一、TDM系統的產生背景
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技術手段，在優化產品的性能、壽命、質量以及成本方面都起著至關重要的作用。試驗技術和試驗管理水平的高低，是一個企業或科研單位核心競爭力的重要體現。
在企業試驗部門，長期的設計、仿真、試驗會產生并積累了大量試驗數據，以往這些試驗數據多以數據文件或印刷文檔方式保存和管理的，對于缺乏結構化的、格式不統一的文件資料，管理人員往往難以使用，更談不上對信息進行二次處理。同時試驗工具的更新換代和試驗手段的不斷改進，從試驗中獲取的數據模式也不斷發生變化，因而要求能夠統一管理這些模式相異，隨時間變化的數據。隨著試驗的不斷推進和研究的進一步深入，試驗人員又提出了新的要求，要能夠從大量的歷史試驗數據中分析、挖掘出一些隱藏在數據中的規律，并利用這些信息和經驗來指導進一步的產品設計和試驗。
相對于商業或者其它領域的數據，試驗數據有著其特別之處：
- 數據信息組織分散，數據往往以數據文件、印刷文檔形式保存；
- 數據類型復雜，格式多樣且模式變化；
- 數據處理與管理緊密耦合；
- 數據的專業性；
- 數據的海量性。
基于這些特點，傳統的數據管理方式很難滿足人們管理試驗數據的需求。首先是難以管理復雜的模式，模式的變化使得很難實現數據組織管理的擴充。其次是難以實現大量數據的有效管理以及數據處理與管理間的耦合導致難以提供高效的訪問接口。
此外還存在一些問題，比如試驗規劃較為粗糙，試驗流程和試驗資源占用情況無法實時監控和把握，試驗數據無法高效共享、利用、反饋于設計系統，更加談不上數據挖掘。試驗資源與試驗數據上缺乏有效統一的管理導致容易出錯、安全保密性差、數據利用率低、無法進行有效系統的數據分析及容易造成數據的丟失和浪廢、信息傳輸和共享困難。
企業需要建立一個平臺把企業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，在這種背景下TDM系統應運而生。TDM是Test Data Management的縮寫，其中文含義是試驗數據管理，是指物理樣機驗證設計的數據管理平臺，它包括試驗前準備、試驗執行和試驗結果評估三個階段，為試驗業務用戶提供從業務流程、試驗資源、試驗數據（原始、過程、結果）、知識和標準、與其他信息系統接口集成等服務，以業務管理和數據管理為核心，通過與專業的數據處理、分析工具進行整合，實現試驗業務便利，提高試驗業務效率。
與LIMS（實驗室信息管理系統）不同，TDM系統是企業級的平臺解決方案，主要針對研發性試驗應用于制造業。而LIMS則是遵循特定的標準，針對檢驗性實驗應用于石油、環境、化學、材料、食品安全等行業。
二、推動TDM系統發展的因素
試驗數據管理問題最近幾年才為國內企業所注意，但發展和應用非常迅速，目前市場上已經出現了商品化的TDM系統，典型的有Hi-key TDM、Newtera TDM、神鷹TDM、TDM 3000和APP TDM等。
現階段TDM系統的應用主要集中在航空航天、船舶、兵器等軍工相關企業，由于軍工行業走在科技領域前端，對研發的投入多，信息化程度高，所以TDM系統最早在這些企業得到應用。其次是高鐵、汽車和重型裝備等民用制造企業，這些企業逐漸開始重視研發，信息化水平也會越來越高，而且民用企業占整個制造業的市場份額較大，所以以后TDM系統更多的會在這些企業應用。
推動TDM系統發展的主要因素有以下幾點：
1）隨著制造業轉型升級，越來越重視研發水平的提升，而設計、仿真和試驗作為整個產品研發周期，試驗也逐步成為企業研發部門不可或缺的一個環節。
2）企業試驗密度提高，試驗種類不斷增多，傳統的原始Excel、獨立數據庫或者基于PDM的簡單二次開發等落后的試驗數據管理方法已經不能滿足要求。
3）ERP、PDM、MES等信息化系統的實施之后，試驗業務信息化也必然是企業信息化深化的發展方向，而要實現試驗信息化TDM系統則是必不可少的。
4）科研水平高、信息化投入大的軍工企業敢于首先嘗試搭建TDM系統并取得成功，為民用制造企業起到了良好的帶頭作用，越來越多的民用制造企業會學習經驗引進TDM系統。
三、TDM系統的體系結構
TDM系統的體系結構可以分別用物理結構和邏輯結構來描述，物理結構便于了解系統在物理部署方面是如何分解的。而邏輯結構可以更好的了解系統功能模塊間的依賴關系。
1 物理結構
現階段TDM系統的物理結構普遍采用基于B/S和C/S的三層體系結構。三層結構分別為數據庫層、服務器層和客戶端層。這三層結構在物理上可以是隔絕的，分別運行在不同的電腦上。
TDM系統的物理結構
數據庫層可以采用Oracle/SQL Server關系數據庫，具有強大的數據存儲和查詢能力，適用于海量數據管理，并具有良好的穩定性和擴充性。
服務器層由多個模塊組成，其中包括試驗數據管理應用服務器，系統流程應用服務器和MicrosoftIIS服務器。另外還包含試驗數據管理系統的集成接口。
客戶端層提供與用戶交互的可視化工具和操作界面。其中系統管理工具、流程設計工具和數據導入工具采用C/S架構的Windows客戶端，數據查詢編輯和后置處理界面采用B/S架構的Web客戶端。之所以將系統管理工具，流程設計工具和數據導入工具設計成C/S架構是因為這些工具需要強大的功能、靈活的交互性和快速反應性。這些工具的使用頻率不高，使用用戶為系統管理員和少數技術人員。大多數用戶所需要的功能為數據查詢編輯和后置處理等。因而采用Web客戶端作為多數用戶訪問本系統的主要窗口，可以讓用戶方便快捷地完成試驗規劃、試驗配置、查詢瀏覽試驗數據、數據分析繪圖和試驗報告生成等工作。
2 邏輯結構
系統邏輯結構可大體分為基礎平臺軟件和應用子系統兩大部分。其中基礎平臺軟件由成熟的商業化軟件平臺構成，包括Microsoft NET技術以及數據庫。應用子系統數據在平臺基礎上進行擴展應用功能，是針對具體的軟件模塊，負責完成某一與試驗相關的具體業務功能。
TDM系統的邏輯結構
一般TDM系統需包括項目管理、流程管理、資源管理、數據管理、分析處理、知識中心、值班管理、系統管理等功能模塊。這些功能模塊下又有眾多的功能子模塊，確保實現以試驗流程為主線的試驗全過程數據管理的目標。通過試驗流程的流轉把試驗項目中涉及到的各個環節的數據銜接起來，從而實現試驗流程優化和智能管理。
四、TDM系統的關鍵技術
1 元數據驅動的軟件架構
針對試驗數據的多變性和專業型，TDM在設計時是將與業務相關的元素從軟件中剝離出來，用外部的元數據來描述它們。從而允許試驗業務人員而不是軟件技術人員，通過使用TDM提供的簡單易用的圖形化工具，來直觀和靈活地定義符合自身需求的業務元素，比如試驗數據的存儲結構、分類方式、檢索方式、數據導入方式等。Design Studio自動將業務元素的定義轉換成可被系統識別的元數據，并傳送到TDM的引擎。引擎在元數據的驅動下能自動對數據庫操作，自動更改業務邏輯和自動更新用戶界面等，而不需要修改軟件程序。元數據就像知識，引擎就像人的大腦，大腦可以學習知識，并能根據其所學到的知識進行思維和控制其它器官的行動。元數據驅動的軟件架構提供了強大的靈活性和適應性，這是試驗數據管理軟件不可或缺的特性。
2 面向對象的數據庫模型
為了使不同試驗業務人員創建的試驗數據庫既能滿足本試驗的需要，又能遵從一定的標準規范，以便更好的實現試驗數據的管理、共享和使用，TDM擬采用面向對象的數據庫模型技術，因為傳統的關系數據庫不能有效地解決好這個問題，它完全依賴于建庫人員是否遵從規范來建庫，這種方式既不可靠又難以操作，面向對象的建庫方式能很好地解決這一問題。利用面向對象的繼承關系，可以建立符合一定規范的標準數據庫模板，該模板包含抽象數據類、公共屬性和抽象數據類之間的關聯關系等。試驗業務人員可通過添加子數據類的方式在該模板上進行擴展，從而確保了各專業的數據庫即具有統一性又具有特殊性。更重要的是，基于面向對象的模板建庫方式能大大簡化試驗業務人員的建庫工作，為系統提供了良好的可操作性。TDM以關系數據庫為基礎，支持面向對象的建庫方式，能自動將面向對象的數據模型映射為關系數據庫的模型。
3 虛擬數據庫技術
對試驗數據管理的主要目的是為了更好和更方便地使用它們，而使用試驗數據中很重要的環節就是將試驗數據轉換成各種數據格式來滿足不同后置處理的要求。目前國際上流行的做法是用XML(可拓展標記語言)作為數據的通用表達格式。其好處有很多：XML相當于國際通用貨幣，很容易轉換成其它非標準的格式；XML從誕生到現在已經很長時間了，已廣泛被大多數軟件廠家所采用，大多數的軟件都支持XML，也有許多現成的工具可供使用。TDM的另一個重要技術特色是通將關系數據庫中的數據映射成虛擬的XML數據。也就是說，從應用的角度來看，通過TDM平臺所獲取的數據都是以XML格式表示，而實際的數據則是以數據記錄的方式存儲在關系數據庫中。這樣既能充分利用關系數據庫的強大存儲和查詢功能，又極大方便了對試驗數據進行后置處理所需要的格式轉換。
虛擬XML數據庫
五、TDM系統的集成
TDM系統是整個企業信息化方案的重要組成部分，因此必然需要同其他IT系統實現信息集成。需要同TDM系統進行集成的系統主要包括產品數據管理（PDM）系統、辦公自動化（OA）系統、數據采集系統等。
1 PDM集成
對于生產制造業的產品研制過程，產品數據管理系統（PDM）與試驗數據管理系統（TDM）是企業信息化建設的主要組成部分。PDM系統與TDM系統關注內容各不相同，但是設計人員與試驗人員都會基于產品的設計結構，對設計任務與試驗任務進行開展。所以為了實現“產品設計——試驗檢測——改良設計——定型生產”的流程耦合，PDM系統與TDM系統需要進行集成，主要包括基礎數據集成、試驗數據集成和系統用戶集成。
1）基礎數據集成。在PDM與TDM的集成過程中，首先要實現的是產品結構（BOM）信息、零部件信息、零部件圖紙和試驗任務四類基礎數據的集成。使TDM系統可進行四類基礎數據的讀入，方便TDM系統用戶可基于產品結構信息進行試驗任務的開展，同時對于試驗相關的輔助信息進行查看。
TDM系統與PDM的集成
2）試驗數據集成。為了使試驗過程對設計過程起到數據支撐，需要將TDM系統中產生的試驗結果數據與試驗報告，通過系統集成方式提交至PDM系統中。使設計人員可基于下達的試驗任務，對試驗結果數據與試驗報告進行查看。
3）系統用戶集成。為了實現兩個系統中用戶信息的一致性，優化系統間的登錄過程，通過集成方式，實現人員信息、組織結構、行政角色等用戶信息的集中管理，實現PDM系統、TDM系統間的單點登錄功能。
2 OA集成
OA系統是企業應用最為廣泛的信息系統，也是企業員工登陸最頻繁的系統。為了方便用戶在OA系統中了解自己在TDM系統內承擔的工作任務信息，并且從OA系統可以直接登錄到TDM系統，實現TDM和OA之間的文件傳輸和轉發，TDM與OA系統集成也很重要。
1）待辦任務集成。即將TDM系統中的待辦任務顯示在OA系統主界面中，用戶登錄OA系統即可查看TDM系統的待辦任務。用戶點擊TDM的待辦任務時，會從當前瀏覽器窗口跳轉到TDM系統的任務頁面而不需要再輸入TDM系統的賬戶及密碼。
2）文件傳輸集成。即實現TDM和OA系統之間的文檔傳輸。
3 數據采集系統集成
對于試驗過程中采集數據的管理普遍存在以下問題，數據分散存儲、數據格式不統一、數據容易丟失、數據可信度等問題。數采系統集成解決方案的核心思想是“自動上傳、集中管理”，也就是說將各個試驗臺采集的數據在無需人工干預的情況下通過網絡自動上傳到TDM系統的數據庫，以結構化的方式集中管理，并通過Web瀏覽器供有權限的用戶進行遠程的訪問和后處理。
1）數據彈性存儲。實現統一的數據庫模型和結構化的方式存儲不同格式的采集數據。當數據格式發生變化時，無需修改數據庫結構。
2）采集數據自動上傳。安裝在數采計算機上的工具，負責從采集系統中獲得試驗項目和通道數據，并按照試驗操作人員的設置將數據通過網絡自動上傳到TDM的數據庫中。
3）自動數據歸類。將通道數據記錄歸類到相應的試驗項目，并將試驗項目自動歸類到相應的試驗任務，能夠通過查找試驗任務來訪問與試驗任務相關的試驗采集數據。
六、TDM系統的發展趨勢及面臨挑戰
1 發展趨勢
從傳統的試驗數據管理方法到現在的TDM系統管理，企業試驗數據管理經歷了三個階段，在第一階段業務人員用獨立的數據庫去簡單的保存試驗結果數據，這樣勢必造成試驗數據文件被孤立而不能充分利用；第二階段開始在數據的基礎上構建整個試驗業務，這里面包括了所有與試驗相關的信息，從試驗任務到人員設備調度，再到試驗數據的采集、分析處理以及評估，后來的質量體系也會被包括進來形成有機整體；第三個階段則是在第二階段的基礎上通過人工智能如數據挖掘和設備綜合測控技術，總結行業經驗形成知識庫，并與設計仿真結合形成研發試驗數據管理的一體化平臺。把試驗數據整理加工成信息并最終轉化成知識，進而輔助決策。試驗數據管理的變革正處于第三個階段，它的發展趨勢有以下幾點。
1）平臺化。企業管理軟件開發從早期的完全定制開發到形成標準產品并大規模應用，再到由用戶需求變化引發的標準產品＋二次開發模式，最終形成了今天的產品平臺化的開發趨勢。平臺化可以使TDM系統具有極大的靈活性、良好的可擴展性，并易于業務組件升級和維護。
2）行業模板化。雖然試驗數據多樣多變，不同行業的專業試驗差異性很大，但是在同一行業試驗具有一定的相似性，軟件開發公司需要總結客戶案例，濃縮行業經驗形成知識庫模版，這樣能讓行業內其他用戶少走彎路，避免從零開始造成經驗浪費。
3）工具集成。正如PDM系統與設計軟件的集成，TDM系統也需要與大型的試驗設備和數據采集系統進行集成，加強試驗數據在TDM系統中的高效流動，實現試驗信息系統的一體化。
4）設計、仿真、試驗協同。在產品研發周期中，設計、仿真和試驗會產生并積累了大量數據，試驗數據可以用來驗證仿真指導設計，形成研發數據的閉環。所以設計、仿真、試驗應該在整個研發平臺之上形成協同。
2 面臨挑戰
TDM系統的應用帶來了試驗管理的變革，保障試驗數據的安全，實現多部門之間的數據共享和工作協同，提高試驗數據管理水平和利用效率，保存和積累經驗知識，充分挖掘試驗數據的價值，改進和優化產品設計，提高設計質量。
目前國際和國內的TDM市場尚處于起步階段，部分行業的一些單位已經開始嘗試建立TDM系統。經過一批軍工企業的成功試用之后，TDM系統已經逐漸被其他民用行業的試驗和設計單位所關注，TDM市場也已經呈現出了蓬勃的朝氣。但是隨著試驗數據的數量激增和數據應用形式的多樣化，以及TDM技術本身的特點，TDM系統的發展也會面臨著挑戰。
1）“平臺化”與“個性化”的矛盾。雖然平臺化可以使TDM系統具有極大的靈活性、良好的可擴展性，并易于業務組件升級和維護，但是企業還是希望能應用一個完全按照自己需求的而搭建的個性化TDM系統，如何在最大程度上滿足企業試驗部門業務要求的基礎上，開發出一個靈活穩定易擴展的平臺，是TDM廠商需要考慮的問題。
2）海量數據分析處理。現在制造業產品的科技含量越來越高，TDM系統將更多地應用到復雜產品的研發中，這樣必然會產生海量的專業性極強的試驗數據，如何利用TDM系統來統一存儲各類型數據，經過處理分析從中快速獲得有價值的數據進而挖掘知識也是一個難題。
3）數據的共享與安全。企業各試驗業務單位的協同機制的會逐步完善，而試驗部門與設計、仿真等其他部門也必將形成一體化的研發體系，試驗數據的共享流通不可避免，但同時試驗數據是企業經過大量投入的科研成果，它的安全性必須得要保障。如何同時保證試驗數據的共享與安全性，是企業和軟件供應商面臨的挑戰。
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本文標題：TDM系統，引領試驗管理變革
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