荊 楠，李書明

(中國民航大學(xué)航空工程學(xué)院，天津 300300)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)（Engine Health Management,簡(jiǎn)稱EHM）[1～2]，是在綜合利用了狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷、信息技術(shù)、人工智能等科技成果的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生的一種全新的航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用和管理方案。其可以最大限度的預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)以及各部件的健康狀況，以進(jìn)行及時(shí)維護(hù)，避免發(fā)動(dòng)機(jī)在服役期間無法正常工作，同時(shí)又可避免不必要的檢查和維修，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和可靠性的統(tǒng)一。

數(shù)據(jù)管理是實(shí)施EHM的基礎(chǔ)。其管理的對(duì)象是來自不同部門、不同型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)信息。EHM系統(tǒng)需求和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)種類多、邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜、診斷和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)需求大，且對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和安全性要求高。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是數(shù)據(jù)管理的成熟技術(shù)，具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、最低冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性、易于擴(kuò)充、便于共享等優(yōu)點(diǎn)。為了提高EHM系統(tǒng)的通用性和使用效率，降低成本，因此，設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)據(jù)庫，以供各種診斷、預(yù)測(cè)算法以及可視化等各種處理程序使用，對(duì)來自不同平臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理十分必要。

1 健康管理數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)流程

建立民航發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理數(shù)據(jù)庫的目的，是對(duì)健康管理的對(duì)象信息進(jìn)行有效地管理，讓使用人員能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的查詢、分析和計(jì)算，完善發(fā)動(dòng)機(jī)的使用和維護(hù)方案；利用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)和案例與故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控的結(jié)果進(jìn)行比較、分析及驗(yàn)證，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用效率，降低其維修成本。

數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)可以分為六個(gè)階段[3]，第一階段為需求分析，了解數(shù)據(jù)和相關(guān)處理，綜合用戶的應(yīng)用需求；第二階段為概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的E-R(Entity-Relationship Module)圖；第三階段為邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將E-R圖轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)庫支持的數(shù)據(jù)模型，形成數(shù)據(jù)庫的邏輯模式，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化；第四階段為物理設(shè)計(jì)，形成數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式，安排數(shù)據(jù)庫的物理存儲(chǔ)，建立索引；第五階段為數(shù)據(jù)庫實(shí)施，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用程序；第六階段為數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)。

2 健康管理數(shù)據(jù)庫的開發(fā)應(yīng)用平臺(tái)

2.1 健康管理數(shù)據(jù)庫的硬件平臺(tái)構(gòu)架

民航發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，采用的分布式的運(yùn)行結(jié)構(gòu)，同時(shí)又對(duì)Web有應(yīng)用要求，因此，采用以Web技術(shù)為中心的B/S構(gòu)架[4]。B/S結(jié)構(gòu)是目前數(shù)據(jù)庫應(yīng)用和發(fā)展的趨勢(shì)，其具有應(yīng)用方便，可擴(kuò)展性好，容易部署和管理，有很好的通用性和跨平臺(tái)性，數(shù)據(jù)安全性和一致性好，升級(jí)維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。如圖1所示為健康管理數(shù)據(jù)庫的B/S結(jié)構(gòu)圖。

圖1 健康管理數(shù)據(jù)庫B/S結(jié)構(gòu)圖

2.2 健康管理數(shù)據(jù)庫的軟件平臺(tái)構(gòu)架

數(shù)據(jù)庫的重要應(yīng)用是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、事物處理能力、響應(yīng)速度、數(shù)據(jù)管理范圍、并發(fā)處理等能力，后臺(tái)采用Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[5]；操作系統(tǒng)采用Windows系統(tǒng)，以保證軟件的安全性和可移植性。

2.3 健康管理數(shù)據(jù)的應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)

數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)在NET環(huán)境下開發(fā)，同時(shí)利用ADO.NET數(shù)據(jù)訪問技術(shù)連接數(shù)據(jù)庫。在民航發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和開發(fā)中，主要利用NET實(shí)現(xiàn)接受客戶端的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，處理查詢條件、連接數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)操作并得到相應(yīng)記錄，將記錄生成結(jié)果頁面、結(jié)果頁面的生成與提交等。

3 健康管理數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程中，不僅要結(jié)合用戶需求和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)，還要解決數(shù)據(jù)的一致性、冗余性、訪問效率等問題，設(shè)計(jì)出滿足用戶需求、便于維護(hù)和擴(kuò)充、具有好的可讀性、能夠滿足空間和效率要求的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

3.1 需求分析

民航發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)按照應(yīng)用要求，具體可以分為選型清單信息、航線數(shù)據(jù)信息、車間數(shù)據(jù)信息，分析數(shù)據(jù)信息四大部分。每一部分所包含的內(nèi)容如表1中所示。

表1 健康管理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

數(shù)據(jù)流圖可以直觀的表現(xiàn)出系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理的過程，能夠?qū)τ脩粜枨筮M(jìn)行更進(jìn)一步的分析和表達(dá)。在分析數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部邏輯流向和邏輯轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，用圖形的方式表示了民航發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理數(shù)據(jù)庫所完成的邏輯功能，如圖2所示。

3.2 概念結(jié)構(gòu)

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就是將用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)，也就是概念模型的過程。本文數(shù)據(jù)庫的概念模型采用的是E-R模型，其構(gòu)成成分是實(shí)體集、屬性和聯(lián)系集，這個(gè)模型了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所管理的數(shù)據(jù)信息之間的關(guān)系。根據(jù)民航發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理數(shù)據(jù)庫用戶的需求可以得系統(tǒng)的E-R圖，如圖3所示：

圖2 健康管理數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)流圖

建立了E-R模型后，就可以將概念模型轉(zhuǎn)換為邏輯模型。邏輯模型與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相聯(lián)系。因?yàn)槊窈桨l(fā)動(dòng)機(jī)健康管理數(shù)據(jù)庫采用的是Oracle數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，所以，概念模型轉(zhuǎn)換為邏輯模型就是E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型[6]。

圖3 健康管理數(shù)據(jù)庫的E-R模型

4 健康管理數(shù)據(jù)庫的功能設(shè)計(jì)

健康管理數(shù)據(jù)庫功能可以分為用戶登錄和管理、數(shù)據(jù)查詢、圖像處理和生成、數(shù)據(jù)上傳和下載、系統(tǒng)管理等部分。

4.1 用戶登錄和管理

健康管理數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)對(duì)于保密性和安全性有很高的要求，為了保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性、可靠性，用戶登錄和管理模塊需要進(jìn)行嚴(yán)格的管理[7]。用戶必須通過用戶名、密碼、驗(yàn)證碼驗(yàn)證后才能登錄界面進(jìn)行應(yīng)用管理和瀏覽。基于本系統(tǒng)采用的B/S結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用Session對(duì)象來有效阻止用戶通過猜測(cè)URL的方法跳過登錄界面直接進(jìn)入系統(tǒng)。

用戶管理模塊主要是對(duì)健康管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶進(jìn)行管理。采用“用戶ID”作為主鍵，根據(jù)用戶需求的不同設(shè)定不同的訪問權(quán)限。訪問權(quán)限按用戶級(jí)別不同可分為“管理員”,“用戶”和“游客”三個(gè)不同級(jí)別?！肮芾韱T”賬號(hào)僅由負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理和維護(hù)的人員使用，具有最高權(quán)限，可以控制和監(jiān)控用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫的存取訪問，設(shè)定各種類型數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限，更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的信息，維護(hù)數(shù)據(jù)庫的安全性，監(jiān)控和優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的性能等。系統(tǒng)的登錄界面，如圖4所示。

圖4 民航發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理數(shù)據(jù)庫登錄頁面

4.2 數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的核心功能，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。需要具備以下功能：

（1）查詢方式的多樣性

支持對(duì)數(shù)據(jù)的層次查詢、條件查詢等多種查詢，并可對(duì)查詢出的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定條件的二次過濾。支持通過一種數(shù)據(jù)查詢到另一種相關(guān)的數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)查詢，包括一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一等多種關(guān)聯(lián)方式。

（2）多種類型數(shù)據(jù)的查詢和處理

支持?jǐn)?shù)據(jù)、數(shù)組、字符、文檔、圖片等多種數(shù)據(jù)類型的查詢，能夠按用戶需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)回放?？梢詫?shù)據(jù)生成支持故障診斷和狀態(tài)預(yù)測(cè)等軟件使用的文件格式，以供分析使用：支持圖片的生成，可將后置處理的數(shù)據(jù)繪制成需要的圖片。

4.3 數(shù)據(jù)的上傳與下載

信息根據(jù)屬性不同可分解為數(shù)據(jù)、數(shù)組、字符、文檔、圖片、軟件等類型。

靜態(tài)數(shù)據(jù)和文檔具有固定的格式，在系統(tǒng)執(zhí)行過程中不能加以改變，可以設(shè)定與格式相對(duì)應(yīng)的關(guān)系表，由系統(tǒng)分配固定大小的存儲(chǔ)空間，用戶在選定相關(guān)文件后直接讀取文件的內(nèi)容。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量比靜態(tài)數(shù)據(jù)大，數(shù)據(jù)類型多且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，在數(shù)據(jù)庫中不能和靜態(tài)數(shù)據(jù)一樣制定出對(duì)應(yīng)的關(guān)系表進(jìn)行儲(chǔ)存?？梢酝ㄟ^以下兩種方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀?。?/p>

（1）通過數(shù)據(jù)流對(duì)象的處理和轉(zhuǎn)換等操作，把該類型的數(shù)據(jù)直接存入數(shù)據(jù)庫中，用戶在查詢和瀏覽時(shí)再按原來的格式讀取顯示。

（2）將數(shù)據(jù)作為文件存放在服務(wù)器目錄中，在數(shù)據(jù)庫的關(guān)系屬性中存儲(chǔ)這類數(shù)據(jù)的相對(duì)物理地址，用戶可以直接根據(jù)對(duì)應(yīng)的相對(duì)物理地址查詢到所需數(shù)據(jù)。

軟件類的數(shù)據(jù)格式簡(jiǎn)單，但是單個(gè)文件較大，可以采用相對(duì)物理地址的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)表中，將相關(guān)信息加入到數(shù)據(jù)庫中方便用戶使用。

對(duì)于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和軟件數(shù)據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)分別開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)上傳下載模塊。用戶可以通過File Upload控件上傳文件，并對(duì)文件進(jìn)行相應(yīng)的描述和說明，同時(shí)，可以設(shè)定用戶對(duì)文件訪問的權(quán)限，上傳人和上傳日期信息由系統(tǒng)自動(dòng)生成。

4.4 系統(tǒng)的管理

為了更方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的管理，應(yīng)用系統(tǒng)還開發(fā)了數(shù)據(jù)錄入和刪除、用戶訪問記錄查看、數(shù)據(jù)訪問權(quán)限設(shè)置等系統(tǒng)管理模塊。

（1）數(shù)據(jù)錄入和刪除模塊

在民航發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理數(shù)據(jù)庫中，管理信息的數(shù)據(jù)類型復(fù)雜具有非結(jié)構(gòu)化的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)量大且多變，需要根據(jù)用戶需求和數(shù)據(jù)類型制定不同的管理方法。根據(jù)應(yīng)用要求的不同，數(shù)據(jù)庫可以分為選型清單信息、航線數(shù)據(jù)信息、車間數(shù)據(jù)信息、分析數(shù)據(jù)信息四大部分。應(yīng)用系統(tǒng)分別為各部分設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的顯示界面，供一般用戶訪問和瀏覽信息；同時(shí)還設(shè)計(jì)了管理界面，使管理員利用普通客戶端即可完成數(shù)據(jù)庫中信息的管理工作。

（2）數(shù)據(jù)訪問權(quán)限的設(shè)定模塊

系統(tǒng)管理員不僅可以設(shè)定用戶的使用權(quán)限，還可以設(shè)定數(shù)據(jù)庫中各部分?jǐn)?shù)據(jù)的訪問權(quán)限，從而對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。

（3）用戶訪問記錄的查看模塊

為了更好的對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行管理，在管理系統(tǒng)中增加了可以查看用戶訪問記錄、登錄時(shí)間和上傳及下載數(shù)據(jù)歷史記錄的功能。

5 結(jié)束語

民航發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能將長(zhǎng)期積累的航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用、維護(hù)、性能分析等大量數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，其可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的添加、修改、刪除、查詢和備份等功能，完成發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理數(shù)據(jù)的可視化管理，為民航發(fā)動(dòng)機(jī)的使用和維護(hù)提供可靠豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。這是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，對(duì)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)開發(fā)還需要繼續(xù)不斷的努力。

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