0 引言

    汽車整車及零/部件的開發(fā)需要進(jìn)行反復(fù)的試驗(yàn)驗(yàn)證，產(chǎn)生大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。但是來自不同廠家的試驗(yàn)測試系統(tǒng)產(chǎn)生的試驗(yàn)結(jié)果在數(shù)據(jù)類型和保存格式上均不相同。數(shù)據(jù)的查看和分析必須依賴原測試系統(tǒng)的軟件環(huán)境，導(dǎo)致試驗(yàn)人員無法查看所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)一視圖。對成本高昂的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效重用已成為支撐汽車整車及零/部件研發(fā)的迫切需求，也是產(chǎn)品生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)的重要組成部分。

    目前針對汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重用主要是基于C/S架構(gòu)，采用OpenGL、DirectX等技術(shù)的客戶端程序。隨著Internet/lntranet及Web技術(shù)的快速發(fā)展，基于B/S的多層分布式架構(gòu)表現(xiàn)出了通用性強(qiáng)、易于操作且擴(kuò)展性好等優(yōu)勢，已成為貼近企業(yè)應(yīng)用的工程軟件開發(fā)模式的一種必然趨勢。對于大型汽車制造企業(yè)來說，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可能分布在不同分廠和試驗(yàn)單位的數(shù)據(jù)庫中，利用網(wǎng)絡(luò)的資源優(yōu)勢，可以提高數(shù)據(jù)重用的效果與效率。C/S架構(gòu)的客戶端程序已經(jīng)不能完全滿足這些要求。

    Portlet是基于Java技術(shù)、可插拔的Web組件，由負(fù)責(zé)處理請求和生成動態(tài)內(nèi)容的Portlet容器管理。按照Portlet規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)(Java Standardization Request 286，JSR 286)實(shí)現(xiàn)的汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)重用是面向服務(wù)架構(gòu)(Service-Oriented Architecture，SOA)的，可以在所有符合該標(biāo)準(zhǔn)的Java Portlet服務(wù)器上運(yùn)行，解決了程序移植和跨平臺的問題。目前大型汽車制造企業(yè)正逐步實(shí)施PLM，采用Web方式的重用技術(shù)使試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以作為PLM體系中一個重要的組成部分，得到充分利用。

    本文按照J(rèn)ava Portlet規(guī)范，研究了汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)重用的整個過程，并開發(fā)了若干Portlet程序。

1 汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)重用的流程

    試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重用是將原始的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、整理、結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)換、映射和圖形可視化，使海量的數(shù)據(jù)得以有效利用。基于Portlet的數(shù)據(jù)重用是將整個程序開發(fā)過程按照Portlet規(guī)范進(jìn)行。Portlet遵循模型一視圖控制器(MVC)設(shè)計(jì)模式，每個Portlet程序都是一個完整的Web Application方式，包括了數(shù)據(jù)的查詢、映射到圖形可視化的整個過程。

    試驗(yàn)數(shù)據(jù)最終以圖形、表格等形式顯示在Web頁面上。每個包含可視化圖形的頁面都可以劃分為多個Portlet區(qū)域，每個區(qū)域展現(xiàn)的內(nèi)容是相互獨(dú)立的，只要對開發(fā)完成的Portlet程序進(jìn)行簡單添加組合就可以按照用戶的請求展示可視化圖形。在數(shù)據(jù)重用時不同數(shù)據(jù)類型需開發(fā)相應(yīng)的Portlet程序。汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)重用Portlet程序的流程如圖1所示。

    1)對不同試驗(yàn)測試系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、轉(zhuǎn)換和清洗，得到結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，存儲到DB2、ORACLE等大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。

    2)連接數(shù)據(jù)庫，通過SQL技術(shù)取得經(jīng)過整理和結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)換的原始數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)庫的原始數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則進(jìn)行映射，得到所需的規(guī)范化XML數(shù)據(jù)。

    3)對規(guī)范化數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制和顯示，得到可視化信息。

圖1 汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)重用Portlet程序的流程

2 汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化入庫

    汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于不同的商用測試系統(tǒng)，這些測試系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)格式各不相同，都有自己獨(dú)特的處理方式和流程，沒有通用的處理模式和處理程序能直接管理所有廠商的測試數(shù)據(jù)，并且商業(yè)測試系統(tǒng)的軟件缺乏對試驗(yàn)環(huán)境、測試對象運(yùn)行條件、試驗(yàn)細(xì)節(jié)、參數(shù)信息以及工況信息等輔助屬性信息的記錄。將眾多不同格式的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和輔助屬性信息融合到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)一管理，是汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)重用的基礎(chǔ)。

    目前已有成熟的試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)換的解決方案，采用的方法主要有如下幾種。

    2.1 OLE Automation接口法

    OLE Automation是一種基于COM(Component Object Model)的技術(shù)，它允許應(yīng)用程序使用其他應(yīng)用程序提供的通用接口來訪問其組件和功能。一些數(shù)據(jù)格式不開放的測試系統(tǒng)支持該接口，如LMS Test Lab、B&KPULES等。通過OLE Automation的機(jī)制以對象的方式來調(diào)用這些軟件的功能，抽取指定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，再經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換和清洗，便可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化入庫。

    2.2 中間文件法

    有些測試系統(tǒng)不支持Automation軟件的二次開發(fā)接口，但可以導(dǎo)出特定格式的中間結(jié)果文件，如HEAD Acoustics、HEAD Artemis等。對于該類測試系統(tǒng)，可以通過定義對應(yīng)的元數(shù)據(jù)對象，再對中間文件按照單位和量綱篩選指定數(shù)據(jù)，進(jìn)行抽取和清洗來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)換。

    2.3 預(yù)定義模板法

    一些測試儀器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是以手工形式記錄的，如車外加速噪聲等。對該類數(shù)據(jù)需要預(yù)先定義模板文件進(jìn)行人工填寫。這種數(shù)據(jù)在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化入庫時最簡便。

    本文的Portlet開發(fā)過程以上述三種方法建立的汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫作為底層數(shù)據(jù)支撐。

3 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)向標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的映射

    汽車試驗(yàn)是工程領(lǐng)域的活動。汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫與普通的商業(yè)數(shù)據(jù)庫有很大差異。汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)有自身的特點(diǎn)，包括：試驗(yàn)數(shù)據(jù)的不一致性、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的多變性、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的專業(yè)性和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的海量性等。經(jīng)過結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的存儲形式也區(qū)別于普通商用數(shù)據(jù)庫。這些特點(diǎn)給數(shù)據(jù)的可視化帶來了困難。因此在開發(fā)Portlet程序時，需要一個獨(dú)立的、與平臺無關(guān)的且流動性好的數(shù)據(jù)載體，來解決數(shù)據(jù)的集成、傳遞以及發(fā)布等問題。

    可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML)是一種跨平臺的開放式語言，作為W3C(World Wide Web Consortium)的一種推薦標(biāo)準(zhǔn)具有嚴(yán)格的定義。XML具有規(guī)范性強(qiáng)、靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)、可讀性強(qiáng)、與設(shè)備及應(yīng)用程序無關(guān)，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容與顯示方式分離等優(yōu)點(diǎn)。目前，由于XML在基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸上的優(yōu)勢，其已成為Web應(yīng)用數(shù)據(jù)交換事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)格式。采用XML作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)可視化的轉(zhuǎn)換載體，事實(shí)上是將關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)映射成虛擬的XML數(shù)據(jù)。從應(yīng)用的方面來說，可視化程序所獲得的數(shù)據(jù)都是以XML格式所表示的，而真正的數(shù)據(jù)則是以記錄的方式存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。該技術(shù)既可以利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫強(qiáng)大的存儲及查詢功能，又可以更好地對試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照圖形可視化的需求進(jìn)行數(shù)據(jù)映射。本文從基于Portlet的數(shù)據(jù)重用的角度，采用XML作為數(shù)據(jù)交換的載體。

    XML提供了兩種建模手段：文檔類型定義(Document Type Definition，DTD)和XML Schema模式。由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的特殊性和復(fù)雜性，在開發(fā)數(shù)據(jù)重用Portlet程序時，采用XML Schema模式轉(zhuǎn)化方法實(shí)現(xiàn)從關(guān)系數(shù)據(jù)到XML數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。

    3.1 獲取關(guān)系模式的數(shù)據(jù)

    在Portlet開發(fā)中，通過JDBC API技術(shù)準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)庫中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并對特殊類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對單位和量綱進(jìn)行重新組織。不同的測試系統(tǒng)和測試人員會使用不同的數(shù)據(jù)單位，如聲壓數(shù)據(jù)的單位有Pa和dB，轉(zhuǎn)速的單位有rad/s和r/min。這些單位在結(jié)構(gòu)化入庫時已做過統(tǒng)一的規(guī)定，在數(shù)據(jù)重用的時候要根據(jù)具體需求對查詢到的數(shù)據(jù)單位重新進(jìn)行換算。有些試驗(yàn)數(shù)據(jù)以特殊的數(shù)據(jù)類型存儲，通過SQL語言查詢到之后無法直接使用，必須通過Java程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如BLOB類型、CLOB類型等。

    3.2 關(guān)系數(shù)據(jù)向XML數(shù)據(jù)映射

    關(guān)系模式是一種扁平(flat)結(jié)構(gòu)，而XML Schema模式則是由多層嵌套的元素組成的層次結(jié)構(gòu)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫向XML映射包括模式映射和數(shù)據(jù)映射兩個部分。模式映射將關(guān)系模式映射為XML模式，是結(jié)構(gòu)上的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)映射是在生成XML模式后，將數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的數(shù)據(jù)依據(jù)XML模式映射成XML數(shù)據(jù)。將關(guān)系數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換為XML數(shù)據(jù)的目標(biāo)是：XML Schema模式應(yīng)該保留關(guān)系模式中的約束，不丟失語義，生成的XML數(shù)據(jù)不產(chǎn)生冗余。

    將關(guān)系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為XML數(shù)據(jù)，最主要的是進(jìn)行模式映射，模式是基礎(chǔ)，只有定義好了模式，才能根據(jù)模式生成不丟失原數(shù)據(jù)庫語義的XML數(shù)據(jù)。模式映射主要是將關(guān)系數(shù)據(jù)庫的關(guān)系表、屬性和表之間的聯(lián)系向XML模式轉(zhuǎn)換。模式映射的規(guī)則為：1）將表映射為XML Schema模式的complexType全局定義。2）將表的每一個列映射為complexType的子元素。3）將每列的元素映射為列元素對應(yīng)的XML Schema元素的屬性。4）利用minOccurs和maxOccurs屬性描述外鍵的取值是否唯一。例如，在編寫顯示車內(nèi)噪聲—發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速曲線的Portlet程序時，映射規(guī)則如下：

    數(shù)據(jù)映射是將關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)映射到XML中，采用的Java API接口主要是com.bowstreet.util.IXml，其采用標(biāo)準(zhǔn)的DOM(Document Object Model)方式處理數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)插入XML元素(Element)、獲取文本(Text)和設(shè)置屬性（Attribute）等常規(guī)的XML操作。

    在開發(fā)Portlet程序時，通過上述過程完成了數(shù)據(jù)的組織和映射，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)從關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為規(guī)范化的XML數(shù)據(jù)。

4 數(shù)據(jù)的圖形可視化

    數(shù)據(jù)圖形可視化(visualization)是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。在Portlet程序開發(fā)中，可視化功能可以讓用戶通過對圖形的交互操作來觀察數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的隱含數(shù)據(jù)規(guī)律或經(jīng)驗(yàn)內(nèi)容。圖形可視化以映射后的標(biāo)準(zhǔn)XML數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。

    一維數(shù)據(jù)是一些單值數(shù)據(jù)，主要是油耗值、排放值、外形尺寸或其他指標(biāo)性數(shù)據(jù)。對此類型的數(shù)據(jù)通過表格和圖表的方式顯示，并且具備如下功能：1）顯示的表格、圖表可以打印和導(dǎo)出為Excel文件，方便生成報告。2）通用白定義過濾條件可以實(shí)現(xiàn)對指定數(shù)據(jù)按條件過濾，如按日期、數(shù)據(jù)值、試驗(yàn)人員和試驗(yàn)車型等。3）對同一數(shù)據(jù)條目可以在表格和圖表之間互相切換以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的挖掘。對表格可以進(jìn)行列排序，對圖表以柱狀圖、餅圖等不同類型顯示。4）能對數(shù)據(jù)設(shè)定一個閾值，對超過上、下限的數(shù)據(jù)以鮮明的顏色顯示。例如，通過開發(fā)的Portlet可視化程序，對某系列參考車型的基本尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可以在如圖2所示的汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)柱狀圖界面和如圖3所示的表格界面之間切換，長、寬和軸距等數(shù)據(jù)以不同顏色顯示，可以打印、導(dǎo)出，便于觀察。

圖2 汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)柱狀圖界面

圖3 汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)表格界面

    二維數(shù)據(jù)是隨時間、轉(zhuǎn)速和頻率等變化的歷程數(shù)據(jù)，如車內(nèi)噪聲轉(zhuǎn)速曲線、加速度時間曲線和消聲器傳聲損失頻率曲線等。通過散點(diǎn)圖的形式生成具有坐標(biāo)的曲線圖，還需要加入圖形縮放、峰值捕捉及圖形移動等功能。同時要求能在一個圖形中同時加載若干條曲線進(jìn)行對比，且曲線以不同顏色表示，方便區(qū)分。例如，通過開發(fā)的Portlet程序?qū)ο�聲器傳聲損失隨頻率變化的曲線進(jìn)行對比時，生成如圖4所示的消聲器傳聲損失曲線界面，程序具有可以打印圖片、可以切換到表格觀察數(shù)據(jù)并導(dǎo)出、可以實(shí)現(xiàn)對圖形的縮放和鼠標(biāo)在曲線上方時自動顯示該點(diǎn)數(shù)據(jù)值等功能。通過對比可以清晰地看出不同結(jié)構(gòu)的消聲器傳聲損失的差別。

圖4 消聲器傳聲損失曲線界面

圖4中每條噪聲曲線實(shí)際是由上萬個離散點(diǎn)組成，處理此類工程數(shù)據(jù)對速度要求較高。某汽車工程研究院基于本文的試驗(yàn)數(shù)據(jù)入庫方法積累的數(shù)據(jù)量已達(dá)到Tb級，對這樣海量的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)基于Web方式操作和顯示且能滿足速度和實(shí)時性要求并非易事。本文通過Java Portlet規(guī)范與XML相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)的顯示功能，應(yīng)用效果完全可以滿足要求。

5 結(jié)語

    本文提出了按照J(rèn)ava Portlet規(guī)范來實(shí)現(xiàn)整個汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重用過程。針對不同類型的數(shù)據(jù)開發(fā)了若干Portlet程序，實(shí)現(xiàn)了常見類型數(shù)據(jù)從原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化到數(shù)據(jù)查詢轉(zhuǎn)換、映射和可視化的整個重用過程。

    通過這種基于Web的重用方式，解決了傳統(tǒng)C/S架構(gòu)的客戶端程序可擴(kuò)展性和可移植性差的缺點(diǎn)。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)重用的效果看，可以滿足處理海量工程數(shù)據(jù)的要求。這種基于SOA架構(gòu)的Portlet程序可以作為一個有機(jī)的部分整合到大型汽車制造企業(yè)現(xiàn)有的PLM系統(tǒng)中，便于對數(shù)據(jù)的挖掘和重用。

    本文對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重用研究涵蓋了絕大多數(shù)汽車領(lǐng)域的數(shù)據(jù)類型，但部分特殊類型的數(shù)據(jù)尚未開發(fā)相應(yīng)的可視化Portlet程序，如振動模態(tài)動畫等。在后續(xù)的開發(fā)中將進(jìn)行逐步完善。

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本文標(biāo)題：基于Java Portlet規(guī)范的汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)重用研究

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