婁革偉 劉旭亮 馬濟(jì)喬 董淑萍 曹文婷

摘 ?要：針對目前航天試驗(yàn)設(shè)備檢測過程中存在的檢測流程復(fù)雜、數(shù)據(jù)留存不方便、數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問題，為進(jìn)一步提高航天試驗(yàn)設(shè)備檢測的效率，基于前后端分離的模式設(shè)計和開發(fā)了一套航天試驗(yàn)設(shè)備檢測管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)實(shí)時在線流程管理、任務(wù)管理、報告管理、數(shù)據(jù)管理等功能，且依賴于檢測數(shù)據(jù)支撐具備一定的智能輔助設(shè)備選型能力。實(shí)際應(yīng)用情況表明，該系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、使用簡單便捷、可靠性強(qiáng)、數(shù)據(jù)存儲性好以及支持智能輔助決策等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：設(shè)備檢測;管理系統(tǒng);前后端分離;輔助決策

中圖分類號：TP315 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： There are still problems in the current aerospace test equipment detection process， such as complex detection process， inconvenient data retention， and serious waste of data resources. In order to further improve the efficiency of aerospace test equipment detection， this paper proposes to design and develop a management system for aerospace test equipment detection based on the separation of front and back ends. The system supports network real-time online process management， task management， report management， data management and other functions. It has certain intelligent auxiliary equipment selection capabilities that rely on the support of test data. Actual application situation shows that the proposed system has the advantages of fast response speed， simple and convenient operation， strong reliability， good data storage and support for intelligent decision-making assistance.

Keywords： equipment detection; management system; separation of front and back ends; decision-making assistance

1 ? 引言（Introduction）

一直以來，航天試驗(yàn)設(shè)備檢測由于涉及安全和保密工作的緣故，整個檢測流程通常都是在線下完成，所有的檢測數(shù)據(jù)均采用紙質(zhì)數(shù)據(jù)留存，導(dǎo)致檢測工作流程復(fù)雜，檢測數(shù)據(jù)留存不方便，數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問題。

隨著Web、數(shù)據(jù)可視化、網(wǎng)絡(luò)安全等技術(shù)的不斷進(jìn)步，大量原本需要在線下完成的工作都可以遷移到線上來完成，大大提升了工作效率。同時，隨著依賴于數(shù)據(jù)挖掘和支持決策等算法的發(fā)展，工作中積累的檢測數(shù)據(jù)資源得到了有效利用[1-3]。相較于原本的線下管理，基于前后端分離的航天試驗(yàn)設(shè)備檢測管理具有效率高、檢測流程透明、可靠性強(qiáng)、數(shù)據(jù)存量大以及支持智能輔助決策等優(yōu)點(diǎn)。

2 ? 系統(tǒng)設(shè)計（System design）

2.1 ? 設(shè)計思想

本航天試驗(yàn)設(shè)備檢測管理系統(tǒng)采用前后端分離的思想進(jìn)行設(shè)計。前端基于HTML和JavaScript進(jìn)行設(shè)計，后端邏輯基于SSM框架（Spring，Spring MVC，MyBatis）進(jìn)行設(shè)計，前后端數(shù)據(jù)交互采用Ajax異步數(shù)據(jù)交互的方式進(jìn)行。與常見的JSP+Java的設(shè)計方式相比，前端頁面只負(fù)責(zé)UI展示，不涉及后端的數(shù)據(jù)邏輯操作，前后端相對隔離，既能保證良好的用戶體驗(yàn)，又在一定程度上提升了數(shù)據(jù)安全性。

航天試驗(yàn)設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)通常是一組耦合性較強(qiáng)且具有固定結(jié)構(gòu)的關(guān)系型數(shù)據(jù)，因此相對于日漸流行的MongoDB等非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來說，開源數(shù)據(jù)庫MySQL更適合作為本系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)庫。MySQL支持事務(wù)性操作、結(jié)構(gòu)化查詢，且在單次查詢數(shù)據(jù)量500 條以內(nèi)，并發(fā)線程數(shù)100以上的情況下，其性能與MongoDB等非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫相當(dāng)。綜合以上考慮，本系統(tǒng)采用MySQL來設(shè)計本地數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)安全主要考慮對數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。目前常見的數(shù)據(jù)傳輸加密算法有對稱加密和非對稱加密。HTTPS協(xié)議綜合了兩種加密算法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸加密、客戶端身份認(rèn)證，確保了數(shù)據(jù)傳輸過程的安全[4-5]。系統(tǒng)服務(wù)器采用Tomcat搭建，在搭建服務(wù)器時對HTTPS進(jìn)行配置。系統(tǒng)采用Java JDK 1.8自帶的免費(fèi)JKS格式證書，生成證書后對Tomcat的server.xml進(jìn)行設(shè)置，如圖1所示。

2.2 ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能模塊

系統(tǒng)采用J2EE的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計[6-7]，項(xiàng)目結(jié)構(gòu)劃分為如下幾個層次：

（1）持久層。主要由若干持久化類組成，持久化類的對象和數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)數(shù)據(jù)表的元素保持一致。

（2）數(shù)據(jù)訪問層。由若干DAO接口和MyBatis映射文件構(gòu)成。接口名稱統(tǒng)一以DAO.java結(jié)尾，且MyBatis文件名稱與DAO接口保持一致。

（3）業(yè)務(wù)邏輯層。該層由若干service接口和接口的實(shí)現(xiàn)類組成，分別以service.java和serviceImpl.java結(jié)尾。該層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)邏輯。

（4）Web表現(xiàn)層。該層主要由控制器類、前端頁面、script以及CSS文件等構(gòu)成?？刂破黝愗?fù)責(zé)頁面響應(yīng)與轉(zhuǎn)發(fā)、用戶請求攔截，調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯中的相應(yīng)接口來處理用戶請求，并將處理結(jié)果返回給前端頁面。

（5）工具類。主要包括分頁、驗(yàn)證碼生成等一般工具類。

根據(jù)層次化設(shè)計思想，本項(xiàng)目的層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)如下幾大功能模塊：用戶管理、項(xiàng)目管理、任務(wù)管理、報告管理、數(shù)據(jù)管理，具體功能如圖3所示。

3 ? 關(guān)鍵技術(shù)（Key technology）

3.1 ? SSM+HTML+Ajax前后端分離設(shè)計

SSM是目前流行的Web應(yīng)用開發(fā)整合框架。SSM是指Spring、Spring MVC和MyBatis。Spring是一種開源的Java編程框架，與傳統(tǒng)的面向?qū)ο缶幊谭绞讲煌氖牵饕ㄟ^提前配置好的Bean容器來生成類對象以及對象的方法。所有類對象都通過“第三方”的Bean容器來進(jìn)行管理維護(hù)，對象與對象之間相對解耦。這就使得程序具備較好的可維護(hù)性、可復(fù)用性，提升了程序開發(fā)的效率。Spring MVC是內(nèi)置于Spring的一個輕量級框架，集成了前端控制器、模型對象、攔截器、校驗(yàn)器等組件，支持JSP、FreeMarker、HTML等多種視圖技術(shù)。MyBatis是一種能夠支持幾乎所有SQL操作的ORM框架。它允許開發(fā)者以面向?qū)ο缶幊痰乃枷雭硎褂煤筒僮鲾?shù)據(jù)庫，采用XML或者注解的方式進(jìn)行配置和原始映射，將接口和Java對象映射成數(shù)據(jù)庫中的記錄。

在傳統(tǒng)的JavaWeb項(xiàng)目中，前端通常采用JSP頁面來開發(fā)，頁面上包含較多的JSP標(biāo)簽和Java表達(dá)式，存在敏感數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險;同時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和頁面渲染通常是由后端的控制層來完成的，前后端耦合度很高，為后期的維護(hù)帶來了一定程度的困難。采用前后端分離的設(shè)計模式，前后端解耦，前端負(fù)責(zé)靜態(tài)資源渲染展示和路由跳轉(zhuǎn)，后端負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯控制和數(shù)據(jù)操作;前后端數(shù)據(jù)交互采用Ajax異步交互的方式來進(jìn)行，前端通過Ajax調(diào)用后端接口，然后利用JSON來傳遞數(shù)據(jù)。前后端分離設(shè)計模式的數(shù)據(jù)交互方式如圖4所示。

前后端分離，前端代碼框架可以采用Vue.js、Node.js、Layui、React等。本系統(tǒng)前端基于Layui進(jìn)行設(shè)計，前端服務(wù)器采用Nginx。要進(jìn)行前后端數(shù)據(jù)交互，首先要在前端使用Ajax請求數(shù)據(jù)，具體如下：

$.ajax（{

url： "/testAdmin"， ?//請求的url地址

contentType： "application/json;charset=UTF-8"， ?/*請求體的格式，這里表示數(shù)據(jù)會以JSON.stringify的格式添加到請求中*/

dataType："json"， ?//數(shù)據(jù)的格式為json

type："post"， ?//請求方式，可以是post，也可以是get

data：{request：request，reply：reply}， ?//請求的數(shù)據(jù)

success：function（data）{}， ? //定義請求成功后的動作

}）;

要使得后端接收到前端傳遞的數(shù)據(jù)，只需要在控制器中提供如下接口代碼即可：

@RequestMapping（"/testAdmin"）

public void testAdmin （@RequestBody Map ajaxData）{}

3.2 ? 數(shù)據(jù)可視化

航天試驗(yàn)設(shè)備檢測管理系統(tǒng)支持歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析顯示、檢測任務(wù)趨勢分析預(yù)測顯示、檢測任務(wù)結(jié)構(gòu)分析顯示以及各類檢測設(shè)備比重統(tǒng)計顯示等功能，主要依賴于大量的歷史檢測數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘、模糊預(yù)測控制等算法來實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用ECharts作為數(shù)據(jù)可視化插件，ECharts內(nèi)置了豐富的可視化類型，包括柱狀圖、折線圖、餅圖、散點(diǎn)圖等。通過對ECharts內(nèi)置屬性的配置來調(diào)整圖表形狀，然后利用Ajax將后端傳遞給前端的數(shù)據(jù)添加到ECharts的屬性中。ECharts開源免費(fèi)，支持實(shí)時顯示，交互性強(qiáng)，且兼容絕大部分的瀏覽器。以圖5為例來展示本系統(tǒng)的可視化界面。

3.3 ? 設(shè)備選型評價決策支持

航天試驗(yàn)設(shè)備檢測過程中會產(chǎn)生大量的檢測數(shù)據(jù)。長期以來，積累下來的這些數(shù)據(jù)均未能加以有效利用，造成了嚴(yán)重的數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)。隨著數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的不斷成熟，依靠豐富的航天試驗(yàn)設(shè)備檢測數(shù)據(jù)資源，本系統(tǒng)以遺傳算法為核心通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來為航天試驗(yàn)設(shè)備選型提供輔助決策，根據(jù)設(shè)備檢測結(jié)果和設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用和評價情況，在擬定的一組設(shè)備評價標(biāo)準(zhǔn)中尋找出最優(yōu)的設(shè)備評價標(biāo)準(zhǔn)。

遺傳算法是一種模擬自然遺傳選擇和淘汰的生物進(jìn)化過程的計算模型，于1975 年由美國Michigan大學(xué)的J.Holland提出[8-9]。它主要通過將問題建模為自然進(jìn)化過程來尋找問題的最優(yōu)解。它具有較好的全局搜索能力，并且能夠根據(jù)搜索過程自適應(yīng)地調(diào)整搜索方向。遺傳算法將問題可能潛在的解表征為一個個染色體，這些染色體構(gòu)成了問題的解集。將這些解集模擬為一個初代的生物種群，按照適者生存和優(yōu)勝劣汰的自然生存法則，通過遺傳交叉，逐代產(chǎn)生越來越適應(yīng)環(huán)境的優(yōu)化解。通常為了簡化，將染色體的基因編碼表示為二進(jìn)制編碼，借助于交叉變異的遺傳學(xué)過程，最終產(chǎn)生出最優(yōu)個體，經(jīng)過解碼之后作為問題的最優(yōu)解。

假定有一類在航天試驗(yàn)過程中使用的斷路器設(shè)備，根據(jù)可靠度、使用壽命、動作時間、性價比四個要素來對設(shè)備進(jìn)行評價。采取的評價方法是加權(quán)平均，各個要素所占的比重因子即所需要尋找的最優(yōu)評價標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)遺傳算法的思想和步驟，設(shè)備選型評價標(biāo)準(zhǔn)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)過程如下：

（1）初始化種群。根據(jù)客戶反饋和設(shè)備操作使用經(jīng)驗(yàn)擬定一組評價標(biāo)準(zhǔn)的假設(shè)解，設(shè)解的集合為，這里取。

（2）對新種群進(jìn)行編碼。將假設(shè)解的每個元素進(jìn)行編碼，這里表示成二進(jìn)制串的形式。比如該型斷路器設(shè)備按照可靠度、使用壽命、動作時間、性價比進(jìn)行評價，各比重因子分別為0.3、0.2、0.35、0.15，（0.3， 0.2， 0.35， 0.15）可以表示為（011110，010100，100011，011001），即相應(yīng)的為011110010100100011011001。

（3）評估個體的適應(yīng)度。設(shè)計目標(biāo)評價函數(shù)：

其中，為實(shí)際被評價為合格的該類斷路器的臺數(shù)，為評價標(biāo)準(zhǔn)所對應(yīng)的合格斷路器臺數(shù)。越接近于，則對應(yīng)的越大，即適應(yīng)度越高。也就是說，與實(shí)際情況越接近的評價標(biāo)準(zhǔn)，其對應(yīng)的適應(yīng)度越高。

（4）根據(jù)遺傳算法的適者生存原則選擇和淘汰個體。設(shè)為被選中為下一代個體的概率：

顯然，越大，即適應(yīng)度越高的個體被選擇的概率越大。這樣，接近實(shí)際情況的設(shè)備選型評價標(biāo)準(zhǔn)就被保存了下來。這里用如表1所示的四個評價標(biāo)準(zhǔn)來加以說明。

（5）對被選中的兩個隨機(jī)個體進(jìn)行交叉操作。兩個個體上的每個基因座都以相同的交叉概率進(jìn)行交換，這里取交叉概率為0.5。不妨假設(shè)表1中的1號和3號個體進(jìn)行交叉，得到新個體如表2所示。

（6）變異。遺傳算法的變異操作是指將個體編碼串中的某一個或多個基因用該編碼串中的其他等位基因來替代，形成新的個體。假設(shè)群體中每一代有且僅有一個個體發(fā)生變異，且對4號個體的第三位、第九位基因進(jìn)行變異，形成的新種群如表3所示。

由此可以看出，經(jīng)過選擇淘汰、變異、交叉等遺傳過程，適應(yīng)度的平均值和最大值較初代相比都得到了提升。因此可以推斷，經(jīng)過一代代的遺傳之后，代表斷路器設(shè)備評價標(biāo)準(zhǔn)的種群不斷得到優(yōu)化，最終產(chǎn)生滿足要求的評價標(biāo)準(zhǔn)。

4 ? 系統(tǒng)應(yīng)用（System applications）

本系統(tǒng)基于Java開發(fā)實(shí)現(xiàn)，開發(fā)環(huán)境為Eclipse 2019。系統(tǒng)開發(fā)完成后，在航天試驗(yàn)設(shè)備檢測管理工作中進(jìn)行了應(yīng)用。系統(tǒng)分為前臺和后臺，前臺供用戶登錄后進(jìn)行任務(wù)委托、任務(wù)進(jìn)度查詢、報告下載等，后臺供系統(tǒng)管理員按照權(quán)限對各模塊功能進(jìn)行管理。

（1）前臺。前臺主要實(shí)現(xiàn)用戶登錄注冊、任務(wù)委托、報告下載等功能。圖6為開關(guān)斷路器設(shè)備檢測任務(wù)委托信息提交表單。圖7為用戶委托信息列表，包含用戶委托的詳細(xì)信息。

（2）后臺。后臺主要實(shí)現(xiàn)用戶管理、項(xiàng)目管理、任務(wù)管理、報告管理、數(shù)據(jù)管理等功能。圖8（a）、圖8（b）為任務(wù)管理，實(shí)現(xiàn)任務(wù)委托信息展示、委托接受和拒絕等功能。圖9為報告管理，支持Word版報告的生成和預(yù)覽，支持上傳電子版的W報告。圖10為檢測任務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計的餅狀圖展示。

5 ? 結(jié)論（Conclusion）

基于前后端分離的航天試驗(yàn)設(shè)備檢測管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)流程、報告和數(shù)據(jù)的電子化、網(wǎng)絡(luò)化管理，同時支持客戶的遠(yuǎn)程在線委托管理、任務(wù)管理和在線報告查詢、下載以及打印等功能。系統(tǒng)支持智能輔助決策，依賴大量的歷史檢測數(shù)據(jù)以及遺傳算法來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備選型的評價。應(yīng)用情況表明，系統(tǒng)具有效率高、檢測流程透明、可靠性強(qiáng)、數(shù)據(jù)存量大以及支持智能輔助決策等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于航天試驗(yàn)設(shè)備檢測的日常管理工作中。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] BALUSAMY B， ABIRAMI R N， KADRY S， et al. Big data visualization[M]. New Jersey： John Wiley & Sons， Ltd， 2021：10-20.

[2] PEIXOTO H， GUIMARES T， SANTOS M F. A new architecture for intelligent clinical decision support for intensive medicine[J]. Procedia Computer Science， 2020， 170：1035-1040.

[3] 陳文偉.決策支持系統(tǒng)及其開發(fā)[J].中國計算機(jī)用戶，2008? ? ?（25）：65.

[4] 吉文杰.基于元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].上海：東華大學(xué)，2011.

[5] 宗校軍，沈軼，廖曉昕.基于Web元數(shù)據(jù)的定題信息采集[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2007（02）：281-284.

[6] 陳志剛.基于J2EE的生產(chǎn)型企業(yè)進(jìn)銷存管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].價值工程，2019（34）：166-168.

[7] 馬振森.航天二院試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2012.

[8] 張丹，左敦穩(wěn)，焦光明，等.基于粒子群遺傳算法的航天產(chǎn)品裝配順序優(yōu)化方法[J].兵工學(xué)報，2010（9）：1228-1234.

[9] 蔣佩華，華冰，黃宇，等.基于遺傳算法的變質(zhì)量航天器姿態(tài)控制方法[J].鄭州大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2019（04）：1-7.

作者簡介：

婁革偉（1990-），男，碩士，工程師.研究領(lǐng)域：航天試驗(yàn)測試軟件開發(fā)，航天試驗(yàn)設(shè)備檢測.本文通訊作者.

劉旭亮（1983-），男，碩士，工程師.研究領(lǐng)域：航天試驗(yàn)設(shè)備檢測.

馬濟(jì)喬（1989-），男，碩士，工程師.研究領(lǐng)域：航天試驗(yàn)設(shè)備檢測.

董淑萍（1990-），女，本科，助理工程師.研究領(lǐng)域：航天試驗(yàn)設(shè)備檢測.

曹文婷（1987-），女，本科，工程師.研究領(lǐng)域：航天試驗(yàn)設(shè)備檢測.