結構強度試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

文/米曉紅

近年，隨著多種型號飛機研制的突飛猛進，不但試驗項目急劇增加，對試驗過程的系統(tǒng)化和測試的精細化要求也越來越高，類似的許多問題導致試驗數(shù)據(jù)達到了幾何級數(shù)的海量增長。如何將這些寶貴的數(shù)據(jù)進行有效的管理，實現(xiàn)跨地域、跨部門、跨單位異地狀態(tài)下也可以進行協(xié)同工作，依靠信息化的手段將各類試驗數(shù)據(jù)進行最大化的信息共享，實現(xiàn)全生命周期管理已經(jīng)成為目前急需解決的問題。本試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)針對查詢試驗數(shù)據(jù)、保存試驗數(shù)據(jù)、分析試驗數(shù)據(jù)和處理試驗數(shù)據(jù)及其安全性等問題，建立了統(tǒng)一的信息化管理流程，將這些問題進行了行之有效的處理。

1 試驗數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀及需求分析

1.1 試驗數(shù)據(jù)特點及管理現(xiàn)狀

隨著社會及科技的迅速發(fā)展，系統(tǒng)面臨著愈加復雜的數(shù)據(jù)結構和愈發(fā)龐大的數(shù)據(jù)量。試驗數(shù)據(jù)在管理和使用維護上的瓶頸問題日漸突出，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方式弊端突顯，主要包括：數(shù)據(jù)存放分散、效率低下數(shù)據(jù)利用率低、安全保密性差、無法進行有效的數(shù)據(jù)分析挖掘工作等問題。

1.2 系統(tǒng)需求分析

根據(jù)以上對數(shù)據(jù)特點的總結以及管理現(xiàn)狀的分析，該系統(tǒng)的建立應以對試驗積累的大量數(shù)據(jù)進行有效組織管理及高效率維護為主要目標，并且能利用數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的先進性得到一些針對試驗數(shù)據(jù)的特征值，來依此對實驗數(shù)據(jù)進行查詢和統(tǒng)計信息與分析信息，為實際試驗件的研制創(chuàng)造精密準確的信息環(huán)境。通過結合試驗數(shù)據(jù)特性與前面提到的數(shù)據(jù)管理的特點問題，此系統(tǒng)具備以下功能：

（1）構建分布式試驗數(shù)據(jù)系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)整體的內部資源網(wǎng)絡實現(xiàn)資源共享；

（2）針對系統(tǒng)的操作實現(xiàn)查詢、管理、動態(tài)建庫、導入/導出等實用功能，使試驗數(shù)據(jù)的操作更加靈活；

（3）在數(shù)據(jù)分析、繪圖與動態(tài)生成報告等功能上使用戶得到更加方便的體驗；

（4）提供的接口具有通用性、普遍性。

（5）具有嚴密的權限管理，并且能夠進行權限分配、設置，符合行業(yè)要求的強大數(shù)據(jù)安全性。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)架構設計

試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)針對面臨的問題使用科學的分布式架構，再根據(jù)數(shù)據(jù)整體的業(yè)務流程，結合先進的軟件設計與管理特性，分為三層：

第一層為數(shù)據(jù)訪問層，對試驗數(shù)據(jù)進行存儲和管理；

第二層為服務器層，對數(shù)據(jù)業(yè)務管理中所使用的功能、日常操作以及各種方便快捷的實用工具加以集成；

第三層為交互層，與用戶通過交互入口及界面，實現(xiàn)系統(tǒng)與用戶的交互，并且在基本的操作界面之外還增加了如流程信息、參數(shù)信息及試驗數(shù)據(jù)等多訪問入口。

2.2 功能模塊設計

通過嚴格的需求分析、評估，并結合嚴謹?shù)能浖O計思想及框架設計，設計出軟件中的各大功能模塊。其功能模塊包括：用戶權限管理模塊、數(shù)據(jù)導入導出模塊、數(shù)據(jù)預處理、Web生成模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢、數(shù)據(jù)后處理模塊、數(shù)據(jù)報告自動生成、附件模塊及可擴展接口模塊。

權限設置：權限設置是根據(jù)用戶本身的特點來進行訪問控制的限制，該系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務需求，定義三級權限管理，分別為系統(tǒng)管理員、高級用戶和普通用戶，所有用戶根據(jù)用戶密級、管理流程向系統(tǒng)管理員申請用戶權限。

加密算法：為了保障用戶的賬號和密碼不被其他用戶盜竊或者使用，該系統(tǒng)引入了密碼學單向散列算法MD5，從而保證了系統(tǒng)登錄的安全性。

結構強度驗證試驗的數(shù)據(jù)類型主要分為三類：試驗控制數(shù)據(jù)、應變位移測量數(shù)據(jù)和監(jiān)視視頻數(shù)據(jù)。在各類數(shù)據(jù)轉入數(shù)據(jù)庫時，可能存在部分數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)分析無意義或者存在數(shù)據(jù)值定義不完整、數(shù)據(jù)冗余會影響后續(xù)數(shù)據(jù)分析的結果，增加用戶分析處理數(shù)據(jù)時的操作難度。因此，有必要在數(shù)據(jù)預處理模塊剔除這些無效數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)預處理過程通過類型不同也可以分為以下三類：

噪聲數(shù)據(jù)處理：根據(jù)數(shù)據(jù)類型，用戶可自由選擇采用極值平均值濾波、中值濾波法、限幅濾波法三種濾波方法相結合或單獨使用一種濾波算法的方法，對所分析的試驗數(shù)據(jù)進行有效的降噪處理。

冗余/空值數(shù)據(jù)處理：對采集到的數(shù)據(jù)表中存在著對數(shù)據(jù)分析沒有意義的字段或記錄進行刪除。

不規(guī)范數(shù)據(jù)處理：對數(shù)據(jù)表中存在某些數(shù)據(jù)前的空格、數(shù)據(jù)值前有“<”或“>”符號，統(tǒng)一賦0值。

Web自動生成:日新月異的存儲需要導致了傳統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)庫無法滿足系統(tǒng)中試驗數(shù)據(jù)的存儲需要，在設計完系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模型之后，系統(tǒng)會根據(jù)其特點，自動生成Web門戶，使操作人員及試驗人員在對數(shù)據(jù)進行修改、錄入、查看、刪除、上傳、下載等操作時更加便捷。在靈活性方面，試驗數(shù)據(jù)管理平臺也可以根據(jù)預先設定的用戶權限，對Web門戶進行動態(tài)生成，這樣在保證了靈活性的同時，也有效的保證了系統(tǒng)安全性。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢：平臺提供了包括單項參數(shù)檢索、多項參數(shù)的組合、多表檢索和全文檢索等在內的各種強大檢索功能，以確保用戶可以方便高效的進行數(shù)據(jù)查詢。根據(jù)靜強度試驗的特點，主要分為：控制過程數(shù)據(jù)、應變位移測量數(shù)據(jù)和控制參數(shù)數(shù)據(jù)等。用戶可根據(jù)試驗件所屬型號、試驗部件名稱、試驗時間等進行索引查詢相關數(shù)據(jù)。

試驗數(shù)據(jù)后處理:試驗數(shù)據(jù)后處理模塊包括：數(shù)據(jù)統(tǒng)計及對應的數(shù)據(jù)繪圖功能模塊、數(shù)值的算法及數(shù)據(jù)的分析計算功能模塊、過程圖形存儲功能模塊等。試驗人員可以根據(jù)數(shù)據(jù)記錄的不同或者需要使用的數(shù)學公式的不同，在系統(tǒng)計算、繪圖功能中進行靈活的切換。在對其進行插值、擬合、剔點、濾波等操作時也體現(xiàn)出一定的靈活性與實用性。這樣可以方便的對數(shù)據(jù)進行分析和加以利用，在此模塊中也可以使用其功能對篩選過后的試驗數(shù)據(jù)進行導出，使用戶的常用數(shù)據(jù)更為有價值。

數(shù)據(jù)報告自動生成:根據(jù)業(yè)務需求，試驗過程中，常常需要生成許多試驗報告。過去試驗數(shù)據(jù)分析輸出與試驗報告各自獨立。數(shù)據(jù)報告自動生成模塊可以將數(shù)據(jù)分析結果直接寫入預先制定好的報告模板中，進行少量更改后，即可快速自動化生成標準格式的試驗報告。系統(tǒng)為用戶提供操作接口，用戶可根據(jù)向導自定義標準格式報告模板。模板定義成功后，會被保存在數(shù)據(jù)庫中，每次需要生成特定格式的試驗報告時，只需指定數(shù)據(jù)庫中定義好的相應模板即可。

附件管理：隨著試驗測控技術的多年發(fā)展，早年的數(shù)據(jù)類型已經(jīng)很難進行統(tǒng)一處理。因此，為了將無法處理的試驗數(shù)據(jù)以行之有效的方式進行保存，提出了附件管理的方法，將此類數(shù)據(jù)以附件的形式保存到數(shù)據(jù)庫中。同時為了確保此種數(shù)據(jù)在后期便于方便快捷的進行查找，在數(shù)據(jù)庫中引入了此種數(shù)據(jù)的描述信息，并對描述信息與數(shù)據(jù)進行關聯(lián)。

可擴展接口：試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)除了提供用戶常用的業(yè)務需求外，還提供可擴展接口，使得高級用戶能夠根據(jù)自己的個性化需求快速構建自己的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。可擴展接口根據(jù)功能的不同可分為2種類型：后置處理擴展：包括編寫數(shù)據(jù)處理時所應用到的算法；針對數(shù)據(jù)格式進行轉換的轉換器等。數(shù)據(jù)管理擴展：包括定義數(shù)據(jù)約束；設置權限控制及編寫數(shù)據(jù)較驗規(guī)則等。

3 關鍵技術

3.1 基于關系數(shù)據(jù)庫的XML存儲

各類試驗數(shù)據(jù)在日積月累下形成了較為龐大的規(guī)模，為了解決此問題，引入了在異構數(shù)據(jù)庫集成方面具有明顯的優(yōu)勢的XML 語言，

它可以用來標記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類型，是一種允許用戶對自己的標記語言進行定義的源語言。其開放性，可擴展性等特點提供了許多便利。XML文檔在使用中也必不可少，在關系數(shù)據(jù)庫中，構建虛擬XML數(shù)據(jù)庫平臺，并且可以進行添加刪除等各類操作。XML 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和表現(xiàn)形式分離，無論數(shù)據(jù)還是形式改變，文檔中的數(shù)據(jù)和形式不僅不需要重新開發(fā)，

而且有利于數(shù)據(jù)的重復利用，和數(shù)據(jù)一致性的維護。在該虛擬平臺上能夠對數(shù)據(jù)進行刪除添加等操作，仿佛在一個XML 數(shù)據(jù)庫上對數(shù)據(jù)進行處理。

3.2 元數(shù)據(jù)技術

元數(shù)據(jù)是用來描述數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)，是關于數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一些說明性信息。元數(shù)據(jù)提供一個標準化、一般的描述方法和查詢工具給各種類型的存儲在計算機中的信息資源。

系統(tǒng)設計采用了基于元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)管理方案來解決信息一體化存儲、管理和共享問題。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)管理的需求，可確定元數(shù)據(jù)層的內容；數(shù)據(jù)庫由程序基于元數(shù)據(jù)自動生成。

動態(tài)數(shù)據(jù)表及動態(tài)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，在程序運行中，以用戶的需求為根本，改變字段和需求數(shù)據(jù)。在創(chuàng)建了用戶需求為根本的表和字段后，可采取以下方式來訪問數(shù)據(jù)庫：

（1） 直接訪問：用戶可以基于動態(tài)庫名與用戶名的關聯(lián)直接訪問自己創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫；

（2） 間接訪問：可以先訪問基本數(shù)據(jù)庫，然后再訪問自己建立的數(shù)據(jù)庫，通過動態(tài)數(shù)據(jù)庫名，用SQL 語句方式操作所屬庫中的數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)一接口函數(shù)中所提供的數(shù)據(jù)源類型、表名、唯一索引值和是否增加狀態(tài)來讀取庫表中的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行維護和提交。

3.3 面向對象的數(shù)據(jù)庫

面向對象數(shù)據(jù)庫是一種以對象形式表示信息的數(shù)據(jù)庫，采用面向對象程序設計語言的思想，實現(xiàn)程序設計語言與數(shù)據(jù)庫的無縫連接。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相比，面向對象的設計方法、概念和技術，具有明顯的優(yōu)勢在應用于更加復雜系統(tǒng)的模擬、表達和處理能力等方面，可以更好的適應試驗技術發(fā)展的需求，實現(xiàn)信息的動態(tài)實時查詢與管理。

4 結束語

試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結合了試驗數(shù)據(jù)中的各類特點特征，并在縝密的分析后進行功能設計，與試驗流程相結合的現(xiàn)代信息化系統(tǒng)。通過對試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設計過程中各類問題中對應特點的研究，結合有效的關鍵技術, 解決了試驗數(shù)據(jù)管理工作中面臨的主要問題, 為實現(xiàn)試驗信息數(shù)字化、數(shù)據(jù)管理綜合化提供了理論基礎。

參考文獻

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