数字化试验业务平台在航空发动机测试领域的应用和实践

1、 34Digital Military Industry 2009.6引言航空发动机是具有复杂气动力、热力和结构的动力装置,作为飞机最重要的组成部分,在其设计研制过程中,试验测试贯穿全寿命周期,是具有全局性的关键技术。试验测试在航空发动机研制过程中起着举足轻重的作用,没有大量高效的试验,就没有高性能的航空发动机。经过多年的发展,航空发动机试验测试取得了长足进步,理论和方法不断地丰富,试验设备逐渐增强。随着试验和测试的复杂化,试验中高性能设备越来越多,试验组织的密集度越来越高,试验数据呈爆炸性增长,这就要求人力资源、硬件资源要合理配制,试验过程要有效进行管理,过程信息要完整地记录,试验后要能够对

2、所有的信息进行有效分析和挖掘,这就给航空发动机试验数字化业务平台中的测试工程数据库带来了一个全新的挑战。一、应用背景、需求及系统选型中航工业航空动力机械研究所是我国唯一的集预先研究与型号研制于一体的中小航空发动机和直升机减速传动系统设计、试验基地。基于某在研国防基础科研项目的需要,提出建立航空发动机试验数字化业务平台、建立试验测试工程数据库系统,因动研所研究的发动机类型较多,因此对系统要求较高,需实现对各类发动机试验数据的综合管理。考虑到基础科研项目的特点,对系统的总体建设原则确定为不改变现有的基本工作流程,硬件投入最小化,软件功能最大化。对系统的主要功能要求归纳如下:(1满足试验数据实时分析

3、、实时入库、实时发布要求;(2可以实现各种复杂数据的关联查询,包括历史数据的查询。因为历史数据可能在数据名称等方面的规范性上不够完善,要求软件具备一定容错能力,能够把以前的历史数据关联起来;(3能适应试验参数的复杂查询和统计。试验设备众多,测量参数纷繁复杂,参数之间含有很多计算关系,数据格式也是多种多样;制定相应试验数据规范,实现各类数据灵活的关联查询、统计,实现试验信息的及时发布,并进行数据挖掘,发现数据潜在变化规律;(4能适应航空发动机试验数据的特点。试验时间从几个小时到上百个小时,数量庞大,突破记录条数超出数据库单表的存储能力;(5能适应发动机试车的管理特点。被测件的型号、编号管理;试验

4、人员的组织;试验现场人员的控制,试验信息的实时发布;数字化试验业务平台在航空发动机测试领域的应用与实践 中航工业航空动力机械研究所 单晓明 旷桂兰 孟凡胜 35数字军工2009年第6期(6完成两个涡轴试验台振动、动态、稳态、人工记录信息等各类数据的集成数据库管理,建立一套完善的发动机试验测试工程数据管理系统。航空发动机试验数字化业务平台设计的专业性要求高,特别是试验测试工程数据库底层需要基于动态建模的海量的数据存储技术、基于数据库的特殊索引技术、大数据快速地写入技术、连续时标索引技术等等,这些技术并不是普遍的IT系统能够满足的。试验数字化平台是与行业产品特点、企业管理特色紧密结合的信息化系统,

5、要求产品有良好的扩展性和灵活性,并要求供应商具备强大的技术研发和服务支持能力。2007年,经过多方调研,考察了有关高校、专业的研究所以及专业的数据库公司,最后确定采用锐峰科技的数字化试验业务平台TDM3000为基础进行个性化定制。二、系统布局系统布局包括系统内部布局、系统与前端测试子系统集成及与后端工程设计数据库集成三部分。在整体布局上,按照通用安全等级,通过防火墙将系统分为两个访问区域,即办公区和试验区。办公区和试验区相隔大概有两公里左右。数据库系统的服务器布置在试验区,车台有对应客户端,也可以拓展到其他车台的客户端。通过园区网可以连接到办公区测试部门的某一个点,通过定制客户端,可以实施在车

6、台上相同的功能,同时在将试验数据整理后,可以按照一定的规范,将整理后的数据融入到已有的发动机工程设计数据库系统。系统内部,分为服务端和客户端两个层面。服务端提供数据存取功能,保障数据安全和逻辑关系的正确。并且对所有客户端提供业务逻辑。客户端分为办公区客户端和试验区客户端。办公区客户端主要功能为远程发布数据的查看、数据浏览、处理分析及将报告数据上传到“发动机工程设计数据库系统”等。试验区车台客户端的主要功能为浏览试验项目、上传数据、浏览数据、数据处理分析等。稳态测试子系统将稳态数据通过TCP/IP形式发送至试验测试工程数据库系统服务器端口,系统获取数据进行实时入库(其他数据为事后入库。发动机工程

7、设计数据库系统是办公区内数据管理系统,侧重于型号设计过程存储全所各个部门多种数据,管理不同发动机型号的设计过程数据。三、系统构架系统的总体结构大致由以下几部分组成:试验测试工程数据中心、试验测试数据入库系统、试验数据监视系统、试验数据分析处理子系统。其中试验测试工程数据中心是系统核心应用,负责对试验数据及相关信息的管理,完成对试验及其相关信息的浏览、查询、统计等;数据分析处理负责对原始试验数据进行进一步的分析、判断;试验测试数据入库系统将测试子系统采集到的数据和以前试验形成的历史数据实时或事后上传至数据中心。在系统运行时,试验测试数据入库、试验数据监视系统和处理分析系统都是通过系统统一的接口访

8、问试验测试工程数据库,并且 接口采用了业界普遍认可的技术模式(S O A模式,即WebService+Http。系统总体结构如图2所示,系统总体应用流程如图3所示。四、系统功能航空发动机试验测试工程数据库系统的应用功图1 系统整体布局 36Digital Military Industry 2009.6通过数据入库工具,可以将稳态采集数据,按照试验项目、产品型号、测试参数的不同分类实时地导入到数据库中,方便用户的实时监视和后续应用。2.丰富的数据分析统计工具及报告生成工具提供实时统计、事后统计、固定统计和定制统计相结合的方式,能满足航空发动机试验海量数据的统计需求。提供针对超差数据的横向比对,

9、多次同类试验的纵向比对与分析,方便用户生成相应的统计分析结果和试验报告。3.试验远程监控监视端从入库工具中获得数据,在显示端以组态的方式显示实时的试验数据,为相关人员提供实时掌握试验状况的能力。4.快速高效的数据查询系统提供丰富的查询工具,对系统历年多批次数据进行全信息查询,方便用户对数据的跨试验查询和分析比对。五、系统亮点1.核心数据库结构设计满足了航空发动机试验的任务要求,通过动态建模、自动分表等方式支持了海量大数据存储。在试验过程中,试验产生的数据量是巨大的,如果把所有的试验数据存放到同一个表中,那么随着试验数据的增多,试验数据量的增大,数据表的压力就会无法负载。采用了动态生成试验表,可

10、以把庞大的数据分成若干个小表进 行管理,可以极大的提高性能。分表的原则是以特定通道数为一个单位创建一个表,把不同通道的数据放到不同的表中。 2.数据批量实时入库能力保证大量的、连续的、长时间的数据准确、快速地入库,通道数多达几百个,且存在试验通道不断增加情况,为了使试验过程中采集到的大量数据能够及时入库,系统采用了批量入库的策略。采集端采集到的数据,把多条数据打成数据包,以包的形式传输给服务器端,服务器端解析这些数据包之后,把多条数据以批量的方式一次性插入到数据库中,可以极大的提高数据入图3 系统应用流程图图2 系统总体结构能模块包括试验信息管理、试验件信息管理、试车台信息管理、导入模版管理、

11、列表浏览、全数据树浏览、列表查询、高级查询、图形化显示、算法分析、动态建表、动态修改表字段、用户权限管理、数据库备份、数据库恢复、日志管理等。1.稳态数据、振动数据、动态数据、处理结果数据入库稳态数据实时入库,事后入库为可选能力,振动和动态数据为事后入库;稳态数据分连续记录的数据和状态点数据,稳态数据参数包括采集参数和计算参数; 37数字军工2009年第6期4.数据统计对大量无关联表之间的数据进行数据挖掘、数据分析和数据计算。这个过程原本非常缓慢,尤其是随着试验增多,统计效率会越来越慢,通过自动统计、定时统计和手动统计策略,实现了试验结束后即时显示统计结果,二次统计快速计算及导出能力。结束语本

12、系统经过一年多艰苦的研发、配置和试运行,目前已经投入正式运行,并初步形成了一个关于发动机试验测试工程数据的存储结构设计规范。系统不但实现了发动机各种试验数据的有序存储,而且查询统计方便、效率高,可以对多批次、多型号的发动机试验数据进行综合分析挖掘,成本大大降低,同时提供了一个开放式的分析构架,可以固化分析经验,全面透彻分析试验数据,可以快速地传递资源信息,实现高效率的协同工作。例如发动机LCF低循环疲劳次数的统计,以往都是通过事后设计人员进库,很长时间去分析才能够得到,现在我们很快就可以得到。比如我们关心发动机在高温区的工作时间,可以利用统计功能对历次试验数据快速统计得出。当然在今后的应用当中,我们还需要对试验数据库进行不断地完善与提升。航空发动机试验测试的首要目标是测 得到、测得准、测得可靠,实现发动机试验测试综合化、自动化,进而实现网络化远程监控和故 障诊断,最后实现虚拟仿真测试,这些都有赖于强大、 完备的试验数据库系统的建立,我们期待着试验信息管理技术不断地深入应用,也期待着试验和设计的数字化早日融合,早日完善。相信伴随我国航空事业的发展,坚持科学发