0 引言
世界上很多高尖端產品的設計生產離不開設計、仿真及試驗的完美結合，例如波音公司的787飛機，規模及技術水平均創歷史記錄的產品卻沒有任何紙質的設計圖紙，這不能不說是一個奇跡，同時，高電子化率的設計過程自然就帶來了高效率、低成本，而虛擬仿真技術與虛擬試驗的完美結合，也大幅度提高了產品設計的質量。在通常的產品設計過程中，采用的是經驗輔助設計的方式，即根據人為的經驗進行設計的方式，人為的經驗來自于設計、試驗等各個方面；當今隨著仿真虛擬設計、虛擬試驗技術的不斷成熟，越來越多的新產品采用了仿真設計模型、仿真試驗模型輔助設計的方式，即設計部門建立虛擬的設計模型，相關部門根據設計模型進行仿真模擬、仿真試驗，通過模擬試驗結果進一步修正優化設計模型，從而形成更可靠更完善的產品設計結構。
許多大型企業，目前已經上線了產品設計系統(PDM)，但是在產品設計的過程中還并不能運用到相關試驗數據及經驗知識，為了達到從經驗設計方式到試驗輔助預測設計方式過渡的目標，需要形成試驗數據管理系統。通過對系統的實施應用，企業不斷積累試驗數據及經驗，形成產品試驗的經驗模型，長期的應用目標是將試驗模型與設計模型形成對比，進而實現通過試驗預測輔助產品設計的目標。鑒于試驗在產品研發中的重要性，有效的管理試驗中產生的數據就成為產品研發的重中之中。本文以某試驗數據管理軟件的開發為依據，從試驗數據管理方面，對試驗數據管理方法進行探討，并提出了相應的解決方法；該系統在實際應用中己取得了成效。
1 試驗數據概述
1.1 數據的特點
試驗數據與其它數據不同，有自己獨特的特點：
(1)多樣化的數據類型：包括圖像、數字、文字、視頻、音頻等類型數據。
(2)數據處理過程繁瑣：有實時處理、預處理及后置處理3個數據處理過程。
(3)測量參數多：一個產品的研發試驗測量參數高達上萬個。
(4)某些數據記錄由幾類數據合成。比如溫度和壓力等。
(5)數據量根大。不論單個試驗模塊還是整個試驗測試的數據量每次到達到幾十G的容量。
1.2 數據管理的現狀
隨著現代測控技術的提高，數據結構越來越復雜，測量的數據量也越來越大。但是一直沒有有效的數據管理工具來實現對試驗數據的有效管理，大量的試驗數據都以各類電子文檔的方式進行保存及共享。這種落后的數據管理方式存有根多弊端：
(1)易出錯：試驗數據的準確性對試驗至關重要，但是由于在數據管理中存在大量的手工操作，難免會出錯誤，影響整個試驗的準確性，造成不良后果。
(2)效率低下：試驗人員從海量的數據文件中查找自己需要的試驗數據需要花費很多的時間。
(3)數據利用率低：試驗室數據信息的處理還停留在手工記錄及分析階段，大量試驗數據記錄在試驗人員的記錄本上，無法實現數據信息資源的共享，缺乏廣泛而有效的分析和利用。
(4)安全保密性差：以文件方式保存的試驗數據容易受到未經授權的修改及訪問，使重要數據資料的安全性大大降低。
(5)無法進行有效的數據分析挖掘工作：在試驗中獲得的試驗數據，包含著豐富的信息，簡單的文檔管理無法通過數據挖掘去使用那些有價值的信息。
鑒于以上分析，迫切需要建立有效的試驗數據管理平臺來為試驗提供有效的數據支持。
1.3 試驗數據管理系統的功能及特點
根據試驗數據的特點和管理現狀，該系統其有以下功能特點：
(1)工作人員可以快速完成試驗規劃和設計工作，實現文件簽轉、任務管理、資源配置等功能。
(2)通過企業內部資源網絡構建分布式試驗數據系統，實現數據資源共享。
(3)能夠實現試驗數據方便快捷的查詢、管理，動態建庫、導入/導出等操作。
(4)工作人員可以方便地完成數據分析、數據繪圖、報告生成等工作。該系統可以提供通用的接口，可以集成任何用戶所需的算法和軟件工具。
(5)加強數據安全性，對系統進行權限設置及管理。
2 系統的設計
2.1 系統模塊結構
試驗數據管理系統由7個模塊組成如圖1所示，在具體設計時保持現有操作規范的情況下，依據試驗數據管理方法來設計本系統，先設計單獨的模塊，最后對各個模塊進行整合。
圖1 試驗數據管理系統模塊結構
平臺采用三層分布式架構，該系統的技術架構如圖2所示，第一層是數據庫層，完成數據的存儲和管理；第二層是服務器層，實現業務邏輯的相關功能；第三層是客戶端層，與實現平臺與用戶的交互。
圖2 試驗數據技術平臺
2.2 數據自動導入和導出
由于試驗的數據量大，格式復雜，包括結構化數據和非結構化數據，不能采用手工錄入數據的手段和標準模扳的方式，必須采用數據自動導入的方法來提高工作效率。試驗數據管理平臺提供數據導入工具，可以完成任意文件格式的數據導入。例如：文本文件、Excel文件、二進制文件以及其它特殊格式的文件等。而無需對數據文件進行任何手工處理，也不需要定義標準數據導入模板。
該系統提供數據導入向導工具，可以幫助試驗人員方便快捷的完成數據導入操作，數據導入過程中，系統提供兩個可選擇的操作：“選擇導入腳本”和“生成導入腳本”。用戶可以通過“生成導入腳本”功能把常用的數據導入過程記錄下來。在以后的數據導入中，用戶可以選擇保存好的導入腳本文件，該腳本文件可以幫助用戶自動處理每一步操作。
試驗數據管理系統數據導入過程包括詞法轉換、語法轉換和最終導入3個階段。詞法轉換階段的主要任務是將各種不同格式的數據轉換成標準的二維表格格式。諄系統平臺提供了一些常用的數據格式轉換器。同時提供了可擴展接口，以及一個圖形化的數據格式轉換器生成器用來添加處理不同數據格式的轉換器；語法轉換階段的主要任務是進行數據命名轉換，數據預處理，和數據校驗等，以確保導入數據的標準性和正確性；在導入階段，用戶可選持導入數據的方式，比如添加記錄或修改記錄，是否將導入過程保存為“導入腳本”等。導入原理如圖3所示。
圖3 數據導入原理
數據導出功能也稱為數據格式轉換功能，試驗數據管理平臺允許用戶使用Web界面把結構化數據以XML文件、Word文件、Excel文件、文本文件等格式導出，試驗數據管理系統還提供了可擴展接口，允許軟件編程人員按照用戶的需求定制用戶需要的各種導出文件格式。
2.3 動態建立數據庫
一般來說，試驗數據包含結構數據和非結構數據，其結構數據復雜多變。因而數據庫模型是試驗數據管理軟件中經常需要靈活改變的環節。該平臺允許工作人員通過使用工具動態的建立和修改數據模型，生成數據類、屬性和關聯關系等，而無需了解數據庫的知識。即試驗數據管理系統提供動態建庫功能，允許用戶動態建立和維護數據庫模型。
而提供動態建庫功能的為Windows客戶端提供的工具Design Studio。在Design Studio的數據模型編輯器中，用戶可以快速建立數據庫模型，定且數據類、數據子類、數據屬性和關聯關系等信息。參見下面的數據模型編輯器示意圖如圖4所示。
圖4 數據模型編輯器
試驗數據管理系統的設計與實現（二）
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本文標題：試驗數據管理系統的設計與實現（一）
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