（轮机工程专业论文）船用柴油机性能数据库开发与神经网络诊断方法研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着我国船舶行业的迅速发展，船用柴油机制造行业也有了日新月异的发 展，随之出现的是柴油机生产数量增加，种类增多，所需处理的信息也成倍增 加。因此，靠以往的记录方法已经很难处理倍增的数据信息，而计算机技术与 数据库技术的发展为解决这些问题提供了技术基础。本文根据企业信息化发展 的需求，开发了基于j l l s t e px 3 软件开发平台和s q l s e r v e r 数据库的船舶柴油机 数字化管理系统( d i 百t a lm a n a g 锄e r i ts y s t 锄，下文简称d m s ) 的部分功能，围 绕各缸供油量不均匀等若干典型故障，深入研究了基于神经网络的船用智能化 柴油机故障诊断方法。主要内容包括以下几个方面： 1 ) 根据用户要求，对系统进行了整体需求分析，并对基础信息管理子系统 和技术服务支持子系统进行了数据库的设计。 2 ) 完成了基础信息管理子系统和技术服务支持子系统的设计和开发工作， 并在此基础上根据软件测试方法对其功能进行了测试。验证了管理软件功能设 计的合理性和可靠性。 3 ) 设计和实现了d m s 系统的工作流程，包括基础信息服务子系统流程、 试车管理子系统流程和技术服务支持子系统流程。 4 ) 分析了神经网络算法应用于柴油机故障诊断的可行性，进行了基于神经 网络的船用柴油机诊断方法研究。针对智能化柴油机的若干典型故障，建立了 b p 神经网络的诊断模型，确定了其结构和参数。 5 ) 利用仿真数据和试验数据建立了研究对象的部分故障信息数据库，完成 了故障诊断子系统，仿真数据主要来源于其他研究者通过a v lb o o s t 软件建立 研究对象工作过程仿真模型得到的数据，而试验数据来源于沪东重机股份有限 公司的试车试验数据。 关键词：船用柴油机，数据库，神经网络，故障诊断 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e i i to fc l l i r l a ss b i p b u i l d i n gi n d u s n y ，廿l em 撕n ed i e s e l e i l 西n em 踟f a c t i l r i n gi n d u s t 巧o fc l l i n ah 硒a l s ob e e nd e v e l o p e d 风t ，w l l i c hr e s u l t s i n m ei n c r e a s i n go ft l l e 舢啪b e ra 1 1 dt h et y p e so ft h ed i e s e l 即辱n e sp r o d u c e d 觚dt l l e e x p o n e n t i a l l yg r o w i n g o ft h ei n f o 珊a t i o n i l lt h ec a s e ，m ep r 州o u sr e c o r d i n gm e t h o d i sd i f 甄c u l tt od e a lw i t l lm ee x p o n 咖i a l l yg r o w i n gd a t 岛a n dt l l e s ep r o b l e m sc a nb e s u c c e s s 血1 l ys o l v e db yt h ed e v e l o p m e l l to ft h ec o m p u t e ra i l dn l ed a t a b a s et e c h n o l o g y - a c c o r d i i l gt ot l l en e e d so fm ec o m p a l l yi n f 0 m a t i z a t i o n ，t h ep a n so ft h e 如n 砸o n so f t l l em 撕n ed i e s e l 酉n ed i 百t a lm a n a g e m e n ts y s t e m ( d m s ) w h i c hb a s e do nj u s t e p ) ( 3s o f 咐a r ep l a 响n i la i l ds q ls e e rd a t a b a s ea r ed e v e l o p e d ，an e wd i a 盟o s i s m 劬o db a s e do nn e u r a ln e 觚o r ka l g o r i m i la b o u ts e v e r a lt y p i c a lf a l l l t so ft l l em 撕 缸e l l i g e i l td i e s e le n 西n ei ss y s t 锄a t i c a l l yr e s e 删l e d t h em a i l lw o f ki s 嬲f o l l o w s ： 1 ) a c c o r d i n gt o 廿l er e q u i r 锄e n to fu s e r s ，m e 蛔n 锄d so ft l l es y s t e m 批 a l l a l y z e d t h ed a 切b a s e so ft h eb a s i ci 芏l f o 皿a t i o nm 锄a g e l i l e n ts u b s y s t e ma l l dt h e t e 吐l 芏l i c a ls e r 访c es u p p o r ts b s y s t 锄a r ed e s i g n e d 2 ) n ed e s i 班锄dd e v e l o p m 觚tw o r ko ft h eb 商ci i l f o 姗a t i o nm a l l a g 锄e n t s l 】【b s y s t e ma l l dt h e t ec _ l l l l i c a ls e r v j c es u p p o r ts u b s y s t e mi sa c c o m p l i s - e d a c c o r d i n gt o m em e t h o do fs o m v a r et e s t i n 吕t h e i f 劬c t i o n sa r et e s t e d ，w i l ic _ hc a nv e r i 母t l l e s y s t 锄sr a t i o n a l i t ya i l dr e l i a b i l i 够 3 ) t 1 1 ew o r kn o wo ft h ed m ss y s t 锄i sd e s i 驴e d 趾dr e a l i z e d ，w h i c hi n c l u d 迦 t h es l l b s y s t e mp r o c e s so fm eb a s i ci n f o 肌a t i o nm a n a g e m e n t ，m e 吼l b s y s t e mp r o c e s s o f t b et e s tm a i l a g 锄e n ta n dm es u b s y s t e mp r o c e s so fm et e d m i c a ls e r 访c es u p p o r t 4 ) t l l ef e a s i b i l i t ) ，o f 印p l 妒n gn e u r a ln 咖o r ka l g o 珊吼t 0d i e s c le i l 百n ef a u l t d i a 印o s i s i sd i s c u s s e d ，a i l dt h em 以l o do ft l l ef a u l t sd i a 黜s i s 矗 m em 撕n e i n t e l l i g e l l td i e s e le l l 舀n ei sr e s e a r c h e d 1 1 1 ed i a 朗o s t i cm o d e lb a u s e do nm eb pn e u m l n 咖o r kf o rs e v e r a lt ) ，p i c a lf 砌t so f 廿l ei n t e l l i g e n td i e s e le 1 1 西n ei sb u i l t ，锄di t s 蛐n l c t u r ea n dp a r a m e t e r sa r ed e t e n r l i n e d 5 ) t 1 1 e 饧u l ti l l 向n n a t i o nd a t a b a s eo f l es t i j d yo b j e c ti se s t a b l i s h e db a s 。do nt h e h 武汉理工大学硕士学位论文 s i m u l a t i o nd a t aa n dt h et e s t 纰，a n dt h ef a u l td i a g n o s i sm b s y s t e mi sc o m p l e t e d t h e s i m u i a t i o nd a t am a i n l yi sc o m e 舶mm ea v l b o o s ts i l i l u l a t i o nm o d e le s t a b l i s h e d b yo n l e rr e s e a r c h e r s ，a i l dt h ee x p 幽e n t a ld a t ai sc o m e 丘0 mt h et e s tda _ t ao fh u d o n g h e a v ym a c h i i 蚶yc o m pa i l _ yl t d k e yw o r d s ：m 撕n ed i e s e le i l 百n e p e r f o 锄觚c ed a t a b a s e ，n e u r a ln e 研。止 f a u l td i a 朗o s i s n l 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：囱丞坚：日期： 学位论文使用授权书 沙s 。妒 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：囱缝导师( 签名 日期：皇唑上j 2 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1课题研究的背景和意义 随着全球经济的快速增长和经济一体化进程的加速，海上运输量迅猛增长， 据统计，国际贸易总运量的7 5 以上是利用海上运输来完成的，有的国家的对 外贸易运输海运占运量的9 0 以上，日益繁忙的海上交通以及海上人命、财产、 环境等因素的影响，促使海上运输船舶向大型化、专业化、快速化、自动化发 展，使之成为安全高效的运输工具。而船用柴油机是船舶的动力心脏，也是船 舶机械系统中故障最多的设备，它的发展很大程度上代表着船舶的发展【l 吲。 伴随中国加入w t o 和经济全球化，中国正在成为世界制造业的中心，中国 的船用柴油机企业面临更加激烈的国际国内市场竞争。中国要成为船用柴油机 制造大国，首先需要解决柴油机企业生产效率低下的问题，而柴油机企业信息 化是提高柴油机生产效率的重要途径【4 】。推进柴油机企业信息化建设，对于促进 柴油机企业生产模式的转变、提高企业整体素质和竞争力具有重大的意义。 目前，我国的企业信息化发展还处在初期阶段，各个行业发展也不均衡， 已经实施信息化管理的企业占企业总数的比例仍然较低，特别是对船用柴油机 制造商而言，其信息化的发展尚处于起步阶段，其发展还是一个长期过程。同 时我国信息产业也并非很成熟，对柴油机企业进行信息化，需要投入大量的人 力和财力，而中小型柴油机企业能力有限，很难在企业信息化上承担重任。另 一方面，柴油机企业可分为设计、制造、调试和试车等多个部门，每个部门涉 及的数据量多、类型不一，表格格式复杂，且基层工作人员的计算机水平有限， 限制了信息化的推广和实现【7 1 。 传统的企业信息化是指实现企业产品从设计、制造、调试、出售的信息化【8 1 。 而对于船用柴油机仅仅实现这些过程的信息化还不够，对于提高企业的核心竞 争力，除了生产效率提高，更重要的是产品质量的提高，而产品质量的提高很 大程度上是在出现问题和故障的产品上进行修改和完善实现的。由于船用柴油 机制造成本的昂贵，使得该类产品无法实现破坏性故障实验，因此其很多故障 数据来源于产品使用过程中，即产品出售后。有效的采集故障数据，对于提高 船用柴油机的质量有很重要的意义。 当前，如果要想做世界一流的企业，除了能生产优质的产品外还需要具备 武汉理工大学硕士学位论文 优质的售后服务，而对于运行中的船用柴油机不可能在出现故障时随时派工作 人员进行故障排除，船用柴油机最重要的售后服务是提供实时故障监测系统， 当故障出现时，系统能及时发现并准确判断故障发生原因，同时通知船员，进 行相应的处理。 本文所述的船舶柴油机数字化管理系统( d m s ) ，将船舶柴油机的基本信息、 设计参数、安装与调试参数以及台架试验结果等以数据库方式进行有效地存储、 整理和合理地处理，不仅可为柴油机设计、生产、调试和试验提供全方位的信 息，为船东提供进行试航试验的技术支持，更重要的是拥有大量的有效数据之后， 可以为改进柴油机性能、设计新型柴油机提供必要的依据。因此该系统对于提高企业 的信息化水平和企业的生产效率具有十分重要的意义。并且，在此基础上对神 经网络算法应用于柴油机故障诊断进行了研究，设计出了识别船用智能化柴油 机典型故障的网络，对实现船用柴油机实时故障检测有一定的帮助p 1 4 1 。 1 2 神经网络在故障诊断中的应用 故障诊断技术作为一门学科始于二十世纪六十年代【1 5 1 ，但作为一门综合性 的新学科一故障诊断学，还是近些年随着计算机科学、电子技术、信号处理和 检测技术的发展才逐渐成熟起来的。故障诊断技术发展的历史和人类对机械设 备的维修方式紧密相连，至今经历了三个阶段：第一阶段机器设备比较简单，主 要是故障出现后依靠专家或维修人员手摸、耳听、眼看后根据个人经验再加上 简单仪表就能诊断与排除故障；第二阶段是随着电子技术、传感器技术、信号 分析技术等科学技术的发展实现了机器的定期保养维修和简单的故障诊断；二 十世纪八十年代以来，机器设备日趋复杂化、智能化及机电一体化，传统的诊 断技术己无法胜任，诊断技术随着计算机技术、人工智能技术的发展进入了它 的第三个发展阶段智能化阶段。 智能诊断阶段是以人工智能技术为支持，以知识处理为核心的诊断过程代 替数据处理的诊断【1 6 1 ，是在对故障信号进行检测和处理的基础上，以领域专家 的知识和人工智能技术为主导进行诊断推理，对给定环境下的诊断对象进行状 态识别和状态预测。它具有人工智能的特点，能够模拟人的思维过程，解决需 要进行逻辑推理的复杂诊断问题，达到诊断目的【1 5 1 7 1 引。 智能故障诊断方法已在许多领域得到应用。最早是应用在航空航天领域， 如1 9 8 5 年r e g 踯i l l e 等人研制的飞行器监视器、飞船故障诊断专家系统和飞行器 2 武汉理工大学硕士学位论文 姿态自动检测与诊断系统等。随后在众多的工业领域取得了许多应用成果，如 机械工程的故障诊断，核反应堆的故障诊断，流程工业的故障诊断掣1 嘲。 由于人工智能技术具有很多分支使得在故障诊断过程中又形成了很多的诊 断技术。如：基于人工神经网络的诊断技术、基于专家系统的诊断技术、基于 模糊数学的诊断技术、基于实例推理的诊断技术、基于故障树分析的诊断技术等， 其中最典型的是基于人工神经网络的诊断技术和基于专家系统的诊断技术【1 6 1 。神 经网络是从物理结构上模拟人脑，具有自学习功能，在信息的处理上具有并行 性、分布性和强容错性等特点，使之不受专家知识和编程者个人能力的局限， 能够不断增强判断能力，因而能提高故障诊断的准确率，并能及时对故障状态 做出报警【2 1 1 。如西安交通大学、东北大学等在大型旋转机械故障诊断中，都成 功应用了神经网络技术。神经网络在柴油机故障诊断中的应用主要有【2 2 埘l ： 1 ) 神经网络直接用于故障诊断，通过选择关键参数作为网络的输入层，故 障类型在输出层给出。b p 神经网络由于具有较强的非线性映射能力而被广泛应 用于故障诊断领域，它通过对故障实例的训练和学习，用分布在神经网络中的 连接权值来表达所学习的故障诊断知识，具有对故障的联想记忆、模式匹配和 相似归纳的能力，可以实现故障和征兆间的复杂的非线性映射关系。 2 ) 自适应神经网络模式识别。模式识别就是将所研究客体的属性映射为不 同类别，以实现对客体特定类别的识别。这是一个应用广泛、门类众多的领域， 传统模式识别过程在特征提取上具有很大的盲目性，效率很低。而自适应神经 网络利用神经网络分布式信息存储和并行处理相关数据，避开了模式识别中建 模和特征提取的麻烦，从而消除了模式不符和特征提取不当所带来的影响，使 故障状态易于识别。 3 ) 模糊神经网络在故障诊断中的应用。由于柴油机状态信号传播路径复杂， 故障与特征参数的映射关系模糊，再加上边界条件的不确定性、运行工况的多 变性，使故障征兆和故障原因之间难以建立准确的对应关系，模糊神经网络应 用模糊语言变量及模糊逻辑推理来模拟人的模糊思维方法，采用多层前向网络 结构，结合人们的先验知识进行模糊推理。使之具有准确的非线性拟合和学习 能力。 4 ) 神经网络与专家系统相结合。人工神经网络适宜处理具有残缺结构和含 有错误成分的信息，能够在信息含糊不准确、不完整的复杂条件下工作，其所 具有的自学习能力使得传统专家系统技术应用中最为困难的知识获取工作转变 为网络的结构调整，大大方便了知识库中知识的记忆和提取。实践证明，神经 3 武汉理工大学硕士学位论文 网络和专家系统结合，互补长短，克服了神经网络存在的诊断推理不清楚、诊 断解释机制不强以及专家系统的知识“瓶颈问题 等缺陷，达到最佳组合。 1 3 本文的主要内容 1 3 1研究目标 基于j u s t 印x 3 开发平台和s q ls e r v e r 数据库建立船用柴油机性能数据库， 开发船舶柴油机数字化管理系统，实现船用柴油机企业的信息化生产和管理， 为其性能监测与故障诊断提供数据支持。 以大型低速智能化柴油机( 8 s 6 0m e c ) 为研究对象，神经网络通过训练相 关数据，直接从历史故障信息中学习，确立诊断模型的结构和参数，并用仿真 数据对模型的正确性进行验证。并建立相应的故障信息知识库，用以指导船舶 柴油机的故障诊断。 1 3 2 研究内容 依据实施d m s 部门的需求和工作特性，将d m s 分为试车管理子系统、基 础信息管理子系统、技术服务支持子系统及故障诊断子系统4 个子系统，各个 子系统之间相互独立，分阶段进行开发【2 ”6 1 。本文详细介绍基础信息管理子系 统、技术服务支持子系统和故障诊断子系统的设计及实现过程。在故障信息库 的基础上，对基于神经网络的船用柴油机的故障诊断方法进行了研究。主要包 括以下几个方面的内容： 1 ) 对d m s 的需求进行分析，选择合适的软件开发平台和数据库，并设计 基础信息管理子系统、技术服务支持子系统和故障诊断子系统的数据库。 2 ) 完成基础信息管理子系统的三个功能：基础信息录入功能、基础信息维 护功能和基础信息查询功能。为后续的试车管理子系统和技术服务支持子系统 提供柴油机的零部件参数及相关文件，同时提供机组信息一览表的打印和数据 查询功能。 3 ) 完成技术服务支持子系统的试航资料准备功能( 包括基础信息数据和试 车数据) 、试航数据上传下载功能、用户满意度统计功能及试航数据审核功能。 4 ) 采用软件测试方法，测试基础信息管理子系统和技术服务支持子系统的 所有功能，最大限度减少软件存在的缺陷和错误，确保系统软件能够稳定可靠 4 武汉理工大学硕士学位论文 地运行。 5 ) 根据企业的工作流和数据流，整合d m s 系统的全部功能，设计系统的 运行流程，基础信息管理子系统设计为一个独立流程，试车管理子系统和技术 服务支持子系统设计为另一个独立流程，由于离线系统的存在，后者又分为四 个子流程。 6 ) 在d m s 的基础上，利用a v lb o o s t 软件建立的m e 型船用智能化柴 油机仿真模型计算得到的数据和d m s 的试验数据，进行基于神经网络算法的柴 油机的故障诊断方法的研究，并在此基础上建立柴油机故障信息库。 s 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章船舶柴油机数字化管理系统的需求分析 2 1软件工程的需求分析 2 1 1需求分析的特点 “需求分析 是软件开发过程中最为关键的工作之一，也是最为困难的工 作之一。在“需求分析工程中，软件工程师首先需要确定客户的需求，然后 要分析和寻求解决这些需求的方法，当发现某些需求在现有的技术条件下还无 法解决时，需要及时与客户沟通，确立新的可行性方案。 “需求分析 的特点主要有以下三点： 1 ) 用户与开发人员很难进行交流 在软件生存周期中，其它阶段都是面向软件技术问题，只有本阶段是面向 用户的。由于软件开发人员不是用户领域的专家，不熟悉用户的业务活动和业 务环境，而用户不熟悉计算机应用的相关知识，导致双方缺乏共同语言，交流 时存在着隔阂，造成误解、曲解时有发生。 2 ) 用户的需求是动态变化的 对于一个复杂而庞大的软件系统，客户很难完整精确地提出它的功能和性 能要求。一开始只能提出一个大概、模糊的功能，只有经过长时间的反复认识 和讨论才能逐步明确。有时进入到设计、编程阶段才能明确，更有甚者，到开 发后期还在提新的要求，很多大型企业，内部业务也可能随时变化，随之也会 提出新的要求，这无疑给软件开发带来了困难。 3 ) 系统变更的代价呈非线性增长 需求分析是软件开发的基础。假定在该阶段发现的一个错误，解决它需要 用一小时的时间，到设计、编程、测试或维护阶段再发现，则要花2 、5 、1 0 、 2 0 倍甚至很多的时间来解决【2 7 j 。 因此，对于大型复杂系统而言，首先要进行系统方案的可行性研究。开发 人员对用户的要求及现实环境进行调查、了解，从技术、经济、社会等因素进 行研究并论证该软件项目的可行性，根据可行性研究的结果，决定项目的取舍。 6 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 2 需求分析的任务 “需求分析作为软件开发系统的一个关键步骤，需要完成的任务的重要 性是显而易见的，其任务主要有： 1 ) 分析系统的综合要求 功能需求：明确所开发的软件必须具备什么样的功能；性能需求：明确待 开发的软件的技术性能指标；环境需求：明确软件运行时所需要的软、硬件的 要求；用户界面需求：明确人机交互方式、输入输出数据格式。 2 ) 分析与综合，导出软件的逻辑模型 分析人员对获取的需求，进行一致性的分析检查，在分析、综合中逐步细 化软件功能，划分成各个子功能。用图文结合的形式，建立起新系统的逻辑模 型。其基本过程如图2 1 。 图2 1 需求分析的基本过程 3 ) 编写文档 编写“需求规格说明书 ，把双方共同的理解与分析结果用规范的方式描述 出来，作为今后开展各项工作的基础和依据。编写初步用户使用手册，着重反 映用户功能界面和用户使用的具体要求，用户手册能强制分析人员从用户使用 的观点考虑软件。编写并确认测试计划，作为今后验收的依据。这样在需求分 析阶段对待开发的系统有了更进一步的了解，所以能更准确地估计开发成本、 进度及要求，并对原计划要进行适当修正。 2 2 系统的综合需求 2 2 1需求分析模型 根据甲方要求，d m s 项目是专门针对船舶柴油机设计、制造、调试等工作 而设计的。项目以实现对船舶柴油机的数字化、无纸化管理为目标，将柴油机 的相关信息和数据有规则、有秩序地存放在数据库中，实现所有数据的数字化 7 武汉理工大学硕士学位论文 管理( 包括各种图表数据) ，为用户提供了数据的多种输入方法。系统应具有较 强的数据接口，可以将其它测试系统的测量结果( 如p m i ( p r e s s w em e a s u r 锄锄t i i l d i ca t i e d ) 系统，热力参数测试系统及其他系统的串口数据) 直接自动输入到数 据库中。项目采用c s ( c l i e 州s e r v e r ) 和b s ( b r o w s 耐s e e r ) 混合模式的系 统结构。任何时刻，任何地方，只要具有获取权限，用户就可以通过c s 客户 端和w e b 浏览器得到柴油机的相关信息，为提高船舶柴油机的管理提供了先进 有效的信息化平台。项目为企业构筑更高的o i s ( o p e r a t o rh e r f a c es t a t i o 璐) 系 统提供支持，按照现代的o i s 管理模式设计，为系统将来进一步扩展留下了空 间【矧。根据上述要求建立如下的需求分析模型。 2 2 1 1用户对象 d m s 主要有四类用户，每类用户都是公司管理人员和工程技术人员，表2 1 显示了每个用户部门的职能和相应的需求。 表2 1 用户分类及相关工作特征表 用户分类相关工作特征 管理整个d m s ，负责数据库的建立与维护，增加或删除用户，并授 系统管理员 予各个合法用户合法、合适、合理的使用权限。 负责整理船舶柴油机的基本信息，以及船舶柴油机相关证书、文件 基础实验室 资料的存档。 负责对船舶柴油机进行试车试验，并在试验时采样所需要的各种相 试车小组 关技术指标，并生成试车报告。 技术服务室 负责码头试车和试航时采集相关的数据，并生成试航报告。 2 2 1 2 用例 用例是指用户利用系统提供的某些功能使用系统的某种方式，d m s 包含了 多个用例，每一个用例由用户触发的一个完整的事件流或有关的事物处理的特 定序列组成，它描述了用户与系统的交互过程【2 8 1 。 1 ) 填写柴油机的基础信息 填写柴油机的基础信息包括新建一条记录和修改已经存在的记录，它是 d m s 的最前端，也是d m s 数据的源头，它的数据是否齐全，决定着后续功能 进行的快慢和好坏。 1 1 ) 打开基础信息填写界面，点击“新建按钮，会弹出对话框询问“新 增记录 还是“修改参数”，当用户选择“新增记录时，系统进入新增记录的 武汉理工丸学硕+ 学位论文 毛界面，再点击该界面上的“新增记录”按钮，会提示选择新增记录的机型 选择完机型后就可以进入该机型的详细界面进行填写了；如果选择“参数修改” 则进入参数修改主界面，单击“参数修改”按钮，系统会弹出窗体，要求输入 机子的工程编号或者机型和台份号这样就可以从数据库中取出该机子最新的 数据，用，。可以根据要求修改。当退出“新增记录”的主窗体时，系统会弹出 对话框询问“保存数据吗? ”，如果选择“是”，系统会将出现问题的记录以“错 误”的对话框弹出，提示用户，如图2 2 ，如果所有记录都符合要求，则系统保 存数掘，关闭窗体，退回到基础信息最开始的界面；如果选择“否”，该窗体关 闭；选择“取消”则关闭询问窗体，光标还是停留在该界面。当退出“修改参 数”时，同样会弹出“保存数据吗? ”的对话框如果选择“是”，则关闭对话 框，关闭主窗体，退回到基础信息晟开始的界面，其它的选项类似于“新增记 录”的相关选项。 图2 2 “新增记录”提示框 l2 ) 当用户单击“编辑”按钮时，系统会根据当前选择电录的类型弹出相 应的主窗体，然后其操作方法与1 ) 弹出主窗体相同。 13 ) 当用户单击“删除”按钮时，系统会弹出对话框“确认删除吗? ”，如 果点击“是”，则删除该记录；选择“否”则关闭对话框。 14 ) 在该界面有“查询”和“过滤”两个按钮可以用来壹找电录。如图2 3 ， 圈2 4 ，输入查询条件，按“确定”按钮就可查询到所需的记录了。 幽2 3 “查询”对话框 武汉理t 大学硬l 学位沦文 图2 4“过滤”对话框 2 ) 审批流程 数据审查是一个企业的重要部分只有高教准确的数据审查爿能在后续环 箝中保证产品的质量企业才能生存下去。 柴油机基本信息是整个生产过程重要的数据组成部分，所以需要进行严格 审矗，根据甲方的要求，需要进行“校对”、“审核”和“审查”三个环节。其 界面部比较相似，以“校对”界面为例介绍。 21 ) 系统进入“校对”界而，界面主要分成两部分，第一部分足在录入阶 段新建的所有记录，下面一部分是几个页面，包括录入阶段的编制备注，以往 的校对备注，审核备注，审定备注及当前记录的机组信息。 22 ) 当用户单击“查看”按钮时，系统会弹出当前记录的详细界面，该界 面只能查看，不能修改，如果发现有不符合要求的地方，需要再下面的校对备 注中填写相关的问题，并选择界面上的“不合格”选项。 23 ) 如果用户想查看当前记录所属机组的其它记录，则在下面的“机组信 息”页面找到该记录，双击则会出现该记录的详细界而。 3 ) 数据变换 该系统除了在基础信息录入阶段需要和其他数据库或者系统进行数据交换 外，本系统自己也设有在线系统和离线系统，企业内部相关部门可以通过内部 网连到在线系统，当在试车车剌或者在船上进行时，则无法实现联网，这时需 要专门为这些地方另外开发一个小系统，因此试车车问和试航船舶又称为离线 系统，其丌发的小系统分别称为“试车离线系统”和“试航离线系统”。 31 ) 在进行试车或者试航之前需要进行相关资料的准各，所以离线系统和 在线系统之间的数据交换包括两部分：数据下载( 从在线系统将准备数据下载 到离线系统) 和数据上传( 从离线系统将试验数据上传到在线系统) 。 武汉理 太学硕士学位论文 32 ) 咀数据上传为例，分为离线上传和在线上传，离线上传是指在离线系 统将实验数据打包成压缩形式，再通过u s b 闪存盘、或者e m a i l 等方式传到 可以登录到在线系统的电脑上，打开“离线实验数据上传”界面，点击“离线 导入”按钮，在“打开”界面找到所要导入的压缩包，双击即可如图2 5 。这 时系统会弹出提示框，如果导入的数据包错误则会出现如图2 6 的提示，如果正 确，则会提示“导入数据成功! ”。 图2 5 离线数据包导入界丽 图2 - 6 数据导八情况提示 33 ) 实验数据在线上传是指将记录试验数据的电脑拿到企业内部，连接到 企业内部网，打开“试验数据上传”界面，界面上半部分会显示所有可以上传 的记录，下半部分显示的是当前记录的所有负荷记录，用户可以根据所需选择 其中的某些记录，点击“扣开”按钮，可以看到该记录的详细数据，用户可以 先查看一下数据，再决定是否上传；单击“上传”按钮，如果数据较多，系统 会出现一个进度框，提示“数据传输中，请稍候! ”：如果上传成功会提示“上 传成功! ”，否则会提示“上传失败! ”。 4 ) 打印机组信息 打印机组信息一览表是甲方基础实验室一项重要的1 作，机组信息一览表 武汉理工大学硕士学位论文 的存在给柴油机的生产带来了很大的便捷，并能有效的保证其质量，因此合理 维护机组信息是十分必要和重要的，而打印机组信息一览表是其中的重中之重。 根据需求，打印机组信息一览表有两种方式：一是打印某个机组的机组信息， 另一种是打印当前存在的所有机组的信息。 4 1 ) 打开“机组信息维护一界面，界面上半部分是所有机组中的钢印号、 图号、规格型号等资料的汇总记录，下半部分是当前汇总记录的所有机子的数 据。双击界面上的任意一条记录，均会弹出该记录详细数据的窗体，但是该窗 体只能进行查看，不能进行修改。 4 2 ) 点击界面上的“打印按钮，则系统会打印出当前显示的所有机组的 信息一览表。 4 3 ) 单击界面上的“打开按钮，系统会弹出该机组的机组信息一览表窗 体，单击该窗体上的“打印按钮，则会打印出当前机组的机组信息一览表； 单击“返回 按钮，系统将回到“机组信息维护 的主界面。 5 ) 性能分析 性能分析主要是指在试车试验阶段和试航阶段采集到数据后，通过图形对 柴油机的一些重要参数的数据进行比较分析，检查是否有大的失误，是否需要 检查机器，或者重新做实验。 需要进行分析的数据主要有柴油机的爆发压力、压缩压力、增压器前温、 增压器后温、平均增压器转速、扫气压力、燃油指示、主机转速和油耗测量值。 5 1 ) 性能分析界面分成两部分，一部分用来设置各种条件，另一部分为图 形显示。 5 2 ) 在条件设置区域。可以通过下拉框选择所分析的数据，如试车性能分 析界面可以选择“磨合数据”、“提交数据或者“提交测量数据 ；如果该机型 带“v t l r ( 可变喷油正时) ”，可输入它的角度；可以输入图形的最大负荷值和最 小负荷值；还可以根据图形的显示情况，改变相关的刻度值，其界面如图2 7 。 5 3 ) 按下“绘图”按钮，系统会根据已经存在的数据进行绘制图形，这时 按下“打印一按钮，系统会将所绘图形打印成p d f 格式。 5 4 ) 选择母型机的数据可以同时绘制出两者的曲线，本机的曲线用蓝色曲 线绘制，母型机的曲线用红色绘制，便于用户比较。 5 5 ) 如果是f l e x 机型，点击“限制曲线按钮，还可以绘制其扫气限制 曲线和扭矩限制曲线。 1 2 武汉理j _ 丈学硕十学位论文 图2 7 标尺输入界面 6 ) 数据查询 数据查询窗体几乎是每个数据库软件的必备窟体，对于数据量大的数据库， 数据查询显得尤为重要。在数据查询窗体中，用户可以根据条件查到自己所需 的数据。 61 ) 数据查询窗体将符合一定条件的所有记录的概要信息都显示在界面上， 如果记录比较少，用户可以直接在里面找到自己所要查看的记录。 62 ) 点击“打开”按钮，里面是浚条记录的所有详细数据，例如查询试车 信息包括准各阶段的主机附属设各技术规格、油料分析、重要零部件图号等信 息，磨合试验阶段和提交试验阶段的小项目试验、负荷试验、油耗修正汇总资 料等信息。 63 ) 单击“绘图”按钮，用户可以进入性能分析界面。 6 4 ) 如果记录比较多，用户可以通过“查询”或者“过滤”按钮来准确定 位所要查询的记录。 222 系统分析模型 22 2 1 界面对象 界面对象是用来描述系统界面及其相关的信息与处理的对象。识别界面对 象的方法有二，一是通过用户对象识别，二是通过用例识别口。本文通过用例 来运步分析每个界面对象的结构。对应于前文所述的6 个用例，d m s 的界面对 象可分为基础信息窗口、数据审批窗口、数据交换窗口、数据打印窗口、性能 分析窗口和查询数据窗口。每个界面对象还可以进一步细化，所有界面对象的 武汉理工大学硕士学位论文 对象结构图如图2 8 2 1 3 所示。 按 对话框 辑框 按钮 框 图2 8 基础信息窗口的对象结构图图2 9 数据审批窗口的对象结构图 窗口 复选表单 按钮 多页表单 图2 一l o 数据交换窗口的对象结构图图2 1 1 数据打印窗口的对象结构图 图区域 限制曲线标尺 绘图对象 图2 一1 2 性能分析窗口的对象结构图图2 1 3 数据查询窗口的对象结构图 2 2 2 2 功能块划分 根据需求分析和甲方使用d m s 的部门，该项目分为基础信息管理子系统、 试车管理子系统、技术服务支持子系统和故障诊断子系统，其中： 1 ) 基础信息管理子系统主要是完成基础试验室的工作，即调用p d m 数据 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 库中的数据编辑完成h h m 低速机排放母子型机组及情况一览表、h h m 低 速机有关零件的排放钢印标记和凸轮样板图号一览表、机组车间用技术资 料，完成记录的审查流程，并生成相应的试车记录，给试车环节做准备； 2 ) 试车管理子系统主要完成试车小组的工作任务，采集整个试车过程中产 生的关键数据和信息，生成试车报告并为技术服务提供相关数据，包括试车磨 合阶段和试车提交阶段； 3 ) 技术服务支持子系统是为技术服务室开发的，其业务主要是记录试航数 据、排放数据；数据换算；数据对比； 4 ) 故障诊断子系统是以试车管理子系统环节提取的数据为基础建立了“故 障诊断及指导知识库。 这四个子系统的连接纽带为柴油机数据，该系统的数据流如图2 1 4 。 图2 1 4d m s 数据流图 1 5 武汉理工大学硕士学位论文 不。 在此基础上系统的功能模块划分以及用户与系统交互关系可用图2 1 5 表 界 图2 1 5d m s 的功能结构 2 2 2 3 系统的工作流程 由上面的分析可知，系统主要涉及到三个部门，按照其各自的业务将d m s 分为三个子系统，即基础信息管理子系统、试车管理子系统和试航服务支持子 系统，它们由企业的信息流连成一个整体，根据系统的功能结构和信息流可以 概括出系统的工作流，具体如图2 1 6 。 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 图2 1 6d m s 的工作流程图 2 3 开发平台和数据库的设计 2 3 1 开发平台介绍 我国的软件开发已经逐步从原来的手工作坊式发展到了软件工程阶段，从 “算法+ 数据结构= 程序逐步发展到了“设计模式+ 对象组件+ 开发工具= 1 7 武汉理工大学硕士学位论文 程序 。开发工具的选择，已经成为软件开发成功的要素之一。 开发工具的选择主要取决于两个因素：所开发系统的最终用户和开发人员。 最终用户需求是一切软件的来源和归宿，也是影响开发工具的决定性因素；开 发人员的爱好、习惯、经验也影响着开发工具的选择。严格的软件工程管理和 开发人员的技术水平是软件开发成功的关键。 本文所述的d m s 子系统均属于在线系统开发，即在软件x 3 的j u s t 印 b u s i n e s s 业务架构平台( 简称b u s i n e s s 平台) 上开发的，它是一种以业务作为导 向和驱动的、用来快速构建复杂应用系统的开发平台。它对复杂的应用软件系 统进行分层，在软件开发的标准化与个性化之间找到恰当的契合点，满足用户 在开发速度、集成性和灵活性等方面的要求。 b u s i i l e s s 平台能够深度满足用户个性化的需求：一是时间上的需求，可以使 用户在非常短的时间内构建一套系统；二是在空间上的个性化，比如一个公司 在北京是市场中心，上海是研发中心，广州是制造中心，那么在软件的设计上， 可以较为轻松地满足集中、分权与不同业务形态的需求。 从技术角度分析，b u s i n e s s 平台为复杂应用软件系统的开发提供了一个基本 框架，并有与之相应的、方便易用的开发与维护管理工具。这个框架给出了一 些复杂应用软件的基本组成部分和实现方法，并且预置了很多供参考的软件模 块。有了这样的准备，在业务架构平台之上开发管理软件就可以降低复杂性， 省去很多基础性的研发工作，从而大大缩短研发周期提高研发效率。 b u s i i l 懿s 平台具有如下特性： 快速性：通过业务架构平台提供的基本框架，以及预置好的模块，软件提 供商能很快地研制出用户所需要的复杂应用软件系统。 灵活性：通过业务架构平台提供的开发与管理工具，软件提供商能很方便 地满足用户个性化的需求，以及用户在发展过程中各种各样的需求。 集成性：业务架构平台为复杂应用软件系统提供了一个集成框架，不仅为 集成同一平台上的各种不同软件提供了规则，还为集成其他应用软件系统提供 了集成接口。 b u s i n e s s 平台的优越性表现为： 面向业务：操作系统平台、软件基础架构平台等都是面向软件开发人员， 它使用起来技术门槛是比较高的。业务架构平台是面向业务人员的，它使用的 更多是“业务语言”或“管理语言”，一种业务人员就能理解的语言。正是这个 特性消除了复杂应用软件系统一直存在的“两张皮现象，即缺少复合型的专 1 8 武汉理工大学硕士学位论文 业人才，懂技术的不懂管理，懂管理的不懂技术。 跨平台性：开发人员在利用业务架构平台开发复杂应用软件系统时，关注 的焦点在于业务逻辑、管理模式，而不用关心采用何种技术来实现。跨平台性 使得通过业务架构平台开发的软件，能够顺利地在各种异构环境下运行【2 6 1 。 2 3 2 系统数据库的设计 2 3 2 1 数据库的选择 选择好开发平台后，需要根据客户需求分析和开发平台来选择数据库。把 高级程序设计语言和数据库实现无缝连接，以发挥各自的优点。高级程序设计 语言善于描述复杂的过程，而数据库有着强大的管理功能和可操作性，我们现 在的数据库是以表为基本的存储单元( 描述一个对象) ，但现在的发展越来越快， 数据的复杂性也越来越大。数据库主要从稳定可靠( h i 曲一a v a i l a b i l 毋) 、可扩展 ( h i 曲一s c a l a b i l 毋) 、安全性( s e c 嘶t ) r ) 、丰富开发工具及服务质量这五个方面进 行选择。现在市场的数据库主要有o r a c l e 、i b m 、d b 2 、s q ls e r v e f ，s y b 懿e 、 m y s q l 、h l f o 疵x 、i n t 咖a s e 、c l o u s c a p e 、p o s t g r e s q l 、b e d d e y d b 、f o x p r 0 、 a c c e s s 、d b 嬲e 等。每种数据库各有其优缺点，下面简单介绍张数据库的特点： 1 ) a c c e s s 数据库 它是美国m i c r o s o f t 公司于1 9 9 4 年推出的微机数据库管理系统。它具有界面 友好、易学易用、开发简单、接口灵活等特点，是典型的新一代桌面数据库管 理系统。a c c e s s 主要适用于中小型