現代車輛技術水平的發展是與試驗測試手段及方法密切相關的，試驗測試的根本目的是全面詳實、科學準確地對試驗數據進行系統記錄及高效管理，為科研生產中的故障再現、故障分析及改進設計（仿真）提供完整的試驗數據支持，從而形成仿真-設計-試制-試驗驗證的閉環。隨著現代試驗測試手段及設備的不斷發展，一個新車型的研發要進行成百上千次的各類型試驗，將各種類型、繁復的試驗資源及手段進行系統優化，構建系統的全周期試驗研究數據管理系統成為車輛研發的必然趨勢。
1 系統主要特點分析
車輛研發階段進行的各類試驗類型眾多，差異性很大，均在不同的試驗室（臺架上）進行，一般包括整車外場試驗室、碰撞試驗室、NVH試驗室、發動機試驗室、底盤部件試驗室（含傳動、轉向等）、環境試驗室、電磁兼容試驗室、道路模擬試驗室（含減振器、車架、結構件等）、車輛附件試驗室（含車門、座椅、安全帶等）、電器試驗室以及燈光試驗室，等等。各類試驗設備更是繁不勝舉，各種試驗均產生了大量的試驗數據，這些試驗數據對于產品型號研制具有非常重要的價值，只有建立對于試驗數據分析及試驗過程管理的成熟、專業的管理平臺，才能有效地解決由于各試驗室相對比較分散，試驗資源與試驗數據上缺乏有效統一的管理帶來的容易出錯、安全保密性差、數據利用率低、無法進行有效系統的數據分析及容易造成數據的丟失和浪費、信息傳輸和共享困難等問題。
全周期試驗數據管理系統以產品特性分類，以試驗任務為主線，以試驗子任務為基本單元，以試驗底層節點臺架為原始數據源，實現試驗設計可調性、試驗流程可控性、試驗數據可溯源性及試驗全信息可復現性，由此產生的各類海量的試驗數據信息，在車輛研發、試制及改進的全過程中，將充分發揮設計驗證作用和輔助設計功能，將提供有效的試驗數據作為科學分析的基礎，為數字化、網絡化、集成化的設計與驗證體系的建立打下良好的基礎。
全周期試驗數據管理系統不僅僅包含試驗研發體系，還涉及到計量體系、質量體系、設備管理體系、標準管理體系等，是一個綜合應用平臺，其主要特點包括：試驗設計科學化、資源配置優質化、試驗管理流程化，試驗實施可控化，試驗臺（室）接口通用化、試驗數據管理動態化、試驗數據分析系統化、試驗操作規范化、任務管理自動化、試驗成果共享化，提高整個試驗管理流程的運行效率，逐步降低運營成本。
本系統應該充分考慮用戶對系統性能的要求，能夠在單機或多機集群的環境下運行，以適應不同用戶訪問量的需求，并且能很方便地實現在系統內的其它試驗室管理的擴展，為全周期試驗數據管理的擴展提供良好的基礎構架和開放式集成接口機制。
2 系統總體設計
2.1 系統設計中的關鍵因素
全周期試驗數據管理系統是一種多任務的并發管理系統，其研究和開發工作既要考慮緊密聯系于決策性任務，又要關注同時在多個不同的交叉部門之間進行統一的自動化試驗程序管理，構建柔性的、系統的、有效的試驗數據管理方法。在系統設計中主要包含3個方面的關鍵因素，即：試驗任務（方案）的設計、試驗任務（項目）的管理和試驗任務（項目）的執行（如圖1所示）。
圖1 試驗數據管理系統關鍵因索的關聯圖
試驗任務（方案）的設計主要是針對試驗具體案例進行理論性的分析，為達到預期試驗的目標提供理論基礎，如試驗方案設計的預期性，試驗參數定義及解釋、下層獨立的試驗單元、試驗臺詳細信息、試驗臺控制參數；同時，為試驗任務管理做準備。
試驗方案設計是內嵌式試驗流程系統的重要人工控制內容，也是試驗知識經驗庫的關鍵組成部分。這些具體的試驗案例被收集起來，進行系統綜合分析后，以不同的類別組成試驗項目庫，并可根據具體的需要進行靈活配置，為此后的試驗任務設計提供參考，為測試提供解決方案；并且能夠提供改進的、可重復利用的試驗案例，從而更好地、更容易地管理試驗測試過程。
試驗任務（項目）管理是一個科學規劃的過程，該過程是為了將試驗設計的各種要求，變成可執行的過程并程序化管理，項目管理是將理論可行的試驗設計方案轉化為現實可行的具體行動步驟，并對試驗任務進行明確定義說明，即：首先將一個試驗任務包括的一系列底層的測試單元和功能性測試進行層次定義；其次，將試驗項目參數定義與該此試驗項目需求進行合理匹配；最后，定義“試驗任務（活動）”，即主要對試驗流程（次序）進行定義，并能夠自動執行。
如果已經形成試驗項目庫，試驗任務管理可以根據實際需求在試驗項目庫中選定一個試驗主流程，為了完成功能性測試可以定義多個獨立的子流程，也可以根據實際情況對選定的流程進行合理的簡化。
試驗任務（項目）的執行就是在選定試驗臺及試驗配置后，按照試驗管理的要求，在不同試驗臺（室）、不同角色之間順序執行，同時，對試驗數據進行動態化管理、系統化分析、形成試驗報告，并最終形成試驗成果。
試驗任務（方案）的設計、試驗任務（項目）的管理和試驗任務（項目）的執行是互聯的雙向過程。
2.2 系統總體結構設計
根據車輛研發階段進行的各類試驗類型特點，該系統以試驗項目特性分類構成試驗類型庫（如新車型開發類試驗、驗證類試驗、專項檢測類試驗，等等），以各試驗子類為基礎單元，以試驗項目管理、試驗數據管理、試驗數據處理、系統管理為過程控制環節，實施多任務輸入管理；同時，通過試驗專家知識庫（如試驗標準、方法、體系等）、虛擬試驗管理（如模型及軟件仿真驗證等）、試驗設備管理及試驗計量檢定管理的雙向數據管理實現車輛全周期試驗數據管理（如圖2所示）。
圖2 系統總體功能結構
該系統的物理體系結構為基于B/S和C/S的3層體系結構（如圖3所示）。3層結構分別為數據庫層、應用服務層和客戶端層，這3層結構在物理上是可以隔絕的，分別運行在不同的計算機上，數據庫層采用Oracle/SQL Server關系數據庫，適用于海量數據管理，并具有良好的穩定性和擴充性。應用服務器層由數據管理應用服務和流程管理應用服務組成，其中包括TDM服務器，TDM工作流引擎，Microsoft ASP.Net服務和Microsoft IIS服務器。另外還包含TDM的集成接口，客戶端是與用戶交互的操作界面，其中系統管理工具、流程設計工具和數據導入工具采用C/S架構的Windows客戶端，數據查詢編輯和后置處理界面采用B/S架構的Web客戶端。考慮到大多數的用戶所需要的功能為數據查詢編輯和后置處理等，因而采用Web客戶端作為多數用戶訪問本系統的主要窗口，可以讓用戶方便快捷地完成試驗規劃、試驗配置、查詢瀏覽試驗數據、數據分析繪圖和試驗報告生成等工作。
圖3 系統物理結構示意圖
建立試驗過程的結構化數據管理的數據模型及有效實現是該系統總體設計的關鍵任務，設計遵循實現試驗設計可調性、試驗流程可控性、試驗數據可溯源性及試驗全信息可復現性的基本原則，同時，遵循去繁就簡的原則，在多類型的數據之間建立數據源類、繼承類、綁定類等多向的各種關系類別（如圖4所示，圖中箭頭的方向代表了數據源的流向和從屬關系。）每個數據類別均設置唯一型ID號編碼，標識確定的試驗任務的相關各類屬性（如新車型開發類試驗、驗證類試驗、專項檢測類試驗等各級子類），并用于各類數據的全周期檢索，這些信息包括任務來源、任務類別、試驗設備的配置、子任務的類型、試驗設備的校準、試驗任務的數據類型、試驗條件及方法，等等，經過定期地對各類試驗任務及數據的分析，形成專家經驗知識庫，構建新的試驗驗證模型進入試驗類型庫，同時用于指導新產品的開發分析及驗證活動。
圖4 試驗信息管理數據模型
3 試驗數據的結構設計
3.1 試驗數據的分類
試驗數據包括任務類數據、環境類數據、設備儀器類數據、試驗模型類數據、原始類數據及有效類數據。任務類數據定義了試驗任務的目的及過程控制的各環節（包括人員配置等），并最終完成各類數據的分析，形成專家知識成果；環境類數據定義并記錄了影響試驗任務的外界環境參數及這些參數的挖制過程；設備類數據定義并記錄了試驗任務的儀器設備配置、校準及使用等情況；試驗模型類數據是對試驗方法、標準及經驗的數學定義，其來源于專家經驗庫；原始類數據由試驗模型定義，直接產生于試驗的設備儀器，是試驗活動的第一手數據；有效類數據是經過科學分析處理后的原始數據。圖2和圖4揭示了各數據類型之間的相互關系。
試驗原始數據雖然是第一手的信息源，但如果沒有其他類型數據的輔助，就很難進行試驗分析、故障再現及溯源，這樣的原始數據也是沒有意義的。有效數據的結構處理分析則揭示了使用實際運用的試驗方法可能會出現3種情況，即有用、用處很少或無用、有害。有效數據是產品的研發、仿真和試驗分析中最常使用的數據。
3.2 試驗數據模型的建立
此處只討論原始類數據及有效類數據的模型建立問題，其他類別的數據模型在上述各節中均有論述。
車輛研發階段進行的各類試驗類型眾多，差異性很大，同樣由于各專業試驗測試設備均由不同的專業廠家提供，各家之間的數據格式也是千差萬別，一般包括的數據格式有：文本、二進制、ASCⅡ、LabVIEW、Excel、UEF、xml、HP SDF(*.SDF)、RPC-Ⅲ(*.RPC)、音頻文件(*.wav)、VMS(*.DAC)、Sun/SCI Unix(*.DAC)、SDF(*.SDF)以及由各專業企業自定的數據類型，而且，這些設備的端口往往不對其他產品開放，這就給產品型號的研制及數據的積累造成了很大的麻煩，為了解決這一問題，首先，將這些試驗設備的端口進行統型（或得到開放的端口IP及格式）；其次，解決動態測試數據的實時入庫；最后，根據這些數據的類型進行分類并建立相應的數據模型，以統一的形式存入系統中。
試驗測試數據的處理一般分為靜態測試數據（慢變信號）與動態測試數據的處理，其中動態測試數據的實時采集入庫是試驗數據管理系統面臨的重要問題。大量的高頻且需長時間采集的數據如要實時入庫會造成網絡的堵塞，系統的癱瘓，為了解決這一問題，系統采取本地上位機設置緩沖區，延遲入庫，同時，對于需要在線故障診斷的子系統，在本地上位機進行實時數據處理，對于遠程客戶端通過TDM服務器進行遠程監測。
根據原始數據的類型及用途，系統將試驗數據劃分為結構化和非結構化2種形式。結構化是指能夠進行解析處理形成數據庫表的數據稱為結構化數據，通過數據文件導入的方式進入系統，在系統中可以很方便地進行后續編輯、錄入、查詢、分析等工作；結構化數據同樣也存在不同的類型（如NVH類、發動機試驗類，等等），但其實現了系統內的多類型數據的統型，在系統內可以認為是同一類型數據。非結構化是指圖片、聲音、錄像等不需要分解的數據統稱為非結構化數據，系統是通過附件上傳下載的形式實現入庫。
試驗數據采集管理模塊，通過建立的結構化數據模型能夠將采集系統采集到的試驗數據或者經相關人員科學處理后的有效數據進行自動地入庫管理。隨著試驗數據結構的不斷變化和增加，可以實時調整數據模型以適應試驗數據的管理，靈活地定義各個數據之間的關聯關系，使數據之間關聯起來。
一個典型的原始數據經過結構化處理后的導入過程為：
1）采用讀取文本文件格式的方法讀取數據文件的內容；
2）找到數據文件中的第一個沒有“=”號的行，之前的行的數據存放在一個DataTable(dt1)中，當前行數據和跳過兩行的數據存放在另一個DataTable(dt2)中；
3）dt2中第一數據為通道名，數據文件第一列為空則在第一列補上“Time”，否則為無時間數據，不補“Time”；
4）dt1名稱為“數據條件”，共3列，其中一列為空，另兩列存儲數據文件的數據，名稱為“參數名”和“參數值”，數據以每行讀取的方式，讀入dt1為一行，以“=”為分隔符，分割成兩列存入dt1相應的列”；
5）dt2名稱為“數據”，列根據當前數據生成，名稱為“Column_”+“序號”，存儲數據的通道名和數據；
6）dt2中數據允許分隔符為“Tab鍵”、“英文逗號”、“分號”和“空格”，但通道名不能為空格分隔符；
7）將dt1和dt2加入到一個DataSet返回。
4 系統的實現及應用
根據以上總體設計原則和思路，完成了車輛全周期試驗數據管理系統的開發（如圖5所示）。在本系統的左邊有瀏覽數據的導航樹，點擊相應的條目可以把內容展開，點選相應的數據分類樹名字，即可在右邊顯示數據分類樹的內容，同時可以完成各項任務類的操作。在本系統的右邊有“首頁”瀏覽頁，點選相應的數據分類名字（或圖片），即可在右邊顯示數據分類的內容，如顯示打開“外場試驗室”就可以看到該試驗室進行的所有試驗任務數據。在系統Web頁面支持模糊查詢，可以根據需要查找相關結果數據。
圖5 試驗數據管理系統主頁面
5 結束語
全周期試驗數據管理系統的研究為現代車輛研發中的自動測試、分析及試驗數據管理提供了一個整體的試驗信息系統平臺；在系統結構設計及試驗數據管理方面提出了有價值的解決方案；在多任務的綜合性試驗管理中，對解決試驗數據分散性、數據安全性、數據完整性以及實現仿真結果和真實系統試驗結果一致性驗證、數據挖掘及數據共享等諸多方面具有一定的參考作用，同時，也為充分發揮試驗資源的作用提供了一種有效途徑。
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本文標題：全周期試驗數據管理系統研究
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