某产品动力系统可靠性数据库统计分析系统设计与实现

引言

某系列产品的动力系统目前有多种型号,经历多次试验台改造,产生了多种类型陆上功率试验数据、湖海实航试验数据、泵阀性能试验数据等,在查找问题条次及试验故障原因分析时,需要对相似故障及历史数据信息进行对比分析,但这些数据信息分散在不同单位,文件格式也不相同,数据是各自孤立的,没有建立起数据之间的相互联系,给排故、查找、对比、分析问题带来了困难,如何合理使用已有的试验数据来提高动力系统可靠性,在生产、装备故障发生时如何快速高效地诊断故障,并排除这些故障,为生产实航提供方便快捷的可靠性数据,一直是研制生产单位和使用保障单位共同关心的问题。

本系统主要是以某产品功率试验数据为主、相关试验数据为辅,开展对某产品试验数据的查询分析,从数据入手探索如何从大数据中分析出准确、可靠、对排故具有指导意义的数据信息,主要从以下几个方面进行研究:

(1）对陆上台架功率试验和湖海试数据、质量信息、故障信息等进行收集、整理、分析,结合工作中信息检索、产品排故、统计分析等需求,确认系统需要实现的具体功能模块。

(2）根据数据信息分类和软件功能需求,设计数据库结构及系统的结构框架。

(3）建立数据信息之间的联系,并根据需求选择适当的查询、统计方法来对数据进行分析。

(4）设计一套提供多方位、多角度的查询、统计及分析的应用软件系统,使用户可以方便快捷地通过对

故障现象等信息的模糊查询,从历史记录的数据中检索出相似故障的信息、发生的试验平台、相关的试验数据等,为故障排查提供具有可靠性和相关性的信息参考。

通过开展某产品动力系统可靠性数据分析研究工作,编制应用软件,建立开放性数据库,设计了能够实现数据查询、对比分析、故障查询等功能的软件平台,并达到以下目标:

(1）分析某产品动力系统数据信息,摸索规律,建立动力系统数据库结构框架,并挖掘出数据信息之间的联系及相互关系。

(2）运用权限管理,开发出可单机使用,也可网络使用的适合不同用户需要的应用程序。

(3）可随时补充相关数据,对不同渠道产生的数据可以通过录入、上传、导入等方式将信息传入系统,为可靠性数据库系统的完善提供数据积累。

(4）可对陆上台架功率试验、湖海实航试验数据进行快速查询和对比分析。

(5）试验故障时,可根据故障现象等信息快速检索以往的故障诊断信息,进行数据对比分析,达到快速定位故障、解决问题的目的。

1系统分析与设计

1.1l开发与运行环境

本系统使用Delphi7.0作为开发工具,采用了C/s(客户端/服务器）的架构模式,ADo数据访问模型技术,全面实现对象化编程。后台数据库采用MssoLserver2000大型数据库管理系统。硬件上主要可由数据库服务器和不同分布的客户端计算机组成,也可由单台计算机组成。

1.2系统功能结构

如图1所示,本系统主要由权限管理、数据上传和试验数据库统计系统构成。

权限管理程序主要完成用户权限的分配及管理。

数据上传程序主要完成陆上功率试验相关数据及海水泵、燃料泵试验数据上传至数据库相应表中的任务。

试验数据库统计系统主要由基本信息、文件、试验信息、查询分析和结论分析等部分组成,主要完成数据信息的回放、比较、查询、统计和分析。

1.3系统工作流程

系统工作流程首先要从权限管理的流程说起,系统初始化由高级管理员来完成,高级管理员拥有最高的管理权限,高级管理员登录权限管理程序建立登录本系统的用户信息,并为这些用户分配相应的使用权限,所有用户只有在拥有了这些权限后方能登录到本系统中。

用户通过用户名及密码登录到本系统中,在权限允许的范围内可编辑、回放比较、查看相关的信息。整个系统简易流程如图2所示。

1.4数据库设计实现

数据库是整个系统的数据组织核心和软件设计的基础,是理顺整个系统数据流程的关键,负责组织与联系所有数据,对数据进行分类和管理。在本系统中共设计了20多个数据表,相关数据表之间通过关键字建立关联,相互关联的表之间具有一定的约束限制。数据关系如图3所示,其中主要数据信息包括以下内容:

(1）陆上台架功率试验采集数据文件。

某产品试验台历经4次改造,试验采集数据文件格式各不相同,之前的试验数据分析系统已将历年的试验采集数据统一转换到了一个平台上,并以.dat文件格式保存。

该试验台试验采集数据由3个文件构成:

1）Formular:存储所有采集通道的通道配置、标定参数等相关信息:

2）Data:存储试验中所有模拟通道的数据:

3）Ttl:存储试验控制台发出的D0信号和现场反馈的DI信号数据。

(2）功率试验报告文件。

根据某产品的技术要求对试验采集数据经过处理后产生的结果报告文件,以.doc格式保存,包括试验编号、试验日期、产品配套参数、试验数据等。

(3）功率试验试后分析文件。

功率试验后根据试验是否有效、产品是否合格而产生的相关信息文件,其中包括试验编号、试验日期、试验结论、新装状态、产品准备情况、试验台情况、试验现象、产品试后分解情况、故障分析处理、不合格品评审处置记录单号、超差使用申请单编号等。

(4）故障分析报告文件。

故障分析报告大多是以.doc或.pdf格式存放,它是以试验为索引逆向追溯的文件,反映了试验设备、产品加工、装配等方面产生故障的原因、现象及解决方法。

(5）湖、海试验数据文件。

湖、海试验采集的数据一般以.dat文件格式提供,主要有两个文件:一个是记录转速的,采样频率为10次/s:另一个记录着许多实航信息,但在本系统中只上传了+40V电压、-40V电压、潜水深度,采样频率为100次/s。不论是接收一个还是两个文件,系统都需要对文件进行格式转换,使其满足统一回放查看的需求。

(6）泵性能试验报告文件。

海水泵和燃料泵的性能试验数据按技术要求经过处理而形成的报告文件,包括试验编号、试验日期、产品代号、组件序号、泵(海水泵、燃料泵）试验处理参数等。

(7）产品配套数据文件。

产品配套数据文件是某产品出厂配套及检修的参数表,其中包括产品号、动力装置、海水泵、燃料泵、发动机等参数信息。

以上试验数据信息以原始数据归档文件形式存储(如.dat、.data、.word、.pdf等格式）,在各自归档的文件夹中,本系统通过在数据库表中保存文件的存放路径建立起与数据文件之间对应的关联,从而实现当文件存放位置发生变化时,只需修改相应的文件存放路径,文件链接即可改变。通过路径链接文件而不是将大量的试验采集数据存放到数据库表中,实现了数据文件的多格式存放,使本系统具有更强的适应性、灵活性和可扩展性。

2软件程序的功能实现

2.1权限管理

权限管理是用来对应用系统的所有资源(对象资源和数据资源）进行权限控制,由高级管理员来实现用户权限的建立及分配,如对应用系统的功能菜单、各个界面的控件等进行的控制。系统保留一个高级管理员,拥有系统的管理权限,系统使用时首先由高级管理员建立一个或多个组及用户,然后对组和用户分配相应的使用权限。权限管理程序主要包括以下4个功能:

(1）增加组、删除组及编辑组:根据用户分类添加、删除或编辑组的信息。

(2）设定组权限:对选定的组进行权限设定,其中"√"表示允许权限,"×"表示禁止权限。

(3）增加、删除、编辑操作员:设定该操作员隶属的组及操作属性。

(4）操作员初始密码设置。

权限管理是一个单独运行的可执行程序,且只能由高级操作员来操作。它具有功能划分清晰、通用性强、使用安全方便等特点。

2.2数据上传

数据上传是一个安装在功率试验和海水泵、燃料泵试验采集控制台及其他用于上传数据的计算机上的程序,实现原始数据的上传和数据挖掘,保证数据维护的及时性。主要功能如下:

(1）将原始数据上传到服务器指定位置:

(2）对实验数据进行挖掘,完成数据库数据的自动添加。

2.3试验数据库统计系统

2.3.1基础信息

基础信息是本系统的基本元素,是为权限管理、文件上传等功能做准备的。这些信息包括操作人员信息、文件存放路径、试验台类型、试验类型代码。

2.3.2试验及配套信息

试验及配套信息是系统结构设计和功能分析的基石,是系统功能体现的最基本保障。这些信息来自不同的地方,主要是在某产品试验及配套时产生的,记录了在不同试验情况下采集、处理、分析等产生的产品数据信息,包括陆上台架功率试验采集文件和报告数据、海水泵和燃料泵性能试验报告、湖海试验数据及出厂配套参数等。本系统对这些信息设置了根据权限进行维护的功能,主要功能有:

(1）通过录入、导入、上传等方式将信息存入数据库表中:

(2）可通过修改、删除对信息进行维护:

(3）可设置条件对表中信息进行任意组合查询:

(4）可将显示的结果导出到Excel表中进行二次运用:

(5）可对功率试验报告中的数值按查询条件参数

进行统计,计算出平均值、最大值、最小值、和、计数、方差值。

2.3.3试验数据查看

试验数据查看可对功率试验数据、湖海试验数据以曲线的方式进行回放、对比分析,分为单次试验数据查看和多次不同试验数据对比分析查看两种,通过选定通道的数据以曲线图形的形式展现。

湖、海试的实航数据与陆上功率数据的数据格式不同,通道配置不同,采样频率不同,本系统为使它们具有良好的一致性,以曲线的形式将它们各自在相同的界面上展现出来,但鉴于它们的种种不同,不同种类的试验数据不能进行比较(例如:陆上台架功率试验与湖海试验的数据不能在一起进行比较）。

试验数据查看主要包括以下功能:

(1）可以对一个试验,也可以对不同的试验,以时间函数的曲线图形形式同时再现10个以内选定通道的参数(包括数字参数和计算参数）:

(2）对打开或比较的通道参数可以选择通道在设定时间段内,以给定的时间间隔输出到Excel表格中:

(3）对以曲线图形展现的参数可以.bmp、.jpg图形文件的形式存放到指定的位置或嵌入到word文件中,便于编辑:

(4）通过建立一个计算通道定义文件*.calc,对计算通道进行定义和编写计算公式,完成对计算通道的编写、设置、保存等工作,经编译后生成相应的*.dll文件,数据查看时调用*.dll文件,即可得到计算参数:

(5）数据查看以3种方式输出试验数据:屏幕曲线显示、Excel表格数据和.jpg格式的图片文件,在不同的输出方式中,可以选择设置一个或多个(最多10个）通道、时间点、步距等参数进行输出。

2.3.4查询统计

查询统计是将试验信息经过整合、关联后建立起一个综合查询方式,为实现方便快捷地查询信息,本系统具备两种查询方式:综合查询和试验查询。

(1）综合查询。综合查询整合了与功率试验密切相关的所有信息,其功能如下:

1）可以根据需要按试验有效、无效,试验编号,试验日期,动力装置编号等进行明确定位查看分析,也可以对列表中的各项如试验类型、试验结论、现象分类等进行分类过滤查询和升降序排列查询:

2）可对所选定的某次功率试验显示其试验情况、产品准备情况、试验台情况、配套参数和报告结果参数、产品试后分解情况、故障分析处理情况、不合格品处置单号、超差使用申请单号等信息:

3）可直接关联打开原始数据文件并直接进入相应的数据曲线查看分析模式:

4）可打开与之关联的试验报告文件和故障报告文件,进一步深入了解此次试验结果报告的详细内容或故障诊断报告中对此次试验故障的分析内容:

5）可打开选定功率试验所对应的海水泵、燃料泵性能试验报告表。

(2）试验查询。试验查询是以出厂配套信息为主线,通过产品号、动力装置号、海水泵、燃料泵的组件序号连接起各试验数据。信息与其对应的各种试验是一对多的关系,以产品号(或动力装置号）牵头将所有与之相应的功率试验、湖海试验和海水泵、燃料泵性能试验查询出来,不但通过产品号将各试验之间建立了联系,同时也为反向查找问题提供了便利。

2.3.5统计分析

数据分析是通过适当的统计方法对收集来的大量数据进行分析,将它们加工、汇总、理解和消化,以最大化地开发数据的功能,发挥数据的作用,并从中发现数据的内部关系和规律,为发现问题和解决问题提供参考依据。

本系统采用描述性统计方法、对比分析法、分组分析法、平均分析法等分析方法直观、准确地反映数据之间的变化和差距,通过表格、图形来展示数据分析结果。系统通过对故障现象等信息的模糊查询,从历史记录的数据中检索出相似故障的信息、发生的试验平台、相关的试验数据等,为排故提供具有可靠性和相关性的信息参考。

(1）曲线分析:曲线分析主要是通过对不同功率试验台上产生的数据进行统计分析,建立预测模型,通过模型来分析某次或某段时间内试验数据的变化范围、离散程度和数据波动情况,并可用预测模型来对选定试验数据进行拟合度和离散性的分析。

1）预测模型建立:通过对几次功率试验数据中某些测量通道的数据进行计算,拟合出最大值、最小值、平均值、方差值等数值,以曲线图形的形式显示出来,并可以新文件的形式保存在指定的位置,方便后期使用。

2）同测量通道数据分析:不同试验数据的比较,可通过选择试验编号的方式快速将选定试验台上多次试验的某测量通道数据保存在指定的文件中,同时可以曲线图形的形式与预测模型一起显示在同一界面中,方便查看和分析问题。

(2）趋势分析:通过对试验性能、试验结果参数的图形分析,可以分析出在一定时间内某些试验各参数值的变化规律和变化趋势。如按年、季度、月对功率试验报告参数进行平均后,通过曲线图形的形式分析其变化规律。

(3）占比分析:使用结构分析法对数据进行分析,基于指定的时间段内功率试验数据结果做出试验类型、试验结论、试验判定和试验名称的占比分析。

(4）对比分析:将两个或两个以上的数据进行比较,分析其中差异,从而揭示这些数据所代表的事物的变化情况和变化规律。通过对某次或某批功率试验结果参数的对比分析,可以柱状图的形式非常准确地量化出其中的变化和差距。在本系统中可以选择一对一、一对多或多对多的对比分析,从中发现不同次、不同批试验数据之间的变化规律。

3结论

本系统以某产品试验数据为基本点,通过对数据的收集和整理,建立了具有特定意义及代表性的信息平台,并在减少数据冗余、保障信息安全的前提下将相关信息纳入其中,为技术和管理人员提供了一个查询、统计分析某产品数据信息的操作平台,为快速定位问题、解决问题提供了可以借鉴的方法和途径。

(1）本系统将有关某产品的试验数据整合到一个平台,为用户提供了一个界面统一、操作灵活、功能强大的查询、查看、分析平台。

(2）为湖、海试验数据提供了一个可回放查看、比较、分析的平台。

(3）为某产品试验数据(陆上功率试验、湖海试验、泵试验）建立了联系,可方便快捷地通过任意试验查找到相应的试验信息。

(4）本系统既可单机使用也可网络使用,具有很强的适应性。不论安装在何处,都可通过接收数据文件完成系统数据的传输。

(5）对试验数据进行深度分析,通过统计分析从中发现问题、定位问题。

本系统可同时满足研制、生产、使用以及保障等不同单位的使用需求,为某产品的试验分析提供一个信息化的使用环境,帮助有关部门和技术人员及时掌握试验信息,对产品试验情况、装配情况以及故障情况进行统计分析,快速高效地进行故障诊断及定位,实现信息共享,提高资源的利用率,降低故障排查成本,减少部队对维修保障资源的需求,为公司科研、生产、管理信息的充分利用和深度挖掘探索了新思路,为决策分析提供了素材和依据。

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