陳立杉, 孫 濤, 劉培培, 高慧中
(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第705研究所, 陜西 西安, 710077)
魚(yú)雷動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)
陳立杉, 孫 濤, 劉培培, 高慧中
(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第705研究所, 陜西 西安, 710077)
目前國(guó)內(nèi)外的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)基本上都是利用文件夾來(lái)存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)管理方式落后、采集設(shè)置和分析調(diào)取耗時(shí)費(fèi)力。為了解決以文件夾管理數(shù)據(jù)的弊端并提高采集分析軟件各功能模塊之間的信息交互性, 文中采用Access結(jié)合LabVIEW設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一套魚(yú)雷動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理軟件。在Access中設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)庫(kù)模型及各個(gè)數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系, 在 LabVIEW 中開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)工具、數(shù)據(jù)庫(kù)與各功能模塊的接口程序, 實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各表的查詢(xún)、修改、刪除及數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出。該軟件極大地提高了魚(yú)雷動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理效率和水平。
魚(yú)雷動(dòng)力試驗(yàn); 數(shù)據(jù)庫(kù); 數(shù)據(jù)管理; LabVIEW; Access
魚(yú)雷動(dòng)力裝置試驗(yàn)類(lèi)型多、測(cè)點(diǎn)多、數(shù)據(jù)量大, 隨著試驗(yàn)次數(shù)的不斷增加, 勢(shì)必產(chǎn)生海量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。此種情況下, 以文件夾為核心的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式存在查找耗時(shí)費(fèi)力等弊端。此外, 隨著試驗(yàn)次數(shù)的增多, 文件夾不斷累積, 同類(lèi)型試驗(yàn)可能因文件夾命名相同而導(dǎo)致新文件夾覆蓋舊文件夾, 存在數(shù)據(jù)安全隱患。為此, 文中面向魚(yú)雷動(dòng)力試驗(yàn), 采用LabVIEW編程工具, 開(kāi)發(fā)了以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心, 集數(shù)據(jù)管理、分析、報(bào)告為一體的測(cè)試分析系統(tǒng)。數(shù)據(jù)管理軟件(數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理模塊)作為該測(cè)試分析系統(tǒng)的核心, 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能、性能、穩(wěn)定性影響很大, 在整個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理工作中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
LabVIEW 本身并不具備數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)功能,不能像VB、VC那樣方便地操作數(shù)據(jù)庫(kù), 因此系統(tǒng)需要借助其他輔助方法和工具來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)及操作。劉立輝[1]通過(guò)對(duì)復(fù)雜信息系統(tǒng)的分層框架設(shè)計(jì), 調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(dynamic linking library, DLL)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)及操作, 該方法需要從底層進(jìn)行復(fù)雜編程, 工作量大且界面缺乏友好性; 熊宗接[2]與孫煒強(qiáng)[3]分別利用LabVIEW的ActiveX功能, 調(diào)用Microsoft ADO控件, 通過(guò)SQL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作, 該方法需要熟練掌握Microsoft ADO和SQL語(yǔ)言, 也需要從底層進(jìn)行復(fù)雜編程; 張捍東[4]與吳剛[5]利用通過(guò)第3方開(kāi)發(fā)的免費(fèi)工具包LabSQL實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作, 這樣的方式雖然成本較低, 但工具包中的控件設(shè)計(jì)較為專(zhuān)業(yè), 同樣要求用戶(hù)熟練掌握SQL語(yǔ)言。
美國(guó)NI公司歷來(lái)重視LabVIEW訪(fǎng)問(wèn)和操作數(shù)據(jù)庫(kù)的能力, 經(jīng)過(guò)不斷完善, 幾年前推出了簡(jiǎn)單易用、功能完善的數(shù)據(jù)庫(kù)工具包LabVIEW SQL Toolkit。該工具包集成封裝了一系列具有數(shù)據(jù)庫(kù)操作和訪(fǎng)問(wèn)功能的高級(jí)功能模塊, 可以方便地訪(fǎng)問(wèn)多種數(shù)據(jù)庫(kù)。與以上幾種數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)方式相比,該工具包具有以下優(yōu)勢(shì): 支持 ADO所有數(shù)據(jù)庫(kù)引擎; 具有高度可移植性, 任何情況下, 用戶(hù)通過(guò)改變DB Tools Open Connection VI的輸入?yún)?shù)Connection String更換數(shù)據(jù)庫(kù); 將數(shù)據(jù)庫(kù)中的Column Values數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn) LabVIEW Database Connectivity Toolset數(shù)據(jù)類(lèi)型, 使數(shù)據(jù)可移植性進(jìn)一步增強(qiáng); 不使用SQL語(yǔ)句就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的查詢(xún)、添加、修改及刪除等操作。目前, 論述LabVIEW SQL Toolkit訪(fǎng)問(wèn)和操作數(shù)據(jù)庫(kù)的文獻(xiàn)還很少, 針對(duì)此項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)開(kāi)展研究很有必要。
文中在對(duì)動(dòng)力試驗(yàn)流程進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于Access的動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù), 研究了數(shù)據(jù)維護(hù)工具的具體實(shí)現(xiàn)方法, 通過(guò)高速數(shù)據(jù)流文件(technical document management system,TDMS)[6]設(shè)計(jì)了各功能模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)的接口程序, 實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)與采集軟件和數(shù)據(jù)處理軟件的無(wú)縫連接。
1.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
魚(yú)雷動(dòng)力試驗(yàn)過(guò)程中, 主要產(chǎn)生試驗(yàn)配置信息(包括人員信息、產(chǎn)品信息、試驗(yàn)信息)、測(cè)點(diǎn)配置信息(包括測(cè)點(diǎn)信息、采樣信息)和測(cè)量信息(包括各監(jiān)測(cè)參數(shù)的波形數(shù)據(jù))等三大類(lèi)六小類(lèi)信息。動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)這三大類(lèi)信息, 數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)并管理(添加、修改、刪除等)測(cè)量信息[1]。
Access是微軟辦公套裝軟件的一個(gè)重要組成部分, 有著廣泛的用戶(hù)群, 以它開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)不但節(jié)省資源而且便于數(shù)據(jù)庫(kù)的部署。文中所構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)基于Access數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu), 根據(jù)存貯信息的類(lèi)型確定表的類(lèi)型和表的字段類(lèi)型, 根據(jù)采集、分析、報(bào)告等各模塊的信息流向確定各表之間的關(guān)系。Access數(shù)據(jù)庫(kù)的“表”是數(shù)據(jù)庫(kù)的核心組成部分, 數(shù)據(jù)庫(kù)中所有的數(shù)據(jù)信息根據(jù)其自身不同的屬性存儲(chǔ)在不同的表中。既對(duì)原始數(shù)據(jù)有存儲(chǔ)功能, 又具有對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的功能。為滿(mǎn)足試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析的需要, 共設(shè)計(jì)了 6個(gè)基本表, 分別為: 檢測(cè)人員信息表、試驗(yàn)對(duì)象信息表、試驗(yàn)信息表、測(cè)點(diǎn)信息表、采樣信息表、波形數(shù)據(jù)表。其中檢測(cè)人員信息表與試驗(yàn)對(duì)象信息表、試驗(yàn)對(duì)象信息表與試驗(yàn)信息表、試驗(yàn)信息表與測(cè)點(diǎn)信息表、測(cè)點(diǎn)信息表與采樣信息表存在一對(duì)多的從屬關(guān)系, 采樣信息表與波形數(shù)據(jù)表存在一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系, 其E-R模型如圖1所示。
1.2 LabVIEW對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的配置
為避免用戶(hù)在使用軟件過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行繁瑣配置, 在使用軟件前需要配置數(shù)據(jù)庫(kù), 這樣的程序設(shè)計(jì)使得用戶(hù)在使用軟件時(shí)更加高效、便捷。在目前公開(kāi)的資料中, 將LabVIEW與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接需要通過(guò) Windows操作系統(tǒng)控制面板中的管理工具對(duì)開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)互接(open database connectivity, ODBC)數(shù)據(jù)源進(jìn)行配置, 通過(guò)這種方式, 用戶(hù)每次使用 LabVIEW 訪(fǎng)問(wèn)任何類(lèi)型的數(shù)據(jù)庫(kù)前都必須通過(guò)該方式創(chuàng)建數(shù)據(jù)源名(data source name, DSN)并將其添加到Windows ODBC數(shù)據(jù)源配置中, 這樣大大降低了數(shù)據(jù)庫(kù)操作過(guò)程的效率。
圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)E-R模型Fig. 1 E-R database model
使用LabVIEW附帶的Database Connectivity Toolkit工具包對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接與操作。并通過(guò)字符串的連接, 創(chuàng)建SQL語(yǔ)言并將其輸入至工具包中的數(shù)據(jù)庫(kù)連接子VI中, 將傳統(tǒng)復(fù)雜的ODBC數(shù)據(jù)源配置步驟封裝到了一個(gè) VI中, 使用這樣的方式避免了用戶(hù)對(duì)控制面板ODBC數(shù)據(jù)源設(shè)置及SQL語(yǔ)言繁瑣的操作, 只需要在路徑中選中要配置的數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)擊確定即可, 同時(shí), 如果將數(shù)據(jù)庫(kù)工具從Access改變?yōu)镾QL Sever等其他形式,只需要將驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件名改變即可。同時(shí), 設(shè)計(jì)了“新建數(shù)據(jù)庫(kù)”子VI, 用戶(hù)可以使用動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)模板與此VI新建數(shù)據(jù)庫(kù)。
圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)工具Fig. 2 Database maintenance tool
為了方便用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)信息的管理, 保證魚(yú)雷動(dòng)力測(cè)試軟件的統(tǒng)一性, 數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件的設(shè)計(jì)原則是盡量使用戶(hù)在使用軟件時(shí)只在魚(yú)雷動(dòng)力測(cè)試軟件中操作而不接觸Access數(shù)據(jù)庫(kù), 如需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作, 在軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)管理軟件中進(jìn)行即可, 在此原則下設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)工具,用戶(hù)利用該工具實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)各個(gè)表中數(shù)據(jù)的添加, 刪除以及修改等操作, 如圖2所示。
數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)工具的界面設(shè)計(jì)為選項(xiàng)卡模式,這樣使得界面更加簡(jiǎn)單明了, 同時(shí), 使操作更加方便。在該子系統(tǒng)編程中, 設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)各個(gè)數(shù)據(jù)表的子VI, 在除波形數(shù)據(jù)表外的每個(gè)子VI中都包含添加、刪除及修改功能, 并使這3個(gè)模塊以并列形式運(yùn)行, 相互不受影響。由于在數(shù)據(jù)采集完畢時(shí)波形數(shù)據(jù)已經(jīng)錄入數(shù)據(jù)庫(kù), 而且波形信息表中的錄入時(shí)間、試驗(yàn)信息 ID以及試驗(yàn)產(chǎn)品名稱(chēng)均在數(shù)據(jù)源配置時(shí)已輸入數(shù)據(jù)庫(kù)中, 因此, 在波形信息表中不包含“添加”功能, 這樣也對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)起到保護(hù)作用, 防止數(shù)據(jù)的冗余錯(cuò)亂。將對(duì)應(yīng)各個(gè)表的子 VI以并列形式放入該子系統(tǒng)整體框架中, 在每個(gè)子 VI中, 都使用 Database Connectivity Toolkit工具包中的信息添加、修改與刪除子VI完成, 以試驗(yàn)信息表為例, 其添加、修改和刪除操作程序如圖3所示。
這3種子VI分別以L(fǎng)abVIEW的Database Connectivity Toolkit工具包中的添加、修改和刪除工具子VI為核心, 在添加子VI中, 將所要添加的字符串輸入后即可通過(guò) INS.VI將數(shù)據(jù)添加至所連接的數(shù)據(jù)庫(kù); 在修改子VI中, 每個(gè)不同的表都有一個(gè)特定的搜索字段, 這個(gè)字段是不能改變的, 通過(guò)搜索字段選定需要改變的內(nèi)容, 將修改后的字符串輸入后, 即可通過(guò) UPD.VI將改后的內(nèi)容輸入數(shù)據(jù)庫(kù), 實(shí)現(xiàn)修改功能; 在刪除子 VI中, 將搜索字段字符串與 SQL語(yǔ)句結(jié)合為刪除SQL語(yǔ)言, 并輸入FREE.VI刪除子工具VI后, 用戶(hù)可以在不接觸SQL語(yǔ)言的同時(shí), 利用搜索字段選定所需刪除的內(nèi)容后, 即可完成表中內(nèi)容的刪除操作。
圖3 表的添加、修改和刪除操作程序Fig. 3 Addition, modification and deletion processes on datasheet
從信息流的角度而言, 數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)來(lái)自采集模塊, 二者之間是輸入關(guān)系, 數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)供分析模塊使用, 二者之間是輸出關(guān)系, 因此數(shù)據(jù)庫(kù)模塊應(yīng)與其他模塊之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接。為了擴(kuò)大數(shù)據(jù)來(lái)源, 本數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具也可以以文本格式為橋梁將其他軟件采集的數(shù)據(jù)錄入本數(shù)據(jù)庫(kù)并導(dǎo)出至信號(hào)處理模塊進(jìn)行分析處理。
3.1 采集模塊中試驗(yàn)數(shù)據(jù)的循環(huán)錄入
通過(guò)TDMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的控制, 魚(yú)雷動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集軟件獲取的數(shù)據(jù)以TDMS文件形式輸入至本數(shù)據(jù)庫(kù), 如圖 4所示, 采用這種針對(duì)大數(shù)據(jù)的傳輸方式可以極大的提高數(shù)據(jù)傳輸速度,其速度大大高于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式[1]。
在信號(hào)采集與數(shù)據(jù)庫(kù)接口模塊中, 由信號(hào)采集模塊得到的數(shù)據(jù)以TDMS文件的形式存在于指定的模板TDMS文件中, 使用TDMS讀取控件將該模板文件中的數(shù)據(jù)讀入數(shù)據(jù)庫(kù)。在模板TDMS文件中, 每次的采集數(shù)據(jù)都將覆蓋上一次存儲(chǔ)的數(shù)據(jù), 這樣的方式使得模板 TDMS文件始終只有一個(gè), 并且其僅僅作為一個(gè)中間路徑的形式存在, 使得 TDMS文件的占用內(nèi)存幾乎為零。最后, 將獲取的波形成分由FOR循環(huán)形式一一錄入[1]。
圖4 高速數(shù)據(jù)流(TDMS)數(shù)據(jù)讀取程序Fig. 4 Rata reading process of the technical document management system(TDMS)
3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)讀取至信號(hào)處理模塊
在數(shù)據(jù)庫(kù)模塊與信號(hào)處理模塊接口程序設(shè)計(jì)中, 首先將數(shù)據(jù)庫(kù)連接至程序, 應(yīng)用SEL.VI數(shù)據(jù)選擇控件對(duì)字段進(jìn)行檢索, 再通過(guò)循環(huán)檢索, 應(yīng)用Database vaiant to data.VI將變體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字符串, 使用戶(hù)得到通道信息, 從而將數(shù)據(jù)庫(kù)中波形數(shù)據(jù)表的每個(gè)字段名稱(chēng)以數(shù)組的形式導(dǎo)出, 如圖5所示。
將每個(gè)字段里的內(nèi)容以數(shù)組的形式進(jìn)行循環(huán)導(dǎo)出, 并轉(zhuǎn)換為字符串表格, 最終將字段名稱(chēng)添加到該字符串表格的第一行作為表頭, 將字段中的內(nèi)容作為表中數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)表。數(shù)據(jù)循環(huán)讀出的程序設(shè)計(jì)與循環(huán)讀入的程序設(shè)計(jì)思路相通, 但其實(shí)現(xiàn)方式相反。
若需要將其他軟件采集的以文本形式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)錄入該數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行信號(hào)處理, 只需將其他形式數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換至TDMS文件形式, 即可使用導(dǎo)入導(dǎo)出接口模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出。其轉(zhuǎn)換程序如圖6所示, 通過(guò)使用表格控件將表格讀出后, 應(yīng)用MATLAB軟件編寫(xiě)轉(zhuǎn)換算法, 將表格中的行與列進(jìn)行變換, 通過(guò)循環(huán)檢索將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)組, 再通過(guò)TDMS控件, 將數(shù)組寫(xiě)入TDMS文件, 從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)形式的轉(zhuǎn)換[1]。
圖5 數(shù)據(jù)表中字段名稱(chēng)的讀取程序Fig. 5 Reading process of field name in datasheet
圖6 其他形式數(shù)據(jù)文件至TDMS文件轉(zhuǎn)換程序框圖Fig. 6 Block diagram of file conversion from any other format to TDMS one
文中運(yùn)用 Access設(shè)計(jì)了動(dòng)力試驗(yàn)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù), 在 LabVIEW 中開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)源配置、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)工具、數(shù)據(jù)庫(kù)與各功能模塊的接口程序,實(shí)現(xiàn)了魚(yú)雷動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效管理, 并為采集分析軟件各功能模塊之間信息交流提供了一個(gè)統(tǒng)一描述的藍(lán)本, 為模塊間的互操作創(chuàng)造了必要條件。該軟件既可作為獨(dú)立的試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理軟件使用, 也可作為基于數(shù)據(jù)庫(kù)的采集分析軟件的一部分, 具有很強(qiáng)的實(shí)用性和適用性。Access作為小型關(guān)系型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng), 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量相對(duì)較小,且不支持并發(fā)處理, 難以滿(mǎn)足今后存貯大容量數(shù)據(jù)及遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)和處理數(shù)據(jù)的需要。下一步計(jì)劃采用大型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(如SQL Server, ORacle)開(kāi)發(fā)動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù), 并改進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊的功能,不斷完善其可靠性與高效性。
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(責(zé)任編輯: 許 妍)
Development of Data Management Software for Torpedo Power Test
CHEN Li-shan, SUN Tao, LIU Pei-pei, GAO Hui-zhong
(The 705 Research Institute, China Shipbuilding Industry Corporation, Xi′an 710077, China)
At present, data analysis systems usually use folder to store test data, but this manner is insufficient for data management and spends more time in data acquisition, analysis and access. Therefore, a data management software for torpedo power test is developed based on LabVIEW and Access to improve information interaction among modules in the acquisition and analysis software. In Access a database model and the relationship among datasheets are designed,and in LabVIEW database maintenance tool and interface program between database and function modules are developed. Thus query, modification, deletion, and data input/output operations on datasheets are implemented with higher efficiency.
torpedo power test; database; data management; LabVIEW; Access
TJ630.32; TP311.56
A
1673-1948(2016)04-0271-06
10.11993/j.issn.1673-1948.2016.04.006
2016-05-04;
2016-07-20.
船舶工業(yè)國(guó)防科技預(yù)研基金項(xiàng)目(14J4.4.1)、 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七 〇五研究所總工程師基金(CX-1507).作者簡(jiǎn)介: 陳立杉(1990-), 男, 碩士, 主要研究方向?yàn)閯?dòng)力測(cè)試測(cè)量技術(shù).