李曼麗，易 忠，劉 笑

（北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京 100094）

1 引言

精度測量（以下簡稱精測）是指對殼體結構精度和星上儀器設備安裝精度的測量，目前所用的測量方法多為經(jīng)緯儀。精度測量依托于總裝精度測量工藝，在衛(wèi)星總裝和試驗的不同狀態(tài)，都需要對衛(wèi)星反復進行精度測試，以檢測衛(wèi)星及其設備的安裝角度和位置度，早期發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星的總裝問題或是技術設計問題。精測數(shù)據(jù)庫的建立將把以往零散存儲的精測數(shù)據(jù)集中管理，方便精測人員查詢和比對，也便于總裝工藝人員、總體人員、分系統(tǒng)人員查詢和分析。

2 精測數(shù)據(jù)庫需求分析

2.1 任務概述

(1) 以現(xiàn)有的精測流程為基準，建立精測數(shù)據(jù)庫。主要目標如下：

進一步規(guī)范精測流程，嚴格按照標準程序執(zhí)行；精測數(shù)據(jù)的有效集成便于精測人員對精測數(shù)據(jù)的分析，同時開放對外部程序的接口，有利于數(shù)據(jù)的共享；各類精測相關文檔以數(shù)據(jù)文件的形式保存，為精測數(shù)據(jù)庫增加非數(shù)據(jù)類的有效信息，便于文檔的日后查詢；與其他質測、檢漏等數(shù)據(jù)庫相集成，建成AIT測試的一體化信息系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)庫。

(2) 精測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶是參與精度測量的操作人員、精測數(shù)據(jù)分析人員、總裝工藝人員、總體人員、分系統(tǒng)人員和與精測相關的其他人員等。

2.2 需求規(guī)定

2.2.1 對功能的需求

(1) 存儲各類精測相關文件；

(2) 存儲各類精測數(shù)據(jù)；

(3) 根據(jù)入庫的精測數(shù)據(jù)計算精度值；

(4) 查詢精測相關數(shù)據(jù)和文檔。

2.2.2 對性能的需求

(1) 數(shù)據(jù)庫容量：采用現(xiàn)有Oracle9i數(shù)據(jù)庫可以滿足；

(2) 入庫速度：各類文件的錄入，單個文件入庫時間不大于2 s；

(3) 響應速度：即時反應在用戶界面中，響應時間不大于1 s；

(4) 數(shù)據(jù)類型：支持文檔、數(shù)據(jù)、圖表等多種數(shù)據(jù)類型；

2.2.3 輸入、輸出要求

輸入的文檔文件：

(1) 總體技術要求；

(2) 分系統(tǒng)技術要求（如果是分系統(tǒng)精測）；

(3) 總裝工藝流程；

(4) 精測工藝；

(5) 精測報告。輸出：處理前后的精測數(shù)據(jù)、各類文檔。

2.2.4 接口要求

與看板生產數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)無縫接口，同時預留硬件方面支持所需打印機、掃描儀、服務器等外部設備。

3 精度測量工作流程分析

圖1為精度測量流程，詳細說明了精度測量的實際流程和思路。精度測量從總體或分系統(tǒng)的技術要求出發(fā)，工藝室根據(jù)總體或分系統(tǒng)的技術要求制定技術流程，精測工藝人員根據(jù)技術要求和技術流程制定精測工藝。精度測量要依據(jù)以上幾個文件的要求來進行操作，如果精度符合技術要求，證明精度測量通過，可以交付；如果精度不符合技術要求，就需要總裝人員進行反復調節(jié)，直到精度符合技術要求[1]。在精度調節(jié)過程中，如果發(fā)現(xiàn)設計問題，應當發(fā)送現(xiàn)場處理單到總體或分系統(tǒng)送測方更改設計問題，重新進行以上步驟。精度測量成功后，需要撰寫精度測量報告交付給總體或分系統(tǒng)，并將相關資料歸檔以便日后查詢。

在型號研制過程中，包含多個精測工況。每個精測工況都要進行上述流程，直到所有工況精測任務完成，該型號精測工作才能結束。

圖 1 精度測量流程圖Fig.1 Flow chart of precision measurement

4 精測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計

4.1 系統(tǒng)框架設計

精度測量數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構設計如圖2所示。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的入口為精測相關的各類文件和數(shù)據(jù)，這里具體指總體技術要求和分系統(tǒng)技術要求、技術流程、精測工藝、精測報告等，這幾種文件具有指導精度測量的作用，所以必須及時、準確、有效地存儲到數(shù)據(jù)庫中。精測過程中得到的數(shù)據(jù)（角度、位置度等）和精度調節(jié)方法是精度測量的重要結果，也是精測數(shù)據(jù)庫的核心部分。在精測數(shù)據(jù)庫中，精測數(shù)據(jù)隸屬于精測的型號和工況，指導工況的作業(yè)，為型號研制生產服務。

圖 2 精測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構圖Fig.2 Structure of precision measurement database

精度測量數(shù)據(jù)庫的設計采用B/S模式，便于分布式部署和用戶快捷使用。系統(tǒng)采用標準J2EE結構，利用Java語言開發(fā)，具有較強的可移植性和可擴充性。后臺數(shù)據(jù)庫采用功能較為強大的Oracle10g數(shù)據(jù)庫平臺，在安全性和可靠性方面都集成了較為強大的功能。

精度測量數(shù)據(jù)庫還包括相應的應用系統(tǒng)作為支持。主要包括數(shù)據(jù)入庫/出庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)、權限管理系統(tǒng)、系統(tǒng)管理系統(tǒng)和數(shù)字簽名系統(tǒng)，其中本期試點工程需要解決前4個主要部分的開發(fā)和應用，數(shù)據(jù)簽名系統(tǒng)有待與其他系統(tǒng)集成考慮，所以放在后期開發(fā)中完成。

4.2 系統(tǒng)模塊設計

精測數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)模塊設計如圖3所示，主要包括數(shù)據(jù)入庫/出庫模塊設計、數(shù)據(jù)查詢模塊設計、權限管理模塊設計、系統(tǒng)管理模塊設計。

圖 3 精測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊設計圖Fig.3 Modules of precision measurement database

4.2.1 數(shù)據(jù)入庫/出庫模塊設計

精測數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)入庫/出庫模塊主要分為4部分內容：數(shù)據(jù)入庫子模塊、相關文檔入庫子模塊、數(shù)據(jù)出庫子模塊和相關文檔出庫子模塊，針對的對象主要是精測生成的各種歷史數(shù)據(jù)和相關文檔。數(shù)據(jù)入庫/出庫模塊是精測數(shù)據(jù)庫的入口，是后續(xù)各個應用系統(tǒng)的基礎，其作用至關重要，對準確性要求非常高。

(1) 數(shù)據(jù)入庫子模塊：傳輸部分位于客戶端，接收與數(shù)據(jù)入庫部分位于服務器上，通過數(shù)據(jù)入庫界面將精測數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫中。其中還包括對精測項目的建立，主要指型號建立、工況建立、精測項目建立等。

(2) 相關文檔入庫子模塊：此功能模塊主要提供電子文檔入庫功能。將電子文檔作為一個blob字段存入到數(shù)據(jù)庫中，并記錄這些文件的相關信息，用戶可以通過相關的查詢操作來實現(xiàn)對這些文件和信息的訪問。

(3) 數(shù)據(jù)出庫子模塊：數(shù)據(jù)輸出模塊作為整個系統(tǒng)不可缺少的一部分，其作用在于向用戶提供一種以文本方式獲得精測數(shù)據(jù)的手段，方便用戶查詢歷史精測數(shù)據(jù)文件，并進行比較。

(4) 相關文檔出庫子模塊：用于為用戶提供相關精測文檔的輸出接口，便于用戶對精測文檔的操作、查詢和管理。

4.2.2 數(shù)據(jù)查詢模塊設計

精測數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)查詢模塊采用B/S模式進行查詢。B/S模式的設計是針對使用IE瀏覽器通過Internet或Intranet接入本系統(tǒng)的用戶。這類用戶可以通過瀏覽網(wǎng)頁的方式與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行交互來完成信息的查詢和獲取。根據(jù)具體業(yè)務需求的規(guī)定，在這種方式下實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢分為按型號查詢（基本查詢）、按工況查詢、按精測項目查詢、復合查詢、文檔查詢。

4.2.3 權限管理模塊設計

本系統(tǒng)分為兩大部分，一部分為安全管理，一部分為權限驗證。其中安全管理模塊又分為組織管理、權限管理、會話管理和日志管理。圖4為精測數(shù)據(jù)庫權限管理E-R圖。每個用戶組只能擁有一張訪問控制表，同理每張表只能包括一個用戶組，否則容易造成權限的混淆；一個用戶只能屬于一個用戶組，但一個用戶組可以有多個用戶；一個用戶也可以是一個用戶組；一個用戶只能屬于一個部門，一個部門可以有多個用戶。

圖 4 精測數(shù)據(jù)庫權限管理E-R圖Fig.4 Access control E-R chart of precision measurementdatabase

在每個表中，都有主鍵和外鍵，這樣可以保證數(shù)據(jù)庫的實體完整性（如果數(shù)據(jù)庫表的所有行能惟一確定，則稱該表為實體完整性。即每個表的 PK值必須惟一且不能為空值）和參照完整性（一個表中正確的 FK值必須與相關聯(lián)的表中的PK值相匹配或者必須是空值。如果表的FK值符合“匹配或空值”要求，則稱其具有參照完整性。參照完整性確保不可能指向不存在的PK值。因為一個表中的FK值一般是相關表中的PK值）[2]。

4.2.4 系統(tǒng)管理模塊設計

系統(tǒng)管理模塊設計見圖3的精測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊設計圖所示。系統(tǒng)管理模塊主要負責管理系統(tǒng)相關的各種信息，包括修改、刪除型號、工況、數(shù)據(jù)、文件操作和對數(shù)據(jù)文件的備份操作。系統(tǒng)管理模塊主要包括數(shù)據(jù)文件管理和數(shù)據(jù)文件備份。其中數(shù)據(jù)文件管理包括型號管理、工況管理、數(shù)據(jù)管理和文件管理；數(shù)據(jù)文件備份包括數(shù)據(jù)備份和文件備份。

數(shù)據(jù)文件管理子模塊主要負責管理數(shù)據(jù)文件的相關信息。對航天器型號、工況、數(shù)據(jù)、文件的管理、修改和刪除，這部分需要權限較高的用戶來完成，一旦刪除航天器型號，所有隸屬于該型號的工況信息、數(shù)據(jù)信息和文件信息都將被刪除，并無法恢復，所以刪除操作需要慎重。

數(shù)據(jù)文件備份子模塊主要負責備份數(shù)據(jù)信息和文件信息。為了避免硬件損壞、網(wǎng)絡故障、非法攻擊、誤操作、火災等意外帶來的數(shù)據(jù)丟失，必須建立有效機制，定期備份數(shù)據(jù)和文件是一個有效保護數(shù)據(jù)庫的手段。該備份功能應該在手工備份的基礎上實現(xiàn)程序自動定期備份，充分提高管理員的工作效率，這是系統(tǒng)管理模塊的一個難點所在。

5 數(shù)據(jù)庫建設的創(chuàng)新點

為了應對試驗數(shù)字化平臺建設面臨的技術挑戰(zhàn)，例如試驗數(shù)據(jù)動態(tài)建庫、Web門戶自動生成、數(shù)據(jù)結構復雜多變和各種數(shù)據(jù)格式的轉換等問題，在設計上采用了以下關鍵技術，很好地解決了這些難題。

5.1 元數(shù)據(jù)驅動的軟件架構

針對試驗數(shù)據(jù)的多變性和不可預測性，把試驗數(shù)據(jù)管理中易變或不確定的部分從軟件中剝離出來，用元數(shù)據(jù)（Meta-data）來描述它們。

工程技術人員通過使用提供的可視化工具（Design Studio）能直觀和動態(tài)地定義數(shù)據(jù)庫模型和業(yè)務邏輯并轉換成元數(shù)據(jù)。平臺的引擎（Engine）在元數(shù)據(jù)的驅動下能自動對數(shù)據(jù)庫操作，自動更改業(yè)務邏輯并自動更新用戶界面等，而不需要軟件技術人員修改程序。元數(shù)據(jù)就像知識，引擎就像人的大腦，大腦可以學習知識，并能根據(jù)其所學到的知識進行思維和控制其他器官的行動。航天器精度測量數(shù)據(jù)庫的架構設計思想就是基于這個原理，如圖 5所示。元數(shù)據(jù)驅動（Meta-data Driven）的軟件架構提供了強大的靈活性和適應性，這是試驗數(shù)據(jù)管理軟件不可或缺的特性。

圖 5 元數(shù)據(jù)驅動工作原理圖Fig.5 Working principle of meta-data driving

5.2 面向對象的工程數(shù)據(jù)庫模型

航天器精度測量數(shù)據(jù)雖然是以關系數(shù)據(jù)庫為基礎，但能夠支持面向對象的數(shù)據(jù)建模方式，可以包括表達數(shù)據(jù)類之間的繼承關系（Inheritance Relationship）在內的試驗數(shù)據(jù)的全部語義結構。繼承關系在表達試驗數(shù)據(jù)的語義結構中起到重要的作用，它可以建立數(shù)據(jù)結構的抽象數(shù)據(jù)類（Abstract Classes）信息。

同時，為方便工程技術人員建立試驗數(shù)據(jù)庫，提供了標準的面向對象模板（Object-oriented Data Model），該模板包含抽象數(shù)據(jù)類、公共屬性和抽象數(shù)據(jù)類之間的關聯(lián)關系等。工程技術人員可通過添加子數(shù)據(jù)類和特殊屬性的方式在模板上擴展，既保證了數(shù)據(jù)庫中的試驗數(shù)據(jù)具有一定的一致性，又兼顧了不同試驗數(shù)據(jù)的特殊性，同時也簡化了工程數(shù)據(jù)人員的建庫操作步驟。面向對象的建庫原理圖（圖 6）中的“試驗件描述”、“試驗要求”和“試驗測量數(shù)據(jù)”為抽象數(shù)據(jù)類；而“渦輪發(fā)動機描述”、“渦輪發(fā)動機試驗要求”和“渦輪發(fā)動機試驗測量數(shù)據(jù)”等為工程技術人員所擴展的子數(shù)據(jù)類。

圖 6 面向對象的建庫原理圖Fig.6 Working principle of object oriented database

5.3 虛擬XML數(shù)據(jù)庫

對試驗數(shù)據(jù)管理的主要目的是為了更好和更方便地使用它們。使用試驗數(shù)據(jù)中很重要的環(huán)節(jié)就是將試驗數(shù)據(jù)從一種格式轉換成設計軟件、繪圖軟件或其他后數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)所要求的格式。

航天器精度測量數(shù)據(jù)庫的一個重要技術特色是通過XML Schema和XQuery技術將關系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)映射成虛擬的 XML數(shù)據(jù)庫（Virtual XML Database），既能充分利用關系數(shù)據(jù)庫的強大存儲和查詢功能，又極大地方便了對試驗數(shù)據(jù)進行后置處理所需要的格式轉換。圖7是虛擬XML數(shù)據(jù)庫技術示意圖。

圖 7 虛擬XML數(shù)據(jù)庫技術示意圖Fig.7 Sketch map of virtual XML database

6 結論

大量的工程實踐已經(jīng)證明，由于工程應用領域對數(shù)據(jù)管理的要求與商業(yè)應用領域對數(shù)據(jù)管理的要求存在極大的差異，甚至有許多是本質上的區(qū)別，用傳統(tǒng)的DBMS來管理工程數(shù)據(jù)是難以勝任的[3]。

一般地講，試驗和測試是根據(jù)產品開發(fā)的需要而進行的，而諸如國防武器等復雜系統(tǒng)的開發(fā)過程是分階段進行的。在不同階段所需要進行試驗的項目和內容都不相同，各個階段要求解決的子任務不同，所關心的數(shù)據(jù)對象各異，但整體上又相互關聯(lián)；數(shù)據(jù)來源既有靜態(tài)的規(guī)范數(shù)據(jù)，又有隨著過程發(fā)展不斷產生的動態(tài)構造數(shù)據(jù)、信息增長數(shù)據(jù)、試驗性臨時數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)結構和記錄數(shù)項往往要根據(jù)工程對象而改變，數(shù)據(jù)量大、種類多、結構復雜。精測數(shù)據(jù)庫的建立采用先進的測試數(shù)據(jù)庫模型將實現(xiàn)精測數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的有效管理。

（References）

[1]徐福祥.衛(wèi)星工程[M].北京: 中國宇航出版社, 2002

[2]李禹生, 等.數(shù)據(jù)庫應用技術[M].北京: 中國水利水電出版社, 2002

[3]連衛(wèi)民, 張建偉.基于Web工程數(shù)據(jù)庫的SQL語言系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機工程與設計, 2006,27(18)