對流層飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)研究

許金鳳 孫娜

摘 要：針對對流層飛艇產(chǎn)品研制過程數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀和不足，提出建設(shè)對流層飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)，深入分析了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源、特點，建立了數(shù)據(jù)分類結(jié)構(gòu)并詳細說明了數(shù)據(jù)內(nèi)容。從系統(tǒng)功能設(shè)計、分層架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)方面詳細闡述了對流層飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：對流層飛艇；數(shù)據(jù)分類；數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP315 文獻標(biāo)識碼：A

1 引言（Introduction）

對流層飛艇以其續(xù)航時間長、使用成本低、起降場地要求低、可實現(xiàn)“凝視”功能等獨特優(yōu)勢在預(yù)警、監(jiān)視、應(yīng)急救援等軍民用領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景[1]。目前，國內(nèi)外對流層飛艇產(chǎn)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(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)工程[2]。因其設(shè)計難度大，試驗試飛風(fēng)險高，開展對流層飛艇的設(shè)計和試驗時，需廣泛參考基礎(chǔ)理論、技術(shù)成果、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范參數(shù)等數(shù)據(jù)信息資源。同時，隨著研制過程的不斷深入，各個專業(yè)將產(chǎn)生大量設(shè)計數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)，設(shè)計人員也逐步積累各種設(shè)計方法和設(shè)計經(jīng)驗。這些跨學(xué)科、多類型、來源廣泛的數(shù)據(jù)資源如何有效管理、存儲和利用，充分發(fā)揮其價值，是保證產(chǎn)品研制質(zhì)量和進度，以及后續(xù)產(chǎn)品改進的關(guān)鍵因素之一。

2 對流層飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀分析（Status

analysis of troposphric airship design and test

data management）

目前，國內(nèi)針對對流層飛艇的數(shù)據(jù)管理方面的研究工作尚未開展。對于航空類產(chǎn)品設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理研究主要包括三方面：設(shè)計數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)等。設(shè)計數(shù)據(jù)的管理主要依賴成熟的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM）進行。試驗數(shù)據(jù)管理方面，董冬等提出試驗管理平臺框架和主要關(guān)鍵技術(shù)[3]；鄭曉鵬等研究了航天試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)和模塊組成[4]；趙小莉等研究了在PLM平臺下航空發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)的管理，以及試驗數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)[5]。目前企業(yè)也可采購相應(yīng)試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（TDM），根據(jù)需要進行二次開發(fā)。過程數(shù)據(jù)研究方面，僅在產(chǎn)品知識管理系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)資源積累過程中。鑒于設(shè)計數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)可以由成熟的PDM系統(tǒng)和TDM系統(tǒng)實施管理，本文重點關(guān)注過程數(shù)據(jù)的管理。在企業(yè)目前數(shù)據(jù)資源管理的基礎(chǔ)上，提出構(gòu)建對流層飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，明確系統(tǒng)建設(shè)目的，分析和梳理數(shù)據(jù)資源信息，提出系統(tǒng)建設(shè)方案，推進設(shè)計試驗過程數(shù)據(jù)管理規(guī)范化。

3 系統(tǒng)建設(shè)目的（Construction target of the system）

開發(fā)對流層飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的主要目的是對產(chǎn)品研制生命周期所涉及的與設(shè)計和試驗過程相關(guān)的各類數(shù)據(jù)資源信息進行規(guī)范化管理，為產(chǎn)品設(shè)計和試驗過程提供數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)資源，也可以方便的地存儲在設(shè)計和試驗過程中獲取的有價值的數(shù)據(jù)資源信息。系統(tǒng)可提供數(shù)據(jù)接口以訪問企業(yè)已建設(shè)的其他相關(guān)信息系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，各系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)資源不交叉重復(fù)，確保唯一數(shù)據(jù)源。

3.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

3.1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的核心在于其管理的數(shù)據(jù)。本數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)選取范圍要求包括：

（1）為設(shè)計人員在流層飛艇產(chǎn)品設(shè)計和試驗過程中提供重要的參考和指導(dǎo)。

（2）可以為設(shè)計新人提供系統(tǒng)化的自我培訓(xùn)。

（3）是企業(yè)已建設(shè)的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫所管理數(shù)據(jù)的補充。

（4）確保本系統(tǒng)和其他系統(tǒng)之間的唯一數(shù)據(jù)源。

基于上述要求，對流程飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源包括幾方面：

（1）對流層飛艇產(chǎn)品基礎(chǔ)信息，如國內(nèi)外產(chǎn)品信息、性能指標(biāo)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等。

（2）產(chǎn)品零部件材料信息、產(chǎn)品設(shè)計試驗標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、文獻情報資料等。

（3）產(chǎn)品研制的立項論證階段、方案設(shè)計階段、工程研制階段、設(shè)計定型階段和生產(chǎn)定型階段中設(shè)計任務(wù)和試驗任務(wù)信息。

（4）各個專業(yè)如總體氣動、結(jié)構(gòu)、強度、航電、動力、環(huán)控、綜合保障、任務(wù)系統(tǒng)等設(shè)計和試驗過程形成的模型、案例、方法、經(jīng)驗、數(shù)據(jù)等。

（5）各專業(yè)領(lǐng)域企業(yè)內(nèi)外專家信息。

3.1.2 數(shù)據(jù)特點

對流程飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特點主要表現(xiàn)在幾個方面：

（1）數(shù)據(jù)范圍廣泛，涉及對流層飛艇產(chǎn)品設(shè)計和試驗過程的各個方面。

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

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

3.2 數(shù)據(jù)分類結(jié)構(gòu)

建立合適的分類結(jié)構(gòu)是構(gòu)建對流層飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，該分類結(jié)構(gòu)應(yīng)類別清晰、層級適當(dāng)、可擴展。分析對流層飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源和特點，頂層分類結(jié)構(gòu)采用兩級表示。第一級借鑒國際經(jīng)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(chǔ)信息、設(shè)計試驗參考、設(shè)計試驗指南、專家信息，并增加項目數(shù)據(jù)；根據(jù)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(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)據(jù)管理和使用需求對第二級繼續(xù)進行分類，參考GB/T 23703.7《知識分類通用要求》從專業(yè)維度、產(chǎn)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(tǒng)合適的分類層級。頂層分類結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.3 數(shù)據(jù)信息內(nèi)容

確定分類結(jié)構(gòu)后，根據(jù)最末端層級的數(shù)據(jù)資源類別定義其屬性信息，構(gòu)建數(shù)據(jù)信息內(nèi)容。

3.3.1 基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)主要包括對流層飛艇的概述和對流層飛艇典型產(chǎn)品。產(chǎn)品概述存儲對流層飛艇概念定義、系統(tǒng)組成和產(chǎn)品分類等信息。典型產(chǎn)品可分為“國內(nèi)”和“國外”，存儲對流層飛艇各類產(chǎn)品名稱、功能用途、性能指標(biāo)等信息。數(shù)據(jù)類型主要是文本、數(shù)據(jù)圖表、圖片、音視頻等。

3.3.2 設(shè)計試驗參考

設(shè)計試驗參考。主要包括設(shè)計者在設(shè)計過程中所需要參考的標(biāo)準(zhǔn)、專利、情報文獻、適航規(guī)章，也可進行擴展，增加標(biāo)準(zhǔn)件、材料、成品件等數(shù)據(jù)資源。

企業(yè)當(dāng)前建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫一般是根據(jù)庫的類型分類，如軍標(biāo)庫、行標(biāo)庫、企標(biāo)庫等，查詢標(biāo)準(zhǔn)時往往需要了解標(biāo)準(zhǔn)名稱或標(biāo)準(zhǔn)號，以此進行搜索。對設(shè)計人員來說，其視角往往從專業(yè)角度，關(guān)注的是某個專業(yè)領(lǐng)域有哪些相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或軍標(biāo)等[10]。針對第二級的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)繼續(xù)進行分類，第三四級分類結(jié)構(gòu)詳見表1。

專利和情報文獻按專業(yè)維度，分為總體、氣動、結(jié)構(gòu)、強度、航電、飛控、動力、保障等方面。適航規(guī)章有AC-21-2009、LFLS、TAR等。

對于試驗參考類數(shù)據(jù)，若企業(yè)建設(shè)了相關(guān)信息系統(tǒng)，應(yīng)保證數(shù)據(jù)資源的唯一性。例如若企業(yè)構(gòu)建了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，那么本系統(tǒng)中不存儲標(biāo)準(zhǔn)的全文，只存儲相關(guān)屬性信息，可通過鏈接方式訪問全文。

3.3.3 設(shè)計試驗指南

“設(shè)計試驗指南”主要包括對流層飛艇設(shè)計過程中各系統(tǒng)主要指標(biāo)、工作任務(wù)分解、設(shè)計方法和模板。對流層飛艇設(shè)計指標(biāo)主要根據(jù)飛艇戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，由對流層飛艇的不同專業(yè)分解制定，用于指導(dǎo)飛艇設(shè)計，可從專業(yè)維度進行分類。工作任務(wù)分解可以按照對流層飛艇研制WBS分解結(jié)構(gòu)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(shè)計、工程研制、設(shè)計定型和生產(chǎn)定型；設(shè)計方法可以按專業(yè)與產(chǎn)品混合維度進行分類，如總體、氣動、結(jié)構(gòu)、強度、載荷，以及飛控系統(tǒng)、壓力控制、電氣系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)等設(shè)計方法。模板主要存儲各類技術(shù)報告模板及范例，以指導(dǎo)技術(shù)人員快速、規(guī)范的編制技術(shù)報告，可按專業(yè)維度進行分類。

3.3.4 專家信息

“專家信息”主要包括單位內(nèi)部專家和外部專家信息?？梢园磳I(yè)對專家進行分類，屬性信息除記錄姓名、性別、職稱等基礎(chǔ)信息外還可以詳細列舉記錄其擅長的專業(yè)領(lǐng)域和在該領(lǐng)域獲得的成就，以及其評審項目的信息。

3.3.5 項目數(shù)據(jù)

“項目數(shù)據(jù)”主要用于記錄對流層飛艇各項目研制過程的具體數(shù)據(jù)信息，主要分為如下幾類：設(shè)計、試驗、試飛、項目管理和質(zhì)量問題。本系統(tǒng)記錄的信息應(yīng)考慮與現(xiàn)有信息系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)資源之間互補、不交叉重復(fù)，確保數(shù)據(jù)資源的唯一性。

4 系統(tǒng)建設(shè)方案（Construction scheme of the system）

4.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

對流層飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的功能，主要分為系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)資源采集、數(shù)據(jù)資源維護和數(shù)據(jù)資源應(yīng)用等模塊構(gòu)成。如圖2所示。

（1）系統(tǒng)管理。應(yīng)提供建立和維護組織機構(gòu)及用戶的功能，對企業(yè)各部門及用戶進行分級顯示和管理。應(yīng)采用基于角色的用戶權(quán)限管理策略，系統(tǒng)的任何登錄用戶都具有特定的角色，不同角色擁有對應(yīng)的數(shù)據(jù)查看、修改、錄入、刪除、備份、恢復(fù)、導(dǎo)出等權(quán)限。所有用戶需通過管理員授權(quán)才可以登錄系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)信息采集。主要包括數(shù)據(jù)資源錄入、數(shù)據(jù)審核流程和數(shù)據(jù)資源存儲。用戶按照數(shù)據(jù)信息資源的類別，以及屬性等要求完成數(shù)據(jù)的整理與錄入工作，相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍ζ湔_性和可參考性進行審核。審核過程通過流程實現(xiàn)，系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)審核流程進行定義、管理和查詢。將審核后的數(shù)據(jù)信息資源存儲到系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)資源的共享應(yīng)用。

（3）數(shù)據(jù)信息資源維護。包括數(shù)據(jù)分類結(jié)構(gòu)維護、數(shù)據(jù)信息類別維護、數(shù)據(jù)信息屬性定義和數(shù)據(jù)信息內(nèi)容維護。系統(tǒng)能在對流層飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)分類結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，動態(tài)的自定義樹形結(jié)構(gòu)的層次和類別。系統(tǒng)可提供動態(tài)自定義數(shù)據(jù)信息屬性功能，方便用戶能對各種數(shù)據(jù)信息進行描述定義與管理。系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)對已定義屬性的信息資源數(shù)據(jù)進行增加、修改和刪除操作。對于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)導(dǎo)入和導(dǎo)出。對于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如文件型、圖像型、音視頻等可上傳、下載。

（4）數(shù)據(jù)信息資源應(yīng)用。數(shù)據(jù)目錄查詢?yōu)g覽、數(shù)據(jù)信息全文檢索和數(shù)據(jù)資源導(dǎo)出與下載。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樹來進行數(shù)據(jù)信息導(dǎo)航，用戶根據(jù)自身角色訪問、導(dǎo)出、下載數(shù)據(jù)信息，還可通過關(guān)鍵詞檢索數(shù)據(jù)信息全文。

4.2 系統(tǒng)分層架構(gòu)

根據(jù)對流層飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的分析，其分層架構(gòu)如圖3所示?；A(chǔ)環(huán)境層提供系統(tǒng)運行的軟硬件基礎(chǔ)環(huán)境，數(shù)據(jù)庫層存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息資源，接口層滿足業(yè)務(wù)層對數(shù)據(jù)庫的訪問、處理需求，以及系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的交互需求；業(yè)務(wù)層從表示層獲取數(shù)據(jù)，通過接口層訪問數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，進行運算和處理，實現(xiàn)系統(tǒng)功能；表現(xiàn)層提供系統(tǒng)的用戶界面；用戶通過web瀏覽器與系統(tǒng)用戶界面交互。

4.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

對流層飛艇設(shè)計實驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在企業(yè)局域網(wǎng)中運行，與互聯(lián)網(wǎng)隔離，網(wǎng)絡(luò)平臺具備性能較為完善的信息安全設(shè)計，包括：網(wǎng)絡(luò)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(shè)施。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4.4 系統(tǒng)實現(xiàn)

應(yīng)綜合考慮當(dāng)前計算機技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用廣度、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、響應(yīng)速度、事務(wù)處理能力、數(shù)據(jù)管理范圍和并發(fā)處理能力等各方面因素，選擇和確定開發(fā)技術(shù)，以及系統(tǒng)的運行環(huán)境。對流層飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的開發(fā)采用B/S架構(gòu)，基于Windows操作系統(tǒng)、選擇Oracle或SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。考慮程序應(yīng)具有良好的平臺可移植性等因素，在開發(fā)語言選擇上，可采用具有面向?qū)ο蠛涂梢暬夹g(shù)的開發(fā)語言和平臺。根據(jù)本文思路和方案，搭建原型系統(tǒng)進行了演示和驗證，得到了設(shè)計人員的認可。

5 結(jié)論（Conclusion）

本文詳細分析和梳理了對流層飛艇在設(shè)計和試驗過程涉及的數(shù)據(jù)資源信息，建立了對流層飛艇設(shè)計試驗數(shù)據(jù)分類結(jié)構(gòu)，提出了系統(tǒng)構(gòu)建方案。

系統(tǒng)的建立可為設(shè)計人員提供經(jīng)驗整理、自我培訓(xùn)、交流共享的平臺，提升研制效率。同時，數(shù)據(jù)資源的積累將為對流層飛艇設(shè)計體系的建立和完善起到至關(guān)重要的作用，為

對流層飛艇設(shè)計試驗技術(shù)的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

后續(xù)將進一步完善系統(tǒng)功能，逐步豐富數(shù)據(jù)內(nèi)容，利用系統(tǒng)中豐富的數(shù)據(jù)資源開展知識管理研究，實現(xiàn)對流層飛艇設(shè)計試驗知識的沉淀、重用與創(chuàng)新。本系統(tǒng)的成功應(yīng)用也可為其他浮空器系列產(chǎn)品的研制過程提供參考。

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作者簡介：

許金鳳（1985-），女，碩士，工程師.研究領(lǐng)域：軟件工程，信息化建設(shè).

孫 娜（1984-），女，碩士，高級工程師.研究領(lǐng)域：浮空器總體設(shè)計.