據(jù)信息，當表中數(shù)據(jù)量大時，程序執(zhí)行SQL查詢語句耗時長、效率低。為提高軟件執(zhí)行效率，采用多線程編程來提取參數(shù)信息，每個線程負責部分參數(shù)的信息提取，如一張表有500個參數(shù)，軟件將開辟5個線程，每個線程負責提取100個參數(shù)的數(shù)據(jù)信息。

圖形化顯示是軟件核心，曲線加載效率、移動光標時數(shù)據(jù)的流暢性直接影響用戶體驗。為提高曲線繪制效率，將曲線加載容量設(shè)定為50 000點，若數(shù)據(jù)表行數(shù)大于50 000，采用間隔采樣（即每n個點抽取一個點，n根據(jù)數(shù)據(jù)表的行數(shù)動態(tài)更改）方式加載該參數(shù)縮略圖，反映該參數(shù)變化趨勢。鑒于不同參數(shù)量程不一致，為在同一個坐標軸中對多參數(shù)進行顯示，曲線加載時采用min-max標準化原則對參數(shù)進行歸一化處理，將各參數(shù)映射到[0，100]。轉(zhuǎn)換公式如下：

3? ? 軟件應用

圖3是打開某SQL Server數(shù)據(jù)表的實際效果，操作主界面上的按鈕，軟件沒有明顯的延遲出現(xiàn)，可隨意選擇回放的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)表，快速繪制用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)曲線，對相關(guān)參數(shù)進行比較、分析，并將曲線波形保存成圖片。移動曲線框中的綠色光標，可以獲得回放參數(shù)在任何一個時間點的數(shù)值。移動白色光標，上下滾動鼠標滾輪，可對白色光標所在區(qū)間進行局部放大/恢復，如圖4所示。

點擊開始回放按鈕，軟件從綠色光標所在時刻開始讀取數(shù)據(jù)，并分發(fā)到數(shù)據(jù)顯示軟件進行同步顯示。回放過程中，可通過暫停回放、繼續(xù)回放、更改回放速率3個按鈕，對數(shù)據(jù)回放進行控制與調(diào)整，滿足數(shù)據(jù)觀看需求。

4? ? 結(jié)語

本文設(shè)計并開發(fā)了一套專用于某航空發(fā)動機試驗臺的數(shù)據(jù)回放軟件，軟件支持SQL Server數(shù)據(jù)庫，具備數(shù)據(jù)表打開、數(shù)據(jù)回放、參數(shù)對比分析、數(shù)據(jù)分發(fā)功能，很好地滿足了該試驗臺數(shù)據(jù)回放的需求。應用結(jié)果表明，軟件界面設(shè)計良好，數(shù)據(jù)回放控制準確，提供標準接口，功能易擴展，可以很好地移植到其他試驗臺。

[參考文獻]

[1] 胡寶權(quán)，許悅，劉振濤，等.某型航空發(fā)動機海量試驗數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)設(shè)計[J].航空計算技術(shù)，2019（4）：119-122.

[2] 孫踐知，張迎新，肖媛媛.C#程序設(shè)計[M].北京：清華大學出版社，2010.

[3] 明日科技.SQL Server從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2012.

收稿日期：2020-05-11

作者簡介：陳利（1989—），女，四川南充人，碩士研究生，工程師，研究方向：航空發(fā)動機測試。