结构强度试验数据管理系统

2018-12-25米晓红

电子技术与软件工程 2018年8期

文/米晓红

近年，随着多种型号飞机研制的突飞猛进，不但试验项目急剧增加，对试验过程的系统化和测试的精细化要求也越来越高，类似的许多问题导致试验数据达到了几何级数的海量增长。如何将这些宝贵的数据进行有效的管理，实现跨地域、跨部门、跨单位异地状态下也可以进行协同工作，依靠信息化的手段将各类试验数据进行最大化的信息共享，实现全生命周期管理已经成为目前急需解决的问题。本试验数据管理系统针对查询试验数据、保存试验数据、分析试验数据和处理试验数据及其安全性等问题，建立了统一的信息化管理流程，将这些问题进行了行之有效的处理。

1 试验数据管理现状及需求分析

1.1 试验数据特点及管理现状

随着社会及科技的迅速发展，系统面临着愈加复杂的数据结构和愈发庞大的数据量。试验数据在管理和使用维护上的瓶颈问题日渐突出，传统的数据管理方式弊端突显，主要包括：数据存放分散、效率低下数据利用率低、安全保密性差、无法进行有效的数据分析挖掘工作等问题。

1.2 系统需求分析

根据以上对数据特点的总结以及管理现状的分析，该系统的建立应以对试验积累的大量数据进行有效组织管理及高效率维护为主要目标，并且能利用数据分析系统的先进性得到一些针对试验数据的特征值，来依此对实验数据进行查询和统计信息与分析信息，为实际试验件的研制创造精密准确的信息环境。通过结合试验数据特性与前面提到的数据管理的特点问题，此系统具备以下功能：

（1）构建分布式试验数据系统，使数据整体的内部资源网络实现资源共享；

（2）针对系统的操作实现查询、管理、动态建库、导入/导出等实用功能，使试验数据的操作更加灵活；

（3）在数据分析、绘图与动态生成报告等功能上使用户得到更加方便的体验；

（4）提供的接口具有通用性、普遍性。

（5）具有严密的权限管理，并且能够进行权限分配、设置，符合行业要求的强大数据安全性。

2 系统设计

2.1 系统架构设计

试验数据管理系统针对面临的问题使用科学的分布式架构，再根据数据整体的业务流程，结合先进的软件设计与管理特性，分为三层：

第一层为数据访问层，对试验数据进行存储和管理；

第二层为服务器层，对数据业务管理中所使用的功能、日常操作以及各种方便快捷的实用工具加以集成；

第三层为交互层，与用户通过交互入口及界面，实现系统与用户的交互，并且在基本的操作界面之外还增加了如流程信息、参数信息及试验数据等多访问入口。

2.2 功能模块设计

通过严格的需求分析、评估，并结合严谨的软件设计思想及框架设计，设计出软件中的各大功能模块。其功能模块包括：用户权限管理模块、数据导入导出模块、数据预处理、Web生成模块、数据统计查询、数据后处理模块、数据报告自动生成、附件模块及可扩展接口模块。

权限设置：权限设置是根据用户本身的特点来进行访问控制的限制，该系统根据业务需求，定义三级权限管理，分别为系统管理员、高级用户和普通用户，所有用户根据用户密级、管理流程向系统管理员申请用户权限。

加密算法：为了保障用户的账号和密码不被其他用户盗窃或者使用，该系统引入了密码学单向散列算法MD5，从而保证了系统登录的安全性。

结构强度验证试验的数据类型主要分为三类：试验控制数据、应变位移测量数据和监视视频数据。在各类数据转入数据库时，可能存在部分数据对数据分析无意义或者存在数据值定义不完整、数据冗余会影响后续数据分析的结果，增加用户分析处理数据时的操作难度。因此，有必要在数据预处理模块剔除这些无效数据。

数据预处理过程通过类型不同也可以分为以下三类：

噪声数据处理：根据数据类型，用户可自由选择采用极值平均值滤波、中值滤波法、限幅滤波法三种滤波方法相结合或单独使用一种滤波算法的方法，对所分析的试验数据进行有效的降噪处理。

冗余/空值数据处理：对采集到的数据表中存在着对数据分析没有意义的字段或记录进行删除。

不规范数据处理：对数据表中存在某些数据前的空格、数据值前有“<”或“>”符号，统一赋0值。

Web自动生成:日新月异的存储需要导致了传统的静态数据库无法满足系统中试验数据的存储需要，在设计完系统数据库模型之后，系统会根据其特点，自动生成Web门户，使操作人员及试验人员在对数据进行修改、录入、查看、删除、上传、下载等操作时更加便捷。在灵活性方面，试验数据管理平台也可以根据预先设定的用户权限，对Web门户进行动态生成，这样在保证了灵活性的同时，也有效的保证了系统安全性。

数据统计查询：平台提供了包括单项参数检索、多项参数的组合、多表检索和全文检索等在内的各种强大检索功能，以确保用户可以方便高效的进行数据查询。根据静强度试验的特点，主要分为：控制过程数据、应变位移测量数据和控制参数数据等。用户可根据试验件所属型号、试验部件名称、试验时间等进行索引查询相关数据。

试验数据后处理:试验数据后处理模块包括：数据统计及对应的数据绘图功能模块、数值的算法及数据的分析计算功能模块、过程图形存储功能模块等。试验人员可以根据数据记录的不同或者需要使用的数学公式的不同，在系统计算、绘图功能中进行灵活的切换。在对其进行插值、拟合、剔点、滤波等操作时也体现出一定的灵活性与实用性。这样可以方便的对数据进行分析和加以利用，在此模块中也可以使用其功能对筛选过后的试验数据进行导出，使用户的常用数据更为有价值。

数据报告自动生成:根据业务需求，试验过程中，常常需要生成许多试验报告。过去试验数据分析输出与试验报告各自独立。数据报告自动生成模块可以将数据分析结果直接写入预先制定好的报告模板中，进行少量更改后，即可快速自动化生成标准格式的试验报告。系统为用户提供操作接口，用户可根据向导自定义标准格式报告模板。模板定义成功后，会被保存在数据库中，每次需要生成特定格式的试验报告时，只需指定数据库中定义好的相应模板即可。

附件管理：随着试验测控技术的多年发展，早年的数据类型已经很难进行统一处理。因此，为了将无法处理的试验数据以行之有效的方式进行保存，提出了附件管理的方法，将此类数据以附件的形式保存到数据库中。同时为了确保此种数据在后期便于方便快捷的进行查找，在数据库中引入了此种数据的描述信息，并对描述信息与数据进行关联。

可扩展接口：试验数据管理系统除了提供用户常用的业务需求外，还提供可扩展接口，使得高级用户能够根据自己的个性化需求快速构建自己的数据处理系统。可扩展接口根据功能的不同可分为2种类型：后置处理扩展：包括编写数据处理时所应用到的算法；针对数据格式进行转换的转换器等。数据管理扩展：包括定义数据约束；设置权限控制及编写数据较验规则等。

3 关键技术

3.1 基于关系数据库的XML存储

各类试验数据在日积月累下形成了较为庞大的规模，为了解决此问题，引入了在异构数据库集成方面具有明显的优势的XML 语言，

它可以用来标记数据、定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言。其开放性，可扩展性等特点提供了许多便利。XML文档在使用中也必不可少，在关系数据库中，构建虚拟XML数据库平台，并且可以进行添加删除等各类操作。XML 数据库的数据和表现形式分离，无论数据还是形式改变，文档中的数据和形式不仅不需要重新开发，

而且有利于数据的重复利用，和数据一致性的维护。在该虚拟平台上能够对数据进行删除添加等操作，仿佛在一个XML 数据库上对数据进行处理。

3.2 元数据技术

元数据是用来描述数据库中数据表的数据，是关于数据库中数据的一些说明性信息。元数据提供一个标准化、一般的描述方法和查询工具给各种类型的存储在计算机中的信息资源。

系统设计采用了基于元数据的数据管理方案来解决信息一体化存储、管理和共享问题。根据试验数据管理的需求，可确定元数据层的内容；数据库由程序基于元数据自动生成。

动态数据表及动态创建数据库，在程序运行中，以用户的需求为根本，改变字段和需求数据。在创建了用户需求为根本的表和字段后，可采取以下方式来访问数据库：

（1）直接访问：用户可以基于动态库名与用户名的关联直接访问自己创建的数据库；

（2）间接访问：可以先访问基本数据库，然后再访问自己建立的数据库，通过动态数据库名，用SQL 语句方式操作所属库中的数据，通过统一接口函数中所提供的数据源类型、表名、唯一索引值和是否增加状态来读取库表中的数据，并对数据进行维护和提交。

3.3 面向对象的数据库

面向对象数据库是一种以对象形式表示信息的数据库，采用面向对象程序设计语言的思想，实现程序设计语言与数据库的无缝连接。与传统的数据库系统相比，面向对象的设计方法、概念和技术，具有明显的优势在应用于更加复杂系统的模拟、表达和处理能力等方面，可以更好的适应试验技术发展的需求，实现信息的动态实时查询与管理。