试验数据管理系统的实施及应用研究

宋平　刘太锋

【摘 要】本文从信息管理系统开发者的角度出发，按照数据管理系统开发程序，对系统开发过程框架进行了设计，对开发要点及关键技术进行了特别说明，对相关试验室管理系统的建议具有借鉴意义。

【关键词】数据采集；数据整理；数据分析

0 引言

随着环境试验技术的不断发展，试验类型和试验任务在不断增加，产生越来越多的试验数据，庞大的数据量给统计和分析带来困扰。以往实验室试验人员每月对试验流程卡和实验记录的整理都需要花费大量时间，且整理好的纸质文档并不方便查阅，且纸质文档容易丢失，损坏、常会造成试验数据的不完整，给科研工作造成诸多不便。为了改善这种状况，实验室开发了试验数据管理系统，通过试验室数据管理系统可以进行试验任务下达、任务管理以及试验过程监控。可以有效地对复杂试验数据统计进行查阅、统计、分析，并提高实验室管理水平和工作效率。

1 用户需求分析

根据对试验业务的需求分析和整理，以数据驱动促进业务决策为总体目标，用户主要需求如下：

1.1 试验参数的实时监控、试验流程状态监控；

1.2 试验参数记录的存储、检索、查询；

1.3 试验设备状态监控、校准/检定提醒；

1.4 试验时间统计，试验操作人员工作量统计；

1.5 试验报告的自动生成；

1.6 试验人员、试验委托单位、试验设备的关联性和一致性统一管理等；

1.7 试验数据的入库管理和分析。

2 业务工作流程分析

试验工作流程图如图1：

3 数据流程图分析与设计

根据用户需求和试验工作流程图，系统数据流程图如图2：

4 系统设计

4.1 系统设计原则

以试验业务实际为牵引，注重系统技术先进性，确保易操作性、维护灵活性、可扩展集成性、安全性和可靠性。

4.2 数据库设计

表格设计：本试验系统设计有试验人员信息表、试验设备信息表、试验产品信息表、试验委托单位信息表等；

数据词典设计：对信息表各字段进行定义，确定数据类型和属性；

数据功能设计：根据用户需求，各信息表具有查询、检索、录入、删除等功能，各表通过关键词进行关联。

4.3 统模块设计

试验数据管理系统主要由试验任务管理、知识管理、资源管理、数据管理、采集程序等功能模块组成，如图3所示。

4.3.1 任务管理

任务管理模块是整个试验数据管理系统的第一环节，分为任务立项与分解、任务执行、任务监控三个子功能。主要负责对试验任务的下达，由系统管理员将产品试验任务创建后，设备操作人员按照试验任务参数条件设置程序，启动试验设备对产品进行试验。例如进行振动试验时，操作人员打开采集系统，选定振动台，进行试验任务配置，然后启动记录采集程序，开启振动台进行试验。此时数据采集系统将对试验过程参数实时监控、采集，记录和存储。

4.3.2 知识管理

知识管理模块中包含试验标准、质量体系文件、作业指导书三个子模块。试验标准模块具备录入、查询、检索、删除功能，由资料员定期将相关现行的试验标准，包括国标、军标、行标和各类产品的试验大纲等录入系统，并及时更新，供相关人员查阅。为试验工作提供依据和支持，如图4所示。

4.3.3 资源管理

资源管理模块包括设备信息管理、人员信息管理、委托单位信息管理三个子模块。设备信息管理包含设备状态管理（空置、运行中、维修中等）和试验设备属性（设备名称、编号、校准日期等）两个下属模块，通过该模块可设备资源进行调配，也可对设备使用频率和运转时间进行统计，极大提高了工作效率。人员信息管理则可以对试验工作人员的信息进行检索，可以按人员姓名对试验任务进行统计，为人员管理和考核提供依据。委托单位管理可以按委托单位对试验任务进行统计，为试验任务来源分析提供支持。

4.4 数据管理

据管理负责对试验全过程数据及相关信息的管理，可以将数据按一定结构进行组织览、查看、查询，并可以将数据进行对比分析。可以对已采集的试验数据可根据试验项目、试验设备、操作人员、试验编号等进行分类浏览、查阅、统计，根据试验工时单价，可以计算人员、设备和整个实验室的月度、季度和年度产值，极大提供高统计效率和准确度，并生成统计报表。

5 通讯设计

5.1 数据访问接口

数据管理的核心策略是通过统一定义的试验数据格式及接口，实现各类格式试验数据的统一化管理。在统一数据格式的基础上，提供统一的试验数据访问接口服务，所有针对试验数据的访问均通过数据访问接口来完成。

访问接口体系由访问接口服务平台、服务注册中心和数据交换代理三部分组成。

5.2 数据转换

系统提供对历史数据的管理和复用。基于统一定义的数据格式，提供数据转换工具实现统一的数据入库功能。本系统采用支持对现有的Excel格式的各类试验运行过程数据和试验结果数据的模板化转换方式。

5.3 采集程序

采集程序是整个数据管理系统中最核心最重要的组成部分之一，它在产品的整个试验过程起到实时监控和数据采集两个功能。管理系统与被试验设备之间采用R232和USB端口和网线形成物理通讯网络。目前试验室占地面积约3600平方米，拥有各类試验设备七十余台，实时监控功能可以使操作人员在监控室内即可对设备运行状态是否正常进行观察，有效地提升工作效率。数据采集功能则对试验后的数据分析提供支持，通过数据采集和一直观的看到整个试验过程中的运行曲线，这些曲线包括温度、湿度、气压等试验数据。

5.4 通讯网络设计

试验设备的测控和数据采集（DAQ）采用统一的设备接口规范，针对每种试验设备的软件接口进行开发。在实际应用中，采用主控端加采集端的分布式框架，以提供足够的业务适应性和扩展性。在这种模式下，即可仅启动采集，实现针对部分设备的单点采集，也可用一个主控端加多个采集端协作采集的模式，支持多个试验任务采用不同设备同时进行采集和数据入库。

6 用户界面设计

本系统采用大方、美观友好的用户界面，彩色选择考究，满足用户操作舒适性要求，有效降低用户疲劳度。

7 源代码的编写

采用可视化编程语言，大大提高了编程效率。

8 硬件配置

由于本系统投入使用后，试验数据越来越多，故配置了一台高性能服务器；由于试验室场地较大，配置了4用户终端。

9 功能扩展

该系统设计框架留有若干可扩展接口端，通过简单的编码即可实现扩展功能。目前，该系统已和视频监视系统完成对接，实现了试验过程的可视化、数字化。

10 结论

实验室试验数据管理系统的成功应用，有效实现了试验记录的无纸化、试验过程参数监控的集中化、试验工时和产值统计的信息化，试验数据分析的信息化和形象化，极大提高了工作效率，确保了试验记录的完整性和准确性，对提升试验室的管理水平具有重要意义。

【参考文献】

[1]吉立库.试验信息系统建设方案与项目风险分析[D].电子科技大学.

[2]黄欣.基于新形势下企业信息化管理的研究[J].电子测试，2016-06-14.

[责任编辑：田吉捷]