航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文維陽，陳震宇，曹 陽，朱赤洲

（中國航發(fā)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，沈陽110015）

0 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制是涉及多學(xué)科和多工程領(lǐng)域的一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)貫穿整個(gè)研制過程和技術(shù)發(fā)展的各環(huán)節(jié)，占有重大比重[1]。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)不斷增加和研制的不斷深入，試驗(yàn)的復(fù)雜性也隨之增加，參與試驗(yàn)的系統(tǒng)越來越多，信息化程度越來越高[2]，除了傳統(tǒng)的臺(tái)架測試與電氣系統(tǒng)外，還包括發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字控制、試驗(yàn)流程管理、試驗(yàn)視頻和音頻、遠(yuǎn)程監(jiān)視、特殊試驗(yàn)設(shè)備控制等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都成為試驗(yàn)的主要數(shù)據(jù)源，導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)量劇增；數(shù)據(jù)源的多樣化導(dǎo)致了試驗(yàn)數(shù)據(jù)類型的多樣化，數(shù)據(jù)類型除了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)外，還產(chǎn)生了文檔、圖片、視頻、音頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)量的增加及類型的多樣化，對(duì)數(shù)據(jù)的處理分析速度有了更高要求；海量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含著巨大的價(jià)值，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能分析及研制至關(guān)重要。因此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有大數(shù)據(jù)的4V特征[3]，即數(shù)據(jù)量足夠大（Volume）、數(shù)據(jù)的種類多樣（Variety）、數(shù)據(jù)的增長及處理速度快（Velocity）、數(shù)據(jù)蘊(yùn)藏價(jià)值大（Value）。

傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代的試驗(yàn)需求。問題主要體現(xiàn)在3 個(gè)方面：（1）產(chǎn)生的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分散各處，數(shù)據(jù)融合度低，缺乏統(tǒng)一管理；（2）重視對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理，忽視對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理，二者綜合利用率低；（3）缺乏有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析工具，自動(dòng)化程度不高，傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計(jì)、事后二次處理等數(shù)據(jù)處理模式滿足不了航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)快速獲取數(shù)據(jù)處理結(jié)果的需求。目前國外在大數(shù)據(jù)方面的研究，絕大多數(shù)是應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)，重視的是數(shù)據(jù)工程而不是數(shù)據(jù)科學(xué)，主要考慮大數(shù)據(jù)分析算法和系統(tǒng)的效率[4]。國內(nèi)在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)主要集中在大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘、并行計(jì)算和分布式處理等方面[5]。

本文以大數(shù)據(jù)理念為核心，通過解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理中的復(fù)雜性難題，最終建立起1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)、安全、可靠、易于管理維護(hù)的高性能數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)場、外場、露天臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

1 多數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)采集與融合

數(shù)據(jù)采集與融合是大數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘中的重要一環(huán)，其后的數(shù)據(jù)分析挖掘都建立在數(shù)據(jù)采集與融合的基礎(chǔ)上。以測控系統(tǒng)為例，航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的復(fù)雜性決定了試驗(yàn)測控系統(tǒng)的復(fù)雜性，系統(tǒng)采用分布式布局、獨(dú)立運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)互連、數(shù)據(jù)共享[6]，測控系統(tǒng)架構(gòu)及數(shù)據(jù)流傳輸如圖1所示。以多種類型設(shè)備采集不同類型參數(shù)，各采集設(shè)備獨(dú)立工作，并以數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)為核心，各系統(tǒng)、各設(shè)備之間通過不同的通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。應(yīng)用的通訊協(xié)議與技術(shù)有：傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）、4 線制、全雙工、差分傳輸、串口通訊協(xié)議（Recommended Standard422，RS422）、美國航空無線電公司規(guī)范的飛機(jī)電子系統(tǒng)之間數(shù)字式數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo) 準(zhǔn) 格 式 總 線 （Aeronautical Radio Inc429，ARINC429）、高速串行總線標(biāo)準(zhǔn)IEEE1394（Institute of Electrical and Electronics Engineers1394，IEEE1394）、高速串行總線標(biāo)準(zhǔn)1394B（Institute of Electrical and Electronics Engineers1394B，IEEE1394B）、對(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)在過程控制方面的應(yīng)用（Object Linking and Embedding（OLE）for Process Control，OPC）。

TCP/IP 及UDP 用于各系統(tǒng)上位計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊，主要采用Winsock 通訊控件來實(shí)現(xiàn)一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多的通訊[7]。RS422、ARINC429 總線、IEEE1394B用于計(jì)算機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的數(shù)據(jù)通訊。OPC 技術(shù)是Microsoft 公司的對(duì)象鏈接和嵌入OLE／COM 技術(shù)在過程控制方面的應(yīng)用技術(shù)，為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問機(jī)制，用于基于視窗控制中心（Windows Control Center，WinCC）平臺(tái)電氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。

為解決各系統(tǒng)、各設(shè)備之間不同協(xié)議、不同格式、不同速率的數(shù)據(jù)流通訊問題，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，在數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)單獨(dú)的數(shù)據(jù)匯總分發(fā)程序，該程序根據(jù)具體試驗(yàn)需求，針對(duì)不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，采用相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通訊技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。臺(tái)架測試系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)的更新頻率為50次/s，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)的更新頻率為10～30次/s，臺(tái)架電氣系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)的更新頻率為20次/s，數(shù)據(jù)匯總分發(fā)程序采用50 次/s 輪巡的方式對(duì)所有數(shù)據(jù)源通訊端口進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)源有數(shù)據(jù)更新時(shí)，對(duì)該端口實(shí)施數(shù)據(jù)接收及解析，再根據(jù)各系統(tǒng)的實(shí)際需求，將融合后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示、發(fā)布及分析。

2 結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)綜合管理

航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是可以由2 維表結(jié)構(gòu)來進(jìn)行邏輯表達(dá)和實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)，主要通過關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)和管理[8]。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是不方便用數(shù)據(jù)庫2 維邏輯來表現(xiàn)的數(shù)據(jù)，包括所有格式的技術(shù)文件、表單、文本、圖片、視頻、音頻等[9]。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方法偏重結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理，僅能滿足常規(guī)試驗(yàn)技術(shù)要求。伴隨著試驗(yàn)復(fù)雜性的增加，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的容量越來越大，其衡量基本單位由MB、GB 向TB、PB升級(jí)，數(shù)據(jù)形式也越來越多樣化，如何對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并結(jié)合結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合利用，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能分析及研制至關(guān)重要。

2.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與關(guān)聯(lián)

結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理以發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為主線，按照試驗(yàn)流程，在每個(gè)階段產(chǎn)生并存儲(chǔ)相應(yīng)數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)流程與數(shù)據(jù)的關(guān)系

將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中[10]；將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以文件的方式存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)中，將文件的“基本屬性”轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信息格式，并作為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中[11]。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫表中的關(guān)鍵字（如試驗(yàn)編號(hào)、文件存儲(chǔ)路徑等信息）與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)[12]。

結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的E-R 模型如圖3所示。本系統(tǒng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫為Microsoft SQL Server。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的E-R模型

從圖中可見，試驗(yàn)任務(wù)信息表存儲(chǔ)針對(duì)試驗(yàn)任務(wù)的基本信息；試驗(yàn)測試參數(shù)定義表用于對(duì)試驗(yàn)的原始測量參數(shù)進(jìn)行定義；試驗(yàn)分析參數(shù)定義表用于與發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)件性能分析有關(guān)的試驗(yàn)間接測量結(jié)果和修正數(shù)據(jù)進(jìn)行定義；試驗(yàn)狀態(tài)參數(shù)定義表定義表征試驗(yàn)狀態(tài)的參數(shù)組合，狀態(tài)參數(shù)根據(jù)不同的試驗(yàn)科目有所不同，例如：對(duì)于高空試驗(yàn)，1 個(gè)狀態(tài)由試車工藝狀態(tài)、高度、馬赫數(shù)3個(gè)參數(shù)組成；試驗(yàn)件信息表存儲(chǔ)針對(duì)試驗(yàn)件的基本信息；試驗(yàn)信息表存儲(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)1 次試驗(yàn)的基本信息，包括啟封、冷運(yùn)轉(zhuǎn)、點(diǎn)火試車等；試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)表、試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)表由應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)的相關(guān)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)創(chuàng)建，每個(gè)試驗(yàn)任務(wù)有1個(gè)或多個(gè)。

試驗(yàn)任務(wù)文檔信息表、試驗(yàn)件文檔信息表、試驗(yàn)視頻和音頻信息表存儲(chǔ)相關(guān)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的屬性信息，并通過其中的文件存儲(chǔ)路徑進(jìn)行索引，通過訪問文件服務(wù)器系統(tǒng)讀取視頻和音頻、文檔文件等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。

2.2 數(shù)據(jù)智能化綜合監(jiān)控

大數(shù)據(jù)時(shí)代的數(shù)據(jù)監(jiān)控方式、監(jiān)控內(nèi)容將發(fā)生重大變化[13]。傳統(tǒng)的人工監(jiān)控、參數(shù)越限報(bào)警等方式已經(jīng)滿足不了大型復(fù)雜試驗(yàn)多系統(tǒng)、多數(shù)據(jù)源的監(jiān)控需求。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)智能化綜合監(jiān)控，是集測控系統(tǒng)監(jiān)控、試驗(yàn)流程監(jiān)控、試驗(yàn)安全監(jiān)控、試驗(yàn)視頻監(jiān)控、試驗(yàn)遠(yuǎn)程決策監(jiān)控為一體的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)布給其它各系統(tǒng)，使多類型數(shù)據(jù)在同一監(jiān)控平臺(tái)綜合使用，如測試數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、流程數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)同時(shí)出現(xiàn)在試驗(yàn)現(xiàn)場主操縱監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，集成多個(gè)試車臺(tái)信息，輔助現(xiàn)場人員實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)各參數(shù)及試驗(yàn)進(jìn)度。

依據(jù)相關(guān)質(zhì)量安全文件對(duì)試驗(yàn)流程、試驗(yàn)關(guān)鍵參數(shù)、試驗(yàn)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行綜合質(zhì)量過程控制，進(jìn)行預(yù)警及報(bào)警，結(jié)合聲、光、電等多種報(bào)警形式，及時(shí)預(yù)防試驗(yàn)進(jìn)程中的安全隱患。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程發(fā)布，推動(dòng)“從數(shù)據(jù)到?jīng)Q策”，及時(shí)將試驗(yàn)信息提供給型號(hào)總師、設(shè)計(jì)人員、管理人員，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)中的快速?zèng)Q策。

2.3 數(shù)據(jù)時(shí)間同步

航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的各系統(tǒng)構(gòu)成的體系是網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議，使各系統(tǒng)打上統(tǒng)一且準(zhǔn)確的時(shí)間戳標(biāo)志，以保證各子系統(tǒng)具有良好的時(shí)間相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)源的時(shí)間同步，保證多種類型的數(shù)據(jù)在同一時(shí)間基準(zhǔn)下進(jìn)行綜合分析。

早期的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（NTP）只有軟件，而網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)（Institute of Electrical and Electronics Engineers1588，IEEE1588）通過硬件和軟件將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的內(nèi)時(shí)鐘與主控機(jī)的主時(shí)鐘同步，提供同步時(shí)間小于10 μs的運(yùn)用[14]。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，主交換機(jī)連接多種關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)多系統(tǒng)的信息交換與時(shí)間同步，因此對(duì)主交換機(jī)的性能、可靠性、延遲等均有特殊要求，主交換機(jī)支持IEEE1588 時(shí)間同步協(xié)議，具有3 層交換能力，才能使各系統(tǒng)數(shù)據(jù)達(dá)到同步采集的目的。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，使用IEEE1588協(xié)議，不同系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)之間的時(shí)間同步達(dá)到了1 μs的精度。

2.4 數(shù)據(jù)共享與安全

為實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與其它信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享及信息協(xié)同，同時(shí)保障試驗(yàn)數(shù)據(jù)的安全，分別搭建各試車臺(tái)數(shù)據(jù)庫子服務(wù)器及研究所內(nèi)總服務(wù)器，子服務(wù)器分管各臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用試車臺(tái)號(hào)進(jìn)行命名，總服務(wù)器對(duì)各試車臺(tái)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理，二者實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的同步實(shí)時(shí)共享，互為備份，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的安全性。

3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析是大數(shù)據(jù)管理的核心，大數(shù)據(jù)的價(jià)值產(chǎn)生于分析過程。針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)源多、數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)處理速度快等特點(diǎn)，數(shù)據(jù)分析處理工具包括歷程數(shù)據(jù)分析、穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)提取、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析等。

3.1 歷程數(shù)據(jù)分析

早期的歷程數(shù)據(jù)以文件的形式記錄在本地計(jì)算機(jī)中，記錄參數(shù)數(shù)量少、記錄速度慢、共享性差。隨著大數(shù)據(jù)理念及數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用，已實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的高速采集與預(yù)處理、全參數(shù)全試驗(yàn)流程實(shí)時(shí)入庫、歷程數(shù)據(jù)的在線與離線分析等功能。歷程數(shù)據(jù)復(fù)放程序如圖4 所示。根據(jù)需要選擇研究所內(nèi)總服務(wù)器或各試車臺(tái)子服務(wù)器，通過樹狀列表的形式瀏覽試驗(yàn)項(xiàng)目信息[15]，歷程數(shù)據(jù)以靜態(tài)曲線及動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)點(diǎn)的方式復(fù)放。

圖4 歷程數(shù)據(jù)復(fù)放程序

為保證歷程數(shù)據(jù)的有效性，滿足質(zhì)量文件的要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)溯源表，對(duì)每個(gè)入庫參數(shù)建立溯源鏈，進(jìn)行不確定度評(píng)定。試驗(yàn)數(shù)據(jù)類型包括：頻率信號(hào)、熱電偶信號(hào)、RTD信號(hào)、電壓信號(hào)等。根據(jù)各類型參數(shù)溯源鏈中不確定度影響分量類型的不同，分別設(shè)計(jì)了傳感器信息表、溫度壓力受感部信息表、數(shù)據(jù)采集設(shè)備信息表、儀器儀表信息表等。對(duì)于重要試驗(yàn)，在試驗(yàn)前系統(tǒng)自動(dòng)生成儀器儀表清單，保證各設(shè)備均在有效期內(nèi)使用，試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)所有測試參數(shù)進(jìn)行不確定度評(píng)定。系統(tǒng)對(duì)每個(gè)參數(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)溯源鏈上的影響分量查找相應(yīng)的溯源表，并進(jìn)行A 類與B 類不確定度評(píng)定，最后給出合成不確定度評(píng)定結(jié)果。

數(shù)據(jù)分析不僅能復(fù)放結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，還可以復(fù)放非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，在進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)復(fù)放的同時(shí)，通過結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，可以查看發(fā)動(dòng)機(jī)同步視頻、音頻以及與試驗(yàn)相關(guān)文檔、圖片等信息。

3.2 穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)提取

發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)是發(fā)動(dòng)機(jī)性能計(jì)算的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)根據(jù)油門桿角度變化自動(dòng)判定穩(wěn)態(tài)的起始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)以及穩(wěn)態(tài)段的時(shí)間長度，為了避免因?yàn)椴倏v員控制油門桿時(shí)的調(diào)整帶來穩(wěn)態(tài)段的誤判，又增加了穩(wěn)態(tài)段時(shí)間長度判斷條件。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的異常值進(jìn)行準(zhǔn)確判定及剔除是確保穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確提取的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)有的異常值判定規(guī)則包括格拉布斯（Grubbs）檢驗(yàn)[16]，狄克遜（Dixon）檢驗(yàn)[17]等，然而上述方法的實(shí)現(xiàn)需要繁瑣的計(jì)算步驟，效率低且易出錯(cuò)。系統(tǒng)利用現(xiàn)代數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，將分布圖法、基于算術(shù)平均值與分批估計(jì)的數(shù)據(jù)融合方法應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)性能計(jì)算中[18]。對(duì)于1 組數(shù)據(jù)，首先應(yīng)用分布圖法剔除異常值，在此基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)分為2組，對(duì)2 組數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值采用分批估計(jì)法得到接近真實(shí)值的數(shù)據(jù)融合值，使穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確地反映發(fā)動(dòng)機(jī)性能。

3.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)

數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫中的信息，通過柱狀圖、餅圖、折線圖、趨勢圖等形式進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計(jì)。主要包括以下幾方面：

（1）試驗(yàn)壽命件時(shí)間統(tǒng)計(jì)。包括飛附件（如起動(dòng)機(jī)）、溫度和壓力受感部（如滑油溫度、總壓、靜壓）、試驗(yàn)輔助壽命件（如主支點(diǎn)、3 支點(diǎn)）等，對(duì)這些可能危及試驗(yàn)安全的壽命件進(jìn)行監(jiān)控顯得格外重要。之前對(duì)這些試驗(yàn)件的壽命統(tǒng)計(jì)采用人工計(jì)算方式，無法滿足試驗(yàn)的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性要求。系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫中試驗(yàn)數(shù)據(jù)表自動(dòng)計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間、起動(dòng)次數(shù)、點(diǎn)火次數(shù)等信息，統(tǒng)計(jì)出試驗(yàn)中相關(guān)壽命件的使用時(shí)間、使用次數(shù)，在試驗(yàn)前自動(dòng)提示，保證試驗(yàn)的安全和質(zhì)量。

（2）標(biāo)定數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)比對(duì)。對(duì)于與發(fā)動(dòng)機(jī)控制相關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)，如油門桿角度、高壓可調(diào)葉片角度、滑油壓差、整機(jī)振動(dòng)等，系統(tǒng)還建立了標(biāo)定數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)歷次標(biāo)定的數(shù)據(jù)，每次標(biāo)定后與前次標(biāo)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，保證同一型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)控制的準(zhǔn)確性，以及多次標(biāo)定的統(tǒng)計(jì)分析。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)間統(tǒng)計(jì)。根據(jù)給定的判據(jù)條件，統(tǒng)計(jì)起飛、中間、加力等狀態(tài)的工作時(shí)間以及起動(dòng)次數(shù)等。

（4）試驗(yàn)參數(shù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)。針對(duì)某些參數(shù)的數(shù)值大小進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)，例如在某專項(xiàng)試驗(yàn)中，依據(jù)技術(shù)要求，需統(tǒng)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子在中間狀態(tài)以上各狀態(tài)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。以試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫中記錄的高壓轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過開發(fā)轉(zhuǎn)速時(shí)間統(tǒng)計(jì)功能模塊，準(zhǔn)確計(jì)算出高壓轉(zhuǎn)子在多次試驗(yàn)中各臺(tái)階的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間之和。

（5）載荷數(shù)據(jù)提取。根據(jù)載荷參數(shù)模板配置，獨(dú)立記錄載荷相關(guān)數(shù)據(jù)，形成載荷數(shù)據(jù)子庫，用于提取載荷數(shù)據(jù)和分析。

4 結(jié)束語

航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的研發(fā)總結(jié)了多年的整機(jī)試車經(jīng)驗(yàn)，面向研制需求，結(jié)合當(dāng)今最前沿的大數(shù)據(jù)理念，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊等相關(guān)測控技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的集中管理、有效共享、合理使用和安全存儲(chǔ)。逐一解決了試驗(yàn)中多數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)收集與融合、結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的綜合管理、海量數(shù)據(jù)的快速處理分析等復(fù)雜問題。試驗(yàn)數(shù)據(jù)中涵蓋了45%的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、55%的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，同時(shí)提供給發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)、健康管理系統(tǒng)、試驗(yàn)信息管理系統(tǒng)等，為發(fā)動(dòng)機(jī)的性能分析提供了有力證據(jù)，達(dá)到了預(yù)期的效果。