1 前言
從引進技術生產時速250公里的高速動車，到自己開發出時速380公里的高速動車，在代表軌道交通最領先技術的高速動車領域，中國北車長春軌道客車股份有限公司用了七年時間，完成了從追趕者到領跑者的華麗轉身，在這華麗轉身的背后離不開企業技術人員的自主創新研發及不計其數的試驗。試驗是產品研發、生產制造、直至維修保障過程中必不可少的重要測試環節，它是保證產品性能、提高產品質量和市場競爭力的重要手段。試驗技術和試驗數據管理水平的高低，已成為衡量企業生產發展及科研創新能力的一個顯著標志，是企業核心競爭力的重要體現。
目前，隨著軌道交通行業在國內外的蓬勃發展，對列車總體技術的要求也在不斷提高，科研生產任務日益繁重，與之對應的試驗任務的數量、種類和復雜程度也在不斷增加。企業現有的試驗數據管理手段和技術手段已經不能滿足現行的業務需求，突出表現為試驗測試數據與數據管理之間的不匹配。由于缺少先進適用的試驗數據管理手段，導致企業對試驗數據的維護和使用都非常困難，數據的完整性，安全性和共享性也難以保障，更無法進一步挖掘出埋藏在試驗數據中有價值的信息。試驗數據管理問題給企業的數據管理工作造成了非常大的壓力，正逐步成為影響企業科研效率的新瓶頸，嚴重制約了新產品的科研生產和創新發展。這些問題主要表現在以下幾個方面：
(1)試驗數據分散獨立，無法多人同時利用試驗結果，共享程度低，沒有繼承性；
(2)試驗數據缺乏完整性，對試驗得到的海量數據不能進行有效存儲，數據利用率低；
(3)試驗數據缺乏統一轉換工具，無法對多種數據格式進行集中處理分析，尤其造成多種委外數據無法進行深層次的驗證分析；
(4)試驗數據分析處理手段欠缺，缺乏可視化數據對比分析及仿真分析工具，無法有效集成并持續優化多年來積累的寶貴的專業算法和工具；
(5)試驗數據的安全性缺乏整體部署，無法有效防止不合法的使用所造成的數據泄漏、更改或破壞。
為了能及時、有效地解決企業在試驗數據管理中存在的諸多問題，確保其科研生產順利、健康地開展，必須在現有技術條件下，不斷改革創新，進而探索出一條適合企業在新體制運行下的試驗數據管理創新之路。
本文針對企業在試驗數據存儲、格式轉換、分析展示及規范化管理中出現的大量問題，根據試驗數據管理的具體需求，通過開發引入試驗數據管理系統，建立企業內部權威的試驗數據資源庫，把所有的試驗數據和所有與試驗相關的信息和業務流程進行統一管理，實現試驗過程及數據的規范化管理，繼而推動企業研究成果的平臺化和繼承性。
2 試驗數據管理系統需求分析
產品研發過程包括設計、仿真和試驗三個階段，每個階段的數據特點都不相同，對數據所進行的處理方式和對結果的分析過程也都不相同，同時，各個階段都會產生大量的試驗測試數據。由于試驗數據的專業性、海量性以及格式多樣性，傳統的數據管理方式很難滿足人們管理實驗數據的需求，基于以上對企業試驗數據管理現狀的分析，可以清楚地認識到建立統一、高效的試驗數據管理平臺已經成為企業迫在眉睫需要解決的問題，因此，試驗數據管理系統（Test Data Management，以下簡稱TDM系統）在實際需求中應運而生。
TDM系統是產品生命周期管理(PLM)的組成部分，它能幫助企業組建一個準確一致的試驗數據資源庫，這個資源庫圍繞“試驗”業務實現數據的全生命周期管理。為了滿足試驗數據管理的需求和解決各種各樣的問題，TDM系統的設計需要滿足以下幾個功能的需求：
(1)任務管理
提供完備的試驗任務管理功能，包括試驗任務的創建、維護、進度查看、統計查詢等功能。同時把試驗過程信息和大量試驗數據有效的管理起來，方便各位設計師靈活的查詢這些信息，對試驗項目的管理主要是對項目涉及的試驗、人員、設備、文檔和數據等信息的管理。
(2)試驗管理
提供試驗流程定制、執行、監控、試驗查詢及故障管理等功能，包括對試驗信息進行添加，修改，刪除，授權，以及類型維護，日志維護等操作。提供試驗所需的工作流程，如試驗準備工作流程，試驗文檔審批流程等。
(3)數據管理
提供對試驗數據的存儲、分析及檢索功能，能夠對結構化和非結構化試驗數據進行統一管理，包括原始數據、過程數據、結果數據等內容。能夠根據試驗任務、試驗類型，建立合理的數據存儲結構，方便數據的查找和應用。支持多途徑查詢功能，適應于不同層面的應用人員從各個角度查詢與試驗相關的各種信息。
(4)實驗室管理
提供與各個研究室相關的各項管理工作，主要包括人員管理、規章制度管理、論文和成果管理、運行考核管理等，方便各試驗室日常工作的開展。提供豐富的試驗資源管理功能，包括試驗設備和試驗樣件的新建、修改、查詢、校驗和使用記錄等功能，需要對試驗設備的使用情況及試驗資源進行狀態管理，以實現試驗資源的信息共享和高效使用。
(5)數據分析處理
提供數據流程化分析功能，能夠對數據分析過程進行監控，顯示運行進程、執行信息等內容，支持數據分析流程本地存儲、導入與管理；提供通用數據處理公式與常用分析算法，能夠將數據處理功能插件化封裝形成通用數據處理算子，算子編輯支持可視化；提供數據分析的可視化展現，能夠進行多媒體數據播放功能。支持操作用戶從各個維度、層面、力度的交互式分析、比較，提供靈活、豐富、美觀的展現形式。能夠對第三方專業分析工具及軟件提供標準、高效的接口支持。
(6)系統維護
根據不同層面的應用人員，建立合理的用戶、權限等系統管理功能。數據的上傳、修改需要審核，確保系統數據安全。建立數據日志，方便管理人員對系統進行使用和維護。
根據以上分析，TDM系統應集試驗數據管理、試驗任務管理和實驗室管理為一體，覆蓋“試驗準備”、“試驗執行”、“試驗分析處理”和“試驗評估”全部階段，把所有的試驗數據和所有與試驗相關的信息和業務流程進行統一管理。TDM系統的功能結構，如圖1所示。
圖1 TDM系統功能結構圖
因此，構建試驗數據管理系統的意義在于，通過TDM的實施和開發，企業應達到數據管理規范化、歷史數據可視化、試驗過程流程化，并能夠成為企業提高科研水平，縮短科研周期，降低科研經費的源動力。
3 試驗數據管理系統功能的實現
TDM系統是一個統一的、可擴展的試驗數據管理應用平臺，通過多種數據采集技術，將分散的試驗數據統一收集到TDM系統中，集中存放，統一管理，確保用戶可以很方便地實現數據多維度、多視圖的訪問和查詢，構造完整規范的試驗業務系統。該系統主體采用基于B/S和C/S的混合結構，表示層為網站平臺。基于Web service技術構建的中間件包括數據庫的操作和業務流程的控制。系統運行在Windows系統之上，Web服務器采用tomcat6.0，數據庫采用市場主流OraclelOg數據庫作為基礎的數據庫平臺。系統的數據庫拓撲由系統數據庫、多媒體數據庫、文件數據庫組成。該系統的運行環境提高了客戶端與數據庫的通訊效率，成為了一個可以提供開發、運行和管理的良好的平臺。
要實現TDM系統的各項功能，必須通過必要的技術手段和工具在三個層面上對現有企業信息資源加以管理和控制，它們分別是：基礎數據層，實現對于實驗原始數據、過程數據及結果數據的存儲；業務應用層，實現業務邏輯和業務流程；綜合應用層，實現對數據的展示功能。TDM系統的體系結構，如圖2所示。
圖2 TDM系統體系結構圖
要實現TDM系統的各項功能，必須對試驗的流程進行梳理和優化，對優化后的流程進行電子化管理。該系統要求以試驗流程為主線，通過試驗流程的流轉把試驗任務中涉及到的各個環節的數據銜接起來，使其在產品研發過程中得到最高效的利用，從而實現試驗流程優化和創新管理。具體來說，試驗數據通過專業光纖網從各專業試驗臺進行采集，然后通過TDM系統進行數據集中存儲和統一管理，再利用數字化顯示系統進行試驗數據可視化展示、仿真數據與原始數據進行比分析，最后由TDM系統自動生成試驗報告。TDM系統流程圖，如圖3所示。
圖3 TDM系統流程圖
4 試驗數據管理系統的應用
TDM系統的建設，不僅突破常規解決歷史試驗數據管理遺留的問題，實現了數據管理規范化及可視化，而且通過精益管理實驗室、試驗資源及試驗項目，達到試驗過程流程化和研究成果平臺化，使得企業試驗資源得到持續積累，切實實現了試驗數據自主創新管理。具體來說，TDM系統的應用主要體現在以下幾個方面：
(1)建立了測試數據實時采集、傳輸、控制平臺
系統通過測試數據管理系統和測試臺數據采集軟件之間的交互，或者直接通過設備驅動獲取試驗數據和傳送數據，實現試驗數據的現場采集、傳輸和存儲。系統提供設備資源的統一管理，實現試驗設備的集中控制，支持改變以往傳統的測試數據采集方式，提高測試數據的自動化管理水平。
(2)建立了統一的測試數據存儲平臺
將測試數據、測試文檔、測試資源采用統一的數據存儲平臺進行存儲，能從海量試驗數據中快速獲取有價值的信息，統一試驗數據入口和出口，使得使用者可以在統一的數據平臺上進行各種數據操作，提高測試數據的利用率。
(3)建立了方便實用的測試數據操作、處理平臺
系統提供清晰、完善的數據組織結構，具備方便快捷的查詢功能，提供常用的數據統計分析功能，測試結果整理功能和報告智能生成功能，可以方便地完成日常的數據處理任務。
(4)建立了細致的測試數據安全保障體系
由于測試數據的特殊性，建立細致的測試數據安全保障體系是系統實施的重點。基于嚴格的權限機制實現數據的安全保護，建立管理層、業務層和操作層的權限管理機制。根據技術人員的不同權限來顯示不同的訪問界面，控制不同的數據瀏覽和操作范圍。
(5)建立了統一的試驗項目和任務監控平臺
系統提供完備的試驗項目管理功能，使試驗項目管理人員和執行人員可以快速完成試驗工作，及時解決試驗計劃沖突，合理配置試驗時間、試驗設備、試驗人員及其它試驗資源。具備試驗任務的啟動、執行和監控機制，清晰地了解各試驗任務進程，顯示檢測過程執行情況功能，并能實現試驗過程追溯。
(6)建立了擁有完整專業模塊的試驗數據自動化管理平臺
系統在測試數據采集部分和用戶終端顯示部分分別提供了多種專業性較強的試驗數據分析模塊和大量的二次開發接口，尤其為歷史試驗數據及外場試驗數據提供了專業的分析管理平臺，通過積累大量的試驗數據形成專家庫建議，實現了試驗數據的自動化管理。
TDM系統的成功應用，為提高產品可靠性提供了強大的數據支持，為新產品持續研發提供了必要的理論支撐，為高速列車研發，設計及安全運營提供必要的理論支撐和技術保障，是企業掌握核心技術、實現完全自主研發、引領技術創新的必要前提，為企業實現由粗放型到集約型、由傳統管理向精益管理的轉變奠定了堅實的基礎。
5 結束語
TDM系統的應用給試驗數據管理帶來了巨大的變革，它是現代企業經營、發展中的重要一環，是提高企業運行效率，打造公司軟實力最有利的證明。并真正探索出一條適合企業在新體制運行下的試驗數據管理創新之路！
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本文標題：淺談TDM系統在企業試驗數據管理中的應用
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