摘要：院现代高质量的数据采集系统不仅满足于数据采集及性能处理等基本要求，还应具有数据管理功能。针对民用航空发动机试验测试多、试验科目多、单次运行时间长、涉及专业多等特点，结合试验全生命周期管理特征，分别从试验参数配置管理、试验过程管理及试验数据记录管理三个方面阐述了数据采集系统在试验管理中的实现方法与应用。减轻了试验准备期间及试验后处理的人工负担，数据采集系统的构型管理及试验过程事件的溯源更加清晰。
关键词：数据采集系统；试验；管理
0引言
随着微电子技术、计算机技术、数字通信技术的发展，基于VXI、LXI总线的数据采集系统，包括现代智能化精密仪器仪表压力扫描阀等已被广泛应用于各发动机车台试验，数据采集系统的时钟同步及精度等问题已基本满足测试要求，可以说数据采集系统已经跨越了从人工读数到自动测试、人机交互实时监视的里程碑[1-3]。随着航空发动机研制技术的发展，发动机试验对数据采集系统技术提出了越来越高的要求，数据采集系统的结构越来越复杂。王晶等人研究了以多线程并发设计思想提高数据采集系统整体性能[4-5]。而高质量的数据采集不仅要考虑数据源的物理性质、数据处理性能，还应考虑数据的管理。民用航空发动机试验具有试验科目多、涉及专业多、测点通道多、精度和实时性要求高，单次试验连续运转时间长、数据量大等特点。目前普遍存在试验频度高、配置量大、时间紧等现象；且试验后技术人员分析处理数据难度大，较难从中提取本专业所需数据信息；试验流程、定位故障记录模糊等问题。因此，如何更加高效的管理航空发动机试验数据的研究十分必要。结合航空发动机试验全生命周期管理特征，在试验准备、试验过程、试验结束阶段，数据采集系统的数据管理职责分别体现在试验参数的配置管理、试验过程管理及试验数据记录管理三个方面，本文也将针对数据采集系统在这三方面的应用方法进行探讨。
1试验参数配置管理研究
1.1试验参数配置管理的特征
在发动机研制阶段，同系列不同型号试验件，甚至是同一试验件改装后反复上下台，亦或同一系列发动机因试验科目不同更换试验台开展试验迭代验证的情况常有发生。而民用航空发动机温度、压力等常规测点少则千点，如果每一次都针对不同的试验次从头开始进行通道配置，那将是一个非常庞大的工作量。对于同一次上台仅试验次间的更改，如在原有配置下不断的更新修订，存在试验数据的溯源性差、人为管理易疏漏等缺点。针对目前各型号发动机试验参数特征进行分析，主要包括试验件测试参数、试验件性能计算参数以及试验台参数。对于不同型号或是同一型号不同上台次间，伴随着设计输入变更产生的同时，大部分原始参数测试是不变的，如压气机进出口参数是典型必测科目，性能计算参数基本都是按照行业标准执行的，台架设备通道信息也往往是在试验台建设完成后固化的。
1.2试验参数配置管理设计
应用分层级索引的概念对试验配置进行管理，可有效解决上述问题。分层索引旨在低维度中处理更高维度数据，应用在数据采集系统试验配置管理中，则主要利用其父节点与子节点的结构，多个子节点共用继承同一父节点上所有的通道，每次只需要进行不同子节点间有差异的配置，则会大大减少配置的工作量，管理更加清晰高效。简要的层级分布呈树状图结构，可参考如图1所示的方案，分为七个层级。对于试验台固有设备信号，即所有试验均会用到的通道设置为最高层级（L0）；试验台可分别开展两种以上类型试验，需要根据试验需求切换试验台架的，将不同类型试验共用的设备通道配置在次高层级（L1），如风扇与压气机共用动力源的试验台，在此层级下可分为风扇试验间和压气机试验间；同一系列发动机共用的设备通道、性能参数通道配置在中高层级（L2）；将同一系列同一型号的试验件共用的通道配置配置在中低层级（L3），同时截止基于此层级的继承关系，也表征着L2层级的某系列发动机与L1层级的某试验台开展试验；将同一系列同一型号试验件因上台试验次不同但共用的一些通道配置在次低层级（L4）；将同一系列统一型号不同上台次自定义的通道配置在低层级（L5）；其他特殊的临时需求等可配置在L6层级。最低层级的配置索引号是独一无二的，代表着唯一的试验配置信息。当选中L6层级配置时，系统将会自动向上关联其他层级配置，以组合成完整的试验配置。
2试验过程管理研究
2.1试验过程管理的特征
试验过程中产生的数据集，不仅仅是试验参数数据，也包括试验操作指令。淤数据显示。试验过程中的数据主要通过界面显示传递给试验和设计人员。显示的数据，通常为典型的一些性能计算通道，必要时结合图形曲线显示。对于稍有繁复的公式多采用试验后处理的形式，试验目标数据微小的变化也需要试验后进行确认分析。于操作指令。试验中每条操作指令的下达与执行都关系着试验件及台架的运行安全，试验日志的记录也被要求更为精准。目前较常用的方法是，人工记录试验过程，查阅繁琐，很难附带试验数据信息且记录准确度低，存在费时、费力等缺点。尤其在关键工序的执行与试验现场信号报警的记录，事件发生时间无法直接估量。
2.2试验过程管理设计
针对试验数据性能参数的计算，数据采集系统提供软件开发工具包，用以辅助开发第三方应用程序，用以访问数据采集系统的当前值表，以保障数据运算的实时性，解决了像大量非对向气流角探针气流参数解算、带有压力损失的流量迭代实时计算难题。针对微小数据变化的显示方面，采取最近几个稳态点继承连续显示的方法加以微小差异变化的区分。如性能录取试验中，往往更关注压气机最高效率点的获取，而在试验过程中通过对排气阀门的控制，在接近最高效率点附近很难判别是否已经到达或已经越过最高效率点的录取，则此时利用算法提取最近的两个或三个稳态点与实时效率数据进行纵向对比，一目了然。针对操作指令的记录，在数据采集系统操作界面开发一个输入文本的小窗口，将操作指令及实际工况发生信息录入并存储在数据库中，从而试验后即可获取带有时间戳的试验流程信息。操作指令的管理可依据试验工艺步骤进行标注划分，如是启动期间产生的，还是性能录取间产生的，或是性能优化试验期间产生的。将试验数据的记录与工艺流程的记录统一化管理，试验后即可导出当日试验日志。
3试验数据记录管理研究
3.1试验数据记录管理的特征
民用航空发动机对连续运转时长有着严苛的要求，如压气机性能录取试验会连续运转四小时以上，对于数据采集系统会进行持续完整的记录。由于测点多、试验科目多、涉及专业多等特点，如在同一文件中完成整个上台试验期间的试验数据管理，对各专业提取所需通道进行数据分析带来较大困难，且同时存在着存储传输过程慢、记录文件应用形式针对性不强等特点。
3.2试验数据记录管理设计
试验次管理方面，基于上文中提到的试验管理配置具有唯一标识的基础上，针对同一上台次的不同试验日的试验，采取试验次管理唯一标识策略，即根据当日试验工艺内容，新建当次试验名称，并在试验结束时，对当日试验进行描述备注加以对不同试验次内容的区分，利于试验科目的追溯。试验数据记录方面，提出五种记录方法以使用不同场景：淤试验全通道记录。此文件用于记录全部试验用通道，将台架控制信号与试验件测试数据统一存储，便于试验全过程测试与控制的追溯。此文件在正常开展试验时使用较少，多用于全系统备份、试验回放或是试验故障后处理场景（从中调取某一段时间的试验数据）；存盘形式可以是占用空间比较小的二进制格式。于自定义过渡态通道记录。试验人员可依据各专业需求自定义通道、存储频率，直接生成文本可读的文件；减少试验后各专业后处理挑选通道解析的时间。盂稳态数据记录。试验工况稳定后，输出一个时间段内的平均值文件，可以有效消除瞬态采集带来的不确定误差，使稳态数据更具代表性。榆关键日志记录。在试验件或台架产生关键报警信号时触发，记录关键事件前后一段时间内的关键通道，试验人员可以对关键事件进行关联配置，自定义关键通道信息和存储频率等；试验后可以通过此文件快速定位报警事件发生时间点，获取关键参数信息。虞系统事件记录。系统事件文件不但记录了数据采集系统启动过程中的事件信息（如各测试子系统是否已连接初始化成功等），且包含试验过程中通道报警、试验日志启停、计算程序变更等事件信息，记录了试验全过程的触发事件。关于试验数据记录方面的几点建议：淤频率。试验全通道的记录，在试验调台或试验台系统有重大变更时，建议采取10Hz或更高记录频率，以备试验台系统故障全面排查；自定义过渡态通道记录，可依据各专业需要进行记录频率设置，并在结束记录后即生成可读文本随即进行试验数据查看；稳态数据记录的频率取决于采集通道自身，除此之外更应该注重工况稳定的定义及平均时长选取的标准；关键日志记录的频率设置根据需求往往会比较高，这样才能达到关键事件发生时前后一段时间内的信息抓取。于记录流程。所述的几种数据记录方法，在数据溯源方面存在着一定的再生关系。建议记录流程，如图2所示。试验开始前，首要开启试验全通道记录功能，再而开启自定义过渡态通道记录，并在试验前记录一个稳态点，用以试验初始状态记录；试验过程中，按需记录稳态点，关键时刻自动或手动触发关键日志记录，同时记录试验过程工艺指令信息或者其他系统报警信息；在试验终止后，首要停止自定义过渡态通道记录功能，继而停止试验全通道的记录，并填写当日试验信息简要描述，用以清晰区分不同试验科目。导出试验数据时，除上述五种不同格式的数据外，结合3.2章节的试验过程操作指令记录，生成试验日电子日志，包含试验工艺操作信息、系统报警信息、关键的稳态数据信息、试验件状态信息等。
4结论
本数据采集系统提出的试验配置管理，利用分层索引的技术特点，较好的匹配了发动机的构型管理，大幅降低了重复劳动量，溯源清晰。针对数据过程管理提出的第三方数据接口访问数据采集系统当前值表方法及稳态数据继承显示方法均提升了数据实时计算及显示的能力，减少试验后处理及反复试验的成本。试验次的管理及数据记录方法的设计，便于试验人员和设计人员对试验数据有针对性的提取，为试验数据分析提供强有力的保障。试验过程工艺操作指令及事件触发的记录，利于快速定位故障或特定试验工况信息。本文提出的数据采集系统在数据管理中的应用方法，做到了试验数据全方位、全过程的记录，减轻了人工负担，快速定位数据源。推进试验技术高质量发展。
作者：张迪 陈志龙 丁涛 单位：中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司
