1 前言
從引進技術生產(chǎn)時速250公里的高速動車，到自己開發(fā)出時速380公里的高速動車，在代表軌道交通最領先技術的高速動車領域，中國北車長春軌道客車股份有限公司用了七年時間，完成了從追趕者到領跑者的華麗轉身，在這華麗轉身的背后離不開企業(yè)技術人員的自主創(chuàng)新研發(fā)及不計其數(shù)的試驗。試驗是產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造、直至維修保障過程中必不可少的重要測試環(huán)節(jié)，它是保證產(chǎn)品性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力的重要手段。試驗技術和試驗數(shù)據(jù)管理水平的高低，已成為衡量企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展及科研創(chuàng)新能力的一個顯著標志，是企業(yè)核心競爭力的重要體現(xiàn)。
目前，隨著軌道交通行業(yè)在國內(nèi)外的蓬勃發(fā)展，對列車總體技術的要求也在不斷提高，科研生產(chǎn)任務日益繁重，與之對應的試驗任務的數(shù)量、種類和復雜程度也在不斷增加。企業(yè)現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)管理手段和技術手段已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行的業(yè)務需求，突出表現(xiàn)為試驗測試數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)管理之間的不匹配。由于缺少先進適用的試驗數(shù)據(jù)管理手段，導致企業(yè)對試驗數(shù)據(jù)的維護和使用都非常困難，數(shù)據(jù)的完整性，安全性和共享性也難以保障，更無法進一步挖掘出埋藏在試驗數(shù)據(jù)中有價值的信息。試驗數(shù)據(jù)管理問題給企業(yè)的數(shù)據(jù)管理工作造成了非常大的壓力，正逐步成為影響企業(yè)科研效率的新瓶頸，嚴重制約了新產(chǎn)品的科研生產(chǎn)和創(chuàng)新發(fā)展。這些問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)試驗數(shù)據(jù)分散獨立，無法多人同時利用試驗結果，共享程度低，沒有繼承性；
(2)試驗數(shù)據(jù)缺乏完整性，對試驗得到的海量數(shù)據(jù)不能進行有效存儲，數(shù)據(jù)利用率低；
(3)試驗數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一轉換工具，無法對多種數(shù)據(jù)格式進行集中處理分析，尤其造成多種委外數(shù)據(jù)無法進行深層次的驗證分析；
(4)試驗數(shù)據(jù)分析處理手段欠缺，缺乏可視化數(shù)據(jù)對比分析及仿真分析工具，無法有效集成并持續(xù)優(yōu)化多年來積累的寶貴的專業(yè)算法和工具；
(5)試驗數(shù)據(jù)的安全性缺乏整體部署，無法有效防止不合法的使用所造成的數(shù)據(jù)泄漏、更改或破壞。
為了能及時、有效地解決企業(yè)在試驗數(shù)據(jù)管理中存在的諸多問題，確保其科研生產(chǎn)順利、健康地開展，必須在現(xiàn)有技術條件下，不斷改革創(chuàng)新，進而探索出一條適合企業(yè)在新體制運行下的試驗數(shù)據(jù)管理創(chuàng)新之路。
本文針對企業(yè)在試驗數(shù)據(jù)存儲、格式轉換、分析展示及規(guī)范化管理中出現(xiàn)的大量問題，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)管理的具體需求，通過開發(fā)引入試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，建立企業(yè)內(nèi)部權威的試驗數(shù)據(jù)資源庫，把所有的試驗數(shù)據(jù)和所有與試驗相關的信息和業(yè)務流程進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)試驗過程及數(shù)據(jù)的規(guī)范化管理，繼而推動企業(yè)研究成果的平臺化和繼承性。
2 試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)需求分析
產(chǎn)品研發(fā)過程包括設計、仿真和試驗三個階段，每個階段的數(shù)據(jù)特點都不相同，對數(shù)據(jù)所進行的處理方式和對結果的分析過程也都不相同，同時，各個階段都會產(chǎn)生大量的試驗測試數(shù)據(jù)。由于試驗數(shù)據(jù)的專業(yè)性、海量性以及格式多樣性，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方式很難滿足人們管理實驗數(shù)據(jù)的需求，基于以上對企業(yè)試驗數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀的分析，可以清楚地認識到建立統(tǒng)一、高效的試驗數(shù)據(jù)管理平臺已經(jīng)成為企業(yè)迫在眉睫需要解決的問題，因此，試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（Test Data Management，以下簡稱TDM系統(tǒng)）在實際需求中應運而生。
TDM系統(tǒng)是產(chǎn)品生命周期管理(PLM)的組成部分，它能幫助企業(yè)組建一個準確一致的試驗數(shù)據(jù)資源庫，這個資源庫圍繞“試驗”業(yè)務實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全生命周期管理。為了滿足試驗數(shù)據(jù)管理的需求和解決各種各樣的問題，TDM系統(tǒng)的設計需要滿足以下幾個功能的需求：
(1)任務管理
提供完備的試驗任務管理功能，包括試驗任務的創(chuàng)建、維護、進度查看、統(tǒng)計查詢等功能。同時把試驗過程信息和大量試驗數(shù)據(jù)有效的管理起來，方便各位設計師靈活的查詢這些信息，對試驗項目的管理主要是對項目涉及的試驗、人員、設備、文檔和數(shù)據(jù)等信息的管理。
(2)試驗管理
提供試驗流程定制、執(zhí)行、監(jiān)控、試驗查詢及故障管理等功能，包括對試驗信息進行添加，修改，刪除，授權，以及類型維護，日志維護等操作。提供試驗所需的工作流程，如試驗準備工作流程，試驗文檔審批流程等。
(3)數(shù)據(jù)管理
提供對試驗數(shù)據(jù)的存儲、分析及檢索功能，能夠?qū)Y構化和非結構化試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，包括原始數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)、結果數(shù)據(jù)等內(nèi)容。能夠根據(jù)試驗任務、試驗類型，建立合理的數(shù)據(jù)存儲結構，方便數(shù)據(jù)的查找和應用。支持多途徑查詢功能，適應于不同層面的應用人員從各個角度查詢與試驗相關的各種信息。
(4)實驗室管理
提供與各個研究室相關的各項管理工作，主要包括人員管理、規(guī)章制度管理、論文和成果管理、運行考核管理等，方便各試驗室日常工作的開展。提供豐富的試驗資源管理功能，包括試驗設備和試驗樣件的新建、修改、查詢、校驗和使用記錄等功能，需要對試驗設備的使用情況及試驗資源進行狀態(tài)管理，以實現(xiàn)試驗資源的信息共享和高效使用。
(5)數(shù)據(jù)分析處理
提供數(shù)據(jù)流程化分析功能，能夠?qū)?shù)據(jù)分析過程進行監(jiān)控，顯示運行進程、執(zhí)行信息等內(nèi)容，支持數(shù)據(jù)分析流程本地存儲、導入與管理；提供通用數(shù)據(jù)處理公式與常用分析算法，能夠?qū)?shù)據(jù)處理功能插件化封裝形成通用數(shù)據(jù)處理算子，算子編輯支持可視化；提供數(shù)據(jù)分析的可視化展現(xiàn)，能夠進行多媒體數(shù)據(jù)播放功能。支持操作用戶從各個維度、層面、力度的交互式分析、比較，提供靈活、豐富、美觀的展現(xiàn)形式。能夠?qū)Φ谌綄I(yè)分析工具及軟件提供標準、高效的接口支持。
(6)系統(tǒng)維護
根據(jù)不同層面的應用人員，建立合理的用戶、權限等系統(tǒng)管理功能。數(shù)據(jù)的上傳、修改需要審核，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全。建立數(shù)據(jù)日志，方便管理人員對系統(tǒng)進行使用和維護。
根據(jù)以上分析，TDM系統(tǒng)應集試驗數(shù)據(jù)管理、試驗任務管理和實驗室管理為一體，覆蓋“試驗準備”、“試驗執(zhí)行”、“試驗分析處理”和“試驗評估”全部階段，把所有的試驗數(shù)據(jù)和所有與試驗相關的信息和業(yè)務流程進行統(tǒng)一管理。TDM系統(tǒng)的功能結構，如圖1所示。
圖1 TDM系統(tǒng)功能結構圖
因此，構建試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的意義在于，通過TDM的實施和開發(fā)，企業(yè)應達到數(shù)據(jù)管理規(guī)范化、歷史數(shù)據(jù)可視化、試驗過程流程化，并能夠成為企業(yè)提高科研水平，縮短科研周期，降低科研經(jīng)費的源動力。
3 試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能的實現(xiàn)
TDM系統(tǒng)是一個統(tǒng)一的、可擴展的試驗數(shù)據(jù)管理應用平臺，通過多種數(shù)據(jù)采集技術，將分散的試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)一收集到TDM系統(tǒng)中，集中存放，統(tǒng)一管理，確保用戶可以很方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)多維度、多視圖的訪問和查詢，構造完整規(guī)范的試驗業(yè)務系統(tǒng)。該系統(tǒng)主體采用基于B/S和C/S的混合結構，表示層為網(wǎng)站平臺。基于Web service技術構建的中間件包括數(shù)據(jù)庫的操作和業(yè)務流程的控制。系統(tǒng)運行在Windows系統(tǒng)之上，Web服務器采用tomcat6.0，數(shù)據(jù)庫采用市場主流OraclelOg數(shù)據(jù)庫作為基礎的數(shù)據(jù)庫平臺。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫拓撲由系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫、文件數(shù)據(jù)庫組成。該系統(tǒng)的運行環(huán)境提高了客戶端與數(shù)據(jù)庫的通訊效率，成為了一個可以提供開發(fā)、運行和管理的良好的平臺。
要實現(xiàn)TDM系統(tǒng)的各項功能，必須通過必要的技術手段和工具在三個層面上對現(xiàn)有企業(yè)信息資源加以管理和控制，它們分別是：基礎數(shù)據(jù)層，實現(xiàn)對于實驗原始數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)及結果數(shù)據(jù)的存儲；業(yè)務應用層，實現(xiàn)業(yè)務邏輯和業(yè)務流程；綜合應用層，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的展示功能。TDM系統(tǒng)的體系結構，如圖2所示。
圖2 TDM系統(tǒng)體系結構圖
要實現(xiàn)TDM系統(tǒng)的各項功能，必須對試驗的流程進行梳理和優(yōu)化，對優(yōu)化后的流程進行電子化管理。該系統(tǒng)要求以試驗流程為主線，通過試驗流程的流轉把試驗任務中涉及到的各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)銜接起來，使其在產(chǎn)品研發(fā)過程中得到最高效的利用，從而實現(xiàn)試驗流程優(yōu)化和創(chuàng)新管理。具體來說，試驗數(shù)據(jù)通過專業(yè)光纖網(wǎng)從各專業(yè)試驗臺進行采集，然后通過TDM系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)集中存儲和統(tǒng)一管理，再利用數(shù)字化顯示系統(tǒng)進行試驗數(shù)據(jù)可視化展示、仿真數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)進行比分析，最后由TDM系統(tǒng)自動生成試驗報告。TDM系統(tǒng)流程圖，如圖3所示。
圖3 TDM系統(tǒng)流程圖
4 試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的應用
TDM系統(tǒng)的建設，不僅突破常規(guī)解決歷史試驗數(shù)據(jù)管理遺留的問題，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)管理規(guī)范化及可視化，而且通過精益管理實驗室、試驗資源及試驗項目，達到試驗過程流程化和研究成果平臺化，使得企業(yè)試驗資源得到持續(xù)積累，切實實現(xiàn)了試驗數(shù)據(jù)自主創(chuàng)新管理。具體來說，TDM系統(tǒng)的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)建立了測試數(shù)據(jù)實時采集、傳輸、控制平臺
系統(tǒng)通過測試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和測試臺數(shù)據(jù)采集軟件之間的交互，或者直接通過設備驅(qū)動獲取試驗數(shù)據(jù)和傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集、傳輸和存儲。系統(tǒng)提供設備資源的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)試驗設備的集中控制，支持改變以往傳統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)采集方式，提高測試數(shù)據(jù)的自動化管理水平。
(2)建立了統(tǒng)一的測試數(shù)據(jù)存儲平臺
將測試數(shù)據(jù)、測試文檔、測試資源采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲平臺進行存儲，能從海量試驗數(shù)據(jù)中快速獲取有價值的信息，統(tǒng)一試驗數(shù)據(jù)入口和出口，使得使用者可以在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺上進行各種數(shù)據(jù)操作，提高測試數(shù)據(jù)的利用率。
(3)建立了方便實用的測試數(shù)據(jù)操作、處理平臺
系統(tǒng)提供清晰、完善的數(shù)據(jù)組織結構，具備方便快捷的查詢功能，提供常用的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能，測試結果整理功能和報告智能生成功能，可以方便地完成日常的數(shù)據(jù)處理任務。
(4)建立了細致的測試數(shù)據(jù)安全保障體系
由于測試數(shù)據(jù)的特殊性，建立細致的測試數(shù)據(jù)安全保障體系是系統(tǒng)實施的重點。基于嚴格的權限機制實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全保護，建立管理層、業(yè)務層和操作層的權限管理機制。根據(jù)技術人員的不同權限來顯示不同的訪問界面，控制不同的數(shù)據(jù)瀏覽和操作范圍。
(5)建立了統(tǒng)一的試驗項目和任務監(jiān)控平臺
系統(tǒng)提供完備的試驗項目管理功能，使試驗項目管理人員和執(zhí)行人員可以快速完成試驗工作，及時解決試驗計劃沖突，合理配置試驗時間、試驗設備、試驗人員及其它試驗資源。具備試驗任務的啟動、執(zhí)行和監(jiān)控機制，清晰地了解各試驗任務進程，顯示檢測過程執(zhí)行情況功能，并能實現(xiàn)試驗過程追溯。
(6)建立了擁有完整專業(yè)模塊的試驗數(shù)據(jù)自動化管理平臺
系統(tǒng)在測試數(shù)據(jù)采集部分和用戶終端顯示部分分別提供了多種專業(yè)性較強的試驗數(shù)據(jù)分析模塊和大量的二次開發(fā)接口，尤其為歷史試驗數(shù)據(jù)及外場試驗數(shù)據(jù)提供了專業(yè)的分析管理平臺，通過積累大量的試驗數(shù)據(jù)形成專家?guī)旖ㄗh，實現(xiàn)了試驗數(shù)據(jù)的自動化管理。
TDM系統(tǒng)的成功應用，為提高產(chǎn)品可靠性提供了強大的數(shù)據(jù)支持，為新產(chǎn)品持續(xù)研發(fā)提供了必要的理論支撐，為高速列車研發(fā)，設計及安全運營提供必要的理論支撐和技術保障，是企業(yè)掌握核心技術、實現(xiàn)完全自主研發(fā)、引領技術創(chuàng)新的必要前提，為企業(yè)實現(xiàn)由粗放型到集約型、由傳統(tǒng)管理向精益管理的轉變奠定了堅實的基礎。
5 結束語
TDM系統(tǒng)的應用給試驗數(shù)據(jù)管理帶來了巨大的變革，它是現(xiàn)代企業(yè)經(jīng)營、發(fā)展中的重要一環(huán)，是提高企業(yè)運行效率，打造公司軟實力最有利的證明。并真正探索出一條適合企業(yè)在新體制運行下的試驗數(shù)據(jù)管理創(chuàng)新之路！
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本文標題：淺談TDM系統(tǒng)在企業(yè)試驗數(shù)據(jù)管理中的應用
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