婁革偉 劉旭亮 馬濟(jì)喬 董淑萍 曹文婷

摘 ?要：針對(duì)目前航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)過(guò)程中存在的檢測(cè)流程復(fù)雜、數(shù)據(jù)留存不方便、數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題，為進(jìn)一步提高航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)的效率，基于前后端分離的模式設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了一套航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)在線(xiàn)流程管理、任務(wù)管理、報(bào)告管理、數(shù)據(jù)管理等功能，且依賴(lài)于檢測(cè)數(shù)據(jù)支撐具備一定的智能輔助設(shè)備選型能力。實(shí)際應(yīng)用情況表明，該系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、使用簡(jiǎn)單便捷、可靠性強(qiáng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性好以及支持智能輔助決策等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：設(shè)備檢測(cè);管理系統(tǒng);前后端分離;輔助決策

中圖分類(lèi)號(hào)：TP315 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： There are still problems in the current aerospace test equipment detection process， such as complex detection process， inconvenient data retention， and serious waste of data resources. In order to further improve the efficiency of aerospace test equipment detection， this paper proposes to design and develop a management system for aerospace test equipment detection based on the separation of front and back ends. The system supports network real-time online process management， task management， report management， data management and other functions. It has certain intelligent auxiliary equipment selection capabilities that rely on the support of test data. Actual application situation shows that the proposed system has the advantages of fast response speed， simple and convenient operation， strong reliability， good data storage and support for intelligent decision-making assistance.

Keywords： equipment detection; management system; separation of front and back ends; decision-making assistance

1 ? 引言（Introduction）

一直以來(lái)，航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)由于涉及安全和保密工作的緣故，整個(gè)檢測(cè)流程通常都是在線(xiàn)下完成，所有的檢測(cè)數(shù)據(jù)均采用紙質(zhì)數(shù)據(jù)留存，導(dǎo)致檢測(cè)工作流程復(fù)雜，檢測(cè)數(shù)據(jù)留存不方便，數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題。

隨著Web、數(shù)據(jù)可視化、網(wǎng)絡(luò)安全等技術(shù)的不斷進(jìn)步，大量原本需要在線(xiàn)下完成的工作都可以遷移到線(xiàn)上來(lái)完成，大大提升了工作效率。同時(shí)，隨著依賴(lài)于數(shù)據(jù)挖掘和支持決策等算法的發(fā)展，工作中積累的檢測(cè)數(shù)據(jù)資源得到了有效利用[1-3]。相較于原本的線(xiàn)下管理，基于前后端分離的航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)管理具有效率高、檢測(cè)流程透明、可靠性強(qiáng)、數(shù)據(jù)存量大以及支持智能輔助決策等優(yōu)點(diǎn)。

2 ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)（System design）

2.1 ? 設(shè)計(jì)思想

本航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)管理系統(tǒng)采用前后端分離的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。前端基于HTML和JavaScript進(jìn)行設(shè)計(jì)，后端邏輯基于SSM框架（Spring，Spring MVC，MyBatis）進(jìn)行設(shè)計(jì)，前后端數(shù)據(jù)交互采用Ajax異步數(shù)據(jù)交互的方式進(jìn)行。與常見(jiàn)的JSP+Java的設(shè)計(jì)方式相比，前端頁(yè)面只負(fù)責(zé)UI展示，不涉及后端的數(shù)據(jù)邏輯操作，前后端相對(duì)隔離，既能保證良好的用戶(hù)體驗(yàn)，又在一定程度上提升了數(shù)據(jù)安全性。

航天試驗(yàn)設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)通常是一組耦合性較強(qiáng)且具有固定結(jié)構(gòu)的關(guān)系型數(shù)據(jù)，因此相對(duì)于日漸流行的MongoDB等非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)，開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL更適合作為本系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)庫(kù)。MySQL支持事務(wù)性操作、結(jié)構(gòu)化查詢(xún)，且在單次查詢(xún)數(shù)據(jù)量500 條以?xún)?nèi)，并發(fā)線(xiàn)程數(shù)100以上的情況下，其性能與MongoDB等非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)相當(dāng)。綜合以上考慮，本系統(tǒng)采用MySQL來(lái)設(shè)計(jì)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)安全主要考慮對(duì)數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。目前常見(jiàn)的數(shù)據(jù)傳輸加密算法有對(duì)稱(chēng)加密和非對(duì)稱(chēng)加密。HTTPS協(xié)議綜合了兩種加密算法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸加密、客戶(hù)端身份認(rèn)證，確保了數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的安全[4-5]。系統(tǒng)服務(wù)器采用Tomcat搭建，在搭建服務(wù)器時(shí)對(duì)HTTPS進(jìn)行配置。系統(tǒng)采用Java JDK 1.8自帶的免費(fèi)JKS格式證書(shū)，生成證書(shū)后對(duì)Tomcat的server.xml進(jìn)行設(shè)置，如圖1所示。

2.2 ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能模塊

系統(tǒng)采用J2EE的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)[6-7]，項(xiàng)目結(jié)構(gòu)劃分為如下幾個(gè)層次：

（1）持久層。主要由若干持久化類(lèi)組成，持久化類(lèi)的對(duì)象和數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表的元素保持一致。

（2）數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層。由若干DAO接口和MyBatis映射文件構(gòu)成。接口名稱(chēng)統(tǒng)一以DAO.java結(jié)尾，且MyBatis文件名稱(chēng)與DAO接口保持一致。

（3）業(yè)務(wù)邏輯層。該層由若干service接口和接口的實(shí)現(xiàn)類(lèi)組成，分別以service.java和serviceImpl.java結(jié)尾。該層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)邏輯。

（4）Web表現(xiàn)層。該層主要由控制器類(lèi)、前端頁(yè)面、script以及CSS文件等構(gòu)成?？刂破黝?lèi)負(fù)責(zé)頁(yè)面響應(yīng)與轉(zhuǎn)發(fā)、用戶(hù)請(qǐng)求攔截，調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯中的相應(yīng)接口來(lái)處理用戶(hù)請(qǐng)求，并將處理結(jié)果返回給前端頁(yè)面。

（5）工具類(lèi)。主要包括分頁(yè)、驗(yàn)證碼生成等一般工具類(lèi)。

根據(jù)層次化設(shè)計(jì)思想，本項(xiàng)目的層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)如下幾大功能模塊：用戶(hù)管理、項(xiàng)目管理、任務(wù)管理、報(bào)告管理、數(shù)據(jù)管理，具體功能如圖3所示。

3 ? 關(guān)鍵技術(shù)（Key technology）

3.1 ? SSM+HTML+Ajax前后端分離設(shè)計(jì)

SSM是目前流行的Web應(yīng)用開(kāi)發(fā)整合框架。SSM是指Spring、Spring MVC和MyBatis。Spring是一種開(kāi)源的Java編程框架，與傳統(tǒng)的面向?qū)ο缶幊谭绞讲煌氖?，它主要通過(guò)提前配置好的Bean容器來(lái)生成類(lèi)對(duì)象以及對(duì)象的方法。所有類(lèi)對(duì)象都通過(guò)“第三方”的Bean容器來(lái)進(jìn)行管理維護(hù)，對(duì)象與對(duì)象之間相對(duì)解耦。這就使得程序具備較好的可維護(hù)性、可復(fù)用性，提升了程序開(kāi)發(fā)的效率。Spring MVC是內(nèi)置于Spring的一個(gè)輕量級(jí)框架，集成了前端控制器、模型對(duì)象、攔截器、校驗(yàn)器等組件，支持JSP、FreeMarker、HTML等多種視圖技術(shù)。MyBatis是一種能夠支持幾乎所有SQL操作的ORM框架。它允許開(kāi)發(fā)者以面向?qū)ο缶幊痰乃枷雭?lái)使用和操作數(shù)據(jù)庫(kù)，采用XML或者注解的方式進(jìn)行配置和原始映射，將接口和Java對(duì)象映射成數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄。

在傳統(tǒng)的JavaWeb項(xiàng)目中，前端通常采用JSP頁(yè)面來(lái)開(kāi)發(fā)，頁(yè)面上包含較多的JSP標(biāo)簽和Java表達(dá)式，存在敏感數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和頁(yè)面渲染通常是由后端的控制層來(lái)完成的，前后端耦合度很高，為后期的維護(hù)帶來(lái)了一定程度的困難。采用前后端分離的設(shè)計(jì)模式，前后端解耦，前端負(fù)責(zé)靜態(tài)資源渲染展示和路由跳轉(zhuǎn)，后端負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯控制和數(shù)據(jù)操作;前后端數(shù)據(jù)交互采用Ajax異步交互的方式來(lái)進(jìn)行，前端通過(guò)Ajax調(diào)用后端接口，然后利用JSON來(lái)傳遞數(shù)據(jù)。前后端分離設(shè)計(jì)模式的數(shù)據(jù)交互方式如圖4所示。

前后端分離，前端代碼框架可以采用Vue.js、Node.js、Layui、React等。本系統(tǒng)前端基于Layui進(jìn)行設(shè)計(jì)，前端服務(wù)器采用Nginx。要進(jìn)行前后端數(shù)據(jù)交互，首先要在前端使用Ajax請(qǐng)求數(shù)據(jù)，具體如下：

$.ajax（{

url： "/testAdmin"， ?//請(qǐng)求的url地址

contentType： "application/json;charset=UTF-8"， ?/*請(qǐng)求體的格式，這里表示數(shù)據(jù)會(huì)以JSON.stringify的格式添加到請(qǐng)求中*/

dataType："json"， ?//數(shù)據(jù)的格式為json

type："post"， ?//請(qǐng)求方式，可以是post，也可以是get

data：{request：request，reply：reply}， ?//請(qǐng)求的數(shù)據(jù)

success：function（data）{}， ? //定義請(qǐng)求成功后的動(dòng)作

}）;

要使得后端接收到前端傳遞的數(shù)據(jù)，只需要在控制器中提供如下接口代碼即可：

@RequestMapping（"/testAdmin"）

public void testAdmin （@RequestBody Map ajaxData）{}

3.2 ? 數(shù)據(jù)可視化

航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)管理系統(tǒng)支持歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析顯示、檢測(cè)任務(wù)趨勢(shì)分析預(yù)測(cè)顯示、檢測(cè)任務(wù)結(jié)構(gòu)分析顯示以及各類(lèi)檢測(cè)設(shè)備比重統(tǒng)計(jì)顯示等功能，主要依賴(lài)于大量的歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘、模糊預(yù)測(cè)控制等算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用ECharts作為數(shù)據(jù)可視化插件，ECharts內(nèi)置了豐富的可視化類(lèi)型，包括柱狀圖、折線(xiàn)圖、餅圖、散點(diǎn)圖等。通過(guò)對(duì)ECharts內(nèi)置屬性的配置來(lái)調(diào)整圖表形狀，然后利用Ajax將后端傳遞給前端的數(shù)據(jù)添加到ECharts的屬性中。ECharts開(kāi)源免費(fèi)，支持實(shí)時(shí)顯示，交互性強(qiáng)，且兼容絕大部分的瀏覽器。以圖5為例來(lái)展示本系統(tǒng)的可視化界面。

3.3 ? 設(shè)備選型評(píng)價(jià)決策支持

航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的檢測(cè)數(shù)據(jù)。長(zhǎng)期以來(lái)，積累下來(lái)的這些數(shù)據(jù)均未能加以有效利用，造成了嚴(yán)重的數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)。隨著數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的不斷成熟，依靠豐富的航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)資源，本系統(tǒng)以遺傳算法為核心通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來(lái)為航天試驗(yàn)設(shè)備選型提供輔助決策，根據(jù)設(shè)備檢測(cè)結(jié)果和設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用和評(píng)價(jià)情況，在擬定的一組設(shè)備評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中尋找出最優(yōu)的設(shè)備評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

遺傳算法是一種模擬自然遺傳選擇和淘汰的生物進(jìn)化過(guò)程的計(jì)算模型，于1975 年由美國(guó)Michigan大學(xué)的J.Holland提出[8-9]。它主要通過(guò)將問(wèn)題建模為自然進(jìn)化過(guò)程來(lái)尋找問(wèn)題的最優(yōu)解。它具有較好的全局搜索能力，并且能夠根據(jù)搜索過(guò)程自適應(yīng)地調(diào)整搜索方向。遺傳算法將問(wèn)題可能潛在的解表征為一個(gè)個(gè)染色體，這些染色體構(gòu)成了問(wèn)題的解集。將這些解集模擬為一個(gè)初代的生物種群，按照適者生存和優(yōu)勝劣汰的自然生存法則，通過(guò)遺傳交叉，逐代產(chǎn)生越來(lái)越適應(yīng)環(huán)境的優(yōu)化解。通常為了簡(jiǎn)化，將染色體的基因編碼表示為二進(jìn)制編碼，借助于交叉變異的遺傳學(xué)過(guò)程，最終產(chǎn)生出最優(yōu)個(gè)體，經(jīng)過(guò)解碼之后作為問(wèn)題的最優(yōu)解。

假定有一類(lèi)在航天試驗(yàn)過(guò)程中使用的斷路器設(shè)備，根據(jù)可靠度、使用壽命、動(dòng)作時(shí)間、性?xún)r(jià)比四個(gè)要素來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行評(píng)價(jià)。采取的評(píng)價(jià)方法是加權(quán)平均，各個(gè)要素所占的比重因子即所需要尋找的最優(yōu)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)遺傳算法的思想和步驟，設(shè)備選型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)過(guò)程如下：

（1）初始化種群。根據(jù)客戶(hù)反饋和設(shè)備操作使用經(jīng)驗(yàn)擬定一組評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的假設(shè)解，設(shè)解的集合為，這里取。

（2）對(duì)新種群進(jìn)行編碼。將假設(shè)解的每個(gè)元素進(jìn)行編碼，這里表示成二進(jìn)制串的形式。比如該型斷路器設(shè)備按照可靠度、使用壽命、動(dòng)作時(shí)間、性?xún)r(jià)比進(jìn)行評(píng)價(jià)，各比重因子分別為0.3、0.2、0.35、0.15，（0.3， 0.2， 0.35， 0.15）可以表示為（011110，010100，100011，011001），即相應(yīng)的為011110010100100011011001。

（3）評(píng)估個(gè)體的適應(yīng)度。設(shè)計(jì)目標(biāo)評(píng)價(jià)函數(shù)：

其中，為實(shí)際被評(píng)價(jià)為合格的該類(lèi)斷路器的臺(tái)數(shù)，為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的合格斷路器臺(tái)數(shù)。越接近于，則對(duì)應(yīng)的越大，即適應(yīng)度越高。也就是說(shuō)，與實(shí)際情況越接近的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度越高。

（4）根據(jù)遺傳算法的適者生存原則選擇和淘汰個(gè)體。設(shè)為被選中為下一代個(gè)體的概率：

顯然，越大，即適應(yīng)度越高的個(gè)體被選擇的概率越大。這樣，接近實(shí)際情況的設(shè)備選型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)就被保存了下來(lái)。這里用如表1所示的四個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)加以說(shuō)明。

（5）對(duì)被選中的兩個(gè)隨機(jī)個(gè)體進(jìn)行交叉操作。兩個(gè)個(gè)體上的每個(gè)基因座都以相同的交叉概率進(jìn)行交換，這里取交叉概率為0.5。不妨假設(shè)表1中的1號(hào)和3號(hào)個(gè)體進(jìn)行交叉，得到新個(gè)體如表2所示。

（6）變異。遺傳算法的變異操作是指將個(gè)體編碼串中的某一個(gè)或多個(gè)基因用該編碼串中的其他等位基因來(lái)替代，形成新的個(gè)體。假設(shè)群體中每一代有且僅有一個(gè)個(gè)體發(fā)生變異，且對(duì)4號(hào)個(gè)體的第三位、第九位基因進(jìn)行變異，形成的新種群如表3所示。

由此可以看出，經(jīng)過(guò)選擇淘汰、變異、交叉等遺傳過(guò)程，適應(yīng)度的平均值和最大值較初代相比都得到了提升。因此可以推斷，經(jīng)過(guò)一代代的遺傳之后，代表斷路器設(shè)備評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的種群不斷得到優(yōu)化，最終產(chǎn)生滿(mǎn)足要求的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

4 ? 系統(tǒng)應(yīng)用（System applications）

本系統(tǒng)基于Java開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)環(huán)境為Eclipse 2019。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后，在航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)管理工作中進(jìn)行了應(yīng)用。系統(tǒng)分為前臺(tái)和后臺(tái)，前臺(tái)供用戶(hù)登錄后進(jìn)行任務(wù)委托、任務(wù)進(jìn)度查詢(xún)、報(bào)告下載等，后臺(tái)供系統(tǒng)管理員按照權(quán)限對(duì)各模塊功能進(jìn)行管理。

（1）前臺(tái)。前臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)用戶(hù)登錄注冊(cè)、任務(wù)委托、報(bào)告下載等功能。圖6為開(kāi)關(guān)斷路器設(shè)備檢測(cè)任務(wù)委托信息提交表單。圖7為用戶(hù)委托信息列表，包含用戶(hù)委托的詳細(xì)信息。

（2）后臺(tái)。后臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)用戶(hù)管理、項(xiàng)目管理、任務(wù)管理、報(bào)告管理、數(shù)據(jù)管理等功能。圖8（a）、圖8（b）為任務(wù)管理，實(shí)現(xiàn)任務(wù)委托信息展示、委托接受和拒絕等功能。圖9為報(bào)告管理，支持Word版報(bào)告的生成和預(yù)覽，支持上傳電子版的W報(bào)告。圖10為檢測(cè)任務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的餅狀圖展示。

5 ? 結(jié)論（Conclusion）

基于前后端分離的航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)流程、報(bào)告和數(shù)據(jù)的電子化、網(wǎng)絡(luò)化管理，同時(shí)支持客戶(hù)的遠(yuǎn)程在線(xiàn)委托管理、任務(wù)管理和在線(xiàn)報(bào)告查詢(xún)、下載以及打印等功能。系統(tǒng)支持智能輔助決策，依賴(lài)大量的歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)以及遺傳算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備選型的評(píng)價(jià)。應(yīng)用情況表明，系統(tǒng)具有效率高、檢測(cè)流程透明、可靠性強(qiáng)、數(shù)據(jù)存量大以及支持智能輔助決策等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)的日常管理工作中。

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作者簡(jiǎn)介：

婁革偉（1990-），男，碩士，工程師.研究領(lǐng)域：航天試驗(yàn)測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)，航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè).本文通訊作者.

劉旭亮（1983-），男，碩士，工程師.研究領(lǐng)域：航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè).

馬濟(jì)喬（1989-），男，碩士，工程師.研究領(lǐng)域：航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè).

董淑萍（1990-），女，本科，助理工程師.研究領(lǐng)域：航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè).

曹文婷（1987-），女，本科，工程師.研究領(lǐng)域：航天試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè).