試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實施及應(yīng)用研究

宋平　劉太鋒

【摘 要】本文從信息管理系統(tǒng)開發(fā)者的角度出發(fā)，按照數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)開發(fā)程序，對系統(tǒng)開發(fā)過程框架進行了設(shè)計，對開發(fā)要點及關(guān)鍵技術(shù)進行了特別說明，對相關(guān)試驗室管理系統(tǒng)的建議具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)整理；數(shù)據(jù)分析

0 引言

隨著環(huán)境試驗技術(shù)的不斷發(fā)展，試驗類型和試驗任務(wù)在不斷增加，產(chǎn)生越來越多的試驗數(shù)據(jù)，龐大的數(shù)據(jù)量給統(tǒng)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(zhì)文檔并不方便查閱，且紙質(zhì)文檔容易丟失，損壞、常會造成試驗數(shù)據(jù)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(fā)了試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，通過試驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可以進行試驗任務(wù)下達、任務(wù)管理以及試驗過程監(jiān)控?？梢杂行У貙?fù)雜試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計進行查閱、統(tǒng)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(jù)對試驗業(yè)務(wù)的需求分析和整理，以數(shù)據(jù)驅(qū)動促進業(yè)務(wù)決策為總體目標(biāo)，用戶主要需求如下：

1.1 試驗參數(shù)的實時監(jiān)控、試驗流程狀態(tài)監(jiān)控；

1.2 試驗參數(shù)記錄的存儲、檢索、查詢；

1.3 試驗設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、校準/檢定提醒；

1.4 試驗時間統(tǒng)計，試驗操作人員工作量統(tǒng)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(shè)備的關(guān)聯(lián)性和一致性統(tǒng)一管理等；

1.7 試驗數(shù)據(jù)的入庫管理和分析。

2 業(yè)務(wù)工作流程分析

試驗工作流程圖如圖1：

3 數(shù)據(jù)流程圖分析與設(shè)計

根據(jù)用戶需求和試驗工作流程圖，系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖如圖2：

4 系統(tǒng)設(shè)計

4.1 系統(tǒng)設(shè)計原則

以試驗業(yè)務(wù)實際為牽引，注重系統(tǒng)技術(shù)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(shù)據(jù)庫設(shè)計

表格設(shè)計：本試驗系統(tǒng)設(shè)計有試驗人員信息表、試驗設(shè)備信息表、試驗產(chǎn)品信息表、試驗委托單位信息表等；

數(shù)據(jù)詞典設(shè)計：對信息表各字段進行定義，確定數(shù)據(jù)類型和屬性；

數(shù)據(jù)功能設(shè)計：根據(jù)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(guān)鍵詞進行關(guān)聯(lián)。

4.3 統(tǒng)模塊設(shè)計

試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要由試驗任務(wù)管理、知識管理、資源管理、數(shù)據(jù)管理、采集程序等功能模塊組成，如圖3所示。

4.3.1 任務(wù)管理

任務(wù)管理模塊是整個試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的第一環(huán)節(jié)，分為任務(wù)立項與分解、任務(wù)執(zhí)行、任務(wù)監(jiān)控三個子功能。主要負責(zé)對試驗任務(wù)的下達，由系統(tǒng)管理員將產(chǎn)品試驗任務(wù)創(chuàng)建后，設(shè)備操作人員按照試驗任務(wù)參數(shù)條件設(shè)置程序，啟動試驗設(shè)備對產(chǎn)品進行試驗。例如進行振動試驗時，操作人員打開采集系統(tǒng)，選定振動臺，進行試驗任務(wù)配置，然后啟動記錄采集程序，開啟振動臺進行試驗。此時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將對試驗過程參數(shù)實時監(jiān)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(biāo)準、質(zhì)量體系文件、作業(yè)指導(dǎo)書三個子模塊。試驗標(biāo)準模塊具備錄入、查詢、檢索、刪除功能，由資料員定期將相關(guān)現(xiàn)行的試驗標(biāo)準，包括國標(biāo)、軍標(biāo)、行標(biāo)和各類產(chǎn)品的試驗大綱等錄入系統(tǒng)，并及時更新，供相關(guān)人員查閱。為試驗工作提供依據(jù)和支持，如圖4所示。

4.3.3 資源管理

資源管理模塊包括設(shè)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(shè)備信息管理包含設(shè)備狀態(tài)管理（空置、運行中、維修中等）和試驗設(shè)備屬性（設(shè)備名稱、編號、校準日期等）兩個下屬模塊，通過該模塊可設(shè)備資源進行調(diào)配，也可對設(shè)備使用頻率和運轉(zhuǎn)時間進行統(tǒng)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(wù)進行統(tǒng)計，為人員管理和考核提供依據(jù)。委托單位管理可以按委托單位對試驗任務(wù)進行統(tǒng)計，為試驗任務(wù)來源分析提供支持。

4.4 數(shù)據(jù)管理

據(jù)管理負責(zé)對試驗全過程數(shù)據(jù)及相關(guān)信息的管理，可以將數(shù)據(jù)按一定結(jié)構(gòu)進行組織覽、查看、查詢，并可以將數(shù)據(jù)進行對比分析?？梢詫σ巡杉脑囼灁?shù)據(jù)可根據(jù)試驗項目、試驗設(shè)備、操作人員、試驗編號等進行分類瀏覽、查閱、統(tǒng)計，根據(jù)試驗工時單價，可以計算人員、設(shè)備和整個實驗室的月度、季度和年度產(chǎn)值，極大提供高統(tǒng)計效率和準確度，并生成統(tǒng)計報表。

5 通訊設(shè)計

5.1 數(shù)據(jù)訪問接口

數(shù)據(jù)管理的核心策略是通過統(tǒng)一定義的試驗數(shù)據(jù)格式及接口，實現(xiàn)各類格式試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化管理。在統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式的基礎(chǔ)上，提供統(tǒng)一的試驗數(shù)據(jù)訪問接口服務(wù)，所有針對試驗數(shù)據(jù)的訪問均通過數(shù)據(jù)訪問接口來完成。

訪問接口體系由訪問接口服務(wù)平臺、服務(wù)注冊中心和數(shù)據(jù)交換代理三部分組成。

5.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

系統(tǒng)提供對歷史數(shù)據(jù)的管理和復(fù)用。基于統(tǒng)一定義的數(shù)據(jù)格式，提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)入庫功能。本系統(tǒng)采用支持對現(xiàn)有的Excel格式的各類試驗運行過程數(shù)據(jù)和試驗結(jié)果數(shù)據(jù)的模板化轉(zhuǎn)換方式。

5.3 采集程序

采集程序是整個數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中最核心最重要的組成部分之一，它在產(chǎn)品的整個試驗過程起到實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集兩個功能。管理系統(tǒng)與被試驗設(shè)備之間采用R232和USB端口和網(wǎng)線形成物理通訊網(wǎng)絡(luò)。目前試驗室占地面積約3600平方米，擁有各類試驗設(shè)備七十余臺，實時監(jiān)控功能可以使操作人員在監(jiān)控室內(nèi)即可對設(shè)備運行狀態(tài)是否正常進行觀察，有效地提升工作效率。數(shù)據(jù)采集功能則對試驗后的數(shù)據(jù)分析提供支持，通過數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。

5.4 通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

試驗設(shè)備的測控和數(shù)據(jù)采集（DAQ）采用統(tǒng)一的設(shè)備接口規(guī)范，針對每種試驗設(shè)備的軟件接口進行開發(fā)。在實際應(yīng)用中，采用主控端加采集端的分布式框架，以提供足夠的業(yè)務(wù)適應(yīng)性和擴展性。在這種模式下，即可僅啟動采集，實現(xiàn)針對部分設(shè)備的單點采集，也可用一個主控端加多個采集端協(xié)作采集的模式，支持多個試驗任務(wù)采用不同設(shè)備同時進行采集和數(shù)據(jù)入庫。

6 用戶界面設(shè)計

本系統(tǒng)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(tǒng)投入使用后，試驗數(shù)據(jù)越來越多，故配置了一臺高性能服務(wù)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(tǒng)設(shè)計框架留有若干可擴展接口端，通過簡單的編碼即可實現(xiàn)擴展功能。目前，該系統(tǒng)已和視頻監(jiān)視系統(tǒng)完成對接，實現(xiàn)了試驗過程的可視化、數(shù)字化。

10 結(jié)論

實驗室試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的成功應(yīng)用，有效實現(xiàn)了試驗記錄的無紙化、試驗過程參數(shù)監(jiān)控的集中化、試驗工時和產(chǎn)值統(tǒng)計的信息化，試驗數(shù)據(jù)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(tǒng)建設(shè)方案與項目風(fēng)險分析[D].電子科技大學(xué).

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

[責(zé)任編輯：田吉捷]