陳利 吳玉葉 羅丹 譚雨晨

摘要：針對(duì)某航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)改造升級(jí)后，原有數(shù)據(jù)回放軟件不支持新數(shù)據(jù)庫(kù)、回放功能需擴(kuò)展的需求，設(shè)計(jì)一款多功能數(shù)據(jù)回放軟件，軟件支持SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)表打開、數(shù)據(jù)回放、圖形化顯示、參數(shù)分析等功能。應(yīng)用表明，軟件界面友好，人機(jī)交互能力強(qiáng)，通用性好，可推廣到其他試驗(yàn)臺(tái)。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī);數(shù)據(jù)回放;圖形化顯示

0? ? 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中，需通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集、記錄試驗(yàn)中轉(zhuǎn)速、功率、溫度、壓力、振動(dòng)等數(shù)據(jù)[1]。某發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)原采用基于VXI總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)使用Access。在精細(xì)化測(cè)試需求牽引下，發(fā)動(dòng)機(jī)上需要測(cè)量的參數(shù)多達(dá)上千點(diǎn)，原數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已不能滿足需求。經(jīng)試驗(yàn)臺(tái)改造升級(jí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)改造成基于LXI總線的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)改用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，原數(shù)據(jù)回放軟件不能滿足需求，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）不支持SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)讀取;

（2）軟件功能單一，僅能從Access數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)顯示軟件;

（3）不能在回放界面上繪制多個(gè)參數(shù)的曲線進(jìn)行對(duì)比、分析;

（4）軟件沒(méi)有采用組件的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，未提供標(biāo)準(zhǔn)接口，不易集成到新開發(fā)的數(shù)據(jù)采集處理軟件中。

針對(duì)上述情況，設(shè)計(jì)一套多功能數(shù)據(jù)回放軟件，軟件具備友好的人機(jī)操作界面，支持SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)表打開，具備數(shù)據(jù)回放、圖形化顯示、參數(shù)分析等功能。

1? ? 需求分析

數(shù)據(jù)回放主要是試驗(yàn)后讀取存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)顯示軟件，進(jìn)行數(shù)字、曲線、虛擬儀表等多樣化顯示，方便現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員重新觀看試驗(yàn)過(guò)程，根據(jù)試驗(yàn)人員提出的回放要求，軟件主要功能需求如下：

（1）軟件可自由選擇某個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)、某張數(shù)據(jù)表，可快速定位數(shù)據(jù)回放起始點(diǎn);

（2）具備暫停回放、繼續(xù)回放、更改回放速率等功能，能按照設(shè)定速率將回放數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)顯示軟件進(jìn)行同步顯示;

（3）具備曲線顯示功能，能在同一個(gè)時(shí)間軸下對(duì)轉(zhuǎn)速、功率、燃油流量、排氣溫度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行多曲線顯示，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)比對(duì)、分析;

（4）具備移動(dòng)光標(biāo)，可顯示標(biāo)尺所在時(shí)刻、重要參數(shù)數(shù)值;

（5）曲線具備縮放功能，既能觀看數(shù)據(jù)整體趨勢(shì)，也能對(duì)某個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行放大，查看數(shù)據(jù)細(xì)節(jié);

（6）具備抓圖功能，可將曲線波形圖輸出為jpg、png等格式的圖片。

2? ? 軟件設(shè)計(jì)

2.1? ? 軟件總體設(shè)計(jì)

回放軟件是通過(guò)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)表中的參數(shù)及其數(shù)據(jù)信息，按照用戶設(shè)置繪制重要參數(shù)曲線。通過(guò)曲線上查看、分析數(shù)據(jù)，定位數(shù)據(jù)回放起始點(diǎn)，并將數(shù)據(jù)分發(fā)到數(shù)據(jù)顯示軟件進(jìn)行顯示。軟件包括以下部分：初始化、加載數(shù)據(jù)庫(kù)、讀取數(shù)據(jù)表、參數(shù)提取、曲線繪制、曲線分析、響應(yīng)用戶操作。軟件執(zhí)行流程圖如圖1所示。

2.2? ? 界面設(shè)計(jì)

人機(jī)交互界面是數(shù)據(jù)顯示及用戶操作窗口，根據(jù)軟件需求設(shè)計(jì)的主界面如圖2所示。

圖中，數(shù)據(jù)庫(kù)列表自動(dòng)顯示所有SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，雙擊某一行數(shù)據(jù)庫(kù)名稱，數(shù)據(jù)表列表自動(dòng)顯示出該數(shù)據(jù)庫(kù)中所有數(shù)據(jù)表。雙擊某一行數(shù)據(jù)表，該表中部分?jǐn)?shù)據(jù)在界面刷新。點(diǎn)擊某個(gè)參數(shù)名前的勾選框，使該參數(shù)處于選中狀態(tài)，曲線顯示框中自動(dòng)繪制該參數(shù)曲線。同時(shí)勾選多個(gè)參數(shù)，可繪制多根曲線。

重要參數(shù)曲線顯示框中，設(shè)計(jì)一根綠色光標(biāo)和兩根白色光標(biāo)。綠色光標(biāo)用來(lái)定位數(shù)據(jù)時(shí)刻，移動(dòng)綠色光標(biāo)時(shí)，界面中的數(shù)字控件會(huì)顯示綠色光標(biāo)所在時(shí)刻參數(shù)數(shù)值。白色光標(biāo)用來(lái)定位時(shí)間區(qū)間，向上滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪，可對(duì)白色光標(biāo)所在區(qū)間進(jìn)行放大，以查看該區(qū)間數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)。向下滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪，可縮小曲線，恢復(fù)至縮略圖狀態(tài)。

2.3? ? 程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)是回放軟件的核心，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)軟件所有功能。采用Visual Studio 2010作為開發(fā)平臺(tái)，使用C#語(yǔ)言，結(jié)合NI Measurement Studio圖形控件、多線程技術(shù)、ADO.NET技術(shù)[2-3]等進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)提取和曲線繪制是最關(guān)鍵、最耗時(shí)的兩部分。數(shù)據(jù)提取是基礎(chǔ)，包含提取參數(shù)信息、數(shù)據(jù)信息，當(dāng)表中數(shù)據(jù)量大時(shí)，程序執(zhí)行SQL查詢語(yǔ)句耗時(shí)長(zhǎng)、效率低。為提高軟件執(zhí)行效率，采用多線程編程來(lái)提取參數(shù)信息，每個(gè)線程負(fù)責(zé)部分參數(shù)的信息提取，如一張表有500個(gè)參數(shù)，軟件將開辟5個(gè)線程，每個(gè)線程負(fù)責(zé)提取100個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)信息。

圖形化顯示是軟件核心，曲線加載效率、移動(dòng)光標(biāo)時(shí)數(shù)據(jù)的流暢性直接影響用戶體驗(yàn)。為提高曲線繪制效率，將曲線加載容量設(shè)定為50 000點(diǎn)，若數(shù)據(jù)表行數(shù)大于50 000，采用間隔采樣（即每n個(gè)點(diǎn)抽取一個(gè)點(diǎn)，n根據(jù)數(shù)據(jù)表的行數(shù)動(dòng)態(tài)更改）方式加載該參數(shù)縮略圖，反映該參數(shù)變化趨勢(shì)。鑒于不同參數(shù)量程不一致，為在同一個(gè)坐標(biāo)軸中對(duì)多參數(shù)進(jìn)行顯示，曲線加載時(shí)采用min-max標(biāo)準(zhǔn)化原則對(duì)參數(shù)進(jìn)行歸一化處理，將各參數(shù)映射到[0，100]。轉(zhuǎn)換公式如下：

3? ? 軟件應(yīng)用

圖3是打開某SQL Server數(shù)據(jù)表的實(shí)際效果，操作主界面上的按鈕，軟件沒(méi)有明顯的延遲出現(xiàn)，可隨意選擇回放的數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)表，快速繪制用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)曲線，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行比較、分析，并將曲線波形保存成圖片。移動(dòng)曲線框中的綠色光標(biāo)，可以獲得回放參數(shù)在任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)值。移動(dòng)白色光標(biāo)，上下滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪，可對(duì)白色光標(biāo)所在區(qū)間進(jìn)行局部放大/恢復(fù)，如圖4所示。

點(diǎn)擊開始回放按鈕，軟件從綠色光標(biāo)所在時(shí)刻開始讀取數(shù)據(jù)，并分發(fā)到數(shù)據(jù)顯示軟件進(jìn)行同步顯示?；胤胚^(guò)程中，可通過(guò)暫停回放、繼續(xù)回放、更改回放速率3個(gè)按鈕，對(duì)數(shù)據(jù)回放進(jìn)行控制與調(diào)整，滿足數(shù)據(jù)觀看需求。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套專用于某航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的數(shù)據(jù)回放軟件，軟件支持SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，具備數(shù)據(jù)表打開、數(shù)據(jù)回放、參數(shù)對(duì)比分析、數(shù)據(jù)分發(fā)功能，很好地滿足了該試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)回放的需求。應(yīng)用結(jié)果表明，軟件界面設(shè)計(jì)良好，數(shù)據(jù)回放控制準(zhǔn)確，提供標(biāo)準(zhǔn)接口，功能易擴(kuò)展，可以很好地移植到其他試驗(yàn)臺(tái)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 胡寶權(quán)，許悅，劉振濤，等.某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)海量試驗(yàn)數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].航空計(jì)算技術(shù)，2019（4）：119-122.

[2] 孫踐知，張迎新，肖媛媛.C#程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[3] 明日科技.SQL Server從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

收稿日期：2020-05-11

作者簡(jiǎn)介：陳利（1989—），女，四川南充人，碩士研究生，工程師，研究方向：航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試。