1 引言
隨著各種商用PDM(Product Data Management，PDM)軟件在飛機制造企業的廣泛使用，產品數據管理系統已成為飛機設計、生產制造等行業門類中不可或缺的軟件應用系統，并成為其它信息化系統的基礎平臺。PDM系統主要管理與產品相關的數據，例如外購件、自制件、設計圖紙、電路板原理圖、工藝圖紙、BOM等相關數據，按照這些數據的來源可歸結為產品設計數據，但實際上一個產品從最初的設計到交付給用戶方使用的這個過程中，與產品相關的數據不僅僅是設計數據，還有大量的仿真數據、試驗數據（仿真數據和試驗數據可歸結為產品技術數據），特別是對于飛機生產制造企業，這些產品技術數據與產品設計數據一樣，重要性程度相當。
產品技術數據是相對于產品設計數據而言的，指的是產品生命周期中各種的仿真實驗、物理試驗、或其它技術分析手段所產生的數據。與產品設計數據的主要區別在于，產品技術數據通常是通過技術手段（主要是指采集數據的設備和儀器）得到的，而不像產品設計數據是由設計人員設計出來的，因此技術數據管理(Technical Data Management，TDM)關注的是如何對這些技術數據進行有效的歸檔和使用。
但另一方面，目前PLM(Product Lifecycle Management，PLM)相關的理論和產品都普遍側重于產品設計數據，而忽視了對產品技術數據的管理。企業中的產品技術數據基本上都以文件的形式分散管理，缺乏統一的維護機制，而且由于產品技術數據種類繁多，且格式不統一，存儲和使用都非常困難，數據的完整性、一致性、安全性和可用性也難以保障。很明顯，這種混亂的技術數據管理現狀無法滿足當前產品研發制造敏捷化和協同化的趨勢，正在成為影響企業業務效率的新的瓶頸，嚴重阻礙了企業的信息化水平。
2 國內航空業TDM應用現狀
目前，國內許多航空制造企業都已經實施了PDM，實現了對企業在研的產品設計數據的管理，而對研制過程中針對產品大量試驗和仿真數據未進行分類、組織和管理，造成了產品研制過程技術數據管理上的空白，為以后新品的研制帶來了大量的隱患。
在仿真領域，較早就提出了仿真數據管理系統(Simulation Data Management，SDM)的概念，也出現了一些軟件產品和應用案例。目前仿真數據管理系統主要可以分為兩種類型：一種是企業或科研單位針對白身業務需求所開發的定制化系統，這種系統通常綁定在特定的仿真應用上，通用性還不是很好，難以在其他業務背景下使用；另一種是較大的仿真公司針對自己的仿真軟件提供的配套工具，這種系統通常只能與特定的仿真軟件配合工作，還未能成為獨立的數據管理系統。總的來說，目前仿真數據管理領域還沒有出現具有較強通用性的軟件系統，定制化或專用化的情況較為嚴重，通用性不強，只可以進行工程定制。
在試驗領域，對應的是試驗數據管理系統(Test Data Management，TDM)。試驗數據管理最近幾年才為國內企業所注意，但發展和應用非常迅速，目前市場上已經出現了商品化的試驗數據管理系統，典型的如Newtera TDM和App TDM等。由于試驗數據的來源通常是試驗設備，某種程度上屬于黑箱系統，使得試驗數據管理系統可以盡量避免同其他軟件之間的緊密耦合，更有可能成為一個通用性的系統，而且由于試驗數據同仿真數據之間具有很多相似性，一些企業選擇用試驗數據管理系統來管理仿真數據，也取得了很好的效果。
值得注意的是，目前人們對技術數據管理的復雜性和特殊性通常認識不夠深刻。普遍的觀點是，技術數據管理就是在數據庫之上開發一些與技術分析活動相關的應用模塊。但很快人們就發現，基于這種想法開發出來的技術數據管理系統在軟件成熟度、實用性、易用性、靈活性和擴展性等方面存在著諸多問題。實際上，正如產品設計數據需要由成熟的PDM系統進行管理一樣，產品技術數據管理也是一個復雜的系統性問題，是一個貫穿信息化理念和具體業務實現的復雜過程，而這個過程僅靠簡單的數據庫應用程序是難以勝任的，必須在成熟的TDM系統的支持下，其效果才能得到充分的展現。
3 基于TDM系統的研究和實現
3.1 TDM系統特點分析
①豐富的表現形式
技術數據（如仿真結果、試驗結果等等）大多以物理文件的形式存在，從簡單的文本文件到各種復雜的二進制文件，具有多種多樣的表現形式，不同的項目、人員、儀器、軟件所產生的技術數據都互不相同。
技術數據是技術分析活動的直接結果，而技術分析活動是隨著企業業務的發展和技術的進步而不斷變化的，這直接導致了相應的技術數據的信息結構也隨之發生變化。這個特點決定了技術數據不能簡單的同靜態的數據庫模型相綁定，而要提供靈活的數據映射機制，以及強大的數據模型定義工具，可以幫助用戶根據業務的進展動態調整數據模型。
大部分仿真或試驗所產生的結果數據通常都比較大，例如，一個每10毫秒采樣一次的采樣系統，持續工作30分鐘，所產生的記錄就有180000條。其他一些更加特殊的試驗，如飛機試飛試驗、艦艇噪聲試驗等等，每次產生的試驗數據文件達到幾百兆甚至幾個G的容量。而TDM系統所需要管理的又不僅僅是一次試驗所產生的數據，還包括大量的歷史數據，其數據容量是持續快速增加的。
②較細的控制粒度
對產品設計數據的管理粒度通常停留在文件級，這是由于設計數據通常都是由計算機輔助工具所生成的二進制文件，文件的信息結構不公開，只能通過專用工具進行訪問和修改，用戶或其他系統無法直接觸及文件內部的信息，所以其訪問、修改、和權限控制等等都是針對整個文件的。而產品技術數據的情況有所不同。由于產品技術數據的生成者通常都不是數據的使用者，為了讓其他系統能夠訪問和使用數據，技術數據的信息結構通常是公開的，這使得對數據進行細粒度的控制成為可能。產品設計數據和產品技術數據的應用對比如圖1所示。
圖1 產品設計數據和產品技術數據的應用對比
由于信息結構公開，對技術數據的訪問、修改和權限控制可以深入到每條記錄甚至每個字段。例如，用戶可能需要直接查看指定采樣時刻的技術指標，或設定某些指標為秘密指標，未經授權的用戶不得查看。細粒度的控制提高了技術數據的應用靈活性，但同時也增加了TDM系統的開發技術難度。
③復雜的關聯關系
技術數據之間通常并不是彼此獨立的，而是相互關聯、互為補充的。例如，某次試驗結果需要同相應的設備、產品、場地、工況、人員、以及其他信息關聯起來，才能夠構成一個完整的試驗場景。用戶在瀏覽某個技術分析數據的時候，常常需要快速導航到其他關聯數據。因此，如何建立并維護試驗數據之間復雜的關聯關系也是TDM必須要考慮的內容之一。
④開放的應用模式
技術數據需要為多個不同的應用系統所使用，如各種統計分析軟件、指標評估軟件、場景回放軟件等等。這其中除了商用軟件之外，還包括大量的白行研制的算法和白行研制的工具，而且這樣的軟件工具未來還可能越來越多。這些應用系統是企業現有業務流程的重要組成部分，如果不能在新的系統中得到很好的集成，將會嚴重影響現有業務模式的順利進行。因此，TDM系統中對技術數據的管理和使用必須采用開放的模式，必須能夠有效集成商用軟件和白研工具，實現同用戶現有業務模式之間的平滑過渡，使得技術數據可以真正在產品研發和制造過程中發揮重要作用。現有的實施的TDM中可以對數據類型和流程可以按照企業的要求進行定制。
3.2 TDM系統關鍵技術分析
由于技術數據的諸多特點，決定了TDM系統的設計和開發是一個復雜的系統T程，需要解決以下關鍵技術，包括結構化數據的管理、非結構化數據的管理、系統可擴展性三個方面。
①結構化數據管理
結構化數據是技術數據的主要表現形式。所謂結構化數據不是指已經保存到關系化數據庫中的數據，實際上，這些數據的表現形式還是文件，只是這些文件的格式比較規范，可以很容易的轉換為二元關系化數據。常見的采樣數據文件就是一個典型的例子：每個文件由多行數據行組成，而每行數據又分為多個指標，從而形成一個二維矩陣的形式。在實際應用中，數據可能并不是從文件的第一行開始，前面可能還有一些非結構化的信息，如試驗時間、試驗說明等等。
概括來說，對這些結構化數據的管理可以采用兩種方式：①保留數據的文件形式；②將數據通過解析后保存到數據庫系統中。第一種方式在一些比較簡單的信息化系統中或一些特殊的應用中（如數據量過大，用戶希望按文件方式保存）可能會采用。大部分情況下，TDM系統應該采用第二種方式來管理結構化數據。這是因為相對數據庫系統而言，文件系統缺乏高效的和細粒度的數據處理機制，也缺乏對并發控制、事務處理等高級特性的支持，對文件中的數據進行讀取、查詢、統計、修改、權限控制等等都將非常困難。只有將技術數據以結構化記錄的方式保存在數據庫中，才能夠有效利用數據庫系統所提供的各種高效的數據處理功能，充分發揮出技術數據的價值。
②非結構化數據管理
除了結構化數據之外，非結構化數據也是技術數據的重要表現形式，如各種試驗文檔、音頻數據、視頻數據等等，很多試驗儀器輸出的原始數據也采用非結構化文件形式。非結構化數據的重要特點是：內部結構不公開或結構復雜，難以轉換為二維關系化結構。對于非結構化數據的管理通常采用文件加索引的方式，即仍然將非結構化數據以文件形式保存到文件系統中，但是將相關的路徑和說明信息等保存在TDM數據庫中，兩者之間實現同步更新。
相對于結構化數據而言，非結構化數據雖然不需要進行復雜的解析和導人操作，但并不代表非結構化數據的管理比較簡單。實際上，對非結構化數據的管理也需要解決很多關鍵問題。例如，如何從大量的非結構化試驗文檔中查詢出用戶所需要的文檔，這要求TDM可以實現對非結構化數據的快速全文搜索，而且搜索結果必須符合相關的權限設置。
③系統框架及可擴展性
隨著Web技術的不斷發展，B/S架構已經成為企業信息化系統的主要發展趨勢。相對于傳統的C/S架構而言，B/S架構在易部署性、易維護性、易擴展性上都有著非常明顯的優勢。由于TDM系統需要面向大量的網絡用戶，采用B/S模式是較好的選擇。
可擴展性是TDM系統必須考慮的另一個重要問題。如果TDM系統只是根據特定的業務需求進行設計和開發的，未能充分考慮到未來的發展，系統剛性過強，那么在應用場景發生變化的時候，將會由于難以適應新的需求而被淘汰，甚至會導致很多珍貴的歷史數據由于不能平滑遷移而被丟棄掉。為了避免這種情況，TDM系統必須具有足夠的可擴展性，能夠根據業務需求的變化動態地調整數據結構和功能，實現與企業業務的同步發展，減少企業在信息化建設上的重復投資。
3.3 TDM系統架構及典型應用場景
一個完善的TDM系統應具有以下基本功能模塊，試驗儀器設備數據采集，試驗項目管理、試驗數據管理、試驗流程管理、試驗資源管理、計量管理、試驗數據后處理、第三方集成接口（與其它應用系統的接口）。其中，試驗項目管理、試驗數據管理和試驗資源管理是TDM的重要組成模塊，是系統的關鍵，而試驗儀器設備數據采集需要根據具體的儀器設備進行定制開發，因此該部分是該項目的難點。
3.4 TDM系統關鍵應用場景
①校驗、篩選試驗數據：
在試驗數據的顯示頁面，系統能自動校驗并用紅色圖標標注出異常的數據值。您能根據繪圖或計算的需要對試驗數據進行橫向和縱向選擇，并可將篩選的數據導出為Excel文件，繪制曲線，或保存到系統的“數據筐”中以便進行數據對比。
②繪圖、計算、導出：
系統提供了豐富的試驗數據后置處理功能，能對試驗數據進行在線繪圖，或自動調用繪圖工具（Origin，Matlab或TecPlot等）進行離線繪圖。提供了各種計算公式（包括方差、標準差、插值、擬合等），并可根據需要擴展算法；提供了將試驗數據導出為包含表頭的文本或Excel文件。
③一鍵生成試驗報表：
系統提供了“一鍵生成”基于Word或Excel模板的試驗報告、試驗數據表格、試驗日志報表和其它相關報表的功能。
4 結束語
TDM是PLM的重要環節，是對PDM重要補充。通過對技術數據進行有效的管理和使用，企業可以更加完整準確地了解產品相關信息，為研發制造和相關業務決策提供可靠的數據支持。另一方面，由于技術數據的復雜特點，決定了TDM也是一項復雜的系統工程，需要解決諸多關鍵技術，是簡單的基于數據庫的應用系統所無法勝任的，必須基于成熟的TDM軟件來實現。
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