潍坊柴油机厂试验数据管理系统初步方案_图文

1、锐峰协同测试技术(北京有限公司 潍坊柴油机厂 试验数据管理系统 初步方案锐峰协同测试技术(北京有限公司 2007年 4月 目 录1前言 . . 3 2系统需求分析 . . 4 2.1. 系统功能需求汇总 . . 错误!未定义书签。 2.2. 数据应用分类 . . 错误!未定义书签。2.3. 数据格式分类 . . 错误!未定义书签。3系统概述 . . 4 3.1. 主要功能 . . 43.2. 系统运行环境 . . 54总体技术方案 . . 错误!未定义书签。 4.1. 系统结构 . . 错误!未定义书签。 4.1.1. 访问接口 . 错误!未定义书签。 4.1.2. 试验数据中心 . 错误!未

2、定义书签。 4.1.3. 多项目管理工具集 . 错误!未定义书签。 4.1.4. 试验数据工具集 . 错误!未定义书签。 4.1.5. 试验分析平台 . 错误!未定义书签。 4.1.6. 数据显示系统 . 错误!未定义书签。 4.1.7. 运行平台 . 错误!未定义书签。 4.2. 系统组成 . . 错误!未定义书签。 4.2.1. 访问接口 . 错误!未定义书签。 4.2.2. 试验数据中心 . 错误!未定义书签。 4.2.3. 多项目管理工具集 . 错误!未定义书签。 4.2.4. 试验数据工具集 . 错误!未定义书签。 4.2.5. 试验分析平台 . 错误!未定义书签。 4.2.6. 数

3、据显示系统 . 错误!未定义书签。 4.2.7. 运行平台 . 错误!未定义书签。 4.3. 系统性能 . . 错误!未定义书签。 4.3.1. 数据库容量 . 错误!未定义书签。 4.3.2. 数据查询时间 . 错误!未定义书签。 4.3.3. 读写速率 . 错误!未定义书签。 4.3.4. 系统安全性 . 错误!未定义书签。 4.3.5. 系统稳定性 . 错误!未定义书签。 4.3.6. 系统可操作性 . 错误!未定义书签。 4.3.7. 系统可维护性 . 错误!未定义书签。 4.4. 系统环境要求 . . 错误!未定义书签。 4.4.1. 系统网络环境 . 错误!未定义书签。 4.4.2

4、. 系统平台选型 . 错误!未定义书签。 4.4.3. 系统的软件 /硬件设备 . 错误!未定义书签。 4.5. 关键技术 . . 错误!未定义书签。 4.5.1. 动态建模 . 错误!未定义书签。 4.5.2. 面向工程的试验数据管理技术 . 错误!未定义书签。 4.5.3. MapleTree 运行平台 . 42 4.5.4. 动态门户技术 . 错误!未定义书签。 4.5.5. 标准的访问接口封装技术 . 错误!未定义书签。4.5.6. 基于角色的权限管理策略 . 错误!未定义书签。5效益分析及成果展望 . . 错误!未定义书签。 5.1. 效益分析 . . 错误!未定义书签。 5.2.

5、成果展望 . . 错误!未定义书签。 6结论 . . 错误!未定义书签。1 前言潍坊柴油机厂是国家内燃机研发、制造、销售重点骨干企业,其产品广泛应 用于重型汽车、大客车、工程机械、船用、发电等大功率动力配套市场。目前,试验技术中心承担了很多部件、产品的试验任务,每年有上千个试验 项目,产生很多数据,这些数据是产品验收、质量追溯的依据,目前试验技术 中心的试验数据存在以下问题:1. 试验数据分散独立;2. 试验信息缺乏完整性;3. 试验信息缺乏标准化管理;4. 试验信息缺乏完整的管理体系;5. 试验数据及试验配套信息之间缺乏集成;6. 试验数据的安全性缺乏整体部署;7. 试验信息缺乏一个整体的系

6、统平台;8. 试验数字化远远落后于设计、制造的数字化。在信息时代的今天,利用先进的信息技术来实现试验数据的管理、试验过 程的管理必将大大提高环境试验的效率,加快部件、产品的研制进程。锐峰协同测试技术(北京有限公司是目前国内最大的为国防工业提供系统 工程综合解决方案的高新技术公司。 公司根据用户的试验测试业务, 提供一套完 整的试验全生命周期数字化解决方案 TDM3000。 采用“基础平台 +专业应用” 工作模式, 紧密结合客户的典型试验管理流程, 在企业级试验信息平台上集成试 验设计、 试验测量控制、 试验数据库、 试验现场检测、 试验分析处理、 试验管理、 试验评估等应用, 可以有效解决以上

7、存在的问题, 全面提高试验各阶段数字化水 平。锐峰协同在长期的实践工作中, 逐渐形成了一套针对测控系统的有效解决方 案。 可将所一级的多个实验室的多个试验设备集成于一个试验平台。 并将各试验 设备采集的数据转换为标准数据格式加以保存,统一管理,以备后期查看调用。 同时实现对试验数据和试验现场的实时监控和网络发布等功能。2 系统需求分析经过多次沟通交流,形成了对系统功能需求的相应理解和相应的技术方案。 用户需求如下:1. 试验过程中所有信息的完备保存, 包括试验数据、 试验产品、 试验设备、 试验人员等配套信息的关联关系;2. 具有规划仿真试验项目的功能,实现试验任务分解,提高试验资源的管 理能

8、力,对试验设备、试验产品等资源进行统一合理的管理;3. 对所有试验数据采用统一的数据格式进行管理;4. 提供可扩展的分析平台,实现对仿真数据的分析;5. 提高试验过程的自动化水平,实现试验报告的自动化生成;6. 实现与 PDM 系统的交互;7. 提供丰富的查询与检索功能, 支持多种查询方式, 提供树型导航检索功 能,实现快速的导入、导出,具有打印功能;8. 提供一个安全可靠的环境,确保试验数据完整、准确、无误存储;9. 提供基于角色分配的权限控制策略,实现人员权限的管理。3 系统概述3.1. 主要功能结合用户的需求,潍柴试验数据管理系统的主要功能如下:1. 系统提供丰富的试验数据中心,实现试验

9、数据、试验仪器设备、试 验文档等试验相关信息的存储和管理,实现试验数据的完整存储, 使实验数据完备、可追溯;2. 系统提供强大的项目管理工具集,实现项目规划、试验任务分解、 项目汇总等功能,保证项目有序进行,提高项目管理能力;3. 提供试验数据导入到处工具、实现试验数据格式统一。4. 系统提供统一的分析平台,数据处理工具集、算法容器、数据有效 性分析工具及数据分析工具集使数据分析处理人员能够更方便的处 理试验数据,也使数据处理过程更加标准化、规范化;5. 系统提供的显示系统具有快捷的报告 /报表自动生成功能,使试验报告准确、高效快捷,丰富、直观的显示工具使试验人员脱离枯燥、 繁复的数字,使得试

10、验数据更加容易理解;6. 提供第三方软件接口,实现与第三方软件的高效集成;7. 试验数据工具集为用户提供丰富的数据查询、检索、统计等功能, 工具集中导入 /导出工具、试验项目数据打包工具实现了试验信息的 快速导入、导出、下载;8. 通过面向工程技术应用的网络协同基础平台 (MapleTr 提供的权限 服务、加密服务、日志服务、个性化管理等服务,实现系统的运行 支撑,提供数据安全和系统管理等功能;9. 通过基于 Web Services 的程序接口进行构建整合,实现现有应用和 将来新的应用系统的数据交流和共享。3.2. 系统硬件组成系统物理结构的核心是:SQL server数据库服务器和 Web

11、 服务器。 其中 Web 服务器主要运行基础平台(MapleTr 之上的 Web 应用以及 Web Services,通过 访问 SQL server 数据库服务器,对外提供访问接口。其它应用系统和客户端只 要建立了局域网连接,即可访问动态门户。系统初步拓扑图如下:第 5 页第 6 页 试验台试验台试验台主任办公室 分析人员操作人员3.3. 系统软件功能组成4 TDM3000数字化试验平台4.1. 首页主界面 4.2. 软件描述TDM3000数字化平台将系统试验任务的测量、控制、管理有机的结合起来; 将试验任务的环境数据、测试过程数据完备地、 有序地存储起来; 提供了丰富的 应用平台,建立了完

12、善的信息通道。通过 TDM3000还可以实现以下功能:试验任务进程实时地在线监控试验数据的远程传送和远程监控试验数据、试验环境数据、条件数据的实时采集入库大型试验任务指挥调度直观、轻松、准确试验任务规划,试验任务综合管理设计试验报告自动生成试验数据和试验信息分类查询试验数据综合处理历史数据挖掘处理第 7 页锐峰协同 第 8 页3.2.1.综合测控. 模块组成. 网络拓朴结构图各个试验室均由控制和数采系统及智能仪表组成。工控和数采系统与数据库 服务器的交互可采用以下几种方法: 直连。 若测控系统支持 TCP/IP协议,即提供 LAN 接口, (如 SIMENS 、VX

13、I 等可直接通过以太网通讯。 OPC 技术。 OPC 是一种工业控制领域的开放式标准, 它在工业控制设备与应用软件之间建立了统一的软件接口标准。硬件厂商为生产的硬件设 备提供驱动程序,编写 OPC 服务器程序,按照 OPC 标准开发的客户应 用程序读取数据的方法有两种,第一种是读取 OPC 服务器缓冲区锐峰协同(Cache 中的数据,获得过程或设备运行参数;第二种,对于实时性要 求比较高的设备数据,可直接读取设备(Device 中的数据。串口通讯到以太网的转换。 有些智能仪表支持串口通讯, 如 RS232C/485方式。 可将这类智能仪表分类组成一个或几个 485网络, 安装 TDM3000的

14、 PC 机做为主机,其它仪表做为从机。主机通过总线按照通讯协议向 从机发命令读取数据。 如果 485网络超过 2个的话, 可以安装多串口卡。 示意图如下: 为了保证不同试验楼的数据在传输过程中不冲突,各个试验楼可以设置自 己的子网再与主干网相连。 由于各大厂商的产品的通讯协议各不相同, 所以必须 有不同的配置,因此 TDM3000的综合测控模块需要对每个仪器都进行软件上的 设置。各个试验楼也可配置一台高性能的 PC 机作为主控计算机,负责对试验台采 集的设备进行配置、采集、控制和运行监控、数据转发等,也可将数据暂存于现 场数据库。. 配置总表配置总表中可以浏览相关配置信息:通道配

15、置表信息,采集设备配置表信息等。 第 9 页 . 本地测控本地端可完成现场实时监控、采集数据等正常操作,甚至还可以完成数据即 时处理、分析、显示等操作。试验原数据或处理数据可存于本地数据库,也可通 过网络存于数据库服务器。界面示意图如下: . 网络测控通过网络化信息管理平台,实现对采集系统的远程控制和实时监控,实现试 验任务、 试验资源和试验数据的统一高效管理, 试验数据可靠采集、 传输和分析。 界面如图 . 远程发布进入远程发布后,可以根据当前电脑显示分辨率进行调整查看的大、中、 小 模式。接着进入远程发布页面,如下图: 系统会自动从网络中读取正在发

16、布的试验信息,并在首页中显示出来。如图 点击通道选择按钮弹出通道选择窗口, 选择好通道后, 会在页面中将数据显示出锐峰协同来。. 试验时钟同步技术分布式测控系统中 , 由于网络传输时延,系统收到的数据信息已经不是被测 对象当前的信息。时钟同步使各子系统在同一时间基准下接收到命令或获取试 验数据。时钟同步的方法主要有硬件同步,软件同步。. 远程桌面控制系统可以观察远程计算机的桌面,控制被控端计算机的鼠标和键盘。达到 远程测控的目的。通过远程桌面可以主控端和被控端两端操作被控端、主控端单独操作被控 端、被控端单独操作被控端、一个主控端可以控制三个被控端,可以在三个被 控

17、端观察界面中切换。操作界面如图: 3.2.2. 显示平台. 组态显示通过定义数据通道、显示方式、组合方式、图表格式信息,实现试验数据 的灵活显示。 系统提供曲线控件、表盘控件、表格控件、滑块控件、直方图控件、数字 框控件等多个组态控件。 图十五、控件显示示意图 . 网络显示网络用户可以通过授予的权限在网络上看到相关的信息。. 超大试验数据(2G 快速显示处理采用工程数据访问机制(EngTDS 、和大数据专门处理模式(流式、分段、 压缩后, 可以实现:1提供任意规模数据的及时播放,播放启动时间, 2-5秒 2提供播放中途任意时段的跳转,跳转反应时间, 3

18、-6秒3.2.3. 分析处理(ODPP ODPP 是一种开放式的数据处理平台,采用 C/S模式保证交互操作,连接数 据库,与系统紧密集成。ODPP 通过提供数据处理程序访问模型 DPAM 实现算法的可扩展、可重用, 实现对工程数据的处理和分析;结果的可视化, 并形成分析报告; 提供用户开发 扩展数据处理、数据分析算法的手段。. 模块组成 . 主界面 . ODPP 原理图 .1. 预处理工具包 在试验的过程中, 产生大量的试验数据, 需要对这些试验数据进一步的处理 加工,使之能够更好的为科研服务。从数据处理的角度:数据转换:将原始数据转化为

19、工程单位,或者将直接采集来的试验数据 经过处理转换为进一步的计算结果的过程称之位数据转换;奇异值筛选:由于某些异常原因,试验过程中可能出现异常点,在数据 处理时应对数据进行合理化检查,并将具有粗大误差的数据剔除或标 注;数据提取:根据用户的需要将用户感兴趣的部分数据提取出来,用于进 一步的处理。数据处理可以大大的减小数据处理量,提高数据处理的速 度。实际上数据提取和数据处理是一个迭代过程,因为用户需要从处理 的结果数据中进一步提取结果数据,用于进一步分析;重采样:重采样是指对数据进行抽取处理,以降低采样速率来提高运算 速度;插值:将源数据通过软件插值的方法提高采样率,便于进一步分析; 去除偏置

20、:偏置为原始数据包含采集到的正式试验前的冗余数据; 截断:截掉原始数据中的部分数据。.2. 基础算法库时域分析。频域分析:FFT 、傅立叶变换、自相关函数、互相关函数、自协方差函数、互协方差函数、相干函数、传递函数、互功率谱、自功率谱。 统计分析:低阶分析、高阶分析、回归分析。 FFT 算法示意图积分微分算法示意图 峰峰值算法示意图自谱示意图 统计示意图.3. 算法容器由于数据处理方法很多,而且很多的数据处理程序都是由用户自行开发的, 因此, 本系统提供数据处理框架, 允许挂接用户开发的试验数据处理程序 (C、 VC 、 VB 、 C+ Builder、 Fortr

21、an 、 Matlab 。数据处理框架通过标准接口和协议,完 成数据、 程序界面以及应用上的全面集成, 用户数据处理程序可以方便地、 无缝 地整合到系统中。 .4. 算法编辑器利用算法编辑器来编辑各种算法, 算法编辑器中的基本算法包括:三角函数, 指数,对数,积分,微分,加减乘除,平均,各种括号。锐峰协同 . 报告定义生成 报表定义生成1 锐峰协同报表定义生成 2报表定义生成 33.2.4. 试验管理试验管理是对试验中所有要使用到的资源进行统一管理的模块。 包括增、 删、 查、改等常用操作。. 模块组成. 组成部分资源管理试验资源管理的主

22、要目的是为了正确记录试验设备及仪器的使用状态等试 验信息。 试验资源主要是指试验的设备资源等内容。 试验的状态包括试验的校准 情况、配置情况、试验环境等,同时还有设备仪器的使用日志等。试验资源的管理可以有效地提高试验的水平,例如对于一些重要的试验,可 以选用条件较好的试验设备仪器,提高试验成功的概率。 项目管理项目管理的侧重点在于项目的准备, 例如:试验任务的分解、 人员 /资源的分 配、完成的结果等方面的内容。包括新建、编辑、浏览、查询、下载等操作。项目总览 项目管理试验流程流程管理更加侧重于流程的执行过程,是专注于试验文档的签转。试验过程 是个复杂的多场地、多人协调的过程, 流程管理的侧重

23、点就在于让正确的人, 在 正确的时间,作正确的事情。 但是管理也不能太严格, 毕竟在试验过程中流程是 经常改变的。因此,流程管理一定要具有灵活性。 试验流程 甘特图3.2.5. 数据管理数据管理是对试验中所有要使用到的数据进行统一管理的模块。 . 模块组成 . 组成部分 数据浏览 全数据树配置 试验文档管理 锐峰协同搜索工具 机械部件三维图与数据库的关联TDM3000系统采用工程图纸浏览控件实现二维、三维工程图样的管理及显 示功能。部件的三维图样可以与数据库的数据相关联。 3.2.6.总 览总览是对试验中所有的资源,如数据、项目、设备型号等进行统一管理的模 块。锐峰

24、协同 . 模块组成. 组成部分数据总览 锐峰协同 项目总览 . 型号总览 锐峰协同3.2.7. 知识中心知识中心是对试验项目中所要使用到的试验规范、公式、算法、试验报告模 板等资源进行统一管理的模块。. 模块组成 . 组成部分试验规范 算法管理 公式管理报告模板管理3.2.8. 数据接口数据接口是实现试验中使用到的数据与外部其他应用程序数据间的无缝连 接。示意图如下: 锐峰协同. 模块组成. 组成部分数据导入导出结构化数据导入结构化数据可以通过表格方式存储在关系型数据库中。通用格式导入利用数据导入过程中提供的图

25、形化预览功能,用户可以对导入的数据进行基 本的野点和趋势检查 (如数据突变, 数据上升或下降趋势, 数据的连续性等检查 ,锐峰协同以便于在发现不符合数据信息时能立即停止对数据的导入, 确保导入数据库中数 据的准确性。专用格式导入对于二进制原始采集文件, 通过原设备厂商提供的文件格式说明 , 实现相应的 原始数据文件解析工作。数据导出数据导出允许用户以文本文件、 Excel 文件、 Word 文件、 xml 文件, matlab 等格式将数据导出。 本系统还提供了数据导出格式定制接口, 可以按照用户的需 求定制用户需要的导出文件格式。数据导出PDM 系统的交互在 TDM 系统中,可以预留 PDM

26、 接口,做到与所内数据管理系统的无缝连 接。 这需要与 PDM 厂商以及用户一起交流之后, 综合 TDM 和 PDM 系统的权限 管理策略,确定接口模式。根据我们的经验,接口形式可暂定为 Web Services 。 Web Services 是用标准 的、规范的 XML 概念描述的。该接口隐藏了实现服务的细节,允许独立于实 现服务基于的硬件或软件平台和编写服务所用的编程语言使用服务。 这允许并支 持基于 Web Services的应用程序成为松散耦合、面向组件和跨技术实现。 具体为:由 TDM (.Net 平台系统按照业务需求进行编程提供相应的 Web Services , 然后 PDM(J

27、2EE平台 系统通过调用该 Web Services接口传入数据 , Web Services 将相应的数据写入 TDM 的数据库中,实现跨平台的数据交换。 图1 图 23.2.9. 系统工具系统工具是完成整个试验平台管理、配置等功能的各子模块的集成。3.2.10. 模块组成 3.2.11. 组成部分系统管理系统管理包括角色管理、权限管理、用户管理、日志管理、消息管理等子模 块。 角色管理 日志管理 锐峰协同人员管理 智能部署锐峰协同 应用工具中心 后台管理工具 锐峰协同. 配置工具中心 开发注册工具 系统模块配置5 运行环境系统的软 /硬件设备系统对于设备选型的需求包括 :服务器:数据库服务

28、器采用 SUN 公司的服务器平台,应用服务器采用 PC Server ;用户终端:PC 机;网络设备:带宽在 100mbps 以上;应用开发平台或工具:a 应用程序运行平台:MS WINDOWS SERVER, MS .NET Framework 1.1b 试验数据服务器运行平台:Solaris 9.0c 试验数据库服务器: SQL Server 2005d 应用程序开发:MS VISUAL STUDIO.NET, C#, VC+系统网络要求支持 TCP/IP协议网络的通讯带宽 (能力 :100mbps 以上;网络支持数据广播;系统安全性系统安全性需求包括 :网络安全:网络安全依托于局域网络安

29、全策略;实体安全:设备的实体依托于整体实体安全策略;用户操作访问:1. 系统应该有防止用户误操作的机制,例如:删除提示,数据修改提 示等;2. 系统应该提供用户对于系统访问的安全控制,其中包括:定义受控 资源,定义用户权限,定义用户组,定义角色数据安全:TDM3000 系统支持两种备份,增量备份及全部备份。系统稳定性系统的稳定性需求包括:数据采集的稳定性:在系统进行数据采集的时候,要保证数据的安全,最低 的要求试验数据能够存储在试验设备里;网络稳定性:系统最大同时工作的主机数量不能低于5台;TDM3000 系统容错需求a 要求系统能够识别重复试验数据的导入;b 要求系统能够对用户错误的操作提示

30、;系统可操作性系统的使用操作需求包括:TDM3000 系统的用户操作环境为:WINDOWS 平台,采用浏览器方式。 TDM3000 系统应该为用户提供使用手册。TDM3000 系统应该为用户提供联机帮助。系统可维护性系统的可维护性需求包括:TDM3000系统需保留所有建设过程中产生的工程技术文件资料、备忘。 TDM3000系统提供用户完善的安装配置工作报告及操作手册。TDM3000系统提供维护管理手册。TDM3000系统提供故障处理及应急救援手册。系统可扩展性系统的可扩展需求包括:TDM3000 系统在应用规模上的至少能够扩展为多个研究室。TDM3000 系统在应用功能上的扩展包括:a 数据处

31、理扩展b 数据类型存储的扩展c 数据显示方法的扩展d 仪器设备配置及驱动的扩展6 关键技术试验数据管理平台(MapleTr MapleTr ,是一个面向工程应用的开发及网络协同平台,提供了系统的基础 框架和开发环境,支持中大型企业级的信息化平台。 Mapletr 提供用户注册及权 限管理、日志服务、安全服务、工具集成中心、备份服务等内容,为整个系统的 运行提供稳定、可靠、易扩展的基础服务。面向工程的试验数据管理技术根据试验数据自身的特点, 为了保证试验数据存储的安全、高效性,系统采 用了大型关系数据库和海量文件系统结合的策略。 用大型关系数据库, 存储结构 化试验数据信息(数据量少、查询要求高 ,保证存储和查询的高效性;同时, 用海量文件存储系统, 存储非结构化的试验数据信息, 确保对非结构化数据存储 和访问的安全、高效性。试验流程及项目管理提供流程定义工具来完成试验流程定制, 支持流程模板的管理; 通过项 目管理实现试验任务的分解,工作包的分发, 工作包执行状态的显示, 从而确保 试验任务的正确,有序