強(qiáng)大自己baumer編碼器GM401.B902602
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惠言達(dá)寄語：
不管你經(jīng)歷多痛的事情，到后都會漸漸遺忘。因為，沒有什么能敵得過時光。總有那么一個人，不管他以前如何對你，你總會找到原諒他的理由。
以下還有多種品牌型號產(chǎn)品可供選擇：
baumer 10159566 GK473.0073PD3 編碼器
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在航空發(fā)動機(jī)的研制過程中，經(jīng)常需要對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件如Origin、Matlab等都存在各自的一些缺點，效率偏低。基于圖形化編程工具LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)分析平臺的設(shè)計，其應(yīng)用表明，該數(shù)據(jù)分析平臺具有數(shù)據(jù)處理效率高、人機(jī)交互界面友好等優(yōu)點，可以在各航空發(fā)動機(jī)型號中推廣使用。
關(guān)鍵詞：LabVIEW軟件；航空發(fā)動機(jī)；數(shù)據(jù)分析
1概述
在型號研制過程中，為了完成考核試驗，需要制造一定數(shù)量的試驗發(fā)動機(jī)，須經(jīng)過一定的運轉(zhuǎn)時數(shù)以達(dá)到考核的目的。據(jù)統(tǒng)計，型號研制一般需要20～30臺試驗發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)臺架試車時數(shù)一般是5000～8000h，發(fā)動機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些數(shù)字[1]。長期的試驗，伴隨大量的試驗數(shù)據(jù)，通過試驗數(shù)據(jù)分析可以知道發(fā)動機(jī)的性能好壞或者排查試驗故障。在發(fā)動機(jī)研制過程的工程研制階段，往往故障頻發(fā)；而到了設(shè)計定型階段以后，簡單常見的故障都已排除，這時候出現(xiàn)的故障往往偏系統(tǒng)性，定位也不太明確。發(fā)動機(jī)這些故障的排除，離不開試驗數(shù)據(jù)的采集與分析。美國國家儀器公司（NationalInstruments，簡稱NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering），是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，它與VisualC＋＋、Java等計算機(jī)編程語言相比，它拋棄了晦澀難懂的文本代碼，使得計算機(jī)編程不再是少數(shù)人的篆隸[2]。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向終用戶的工具。所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），由前面板和程序框圖組成。前面板是用來放置各種控件的，程序框圖是用來編寫代碼，不過LabVIEW的代碼是*圖形化的。LabVIEW提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。近年來，LabVIEW得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，越來越多的編程人員開始使用LabVIEW并把它作為編程語言的手選，通過使用LabVIEW功能強(qiáng)大的圖形化編程語言能夠成倍地提高編程效率。
2需求分析
在航空發(fā)動機(jī)的試驗與試飛過程中，往往會碰到各種各樣的故障，這個時候就需要查看試驗試飛的數(shù)據(jù)（一般為txt或者csv格式），通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)問題所在。當(dāng)前流行的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件有Matlab、Mathmatica和Maple等。這些軟件功能強(qiáng)大，可以滿足科技工作中的許多需要，但使用這些軟件需要一定的計算機(jī)編程知識和矩陣知識，并熟悉其中大量的函數(shù)和命令[3]。科研試驗中，也有大部分人使用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin為OriginLab公司出品的簡單易學(xué)、操作靈活的繪圖軟件，且圖形界面漂亮，但是它也存在以下缺點：（1）繪圖后需手動改變圖例文字的大小、手動更改坐標(biāo)范圍及定制柵格線。（2）沒有繪制數(shù)字量數(shù)據(jù)的選項，因為數(shù)字量數(shù)據(jù)不是0就是1，使用Origin繪圖，所有數(shù)字量數(shù)據(jù)線會相互重疊。而對數(shù)字量數(shù)據(jù)進(jìn)行四則運算后再繪圖，無疑會增加工作量。（3）Origin繪制圖形后，在已繪制的圖形上增減另一參數(shù)的數(shù)據(jù)線時，需要重新定制坐標(biāo)范圍與注釋文本，這在進(jìn)行故障分析時，效率極為低下。因此，為了解決通用繪圖軟件存在的各種弊端，開發(fā)一款的數(shù)據(jù)分析軟件，同時適合txt和csv格式，是及其必要的。
3軟件設(shè)計
3.1主要設(shè)計思想
采用事件結(jié)構(gòu)（EventStructure）的方式，事件結(jié)構(gòu)可以用于編寫等待事件發(fā)生的高效代碼。事件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以減少CPU占用率，響應(yīng)及時。事件發(fā)生是由操作系統(tǒng)檢測的，并且在沒有事件發(fā)生時，系統(tǒng)一直處于等待狀態(tài)，避免了輪詢中的無意義查詢。事件結(jié)構(gòu)的每一個分支，可以注冊用來處理一個或多個事件。本數(shù)據(jù)分析軟件采用常用的While循環(huán)+事件結(jié)構(gòu)的方法，把“開始繪圖”、“數(shù)據(jù)輸出”等按鈕控件的值改變、“參數(shù)文件路徑”值改變、“波形圖”游標(biāo)移動、標(biāo)尺范圍更改等注冊為事件結(jié)構(gòu)的一個分支，在每一個事件分支中進(jìn)行相應(yīng)的事件處理。
3.2總體框架路徑
輸入控件，用于打開需要繪圖的數(shù)據(jù)文件，波形圖控件用于顯示模擬量數(shù)據(jù)（如轉(zhuǎn)速、排氣溫度、燃油流量等），數(shù)字波形圖控件用于顯示數(shù)字量數(shù)據(jù)（開關(guān)量、故障字等），多列列表框用于實時顯示當(dāng)前的參數(shù)名與數(shù)值。波形圖與數(shù)字波形圖上下并排放在一起，兩者共用同一橫坐標(biāo)。
3.3軟件實現(xiàn)
3.3.1軟件工作流程軟件平臺工作流程如圖1所示。先通過參數(shù)配置VI生成繪圖參數(shù)文件，再打開主程序，加載配置文件，進(jìn)行繪圖。可對圖形進(jìn)行縮放，拖動游標(biāo)實時顯示游標(biāo)處的各參數(shù)值，后對圖形添加注釋并截圖保存。3.3.2得到參數(shù)配置文件進(jìn)行數(shù)據(jù)繪圖前，先要告訴軟件該列數(shù)據(jù)的參數(shù)名，是轉(zhuǎn)速、排氣溫度還是其他。然而由于不同數(shù)據(jù)文件中的參數(shù)名、參數(shù)個數(shù)和參數(shù)名的位置通常不一樣，這里使用以下方法進(jìn)行參數(shù)名的提取，如圖2所示。使用“讀取文本文件”函數(shù)（按行）讀取數(shù)據(jù)文件到字符串顯示控件，讀取到參數(shù)名時將其添加到列表框控件，后使用“寫入文本文件”函數(shù)把這些參數(shù)名保存到Excel格式參數(shù)配置文件中，如圖3所示。左邊一列為全部參數(shù)名，第二、三列分別為模擬量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名，第四、五列為數(shù)字量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名。繪圖時增減繪圖參數(shù)，可直接在Excel參數(shù)配置文件中修改，再加載進(jìn)繪圖軟件中即可，大大提高工作效率。3.3.3提取數(shù)據(jù)到數(shù)組對于大數(shù)據(jù)文件（幾百MB甚1GB以上），使用“讀取文本文件”函數(shù)，會存在等待時間過長或者提示“完成該操作所需內(nèi)存不足”的現(xiàn)象。在讀取數(shù)據(jù)文件時，采用按行讀取的方式，見圖4，并加入計數(shù)循環(huán)次數(shù)限定，分別有起始行、總行數(shù)、大索引值，在碰到這些限制值時及時跳出循環(huán)，減少循環(huán)次數(shù)，避免因為數(shù)據(jù)文件太大而導(dǎo)致計算機(jī)出現(xiàn)不響應(yīng)的現(xiàn)象。起始行———從數(shù)據(jù)文件的第幾行開始讀取數(shù)據(jù)。總行數(shù)———讀取到數(shù)據(jù)文件的第幾行結(jié)束。大索引———參數(shù)配置文件中，所需繪圖參數(shù)的大索引值，代表每一行中要讀取的數(shù)據(jù)個數(shù)。有用數(shù)據(jù)———在進(jìn)行數(shù)據(jù)分離后得到的字符串?dāng)?shù)組。數(shù)據(jù)分離使用“匹配模式”函數(shù)，其正則表達(dá)式設(shè)為“[0-9.:-]+”，可以有效分離數(shù)據(jù)文件中的正負(fù)數(shù)值、時間，存入字符串?dāng)?shù)組，以備繪圖時調(diào)用。3.3.4實時顯示坐標(biāo)值為了實時顯示當(dāng)前點的參數(shù)值，在波形圖與數(shù)字波形圖中以寫入游標(biāo)列表的形式創(chuàng)建動態(tài)游標(biāo)，如圖5所示通過檢測游標(biāo)移動事件的方式，將各參數(shù)曲線在游標(biāo)處的值實時顯示到多列表控件中。3.3.5圖形縮放用圖形工具選板進(jìn)行圖形縮放時，為了使波形圖和數(shù)字波形圖共用同一橫坐標(biāo)，需要注冊“標(biāo)尺范圍改變”事件。在“標(biāo)尺范圍改變”事件中，波形圖與數(shù)字波形圖的橫坐標(biāo)范圍相互賦值。然后將橫坐標(biāo)范圍的平均值賦給游標(biāo)索引，使圖形縮放后，游標(biāo)顯示在圖形的中心。
4運行結(jié)果
軟件讀取某發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)后繪圖如圖6，波形圖中顯示轉(zhuǎn)速（N）、排氣溫度（EGT）、測量的燃油流量（WF）等，數(shù)字波形圖中顯示起動開關(guān)、起動過程中等數(shù)字量。移動黃顏色的游標(biāo)（圖6中虛線），右側(cè)列表框會實時顯示游標(biāo)處坐標(biāo)點的各參數(shù)值，文本框?qū)崟r顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄時間；根據(jù)需求，還可以使用波形圖與數(shù)字波形圖的圖形工具選板對圖形進(jìn)行縮放；也可以右擊圖形界面，在菜單中選擇“創(chuàng)建注釋”，在合適的位置添加注釋文字，如圖6中分別在排氣溫度（EGT）和測量的燃油流量（WF）曲線上標(biāo)注“78.5”、“44.9”。5結(jié)語發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)的分析是一項繁重、費時的工作，使用通用的數(shù)據(jù)繪圖軟件，通常效率低下。據(jù)統(tǒng)計，在熟練的情況下，使用通用繪圖軟件如Origin想把某一次的試驗數(shù)據(jù)通過圖形表達(dá)清楚，往往需要耗時半天以上。基于LabVIEW友秀的編程環(huán)境，設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，通過該數(shù)據(jù)平臺，1小時以內(nèi)就能完成一次數(shù)據(jù)分析；增刪繪圖曲線時，通過修改參數(shù)配置文件，5分鐘以內(nèi)就可以完成圖形重繪。由于該數(shù)據(jù)處理平臺繪圖參數(shù)是從原數(shù)據(jù)文件直接讀取的，不局限于單一的發(fā)動機(jī)型號，它適用于一切txt和csv格式數(shù)據(jù)文件的分析，可以推廣到各發(fā)動機(jī)型號中使用。
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在航空發(fā)動機(jī)的研制過程中，經(jīng)常需要對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件如Origin、Matlab等都存在各自的一些缺點，效率偏低。基于圖形化編程工具LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)分析平臺的設(shè)計，其應(yīng)用表明，該數(shù)據(jù)分析平臺具有數(shù)據(jù)處理效率高、人機(jī)交互界面友好等優(yōu)點，可以在各航空發(fā)動機(jī)型號中推廣使用。
關(guān)鍵詞：LabVIEW軟件；航空發(fā)動機(jī)；數(shù)據(jù)分析
1概述
在型號研制過程中，為了完成考核試驗，需要制造一定數(shù)量的試驗發(fā)動機(jī)，須經(jīng)過一定的運轉(zhuǎn)時數(shù)以達(dá)到考核的目的。據(jù)統(tǒng)計，型號研制一般需要20～30臺試驗發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)臺架試車時數(shù)一般是5000～8000h，發(fā)動機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些數(shù)字[1]。長期的試驗，伴隨大量的試驗數(shù)據(jù)，通過試驗數(shù)據(jù)分析可以知道發(fā)動機(jī)的性能好壞或者排查試驗故障。在發(fā)動機(jī)研制過程的工程研制階段，往往故障頻發(fā)；而到了設(shè)計定型階段以后，簡單常見的故障都已排除，這時候出現(xiàn)的故障往往偏系統(tǒng)性，定位也不太明確。發(fā)動機(jī)這些故障的排除，離不開試驗數(shù)據(jù)的采集與分析。美國國家儀器公司（NationalInstruments，簡稱NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering），是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，它與VisualC＋＋、Java等計算機(jī)編程語言相比，它拋棄了晦澀難懂的文本代碼，使得計算機(jī)編程不再是少數(shù)人的篆隸[2]。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向終用戶的工具。所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），由前面板和程序框圖組成。前面板是用來放置各種控件的，程序框圖是用來編寫代碼，不過LabVIEW的代碼是*圖形化的。LabVIEW提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。近年來，LabVIEW得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，越來越多的編程人員開始使用LabVIEW并把它作為編程語言的手選，通過使用LabVIEW功能強(qiáng)大的圖形化編程語言能夠成倍地提高編程效率。
2需求分析
在航空發(fā)動機(jī)的試驗與試飛過程中，往往會碰到各種各樣的故障，這個時候就需要查看試驗試飛的數(shù)據(jù)（一般為txt或者csv格式），通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)問題所在。當(dāng)前流行的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件有Matlab、Mathmatica和Maple等。這些軟件功能強(qiáng)大，可以滿足科技工作中的許多需要，但使用這些軟件需要一定的計算機(jī)編程知識和矩陣知識，并熟悉其中大量的函數(shù)和命令[3]。科研試驗中，也有大部分人使用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin為OriginLab公司出品的簡單易學(xué)、操作靈活的繪圖軟件，且圖形界面漂亮，但是它也存在以下缺點：（1）繪圖后需手動改變圖例文字的大小、手動更改坐標(biāo)范圍及定制柵格線。（2）沒有繪制數(shù)字量數(shù)據(jù)的選項，因為數(shù)字量數(shù)據(jù)不是0就是1，使用Origin繪圖，所有數(shù)字量數(shù)據(jù)線會相互重疊。而對數(shù)字量數(shù)據(jù)進(jìn)行四則運算后再繪圖，無疑會增加工作量。（3）Origin繪制圖形后，在已繪制的圖形上增減另一參數(shù)的數(shù)據(jù)線時，需要重新定制坐標(biāo)范圍與注釋文本，這在進(jìn)行故障分析時，效率極為低下。因此，為了解決通用繪圖軟件存在的各種弊端，開發(fā)一款的數(shù)據(jù)分析軟件，同時適合txt和csv格式，是及其必要的。
3軟件設(shè)計
3.1主要設(shè)計思想
采用事件結(jié)構(gòu)（EventStructure）的方式，事件結(jié)構(gòu)可以用于編寫等待事件發(fā)生的高效代碼。事件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以減少CPU占用率，響應(yīng)及時。事件發(fā)生是由操作系統(tǒng)檢測的，并且在沒有事件發(fā)生時，系統(tǒng)一直處于等待狀態(tài)，避免了輪詢中的無意義查詢。事件結(jié)構(gòu)的每一個分支，可以注冊用來處理一個或多個事件。本數(shù)據(jù)分析軟件采用常用的While循環(huán)+事件結(jié)構(gòu)的方法，把“開始繪圖”、“數(shù)據(jù)輸出”等按鈕控件的值改變、“參數(shù)文件路徑”值改變、“波形圖”游標(biāo)移動、標(biāo)尺范圍更改等注冊為事件結(jié)構(gòu)的一個分支，在每一個事件分支中進(jìn)行相應(yīng)的事件處理。
3.2總體框架路徑
輸入控件，用于打開需要繪圖的數(shù)據(jù)文件，波形圖控件用于顯示模擬量數(shù)據(jù)（如轉(zhuǎn)速、排氣溫度、燃油流量等），數(shù)字波形圖控件用于顯示數(shù)字量數(shù)據(jù)（開關(guān)量、故障字等），多列列表框用于實時顯示當(dāng)前的參數(shù)名與數(shù)值。波形圖與數(shù)字波形圖上下并排放在一起，兩者共用同一橫坐標(biāo)。
3.3軟件實現(xiàn)
3.3.1軟件工作流程軟件平臺工作流程如圖1所示。先通過參數(shù)配置VI生成繪圖參數(shù)文件，再打開主程序，加載配置文件，進(jìn)行繪圖。可對圖形進(jìn)行縮放，拖動游標(biāo)實時顯示游標(biāo)處的各參數(shù)值，后對圖形添加注釋并截圖保存。3.3.2得到參數(shù)配置文件進(jìn)行數(shù)據(jù)繪圖前，先要告訴軟件該列數(shù)據(jù)的參數(shù)名，是轉(zhuǎn)速、排氣溫度還是其他。然而由于不同數(shù)據(jù)文件中的參數(shù)名、參數(shù)個數(shù)和參數(shù)名的位置通常不一樣，這里使用以下方法進(jìn)行參數(shù)名的提取，如圖2所示。使用“讀取文本文件”函數(shù)（按行）讀取數(shù)據(jù)文件到字符串顯示控件，讀取到參數(shù)名時將其添加到列表框控件，后使用“寫入文本文件”函數(shù)把這些參數(shù)名保存到Excel格式參數(shù)配置文件中，如圖3所示。左邊一列為全部參數(shù)名，第二、三列分別為模擬量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名，第四、五列為數(shù)字量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名。繪圖時增減繪圖參數(shù)，可直接在Excel參數(shù)配置文件中修改，再加載進(jìn)繪圖軟件中即可，大大提高工作效率。3.3.3提取數(shù)據(jù)到數(shù)組對于大數(shù)據(jù)文件（幾百MB甚1GB以上），使用“讀取文本文件”函數(shù)，會存在等待時間過長或者提示“完成該操作所需內(nèi)存不足”的現(xiàn)象。在讀取數(shù)據(jù)文件時，采用按行讀取的方式，見圖4，并加入計數(shù)循環(huán)次數(shù)限定，分別有起始行、總行數(shù)、大索引值，在碰到這些限制值時及時跳出循環(huán)，減少循環(huán)次數(shù)，避免因為數(shù)據(jù)文件太大而導(dǎo)致計算機(jī)出現(xiàn)不響應(yīng)的現(xiàn)象。起始行———從數(shù)據(jù)文件的第幾行開始讀取數(shù)據(jù)。總行數(shù)———讀取到數(shù)據(jù)文件的第幾行結(jié)束。大索引———參數(shù)配置文件中，所需繪圖參數(shù)的大索引值，代表每一行中要讀取的數(shù)據(jù)個數(shù)。有用數(shù)據(jù)———在進(jìn)行數(shù)據(jù)分離后得到的字符串?dāng)?shù)組。數(shù)據(jù)分離使用“匹配模式”函數(shù)，其正則表達(dá)式設(shè)為“[0-9.:-]+”，可以有效分離數(shù)據(jù)文件中的正負(fù)數(shù)值、時間，存入字符串?dāng)?shù)組，以備繪圖時調(diào)用。3.3.4實時顯示坐標(biāo)值為了實時顯示當(dāng)前點的參數(shù)值，在波形圖與數(shù)字波形圖中以寫入游標(biāo)列表的形式創(chuàng)建動態(tài)游標(biāo)，如圖5所示通過檢測游標(biāo)移動事件的方式，將各參數(shù)曲線在游標(biāo)處的值實時顯示到多列表控件中。3.3.5圖形縮放用圖形工具選板進(jìn)行圖形縮放時，為了使波形圖和數(shù)字波形圖共用同一橫坐標(biāo)，需要注冊“標(biāo)尺范圍改變”事件。在“標(biāo)尺范圍改變”事件中，波形圖與數(shù)字波形圖的橫坐標(biāo)范圍相互賦值。然后將橫坐標(biāo)范圍的平均值賦給游標(biāo)索引，使圖形縮放后，游標(biāo)顯示在圖形的中心。
4運行結(jié)果
軟件讀取某發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)后繪圖如圖6，波形圖中顯示轉(zhuǎn)速（N）、排氣溫度（EGT）、測量的燃油流量（WF）等，數(shù)字波形圖中顯示起動開關(guān)、起動過程中等數(shù)字量。移動黃顏色的游標(biāo)（圖6中虛線），右側(cè)列表框會實時顯示游標(biāo)處坐標(biāo)點的各參數(shù)值，文本框?qū)崟r顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄時間；根據(jù)需求，還可以使用波形圖與數(shù)字波形圖的圖形工具選板對圖形進(jìn)行縮放；也可以右擊圖形界面，在菜單中選擇“創(chuàng)建注釋”，在合適的位置添加注釋文字，如圖6中分別在排氣溫度（EGT）和測量的燃油流量（WF）曲線上標(biāo)注“78.5”、“44.9”。5結(jié)語發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)的分析是一項繁重、費時的工作，使用通用的數(shù)據(jù)繪圖軟件，通常效率低下。據(jù)統(tǒng)計，在熟練的情況下，使用通用繪圖軟件如Origin想把某一次的試驗數(shù)據(jù)通過圖形表達(dá)清楚，往往需要耗時半天以上。基于LabVIEW友秀的編程環(huán)境，設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，通過該數(shù)據(jù)平臺，1小時以內(nèi)就能完成一次數(shù)據(jù)分析；增刪繪圖曲線時，通過修改參數(shù)配置文件，5分鐘以內(nèi)就可以完成圖形重繪。由于該數(shù)據(jù)處理平臺繪圖參數(shù)是從原數(shù)據(jù)文件直接讀取的，不局限于單一的發(fā)動機(jī)型號，它適用于一切txt和csv格式數(shù)據(jù)文件的分析，可以推廣到各發(fā)動機(jī)型號中使用。
baumer 11078550 GMP1,0 LT-1 B5S 55 14X30 編碼器
baumer 11081064 GMP1,0 LT-10 + FS90-1 B5S 14x30 編碼器
baumer 11082668 GMP1,0 LT-10 + FS90-2 B5n 14X30 編碼器
baumer 11089528 GMP1,0 LT-10 + OG9 D 25 B5n 14X30 FV 編碼器
baumer 11093481 GMP1,0 LT-10 B14 14x30 FV 編碼器
baumer 11083275 GMP1,0 LT-10 B3/B5/B14 12x20/10x15 編碼器
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baumer 11086071 GMP1,0 LT-10 B5k B14 14X30 / 10X15 編碼器
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baumer 11076790 GMP1,0 LT-14 B5 12X20 編碼器
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baumer 11090504 GMP1,0 LT-4 + FS90-5 B5S 14x30 編碼器
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baumer 11075516 GMP1,0 LT-4 B5 12X20 FV 編碼器
baumer 11084368 GMP1,0 LT-4 B5 12x20/10x15 編碼器
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baumer 11084678 GMP1,0 LT-4 B5k 14X30 編碼器
baumer 11075534 GMP1,0 LT-4 B5k 14X30 FV 編碼器
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baumer 11055546 GMP1,0 LT-4 B5N 14x30 編碼器
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baumer 11055496 GMP1,0 LT-4 B5N 14x30 FV 編碼器
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baumer 11085945 GMP1,0 LT-4 B5N/B14 55 14x30 / Noris FV 編碼器
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baumer 11082025 GMP1,0 LT-5 B5 12X20 編碼器
在航空發(fā)動機(jī)的研制過程中，經(jīng)常需要對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件如Origin、Matlab等都存在各自的一些缺點，效率偏低。基于圖形化編程工具LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)分析平臺的設(shè)計，其應(yīng)用表明，該數(shù)據(jù)分析平臺具有數(shù)據(jù)處理效率高、人機(jī)交互界面友好等優(yōu)點，可以在各航空發(fā)動機(jī)型號中推廣使用。
關(guān)鍵詞：LabVIEW軟件；航空發(fā)動機(jī)；數(shù)據(jù)分析
1概述
在型號研制過程中，為了完成考核試驗，需要制造一定數(shù)量的試驗發(fā)動機(jī)，須經(jīng)過一定的運轉(zhuǎn)時數(shù)以達(dá)到考核的目的。據(jù)統(tǒng)計，型號研制一般需要20～30臺試驗發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)臺架試車時數(shù)一般是5000～8000h，發(fā)動機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些數(shù)字[1]。長期的試驗，伴隨大量的試驗數(shù)據(jù)，通過試驗數(shù)據(jù)分析可以知道發(fā)動機(jī)的性能好壞或者排查試驗故障。在發(fā)動機(jī)研制過程的工程研制階段，往往故障頻發(fā)；而到了設(shè)計定型階段以后，簡單常見的故障都已排除，這時候出現(xiàn)的故障往往偏系統(tǒng)性，定位也不太明確。發(fā)動機(jī)這些故障的排除，離不開試驗數(shù)據(jù)的采集與分析。美國國家儀器公司（NationalInstruments，簡稱NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering），是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，它與VisualC＋＋、Java等計算機(jī)編程語言相比，它拋棄了晦澀難懂的文本代碼，使得計算機(jī)編程不再是少數(shù)人的篆隸[2]。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向終用戶的工具。所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），由前面板和程序框圖組成。前面板是用來放置各種控件的，程序框圖是用來編寫代碼，不過LabVIEW的代碼是*圖形化的。LabVIEW提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。近年來，LabVIEW得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，越來越多的編程人員開始使用LabVIEW并把它作為編程語言的手選，通過使用LabVIEW功能強(qiáng)大的圖形化編程語言能夠成倍地提高編程效率。
2需求分析
在航空發(fā)動機(jī)的試驗與試飛過程中，往往會碰到各種各樣的故障，這個時候就需要查看試驗試飛的數(shù)據(jù)（一般為txt或者csv格式），通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)問題所在。當(dāng)前流行的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件有Matlab、Mathmatica和Maple等。這些軟件功能強(qiáng)大，可以滿足科技工作中的許多需要，但使用這些軟件需要一定的計算機(jī)編程知識和矩陣知識，并熟悉其中大量的函數(shù)和命令[3]。科研試驗中，也有大部分人使用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin為OriginLab公司出品的簡單易學(xué)、操作靈活的繪圖軟件，且圖形界面漂亮，但是它也存在以下缺點：（1）繪圖后需手動改變圖例文字的大小、手動更改坐標(biāo)范圍及定制柵格線。（2）沒有繪制數(shù)字量數(shù)據(jù)的選項，因為數(shù)字量數(shù)據(jù)不是0就是1，使用Origin繪圖，所有數(shù)字量數(shù)據(jù)線會相互重疊。而對數(shù)字量數(shù)據(jù)進(jìn)行四則運算后再繪圖，無疑會增加工作量。（3）Origin繪制圖形后，在已繪制的圖形上增減另一參數(shù)的數(shù)據(jù)線時，需要重新定制坐標(biāo)范圍與注釋文本，這在進(jìn)行故障分析時，效率極為低下。因此，為了解決通用繪圖軟件存在的各種弊端，開發(fā)一款的數(shù)據(jù)分析軟件，同時適合txt和csv格式，是及其必要的。
3軟件設(shè)計
3.1主要設(shè)計思想
采用事件結(jié)構(gòu)（EventStructure）的方式，事件結(jié)構(gòu)可以用于編寫等待事件發(fā)生的高效代碼。事件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以減少CPU占用率，響應(yīng)及時。事件發(fā)生是由操作系統(tǒng)檢測的，并且在沒有事件發(fā)生時，系統(tǒng)一直處于等待狀態(tài)，避免了輪詢中的無意義查詢。事件結(jié)構(gòu)的每一個分支，可以注冊用來處理一個或多個事件。本數(shù)據(jù)分析軟件采用常用的While循環(huán)+事件結(jié)構(gòu)的方法，把“開始繪圖”、“數(shù)據(jù)輸出”等按鈕控件的值改變、“參數(shù)文件路徑”值改變、“波形圖”游標(biāo)移動、標(biāo)尺范圍更改等注冊為事件結(jié)構(gòu)的一個分支，在每一個事件分支中進(jìn)行相應(yīng)的事件處理。
3.2總體框架路徑
輸入控件，用于打開需要繪圖的數(shù)據(jù)文件，波形圖控件用于顯示模擬量數(shù)據(jù)（如轉(zhuǎn)速、排氣溫度、燃油流量等），數(shù)字波形圖控件用于顯示數(shù)字量數(shù)據(jù)（開關(guān)量、故障字等），多列列表框用于實時顯示當(dāng)前的參數(shù)名與數(shù)值。波形圖與數(shù)字波形圖上下并排放在一起，兩者共用同一橫坐標(biāo)。
3.3軟件實現(xiàn)
3.3.1軟件工作流程軟件平臺工作流程如圖1所示。先通過參數(shù)配置VI生成繪圖參數(shù)文件，再打開主程序，加載配置文件，進(jìn)行繪圖。可對圖形進(jìn)行縮放，拖動游標(biāo)實時顯示游標(biāo)處的各參數(shù)值，后對圖形添加注釋并截圖保存。3.3.2得到參數(shù)配置文件進(jìn)行數(shù)據(jù)繪圖前，先要告訴軟件該列數(shù)據(jù)的參數(shù)名，是轉(zhuǎn)速、排氣溫度還是其他。然而由于不同數(shù)據(jù)文件中的參數(shù)名、參數(shù)個數(shù)和參數(shù)名的位置通常不一樣，這里使用以下方法進(jìn)行參數(shù)名的提取，如圖2所示。使用“讀取文本文件”函數(shù)（按行）讀取數(shù)據(jù)文件到字符串顯示控件，讀取到參數(shù)名時將其添加到列表框控件，后使用“寫入文本文件”函數(shù)把這些參數(shù)名保存到Excel格式參數(shù)配置文件中，如圖3所示。左邊一列為全部參數(shù)名，第二、三列分別為模擬量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名，第四、五列為數(shù)字量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名。繪圖時增減繪圖參數(shù)，可直接在Excel參數(shù)配置文件中修改，再加載進(jìn)繪圖軟件中即可，大大提高工作效率。3.3.3提取數(shù)據(jù)到數(shù)組對于大數(shù)據(jù)文件（幾百MB甚1GB以上），使用“讀取文本文件”函數(shù)，會存在等待時間過長或者提示“完成該操作所需內(nèi)存不足”的現(xiàn)象。在讀取數(shù)據(jù)文件時，采用按行讀取的方式，見圖4，并加入計數(shù)循環(huán)次數(shù)限定，分別有起始行、總行數(shù)、大索引值，在碰到這些限制值時及時跳出循環(huán)，減少循環(huán)次數(shù)，避免因為數(shù)據(jù)文件太大而導(dǎo)致計算機(jī)出現(xiàn)不響應(yīng)的現(xiàn)象。起始行———從數(shù)據(jù)文件的第幾行開始讀取數(shù)據(jù)。總行數(shù)———讀取到數(shù)據(jù)文件的第幾行結(jié)束。大索引———參數(shù)配置文件中，所需繪圖參數(shù)的大索引值，代表每一行中要讀取的數(shù)據(jù)個數(shù)。有用數(shù)據(jù)———在進(jìn)行數(shù)據(jù)分離后得到的字符串?dāng)?shù)組。數(shù)據(jù)分離使用“匹配模式”函數(shù)，其正則表達(dá)式設(shè)為“[0-9.:-]+”，可以有效分離數(shù)據(jù)文件中的正負(fù)數(shù)值、時間，存入字符串?dāng)?shù)組，以備繪圖時調(diào)用。3.3.4實時顯示坐標(biāo)值為了實時顯示當(dāng)前點的參數(shù)值，在波形圖與數(shù)字波形圖中以寫入游標(biāo)列表的形式創(chuàng)建動態(tài)游標(biāo)，如圖5所示通過檢測游標(biāo)移動事件的方式，將各參數(shù)曲線在游標(biāo)處的值實時顯示到多列表控件中。3.3.5圖形縮放用圖形工具選板進(jìn)行圖形縮放時，為了使波形圖和數(shù)字波形圖共用同一橫坐標(biāo)，需要注冊“標(biāo)尺范圍改變”事件。在“標(biāo)尺范圍改變”事件中，波形圖與數(shù)字波形圖的橫坐標(biāo)范圍相互賦值。然后將橫坐標(biāo)范圍的平均值賦給游標(biāo)索引，使圖形縮放后，游標(biāo)顯示在圖形的中心。
4運行結(jié)果
軟件讀取某發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)后繪圖如圖6，波形圖中顯示轉(zhuǎn)速（N）、排氣溫度（EGT）、測量的燃油流量（WF）等，數(shù)字波形圖中顯示起動開關(guān)、起動過程中等數(shù)字量。移動黃顏色的游標(biāo)（圖6中虛線），右側(cè)列表框會實時顯示游標(biāo)處坐標(biāo)點的各參數(shù)值，文本框?qū)崟r顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄時間；根據(jù)需求，還可以使用波形圖與數(shù)字波形圖的圖形工具選板對圖形進(jìn)行縮放；也可以右擊圖形界面，在菜單中選擇“創(chuàng)建注釋”，在合適的位置添加注釋文字，如圖6中分別在排氣溫度（EGT）和測量的燃油流量（WF）曲線上標(biāo)注“78.5”、“44.9”。5結(jié)語發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)的分析是一項繁重、費時的工作，使用通用的數(shù)據(jù)繪圖軟件，通常效率低下。據(jù)統(tǒng)計，在熟練的情況下，使用通用繪圖軟件如Origin想把某一次的試驗數(shù)據(jù)通過圖形表達(dá)清楚，往往需要耗時半天以上。基于LabVIEW友秀的編程環(huán)境，設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，通過該數(shù)據(jù)平臺，1小時以內(nèi)就能完成一次數(shù)據(jù)分析；增刪繪圖曲線時，通過修改參數(shù)配置文件，5分鐘以內(nèi)就可以完成圖形重繪。由于該數(shù)據(jù)處理平臺繪圖參數(shù)是從原數(shù)據(jù)文件直接讀取的，不局限于單一的發(fā)動機(jī)型號，它適用于一切txt和csv格式數(shù)據(jù)文件的分析，可以推廣到各發(fā)動機(jī)型號中使用。
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在航空發(fā)動機(jī)的研制過程中，經(jīng)常需要對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件如Origin、Matlab等都存在各自的一些缺點，效率偏低。基于圖形化編程工具LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)分析平臺的設(shè)計，其應(yīng)用表明，該數(shù)據(jù)分析平臺具有數(shù)據(jù)處理效率高、人機(jī)交互界面友好等優(yōu)點，可以在各航空發(fā)動機(jī)型號中推廣使用。
關(guān)鍵詞：LabVIEW軟件；航空發(fā)動機(jī)；數(shù)據(jù)分析
1概述
在型號研制過程中，為了完成考核試驗，需要制造一定數(shù)量的試驗發(fā)動機(jī)，須經(jīng)過一定的運轉(zhuǎn)時數(shù)以達(dá)到考核的目的。據(jù)統(tǒng)計，型號研制一般需要20～30臺試驗發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)臺架試車時數(shù)一般是5000～8000h，發(fā)動機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些數(shù)字[1]。長期的試驗，伴隨大量的試驗數(shù)據(jù)，通過試驗數(shù)據(jù)分析可以知道發(fā)動機(jī)的性能好壞或者排查試驗故障。在發(fā)動機(jī)研制過程的工程研制階段，往往故障頻發(fā)；而到了設(shè)計定型階段以后，簡單常見的故障都已排除，這時候出現(xiàn)的故障往往偏系統(tǒng)性，定位也不太明確。發(fā)動機(jī)這些故障的排除，離不開試驗數(shù)據(jù)的采集與分析。美國國家儀器公司（NationalInstruments，簡稱NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering），是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，它與VisualC＋＋、Java等計算機(jī)編程語言相比，它拋棄了晦澀難懂的文本代碼，使得計算機(jī)編程不再是少數(shù)人的篆隸[2]。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向終用戶的工具。所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），由前面板和程序框圖組成。前面板是用來放置各種控件的，程序框圖是用來編寫代碼，不過LabVIEW的代碼是*圖形化的。LabVIEW提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。近年來，LabVIEW得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，越來越多的編程人員開始使用LabVIEW并把它作為編程語言的手選，通過使用LabVIEW功能強(qiáng)大的圖形化編程語言能夠成倍地提高編程效率。
2需求分析
在航空發(fā)動機(jī)的試驗與試飛過程中，往往會碰到各種各樣的故障，這個時候就需要查看試驗試飛的數(shù)據(jù)（一般為txt或者csv格式），通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)問題所在。當(dāng)前流行的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件有Matlab、Mathmatica和Maple等。這些軟件功能強(qiáng)大，可以滿足科技工作中的許多需要，但使用這些軟件需要一定的計算機(jī)編程知識和矩陣知識，并熟悉其中大量的函數(shù)和命令[3]。科研試驗中，也有大部分人使用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin為OriginLab公司出品的簡單易學(xué)、操作靈活的繪圖軟件，且圖形界面漂亮，但是它也存在以下缺點：（1）繪圖后需手動改變圖例文字的大小、手動更改坐標(biāo)范圍及定制柵格線。（2）沒有繪制數(shù)字量數(shù)據(jù)的選項，因為數(shù)字量數(shù)據(jù)不是0就是1，使用Origin繪圖，所有數(shù)字量數(shù)據(jù)線會相互重疊。而對數(shù)字量數(shù)據(jù)進(jìn)行四則運算后再繪圖，無疑會增加工作量。（3）Origin繪制圖形后，在已繪制的圖形上增減另一參數(shù)的數(shù)據(jù)線時，需要重新定制坐標(biāo)范圍與注釋文本，這在進(jìn)行故障分析時，效率極為低下。因此，為了解決通用繪圖軟件存在的各種弊端，開發(fā)一款的數(shù)據(jù)分析軟件，同時適合txt和csv格式，是及其必要的。
3軟件設(shè)計
3.1主要設(shè)計思想
采用事件結(jié)構(gòu)（EventStructure）的方式，事件結(jié)構(gòu)可以用于編寫等待事件發(fā)生的高效代碼。事件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以減少CPU占用率，響應(yīng)及時。事件發(fā)生是由操作系統(tǒng)檢測的，并且在沒有事件發(fā)生時，系統(tǒng)一直處于等待狀態(tài)，避免了輪詢中的無意義查詢。事件結(jié)構(gòu)的每一個分支，可以注冊用來處理一個或多個事件。本數(shù)據(jù)分析軟件采用常用的While循環(huán)+事件結(jié)構(gòu)的方法，把“開始繪圖”、“數(shù)據(jù)輸出”等按鈕控件的值改變、“參數(shù)文件路徑”值改變、“波形圖”游標(biāo)移動、標(biāo)尺范圍更改等注冊為事件結(jié)構(gòu)的一個分支，在每一個事件分支中進(jìn)行相應(yīng)的事件處理。
3.2總體框架路徑
輸入控件，用于打開需要繪圖的數(shù)據(jù)文件，波形圖控件用于顯示模擬量數(shù)據(jù)（如轉(zhuǎn)速、排氣溫度、燃油流量等），數(shù)字波形圖控件用于顯示數(shù)字量數(shù)據(jù)（開關(guān)量、故障字等），多列列表框用于實時顯示當(dāng)前的參數(shù)名與數(shù)值。波形圖與數(shù)字波形圖上下并排放在一起，兩者共用同一橫坐標(biāo)。
3.3軟件實現(xiàn)
3.3.1軟件工作流程軟件平臺工作流程如圖1所示。先通過參數(shù)配置VI生成繪圖參數(shù)文件，再打開主程序，加載配置文件，進(jìn)行繪圖。可對圖形進(jìn)行縮放，拖動游標(biāo)實時顯示游標(biāo)處的各參數(shù)值，后對圖形添加注釋并截圖保存。3.3.2得到參數(shù)配置文件進(jìn)行數(shù)據(jù)繪圖前，先要告訴軟件該列數(shù)據(jù)的參數(shù)名，是轉(zhuǎn)速、排氣溫度還是其他。然而由于不同數(shù)據(jù)文件中的參數(shù)名、參數(shù)個數(shù)和參數(shù)名的位置通常不一樣，這里使用以下方法進(jìn)行參數(shù)名的提取，如圖2所示。使用“讀取文本文件”函數(shù)（按行）讀取數(shù)據(jù)文件到字符串顯示控件，讀取到參數(shù)名時將其添加到列表框控件，后使用“寫入文本文件”函數(shù)把這些參數(shù)名保存到Excel格式參數(shù)配置文件中，如圖3所示。左邊一列為全部參數(shù)名，第二、三列分別為模擬量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名，第四、五列為數(shù)字量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名。繪圖時增減繪圖參數(shù)，可直接在Excel參數(shù)配置文件中修改，再加載進(jìn)繪圖軟件中即可，大大提高工作效率。3.3.3提取數(shù)據(jù)到數(shù)組對于大數(shù)據(jù)文件（幾百MB甚1GB以上），使用“讀取文本文件”函數(shù)，會存在等待時間過長或者提示“完成該操作所需內(nèi)存不足”的現(xiàn)象。在讀取數(shù)據(jù)文件時，采用按行讀取的方式，見圖4，并加入計數(shù)循環(huán)次數(shù)限定，分別有起始行、總行數(shù)、大索引值，在碰到這些限制值時及時跳出循環(huán)，減少循環(huán)次數(shù)，避免因為數(shù)據(jù)文件太大而導(dǎo)致計算機(jī)出現(xiàn)不響應(yīng)的現(xiàn)象。起始行———從數(shù)據(jù)文件的第幾行開始讀取數(shù)據(jù)。總行數(shù)———讀取到數(shù)據(jù)文件的第幾行結(jié)束。大索引———參數(shù)配置文件中，所需繪圖參數(shù)的大索引值，代表每一行中要讀取的數(shù)據(jù)個數(shù)。有用數(shù)據(jù)———在進(jìn)行數(shù)據(jù)分離后得到的字符串?dāng)?shù)組。數(shù)據(jù)分離使用“匹配模式”函數(shù)，其正則表達(dá)式設(shè)為“[0-9.:-]+”，可以有效分離數(shù)據(jù)文件中的正負(fù)數(shù)值、時間，存入字符串?dāng)?shù)組，以備繪圖時調(diào)用。3.3.4實時顯示坐標(biāo)值為了實時顯示當(dāng)前點的參數(shù)值，在波形圖與數(shù)字波形圖中以寫入游標(biāo)列表的形式創(chuàng)建動態(tài)游標(biāo)，如圖5所示通過檢測游標(biāo)移動事件的方式，將各參數(shù)曲線在游標(biāo)處的值實時顯示到多列表控件中。3.3.5圖形縮放用圖形工具選板進(jìn)行圖形縮放時，為了使波形圖和數(shù)字波形圖共用同一橫坐標(biāo)，需要注冊“標(biāo)尺范圍改變”事件。在“標(biāo)尺范圍改變”事件中，波形圖與數(shù)字波形圖的橫坐標(biāo)范圍相互賦值。然后將橫坐標(biāo)范圍的平均值賦給游標(biāo)索引，使圖形縮放后，游標(biāo)顯示在圖形的中心。
4運行結(jié)果
軟件讀取某發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)后繪圖如圖6，波形圖中顯示轉(zhuǎn)速（N）、排氣溫度（EGT）、測量的燃油流量（WF）等，數(shù)字波形圖中顯示起動開關(guān)、起動過程中等數(shù)字量。移動黃顏色的游標(biāo)（圖6中虛線），右側(cè)列表框會實時顯示游標(biāo)處坐標(biāo)點的各參數(shù)值，文本框?qū)崟r顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄時間；根據(jù)需求，還可以使用波形圖與數(shù)字波形圖的圖形工具選板對圖形進(jìn)行縮放；也可以右擊圖形界面，在菜單中選擇“創(chuàng)建注釋”，在合適的位置添加注釋文字，如圖6中分別在排氣溫度（EGT）和測量的燃油流量（WF）曲線上標(biāo)注“78.5”、“44.9”。5結(jié)語發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)的分析是一項繁重、費時的工作，使用通用的數(shù)據(jù)繪圖軟件，通常效率低下。據(jù)統(tǒng)計，在熟練的情況下，使用通用繪圖軟件如Origin想把某一次的試驗數(shù)據(jù)通過圖形表達(dá)清楚，往往需要耗時半天以上。基于LabVIEW友秀的編程環(huán)境，設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，通過該數(shù)據(jù)平臺，1小時以內(nèi)就能完成一次數(shù)據(jù)分析；增刪繪圖曲線時，通過修改參數(shù)配置文件，5分鐘以內(nèi)就可以完成圖形重繪。由于該數(shù)據(jù)處理平臺繪圖參數(shù)是從原數(shù)據(jù)文件直接讀取的，不局限于單一的發(fā)動機(jī)型號，它適用于一切txt和csv格式數(shù)據(jù)文件的分析，可以推廣到各發(fā)動機(jī)型號中使用。
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baumer 11077984 GT3.10 L/405 4H7 編碼器
baumer 11055562 GT3.10L/405 6H7 編碼器
baumer 11055535 GT3.10L/405 6H7 編碼器
baumer 11095627 GT5.05 L /410 12M SP AB-H PG7 編碼器
baumer 11077408 GT5.05 L/402,5 10H7 Steckerdeckel 編碼器
baumer 11077564 GT5.05 L/402,5 11H7 編碼器
baumer 11076963 GT5.05 L/403 12H7 編碼器
baumer 11078073 GT5.05 L/405 8H7 編碼器
baumer 11042554 GT5.05 L/407 12H7 編碼器
baumer 11100107 GT5.05 L/407 12H7 Kü 編碼器
baumer 11042555 GT5.05 L/407 8H7 編碼器
baumer 11090956 GT5.05 L/407 8H7 Kü 編碼器
baumer 11078774 GT5.05 L/409 12,7H7 Kü 編碼器
baumer 11078252 GT5.05 L/410 11H7 編碼器
baumer 11042560 GT5.05 L/410 12H7 編碼器
baumer 11066624 GT5.05 L/410 8H7 編碼器
baumer 11076061 GT5.05 L/410 8H7 編碼器
baumer 11056794 GT5.05 MONTAGEKEGEL 編碼器
baumer 11081081 GT5.05L/402,5 10H7 Steckkontakte 編碼器
baumer 11086706 GT5.05L/407 12,7H7 編碼器
baumer 11066627 GT5.05L/409 12,7H7 編碼器
baumer 11071539 GT5.05L/410 10H7 Steckkontakte 編碼器
baumer 11042559 GT5.05L/410 12,7H7 編碼器
baumer 11067447 GT7.08 L/410 12H7 Kab 0,2 編碼器
baumer 11087862 GT7.08 L/410 14H7 編碼器
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baumer 11081395 GT7.08 L/415 14H7 編碼器
baumer 11067464 GT7.08 L/415 9H7 編碼器
baumer 11067449 GT7.08 L/415 9H7 編碼器
baumer 11067427 GT7.08 L/420 10H7 編碼器
baumer 11067440 GT7.08 L/420 10H7 Kab 0,6 編碼器
baumer 11088147 GT7.08 L/420 12H7 編碼器
baumer 11067443 GT7.08 L/420 12H7 Kab 0,6 編碼器
baumer 11002434 GT7.08 L/420 14H7 編碼器
baumer 11075526 GT7.08 L/420 14H7 für Anbau FOG9 編碼器
baumer 11067451 GT7.08 L/420 14H7 KAB 0,6 編碼器
baumer 11067457 GT7.08 L/420 14H7 PF Kab 0,3 編碼器
baumer 11097338 GT7.08 L/420 15H7 Kab 0.6 編碼器
baumer 11097593 GT7.08 L/420 15H7 ST-RAD 編碼器
在航空發(fā)動機(jī)的研制過程中，經(jīng)常需要對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件如Origin、Matlab等都存在各自的一些缺點，效率偏低。基于圖形化編程工具LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)分析平臺的設(shè)計，其應(yīng)用表明，該數(shù)據(jù)分析平臺具有數(shù)據(jù)處理效率高、人機(jī)交互界面友好等優(yōu)點，可以在各航空發(fā)動機(jī)型號中推廣使用。
關(guān)鍵詞：LabVIEW軟件；航空發(fā)動機(jī)；數(shù)據(jù)分析
1概述
在型號研制過程中，為了完成考核試驗，需要制造一定數(shù)量的試驗發(fā)動機(jī)，須經(jīng)過一定的運轉(zhuǎn)時數(shù)以達(dá)到考核的目的。據(jù)統(tǒng)計，型號研制一般需要20～30臺試驗發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)臺架試車時數(shù)一般是5000～8000h，發(fā)動機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些數(shù)字[1]。長期的試驗，伴隨大量的試驗數(shù)據(jù)，通過試驗數(shù)據(jù)分析可以知道發(fā)動機(jī)的性能好壞或者排查試驗故障。在發(fā)動機(jī)研制過程的工程研制階段，往往故障頻發(fā)；而到了設(shè)計定型階段以后，簡單常見的故障都已排除，這時候出現(xiàn)的故障往往偏系統(tǒng)性，定位也不太明確。發(fā)動機(jī)這些故障的排除，離不開試驗數(shù)據(jù)的采集與分析。美國國家儀器公司（NationalInstruments，簡稱NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering），是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，它與VisualC＋＋、Java等計算機(jī)編程語言相比，它拋棄了晦澀難懂的文本代碼，使得計算機(jī)編程不再是少數(shù)人的篆隸[2]。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向終用戶的工具。所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），由前面板和程序框圖組成。前面板是用來放置各種控件的，程序框圖是用來編寫代碼，不過LabVIEW的代碼是*圖形化的。LabVIEW提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。近年來，LabVIEW得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，越來越多的編程人員開始使用LabVIEW并把它作為編程語言的手選，通過使用LabVIEW功能強(qiáng)大的圖形化編程語言能夠成倍地提高編程效率。
2需求分析
在航空發(fā)動機(jī)的試驗與試飛過程中，往往會碰到各種各樣的故障，這個時候就需要查看試驗試飛的數(shù)據(jù)（一般為txt或者csv格式），通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)問題所在。當(dāng)前流行的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件有Matlab、Mathmatica和Maple等。這些軟件功能強(qiáng)大，可以滿足科技工作中的許多需要，但使用這些軟件需要一定的計算機(jī)編程知識和矩陣知識，并熟悉其中大量的函數(shù)和命令[3]。科研試驗中，也有大部分人使用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin為OriginLab公司出品的簡單易學(xué)、操作靈活的繪圖軟件，且圖形界面漂亮，但是它也存在以下缺點：（1）繪圖后需手動改變圖例文字的大小、手動更改坐標(biāo)范圍及定制柵格線。（2）沒有繪制數(shù)字量數(shù)據(jù)的選項，因為數(shù)字量數(shù)據(jù)不是0就是1，使用Origin繪圖，所有數(shù)字量數(shù)據(jù)線會相互重疊。而對數(shù)字量數(shù)據(jù)進(jìn)行四則運算后再繪圖，無疑會增加工作量。（3）Origin繪制圖形后，在已繪制的圖形上增減另一參數(shù)的數(shù)據(jù)線時，需要重新定制坐標(biāo)范圍與注釋文本，這在進(jìn)行故障分析時，效率極為低下。因此，為了解決通用繪圖軟件存在的各種弊端，開發(fā)一款的數(shù)據(jù)分析軟件，同時適合txt和csv格式，是及其必要的。
3軟件設(shè)計
3.1主要設(shè)計思想
采用事件結(jié)構(gòu)（EventStructure）的方式，事件結(jié)構(gòu)可以用于編寫等待事件發(fā)生的高效代碼。事件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以減少CPU占用率，響應(yīng)及時。事件發(fā)生是由操作系統(tǒng)檢測的，并且在沒有事件發(fā)生時，系統(tǒng)一直處于等待狀態(tài)，避免了輪詢中的無意義查詢。事件結(jié)構(gòu)的每一個分支，可以注冊用來處理一個或多個事件。本數(shù)據(jù)分析軟件采用常用的While循環(huán)+事件結(jié)構(gòu)的方法，把“開始繪圖”、“數(shù)據(jù)輸出”等按鈕控件的值改變、“參數(shù)文件路徑”值改變、“波形圖”游標(biāo)移動、標(biāo)尺范圍更改等注冊為事件結(jié)構(gòu)的一個分支，在每一個事件分支中進(jìn)行相應(yīng)的事件處理。
3.2總體框架路徑
輸入控件，用于打開需要繪圖的數(shù)據(jù)文件，波形圖控件用于顯示模擬量數(shù)據(jù)（如轉(zhuǎn)速、排氣溫度、燃油流量等），數(shù)字波形圖控件用于顯示數(shù)字量數(shù)據(jù)（開關(guān)量、故障字等），多列列表框用于實時顯示當(dāng)前的參數(shù)名與數(shù)值。波形圖與數(shù)字波形圖上下并排放在一起，兩者共用同一橫坐標(biāo)。
3.3軟件實現(xiàn)
3.3.1軟件工作流程軟件平臺工作流程如圖1所示。先通過參數(shù)配置VI生成繪圖參數(shù)文件，再打開主程序，加載配置文件，進(jìn)行繪圖。可對圖形進(jìn)行縮放，拖動游標(biāo)實時顯示游標(biāo)處的各參數(shù)值，后對圖形添加注釋并截圖保存。3.3.2得到參數(shù)配置文件進(jìn)行數(shù)據(jù)繪圖前，先要告訴軟件該列數(shù)據(jù)的參數(shù)名，是轉(zhuǎn)速、排氣溫度還是其他。然而由于不同數(shù)據(jù)文件中的參數(shù)名、參數(shù)個數(shù)和參數(shù)名的位置通常不一樣，這里使用以下方法進(jìn)行參數(shù)名的提取，如圖2所示。使用“讀取文本文件”函數(shù)（按行）讀取數(shù)據(jù)文件到字符串顯示控件，讀取到參數(shù)名時將其添加到列表框控件，后使用“寫入文本文件”函數(shù)把這些參數(shù)名保存到Excel格式參數(shù)配置文件中，如圖3所示。左邊一列為全部參數(shù)名，第二、三列分別為模擬量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名，第四、五列為數(shù)字量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名。繪圖時增減繪圖參數(shù)，可直接在Excel參數(shù)配置文件中修改，再加載進(jìn)繪圖軟件中即可，大大提高工作效率。3.3.3提取數(shù)據(jù)到數(shù)組對于大數(shù)據(jù)文件（幾百MB甚1GB以上），使用“讀取文本文件”函數(shù)，會存在等待時間過長或者提示“完成該操作所需內(nèi)存不足”的現(xiàn)象。在讀取數(shù)據(jù)文件時，采用按行讀取的方式，見圖4，并加入計數(shù)循環(huán)次數(shù)限定，分別有起始行、總行數(shù)、大索引值，在碰到這些限制值時及時跳出循環(huán)，減少循環(huán)次數(shù)，避免因為數(shù)據(jù)文件太大而導(dǎo)致計算機(jī)出現(xiàn)不響應(yīng)的現(xiàn)象。起始行———從數(shù)據(jù)文件的第幾行開始讀取數(shù)據(jù)。總行數(shù)———讀取到數(shù)據(jù)文件的第幾行結(jié)束。大索引———參數(shù)配置文件中，所需繪圖參數(shù)的大索引值，代表每一行中要讀取的數(shù)據(jù)個數(shù)。有用數(shù)據(jù)———在進(jìn)行數(shù)據(jù)分離后得到的字符串?dāng)?shù)組。數(shù)據(jù)分離使用“匹配模式”函數(shù)，其正則表達(dá)式設(shè)為“[0-9.:-]+”，可以有效分離數(shù)據(jù)文件中的正負(fù)數(shù)值、時間，存入字符串?dāng)?shù)組，以備繪圖時調(diào)用。3.3.4實時顯示坐標(biāo)值為了實時顯示當(dāng)前點的參數(shù)值，在波形圖與數(shù)字波形圖中以寫入游標(biāo)列表的形式創(chuàng)建動態(tài)游標(biāo)，如圖5所示通過檢測游標(biāo)移動事件的方式，將各參數(shù)曲線在游標(biāo)處的值實時顯示到多列表控件中。3.3.5圖形縮放用圖形工具選板進(jìn)行圖形縮放時，為了使波形圖和數(shù)字波形圖共用同一橫坐標(biāo)，需要注冊“標(biāo)尺范圍改變”事件。在“標(biāo)尺范圍改變”事件中，波形圖與數(shù)字波形圖的橫坐標(biāo)范圍相互賦值。然后將橫坐標(biāo)范圍的平均值賦給游標(biāo)索引，使圖形縮放后，游標(biāo)顯示在圖形的中心。
4運行結(jié)果
軟件讀取某發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)后繪圖如圖6，波形圖中顯示轉(zhuǎn)速（N）、排氣溫度（EGT）、測量的燃油流量（WF）等，數(shù)字波形圖中顯示起動開關(guān)、起動過程中等數(shù)字量。移動黃顏色的游標(biāo)（圖6中虛線），右側(cè)列表框會實時顯示游標(biāo)處坐標(biāo)點的各參數(shù)值，文本框?qū)崟r顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄時間；根據(jù)需求，還可以使用波形圖與數(shù)字波形圖的圖形工具選板對圖形進(jìn)行縮放；也可以右擊圖形界面，在菜單中選擇“創(chuàng)建注釋”，在合適的位置添加注釋文字，如圖6中分別在排氣溫度（EGT）和測量的燃油流量（WF）曲線上標(biāo)注“78.5”、“44.9”。5結(jié)語發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)的分析是一項繁重、費時的工作，使用通用的數(shù)據(jù)繪圖軟件，通常效率低下。據(jù)統(tǒng)計，在熟練的情況下，使用通用繪圖軟件如Origin想把某一次的試驗數(shù)據(jù)通過圖形表達(dá)清楚，往往需要耗時半天以上。基于LabVIEW友秀的編程環(huán)境，設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，通過該數(shù)據(jù)平臺，1小時以內(nèi)就能完成一次數(shù)據(jù)分析；增刪繪圖曲線時，通過修改參數(shù)配置文件，5分鐘以內(nèi)就可以完成圖形重繪。由于該數(shù)據(jù)處理平臺繪圖參數(shù)是從原數(shù)據(jù)文件直接讀取的，不局限于單一的發(fā)動機(jī)型號，它適用于一切txt和csv格式數(shù)據(jù)文件的分析，可以推廣到各發(fā)動機(jī)型號中使用。
baumer 11002449 GT7.08 L/420 16H7 編碼器
baumer 11097922 GT7.08 L/420 16H7 KAB 0,3 編碼器
baumer 11077351 GT7.08 L/430 14H7 編碼器
baumer 11079659 GT7.08 L/430 15H7 ST-RAD 編碼器
baumer 11080071 GT7.08 L/430 16H7 編碼器
baumer 11098990 GT7.08 L/430 16H7 KAB 0,3 編碼器
baumer 11056827 GT7.08 MONTAGEKEGEL 編碼器
baumer 11100561 GT7.16 L/420 Z 16H7 Kab 0,6 編碼器
baumer 11083038 GT7.16 L/440 14H7 für Anbau FOG9 編碼器
baumer 11081742 GT7.16 L/440 14H7 Kab 0,6 編碼器
baumer 11091981 GT7.16 L/440 16H7 編碼器
baumer 11084664 GT7.16 L/460 12H7 Kab 0,6 編碼器
baumer 11083995 GT7.16 L/460 14H7 Kab 0,6 編碼器
baumer 11091723 GT7.16 L/460 15H7 編碼器
baumer 11076207 GT7.16 L/460 15H7 Kab 0,6 編碼器
baumer 11107602 GT7.16 L/460 16H7 編碼器
baumer 11077162 GT7.16 L/460 16H7 KAB0,6 編碼器
baumer 11071360 GT7.16L/460 14H7 編碼器
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baumer 11091433 GT9.06 L/406 6mA 16H7 IP44 編碼器
baumer 11067309 GT9.06 L/410 12H7 編碼器
baumer 11085830 GT9.06 L/410 12H7 IP44 編碼器
baumer 11089054 GT9.06 L/420 10H7 PF3x3 編碼器
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baumer 11042570 GT9.06 L/420 12H7 IP44 編碼器
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baumer 11067293 GT9.06 L/420 14H7 IP44 編碼器
baumer 11042566 GT9.06 L/420 16H7 編碼器
baumer 11077143 GT9.06 L/420 16H7 IP44 編碼器
baumer 11067300 GT9.06 L/420 16H7 SP U PF 編碼器
baumer 11067317 GT9.06 L/420K 17K1:10 編碼器
baumer 11080145 GT9.06 L/420K 17K1:10 AB-HAUBE 編碼器
baumer 11056815 GT9.06 MONTAGEKEGEL 編碼器
baumer 11067295 GT9.06/420 00 16H7 M SP U PF 編碼器
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baumer 11083270 GTB9.06 L/420K + Anbausatz OG6 編碼器
baumer 11067338 GTB9.06L/420 12H7 編碼器
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baumer 11067343 GTB9.06L/420 16H7 PF 編碼器
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baumer 11087796 GTB9.06L/420 K + OG9 D 500 編碼器
baumer 11075945 GTB9.16 L/460 16H7 編碼器
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baumer 11092905 GTB9.16 L/460K 17K 編碼器
baumer 11096487 GTF7.08 L/410 11x30 編碼器
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baumer 11094220 GTR9.16 L/440 16H7 + OG 9 DN 1000 編碼器
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baumer 11042576 GTR9.16L/420 16H7 編碼器
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baumer 10324189 GUMMISCHUTZKAPPE (BLAU,NG 63) 編碼器
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在航空發(fā)動機(jī)的研制過程中，經(jīng)常需要對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件如Origin、Matlab等都存在各自的一些缺點，效率偏低。基于圖形化編程工具LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)分析平臺的設(shè)計，其應(yīng)用表明，該數(shù)據(jù)分析平臺具有數(shù)據(jù)處理效率高、人機(jī)交互界面友好等優(yōu)點，可以在各航空發(fā)動機(jī)型號中推廣使用。
關(guān)鍵詞：LabVIEW軟件；航空發(fā)動機(jī)；數(shù)據(jù)分析
1概述
在型號研制過程中，為了完成考核試驗，需要制造一定數(shù)量的試驗發(fā)動機(jī)，須經(jīng)過一定的運轉(zhuǎn)時數(shù)以達(dá)到考核的目的。據(jù)統(tǒng)計，型號研制一般需要20～30臺試驗發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)臺架試車時數(shù)一般是5000～8000h，發(fā)動機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些數(shù)字[1]。長期的試驗，伴隨大量的試驗數(shù)據(jù)，通過試驗數(shù)據(jù)分析可以知道發(fā)動機(jī)的性能好壞或者排查試驗故障。在發(fā)動機(jī)研制過程的工程研制階段，往往故障頻發(fā)；而到了設(shè)計定型階段以后，簡單常見的故障都已排除，這時候出現(xiàn)的故障往往偏系統(tǒng)性，定位也不太明確。發(fā)動機(jī)這些故障的排除，離不開試驗數(shù)據(jù)的采集與分析。美國國家儀器公司（NationalInstruments，簡稱NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering），是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，它與VisualC＋＋、Java等計算機(jī)編程語言相比，它拋棄了晦澀難懂的文本代碼，使得計算機(jī)編程不再是少數(shù)人的篆隸[2]。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向終用戶的工具。所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），由前面板和程序框圖組成。前面板是用來放置各種控件的，程序框圖是用來編寫代碼，不過LabVIEW的代碼是*圖形化的。LabVIEW提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。近年來，LabVIEW得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，越來越多的編程人員開始使用LabVIEW并把它作為編程語言的手選，通過使用LabVIEW功能強(qiáng)大的圖形化編程語言能夠成倍地提高編程效率。
2需求分析
在航空發(fā)動機(jī)的試驗與試飛過程中，往往會碰到各種各樣的故障，這個時候就需要查看試驗試飛的數(shù)據(jù)（一般為txt或者csv格式），通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)問題所在。當(dāng)前流行的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件有Matlab、Mathmatica和Maple等。這些軟件功能強(qiáng)大，可以滿足科技工作中的許多需要，但使用這些軟件需要一定的計算機(jī)編程知識和矩陣知識，并熟悉其中大量的函數(shù)和命令[3]。科研試驗中，也有大部分人使用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin為OriginLab公司出品的簡單易學(xué)、操作靈活的繪圖軟件，且圖形界面漂亮，但是它也存在以下缺點：（1）繪圖后需手動改變圖例文字的大小、手動更改坐標(biāo)范圍及定制柵格線。（2）沒有繪制數(shù)字量數(shù)據(jù)的選項，因為數(shù)字量數(shù)據(jù)不是0就是1，使用Origin繪圖，所有數(shù)字量數(shù)據(jù)線會相互重疊。而對數(shù)字量數(shù)據(jù)進(jìn)行四則運算后再繪圖，無疑會增加工作量。（3）Origin繪制圖形后，在已繪制的圖形上增減另一參數(shù)的數(shù)據(jù)線時，需要重新定制坐標(biāo)范圍與注釋文本，這在進(jìn)行故障分析時，效率極為低下。因此，為了解決通用繪圖軟件存在的各種弊端，開發(fā)一款的數(shù)據(jù)分析軟件，同時適合txt和csv格式，是及其必要的。
3軟件設(shè)計
3.1主要設(shè)計思想
采用事件結(jié)構(gòu)（EventStructure）的方式，事件結(jié)構(gòu)可以用于編寫等待事件發(fā)生的高效代碼。事件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以減少CPU占用率，響應(yīng)及時。事件發(fā)生是由操作系統(tǒng)檢測的，并且在沒有事件發(fā)生時，系統(tǒng)一直處于等待狀態(tài)，避免了輪詢中的無意義查詢。事件結(jié)構(gòu)的每一個分支，可以注冊用來處理一個或多個事件。本數(shù)據(jù)分析軟件采用常用的While循環(huán)+事件結(jié)構(gòu)的方法，把“開始繪圖”、“數(shù)據(jù)輸出”等按鈕控件的值改變、“參數(shù)文件路徑”值改變、“波形圖”游標(biāo)移動、標(biāo)尺范圍更改等注冊為事件結(jié)構(gòu)的一個分支，在每一個事件分支中進(jìn)行相應(yīng)的事件處理。
3.2總體框架路徑
輸入控件，用于打開需要繪圖的數(shù)據(jù)文件，波形圖控件用于顯示模擬量數(shù)據(jù)（如轉(zhuǎn)速、排氣溫度、燃油流量等），數(shù)字波形圖控件用于顯示數(shù)字量數(shù)據(jù)（開關(guān)量、故障字等），多列列表框用于實時顯示當(dāng)前的參數(shù)名與數(shù)值。波形圖與數(shù)字波形圖上下并排放在一起，兩者共用同一橫坐標(biāo)。
3.3軟件實現(xiàn)
3.3.1軟件工作流程軟件平臺工作流程如圖1所示。先通過參數(shù)配置VI生成繪圖參數(shù)文件，再打開主程序，加載配置文件，進(jìn)行繪圖。可對圖形進(jìn)行縮放，拖動游標(biāo)實時顯示游標(biāo)處的各參數(shù)值，后對圖形添加注釋并截圖保存。3.3.2得到參數(shù)配置文件進(jìn)行數(shù)據(jù)繪圖前，先要告訴軟件該列數(shù)據(jù)的參數(shù)名，是轉(zhuǎn)速、排氣溫度還是其他。然而由于不同數(shù)據(jù)文件中的參數(shù)名、參數(shù)個數(shù)和參數(shù)名的位置通常不一樣，這里使用以下方法進(jìn)行參數(shù)名的提取，如圖2所示。使用“讀取文本文件”函數(shù)（按行）讀取數(shù)據(jù)文件到字符串顯示控件，讀取到參數(shù)名時將其添加到列表框控件，后使用“寫入文本文件”函數(shù)把這些參數(shù)名保存到Excel格式參數(shù)配置文件中，如圖3所示。左邊一列為全部參數(shù)名，第二、三列分別為模擬量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名，第四、五列為數(shù)字量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名。繪圖時增減繪圖參數(shù)，可直接在Excel參數(shù)配置文件中修改，再加載進(jìn)繪圖軟件中即可，大大提高工作效率。3.3.3提取數(shù)據(jù)到數(shù)組對于大數(shù)據(jù)文件（幾百MB甚1GB以上），使用“讀取文本文件”函數(shù)，會存在等待時間過長或者提示“完成該操作所需內(nèi)存不足”的現(xiàn)象。在讀取數(shù)據(jù)文件時，采用按行讀取的方式，見圖4，并加入計數(shù)循環(huán)次數(shù)限定，分別有起始行、總行數(shù)、大索引值，在碰到這些限制值時及時跳出循環(huán)，減少循環(huán)次數(shù)，避免因為數(shù)據(jù)文件太大而導(dǎo)致計算機(jī)出現(xiàn)不響應(yīng)的現(xiàn)象。起始行———從數(shù)據(jù)文件的第幾行開始讀取數(shù)據(jù)。總行數(shù)———讀取到數(shù)據(jù)文件的第幾行結(jié)束。大索引———參數(shù)配置文件中，所需繪圖參數(shù)的大索引值，代表每一行中要讀取的數(shù)據(jù)個數(shù)。有用數(shù)據(jù)———在進(jìn)行數(shù)據(jù)分離后得到的字符串?dāng)?shù)組。數(shù)據(jù)分離使用“匹配模式”函數(shù)，其正則表達(dá)式設(shè)為“[0-9.:-]+”，可以有效分離數(shù)據(jù)文件中的正負(fù)數(shù)值、時間，存入字符串?dāng)?shù)組，以備繪圖時調(diào)用。3.3.4實時顯示坐標(biāo)值為了實時顯示當(dāng)前點的參數(shù)值，在波形圖與數(shù)字波形圖中以寫入游標(biāo)列表的形式創(chuàng)建動態(tài)游標(biāo)，如圖5所示通過檢測游標(biāo)移動事件的方式，將各參數(shù)曲線在游標(biāo)處的值實時顯示到多列表控件中。3.3.5圖形縮放用圖形工具選板進(jìn)行圖形縮放時，為了使波形圖和數(shù)字波形圖共用同一橫坐標(biāo)，需要注冊“標(biāo)尺范圍改變”事件。在“標(biāo)尺范圍改變”事件中，波形圖與數(shù)字波形圖的橫坐標(biāo)范圍相互賦值。然后將橫坐標(biāo)范圍的平均值賦給游標(biāo)索引，使圖形縮放后，游標(biāo)顯示在圖形的中心。
4運行結(jié)果
軟件讀取某發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)后繪圖如圖6，波形圖中顯示轉(zhuǎn)速（N）、排氣溫度（EGT）、測量的燃油流量（WF）等，數(shù)字波形圖中顯示起動開關(guān)、起動過程中等數(shù)字量。移動黃顏色的游標(biāo)（圖6中虛線），右側(cè)列表框會實時顯示游標(biāo)處坐標(biāo)點的各參數(shù)值，文本框?qū)崟r顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄時間；根據(jù)需求，還可以使用波形圖與數(shù)字波形圖的圖形工具選板對圖形進(jìn)行縮放；也可以右擊圖形界面，在菜單中選擇“創(chuàng)建注釋”，在合適的位置添加注釋文字，如圖6中分別在排氣溫度（EGT）和測量的燃油流量（WF）曲線上標(biāo)注“78.5”、“44.9”。5結(jié)語發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)的分析是一項繁重、費時的工作，使用通用的數(shù)據(jù)繪圖軟件，通常效率低下。據(jù)統(tǒng)計，在熟練的情況下，使用通用繪圖軟件如Origin想把某一次的試驗數(shù)據(jù)通過圖形表達(dá)清楚，往往需要耗時半天以上。基于LabVIEW友秀的編程環(huán)境，設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，通過該數(shù)據(jù)平臺，1小時以內(nèi)就能完成一次數(shù)據(jù)分析；增刪繪圖曲線時，通過修改參數(shù)配置文件，5分鐘以內(nèi)就可以完成圖形重繪。由于該數(shù)據(jù)處理平臺繪圖參數(shù)是從原數(shù)據(jù)文件直接讀取的，不局限于單一的發(fā)動機(jī)型號，它適用于一切txt和csv格式數(shù)據(jù)文件的分析，可以推廣到各發(fā)動機(jī)型號中使用。
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在航空發(fā)動機(jī)的研制過程中，經(jīng)常需要對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件如Origin、Matlab等都存在各自的一些缺點，效率偏低。基于圖形化編程工具LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)分析平臺的設(shè)計，其應(yīng)用表明，該數(shù)據(jù)分析平臺具有數(shù)據(jù)處理效率高、人機(jī)交互界面友好等優(yōu)點，可以在各航空發(fā)動機(jī)型號中推廣使用。
關(guān)鍵詞：LabVIEW軟件；航空發(fā)動機(jī)；數(shù)據(jù)分析
1概述
在型號研制過程中，為了完成考核試驗，需要制造一定數(shù)量的試驗發(fā)動機(jī)，須經(jīng)過一定的運轉(zhuǎn)時數(shù)以達(dá)到考核的目的。據(jù)統(tǒng)計，型號研制一般需要20～30臺試驗發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)臺架試車時數(shù)一般是5000～8000h，發(fā)動機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些數(shù)字[1]。長期的試驗，伴隨大量的試驗數(shù)據(jù)，通過試驗數(shù)據(jù)分析可以知道發(fā)動機(jī)的性能好壞或者排查試驗故障。在發(fā)動機(jī)研制過程的工程研制階段，往往故障頻發(fā)；而到了設(shè)計定型階段以后，簡單常見的故障都已排除，這時候出現(xiàn)的故障往往偏系統(tǒng)性，定位也不太明確。發(fā)動機(jī)這些故障的排除，離不開試驗數(shù)據(jù)的采集與分析。美國國家儀器公司（NationalInstruments，簡稱NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering），是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，它與VisualC＋＋、Java等計算機(jī)編程語言相比，它拋棄了晦澀難懂的文本代碼，使得計算機(jī)編程不再是少數(shù)人的篆隸[2]。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向終用戶的工具。所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），由前面板和程序框圖組成。前面板是用來放置各種控件的，程序框圖是用來編寫代碼，不過LabVIEW的代碼是*圖形化的。LabVIEW提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。近年來，LabVIEW得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，越來越多的編程人員開始使用LabVIEW并把它作為編程語言的手選，通過使用LabVIEW功能強(qiáng)大的圖形化編程語言能夠成倍地提高編程效率。
2需求分析
在航空發(fā)動機(jī)的試驗與試飛過程中，往往會碰到各種各樣的故障，這個時候就需要查看試驗試飛的數(shù)據(jù)（一般為txt或者csv格式），通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)問題所在。當(dāng)前流行的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件有Matlab、Mathmatica和Maple等。這些軟件功能強(qiáng)大，可以滿足科技工作中的許多需要，但使用這些軟件需要一定的計算機(jī)編程知識和矩陣知識，并熟悉其中大量的函數(shù)和命令[3]。科研試驗中，也有大部分人使用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin為OriginLab公司出品的簡單易學(xué)、操作靈活的繪圖軟件，且圖形界面漂亮，但是它也存在以下缺點：（1）繪圖后需手動改變圖例文字的大小、手動更改坐標(biāo)范圍及定制柵格線。（2）沒有繪制數(shù)字量數(shù)據(jù)的選項，因為數(shù)字量數(shù)據(jù)不是0就是1，使用Origin繪圖，所有數(shù)字量數(shù)據(jù)線會相互重疊。而對數(shù)字量數(shù)據(jù)進(jìn)行四則運算后再繪圖，無疑會增加工作量。（3）Origin繪制圖形后，在已繪制的圖形上增減另一參數(shù)的數(shù)據(jù)線時，需要重新定制坐標(biāo)范圍與注釋文本，這在進(jìn)行故障分析時，效率極為低下。因此，為了解決通用繪圖軟件存在的各種弊端，開發(fā)一款的數(shù)據(jù)分析軟件，同時適合txt和csv格式，是及其必要的。
3軟件設(shè)計
3.1主要設(shè)計思想
采用事件結(jié)構(gòu)（EventStructure）的方式，事件結(jié)構(gòu)可以用于編寫等待事件發(fā)生的高效代碼。事件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以減少CPU占用率，響應(yīng)及時。事件發(fā)生是由操作系統(tǒng)檢測的，并且在沒有事件發(fā)生時，系統(tǒng)一直處于等待狀態(tài)，避免了輪詢中的無意義查詢。事件結(jié)構(gòu)的每一個分支，可以注冊用來處理一個或多個事件。本數(shù)據(jù)分析軟件采用常用的While循環(huán)+事件結(jié)構(gòu)的方法，把“開始繪圖”、“數(shù)據(jù)輸出”等按鈕控件的值改變、“參數(shù)文件路徑”值改變、“波形圖”游標(biāo)移動、標(biāo)尺范圍更改等注冊為事件結(jié)構(gòu)的一個分支，在每一個事件分支中進(jìn)行相應(yīng)的事件處理。
3.2總體框架路徑
輸入控件，用于打開需要繪圖的數(shù)據(jù)文件，波形圖控件用于顯示模擬量數(shù)據(jù)（如轉(zhuǎn)速、排氣溫度、燃油流量等），數(shù)字波形圖控件用于顯示數(shù)字量數(shù)據(jù)（開關(guān)量、故障字等），多列列表框用于實時顯示當(dāng)前的參數(shù)名與數(shù)值。波形圖與數(shù)字波形圖上下并排放在一起，兩者共用同一橫坐標(biāo)。
3.3軟件實現(xiàn)
3.3.1軟件工作流程軟件平臺工作流程如圖1所示。先通過參數(shù)配置VI生成繪圖參數(shù)文件，再打開主程序，加載配置文件，進(jìn)行繪圖。可對圖形進(jìn)行縮放，拖動游標(biāo)實時顯示游標(biāo)處的各參數(shù)值，后對圖形添加注釋并截圖保存。3.3.2得到參數(shù)配置文件進(jìn)行數(shù)據(jù)繪圖前，先要告訴軟件該列數(shù)據(jù)的參數(shù)名，是轉(zhuǎn)速、排氣溫度還是其他。然而由于不同數(shù)據(jù)文件中的參數(shù)名、參數(shù)個數(shù)和參數(shù)名的位置通常不一樣，這里使用以下方法進(jìn)行參數(shù)名的提取，如圖2所示。使用“讀取文本文件”函數(shù)（按行）讀取數(shù)據(jù)文件到字符串顯示控件，讀取到參數(shù)名時將其添加到列表框控件，后使用“寫入文本文件”函數(shù)把這些參數(shù)名保存到Excel格式參數(shù)配置文件中，如圖3所示。左邊一列為全部參數(shù)名，第二、三列分別為模擬量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名，第四、五列為數(shù)字量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名。繪圖時增減繪圖參數(shù)，可直接在Excel參數(shù)配置文件中修改，再加載進(jìn)繪圖軟件中即可，大大提高工作效率。3.3.3提取數(shù)據(jù)到數(shù)組對于大數(shù)據(jù)文件（幾百MB甚1GB以上），使用“讀取文本文件”函數(shù)，會存在等待時間過長或者提示“完成該操作所需內(nèi)存不足”的現(xiàn)象。在讀取數(shù)據(jù)文件時，采用按行讀取的方式，見圖4，并加入計數(shù)循環(huán)次數(shù)限定，分別有起始行、總行數(shù)、大索引值，在碰到這些限制值時及時跳出循環(huán)，減少循環(huán)次數(shù)，避免因為數(shù)據(jù)文件太大而導(dǎo)致計算機(jī)出現(xiàn)不響應(yīng)的現(xiàn)象。起始行———從數(shù)據(jù)文件的第幾行開始讀取數(shù)據(jù)。總行數(shù)———讀取到數(shù)據(jù)文件的第幾行結(jié)束。大索引———參數(shù)配置文件中，所需繪圖參數(shù)的大索引值，代表每一行中要讀取的數(shù)據(jù)個數(shù)。有用數(shù)據(jù)———在進(jìn)行數(shù)據(jù)分離后得到的字符串?dāng)?shù)組。數(shù)據(jù)分離使用“匹配模式”函數(shù)，其正則表達(dá)式設(shè)為“[0-9.:-]+”，可以有效分離數(shù)據(jù)文件中的正負(fù)數(shù)值、時間，存入字符串?dāng)?shù)組，以備繪圖時調(diào)用。3.3.4實時顯示坐標(biāo)值為了實時顯示當(dāng)前點的參數(shù)值，在波形圖與數(shù)字波形圖中以寫入游標(biāo)列表的形式創(chuàng)建動態(tài)游標(biāo)，如圖5所示通過檢測游標(biāo)移動事件的方式，將各參數(shù)曲線在游標(biāo)處的值實時顯示到多列表控件中。3.3.5圖形縮放用圖形工具選板進(jìn)行圖形縮放時，為了使波形圖和數(shù)字波形圖共用同一橫坐標(biāo)，需要注冊“標(biāo)尺范圍改變”事件。在“標(biāo)尺范圍改變”事件中，波形圖與數(shù)字波形圖的橫坐標(biāo)范圍相互賦值。然后將橫坐標(biāo)范圍的平均值賦給游標(biāo)索引，使圖形縮放后，游標(biāo)顯示在圖形的中心。
4運行結(jié)果
軟件讀取某發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)后繪圖如圖6，波形圖中顯示轉(zhuǎn)速（N）、排氣溫度（EGT）、測量的燃油流量（WF）等，數(shù)字波形圖中顯示起動開關(guān)、起動過程中等數(shù)字量。移動黃顏色的游標(biāo)（圖6中虛線），右側(cè)列表框會實時顯示游標(biāo)處坐標(biāo)點的各參數(shù)值，文本框?qū)崟r顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄時間；根據(jù)需求，還可以使用波形圖與數(shù)字波形圖的圖形工具選板對圖形進(jìn)行縮放；也可以右擊圖形界面，在菜單中選擇“創(chuàng)建注釋”，在合適的位置添加注釋文字，如圖6中分別在排氣溫度（EGT）和測量的燃油流量（WF）曲線上標(biāo)注“78.5”、“44.9”。5結(jié)語發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)的分析是一項繁重、費時的工作，使用通用的數(shù)據(jù)繪圖軟件，通常效率低下。據(jù)統(tǒng)計，在熟練的情況下，使用通用繪圖軟件如Origin想把某一次的試驗數(shù)據(jù)通過圖形表達(dá)清楚，往往需要耗時半天以上。基于LabVIEW友秀的編程環(huán)境，設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，通過該數(shù)據(jù)平臺，1小時以內(nèi)就能完成一次數(shù)據(jù)分析；增刪繪圖曲線時，通過修改參數(shù)配置文件，5分鐘以內(nèi)就可以完成圖形重繪。由于該數(shù)據(jù)處理平臺繪圖參數(shù)是從原數(shù)據(jù)文件直接讀取的，不局限于單一的發(fā)動機(jī)型號，它適用于一切txt和csv格式數(shù)據(jù)文件的分析，可以推廣到各發(fā)動機(jī)型號中使用。
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在航空發(fā)動機(jī)的研制過程中，經(jīng)常需要對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件如Origin、Matlab等都存在各自的一些缺點，效率偏低。基于圖形化編程工具LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)分析平臺的設(shè)計，其應(yīng)用表明，該數(shù)據(jù)分析平臺具有數(shù)據(jù)處理效率高、人機(jī)交互界面友好等優(yōu)點，可以在各航空發(fā)動機(jī)型號中推廣使用。
關(guān)鍵詞：LabVIEW軟件；航空發(fā)動機(jī)；數(shù)據(jù)分析
1概述
在型號研制過程中，為了完成考核試驗，需要制造一定數(shù)量的試驗發(fā)動機(jī)，須經(jīng)過一定的運轉(zhuǎn)時數(shù)以達(dá)到考核的目的。據(jù)統(tǒng)計，型號研制一般需要20～30臺試驗發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)臺架試車時數(shù)一般是5000～8000h，發(fā)動機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些數(shù)字[1]。長期的試驗，伴隨大量的試驗數(shù)據(jù)，通過試驗數(shù)據(jù)分析可以知道發(fā)動機(jī)的性能好壞或者排查試驗故障。在發(fā)動機(jī)研制過程的工程研制階段，往往故障頻發(fā)；而到了設(shè)計定型階段以后，簡單常見的故障都已排除，這時候出現(xiàn)的故障往往偏系統(tǒng)性，定位也不太明確。發(fā)動機(jī)這些故障的排除，離不開試驗數(shù)據(jù)的采集與分析。美國國家儀器公司（NationalInstruments，簡稱NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering），是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，它與VisualC＋＋、Java等計算機(jī)編程語言相比，它拋棄了晦澀難懂的文本代碼，使得計算機(jī)編程不再是少數(shù)人的篆隸[2]。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向終用戶的工具。所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），由前面板和程序框圖組成。前面板是用來放置各種控件的，程序框圖是用來編寫代碼，不過LabVIEW的代碼是*圖形化的。LabVIEW提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。近年來，LabVIEW得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，越來越多的編程人員開始使用LabVIEW并把它作為編程語言的手選，通過使用LabVIEW功能強(qiáng)大的圖形化編程語言能夠成倍地提高編程效率。
2需求分析
在航空發(fā)動機(jī)的試驗與試飛過程中，往往會碰到各種各樣的故障，這個時候就需要查看試驗試飛的數(shù)據(jù)（一般為txt或者csv格式），通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)問題所在。當(dāng)前流行的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件有Matlab、Mathmatica和Maple等。這些軟件功能強(qiáng)大，可以滿足科技工作中的許多需要，但使用這些軟件需要一定的計算機(jī)編程知識和矩陣知識，并熟悉其中大量的函數(shù)和命令[3]。科研試驗中，也有大部分人使用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin為OriginLab公司出品的簡單易學(xué)、操作靈活的繪圖軟件，且圖形界面漂亮，但是它也存在以下缺點：（1）繪圖后需手動改變圖例文字的大小、手動更改坐標(biāo)范圍及定制柵格線。（2）沒有繪制數(shù)字量數(shù)據(jù)的選項，因為數(shù)字量數(shù)據(jù)不是0就是1，使用Origin繪圖，所有數(shù)字量數(shù)據(jù)線會相互重疊。而對數(shù)字量數(shù)據(jù)進(jìn)行四則運算后再繪圖，無疑會增加工作量。（3）Origin繪制圖形后，在已繪制的圖形上增減另一參數(shù)的數(shù)據(jù)線時，需要重新定制坐標(biāo)范圍與注釋文本，這在進(jìn)行故障分析時，效率極為低下。因此，為了解決通用繪圖軟件存在的各種弊端，開發(fā)一款的數(shù)據(jù)分析軟件，同時適合txt和csv格式，是及其必要的。
3軟件設(shè)計
3.1主要設(shè)計思想
采用事件結(jié)構(gòu)（EventStructure）的方式，事件結(jié)構(gòu)可以用于編寫等待事件發(fā)生的高效代碼。事件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以減少CPU占用率，響應(yīng)及時。事件發(fā)生是由操作系統(tǒng)檢測的，并且在沒有事件發(fā)生時，系統(tǒng)一直處于等待狀態(tài)，避免了輪詢中的無意義查詢。事件結(jié)構(gòu)的每一個分支，可以注冊用來處理一個或多個事件。本數(shù)據(jù)分析軟件采用常用的While循環(huán)+事件結(jié)構(gòu)的方法，把“開始繪圖”、“數(shù)據(jù)輸出”等按鈕控件的值改變、“參數(shù)文件路徑”值改變、“波形圖”游標(biāo)移動、標(biāo)尺范圍更改等注冊為事件結(jié)構(gòu)的一個分支，在每一個事件分支中進(jìn)行相應(yīng)的事件處理。
3.2總體框架路徑
輸入控件，用于打開需要繪圖的數(shù)據(jù)文件，波形圖控件用于顯示模擬量數(shù)據(jù)（如轉(zhuǎn)速、排氣溫度、燃油流量等），數(shù)字波形圖控件用于顯示數(shù)字量數(shù)據(jù)（開關(guān)量、故障字等），多列列表框用于實時顯示當(dāng)前的參數(shù)名與數(shù)值。波形圖與數(shù)字波形圖上下并排放在一起，兩者共用同一橫坐標(biāo)。
3.3軟件實現(xiàn)
3.3.1軟件工作流程軟件平臺工作流程如圖1所示。先通過參數(shù)配置VI生成繪圖參數(shù)文件，再打開主程序，加載配置文件，進(jìn)行繪圖。可對圖形進(jìn)行縮放，拖動游標(biāo)實時顯示游標(biāo)處的各參數(shù)值，后對圖形添加注釋并截圖保存。3.3.2得到參數(shù)配置文件進(jìn)行數(shù)據(jù)繪圖前，先要告訴軟件該列數(shù)據(jù)的參數(shù)名，是轉(zhuǎn)速、排氣溫度還是其他。然而由于不同數(shù)據(jù)文件中的參數(shù)名、參數(shù)個數(shù)和參數(shù)名的位置通常不一樣，這里使用以下方法進(jìn)行參數(shù)名的提取，如圖2所示。使用“讀取文本文件”函數(shù)（按行）讀取數(shù)據(jù)文件到字符串顯示控件，讀取到參數(shù)名時將其添加到列表框控件，后使用“寫入文本文件”函數(shù)把這些參數(shù)名保存到Excel格式參數(shù)配置文件中，如圖3所示。左邊一列為全部參數(shù)名，第二、三列分別為模擬量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名，第四、五列為數(shù)字量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名。繪圖時增減繪圖參數(shù)，可直接在Excel參數(shù)配置文件中修改，再加載進(jìn)繪圖軟件中即可，大大提高工作效率。3.3.3提取數(shù)據(jù)到數(shù)組對于大數(shù)據(jù)文件（幾百MB甚1GB以上），使用“讀取文本文件”函數(shù)，會存在等待時間過長或者提示“完成該操作所需內(nèi)存不足”的現(xiàn)象。在讀取數(shù)據(jù)文件時，采用按行讀取的方式，見圖4，并加入計數(shù)循環(huán)次數(shù)限定，分別有起始行、總行數(shù)、大索引值，在碰到這些限制值時及時跳出循環(huán)，減少循環(huán)次數(shù)，避免因為數(shù)據(jù)文件太大而導(dǎo)致計算機(jī)出現(xiàn)不響應(yīng)的現(xiàn)象。起始行———從數(shù)據(jù)文件的第幾行開始讀取數(shù)據(jù)。總行數(shù)———讀取到數(shù)據(jù)文件的第幾行結(jié)束。大索引———參數(shù)配置文件中，所需繪圖參數(shù)的大索引值，代表每一行中要讀取的數(shù)據(jù)個數(shù)。有用數(shù)據(jù)———在進(jìn)行數(shù)據(jù)分離后得到的字符串?dāng)?shù)組。數(shù)據(jù)分離使用“匹配模式”函數(shù)，其正則表達(dá)式設(shè)為“[0-9.:-]+”，可以有效分離數(shù)據(jù)文件中的正負(fù)數(shù)值、時間，存入字符串?dāng)?shù)組，以備繪圖時調(diào)用。3.3.4實時顯示坐標(biāo)值為了實時顯示當(dāng)前點的參數(shù)值，在波形圖與數(shù)字波形圖中以寫入游標(biāo)列表的形式創(chuàng)建動態(tài)游標(biāo)，如圖5所示通過檢測游標(biāo)移動事件的方式，將各參數(shù)曲線在游標(biāo)處的值實時顯示到多列表控件中。3.3.5圖形縮放用圖形工具選板進(jìn)行圖形縮放時，為了使波形圖和數(shù)字波形圖共用同一橫坐標(biāo)，需要注冊“標(biāo)尺范圍改變”事件。在“標(biāo)尺范圍改變”事件中，波形圖與數(shù)字波形圖的橫坐標(biāo)范圍相互賦值。然后將橫坐標(biāo)范圍的平均值賦給游標(biāo)索引，使圖形縮放后，游標(biāo)顯示在圖形的中心。
4運行結(jié)果
軟件讀取某發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)后繪圖如圖6，波形圖中顯示轉(zhuǎn)速（N）、排氣溫度（EGT）、測量的燃油流量（WF）等，數(shù)字波形圖中顯示起動開關(guān)、起動過程中等數(shù)字量。移動黃顏色的游標(biāo)（圖6中虛線），右側(cè)列表框會實時顯示游標(biāo)處坐標(biāo)點的各參數(shù)值，文本框?qū)崟r顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄時間；根據(jù)需求，還可以使用波形圖與數(shù)字波形圖的圖形工具選板對圖形進(jìn)行縮放；也可以右擊圖形界面，在菜單中選擇“創(chuàng)建注釋”，在合適的位置添加注釋文字，如圖6中分別在排氣溫度（EGT）和測量的燃油流量（WF）曲線上標(biāo)注“78.5”、“44.9”。5結(jié)語發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)的分析是一項繁重、費時的工作，使用通用的數(shù)據(jù)繪圖軟件，通常效率低下。據(jù)統(tǒng)計，在熟練的情況下，使用通用繪圖軟件如Origin想把某一次的試驗數(shù)據(jù)通過圖形表達(dá)清楚，往往需要耗時半天以上。基于LabVIEW友秀的編程環(huán)境，設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，通過該數(shù)據(jù)平臺，1小時以內(nèi)就能完成一次數(shù)據(jù)分析；增刪繪圖曲線時，通過修改參數(shù)配置文件，5分鐘以內(nèi)就可以完成圖形重繪。由于該數(shù)據(jù)處理平臺繪圖參數(shù)是從原數(shù)據(jù)文件直接讀取的，不局限于單一的發(fā)動機(jī)型號，它適用于一切txt和csv格式數(shù)據(jù)文件的分析，可以推廣到各發(fā)動機(jī)型號中使用。
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在航空發(fā)動機(jī)的研制過程中，經(jīng)常需要對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件如Origin、Matlab等都存在各自的一些缺點，效率偏低。基于圖形化編程工具LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)分析平臺的設(shè)計，其應(yīng)用表明，該數(shù)據(jù)分析平臺具有數(shù)據(jù)處理效率高、人機(jī)交互界面友好等優(yōu)點，可以在各航空發(fā)動機(jī)型號中推廣使用。
關(guān)鍵詞：LabVIEW軟件；航空發(fā)動機(jī)；數(shù)據(jù)分析
1概述
在型號研制過程中，為了完成考核試驗，需要制造一定數(shù)量的試驗發(fā)動機(jī)，須經(jīng)過一定的運轉(zhuǎn)時數(shù)以達(dá)到考核的目的。據(jù)統(tǒng)計，型號研制一般需要20～30臺試驗發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)臺架試車時數(shù)一般是5000～8000h，發(fā)動機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些數(shù)字[1]。長期的試驗，伴隨大量的試驗數(shù)據(jù)，通過試驗數(shù)據(jù)分析可以知道發(fā)動機(jī)的性能好壞或者排查試驗故障。在發(fā)動機(jī)研制過程的工程研制階段，往往故障頻發(fā)；而到了設(shè)計定型階段以后，簡單常見的故障都已排除，這時候出現(xiàn)的故障往往偏系統(tǒng)性，定位也不太明確。發(fā)動機(jī)這些故障的排除，離不開試驗數(shù)據(jù)的采集與分析。美國國家儀器公司（NationalInstruments，簡稱NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering），是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，它與VisualC＋＋、Java等計算機(jī)編程語言相比，它拋棄了晦澀難懂的文本代碼，使得計算機(jī)編程不再是少數(shù)人的篆隸[2]。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向終用戶的工具。所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），由前面板和程序框圖組成。前面板是用來放置各種控件的，程序框圖是用來編寫代碼，不過LabVIEW的代碼是*圖形化的。LabVIEW提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。近年來，LabVIEW得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，越來越多的編程人員開始使用LabVIEW并把它作為編程語言的手選，通過使用LabVIEW功能強(qiáng)大的圖形化編程語言能夠成倍地提高編程效率。
2需求分析
在航空發(fā)動機(jī)的試驗與試飛過程中，往往會碰到各種各樣的故障，這個時候就需要查看試驗試飛的數(shù)據(jù)（一般為txt或者csv格式），通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)問題所在。當(dāng)前流行的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件有Matlab、Mathmatica和Maple等。這些軟件功能強(qiáng)大，可以滿足科技工作中的許多需要，但使用這些軟件需要一定的計算機(jī)編程知識和矩陣知識，并熟悉其中大量的函數(shù)和命令[3]。科研試驗中，也有大部分人使用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin為OriginLab公司出品的簡單易學(xué)、操作靈活的繪圖軟件，且圖形界面漂亮，但是它也存在以下缺點：（1）繪圖后需手動改變圖例文字的大小、手動更改坐標(biāo)范圍及定制柵格線。（2）沒有繪制數(shù)字量數(shù)據(jù)的選項，因為數(shù)字量數(shù)據(jù)不是0就是1，使用Origin繪圖，所有數(shù)字量數(shù)據(jù)線會相互重疊。而對數(shù)字量數(shù)據(jù)進(jìn)行四則運算后再繪圖，無疑會增加工作量。（3）Origin繪制圖形后，在已繪制的圖形上增減另一參數(shù)的數(shù)據(jù)線時，需要重新定制坐標(biāo)范圍與注釋文本，這在進(jìn)行故障分析時，效率極為低下。因此，為了解決通用繪圖軟件存在的各種弊端，開發(fā)一款的數(shù)據(jù)分析軟件，同時適合txt和csv格式，是及其必要的。
3軟件設(shè)計
3.1主要設(shè)計思想
采用事件結(jié)構(gòu)（EventStructure）的方式，事件結(jié)構(gòu)可以用于編寫等待事件發(fā)生的高效代碼。事件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以減少CPU占用率，響應(yīng)及時。事件發(fā)生是由操作系統(tǒng)檢測的，并且在沒有事件發(fā)生時，系統(tǒng)一直處于等待狀態(tài)，避免了輪詢中的無意義查詢。事件結(jié)構(gòu)的每一個分支，可以注冊用來處理一個或多個事件。本數(shù)據(jù)分析軟件采用常用的While循環(huán)+事件結(jié)構(gòu)的方法，把“開始繪圖”、“數(shù)據(jù)輸出”等按鈕控件的值改變、“參數(shù)文件路徑”值改變、“波形圖”游標(biāo)移動、標(biāo)尺范圍更改等注冊為事件結(jié)構(gòu)的一個分支，在每一個事件分支中進(jìn)行相應(yīng)的事件處理。
3.2總體框架路徑
輸入控件，用于打開需要繪圖的數(shù)據(jù)文件，波形圖控件用于顯示模擬量數(shù)據(jù)（如轉(zhuǎn)速、排氣溫度、燃油流量等），數(shù)字波形圖控件用于顯示數(shù)字量數(shù)據(jù)（開關(guān)量、故障字等），多列列表框用于實時顯示當(dāng)前的參數(shù)名與數(shù)值。波形圖與數(shù)字波形圖上下并排放在一起，兩者共用同一橫坐標(biāo)。
3.3軟件實現(xiàn)
3.3.1軟件工作流程軟件平臺工作流程如圖1所示。先通過參數(shù)配置VI生成繪圖參數(shù)文件，再打開主程序，加載配置文件，進(jìn)行繪圖。可對圖形進(jìn)行縮放，拖動游標(biāo)實時顯示游標(biāo)處的各參數(shù)值，后對圖形添加注釋并截圖保存。3.3.2得到參數(shù)配置文件進(jìn)行數(shù)據(jù)繪圖前，先要告訴軟件該列數(shù)據(jù)的參數(shù)名，是轉(zhuǎn)速、排氣溫度還是其他。然而由于不同數(shù)據(jù)文件中的參數(shù)名、參數(shù)個數(shù)和參數(shù)名的位置通常不一樣，這里使用以下方法進(jìn)行參數(shù)名的提取，如圖2所示。使用“讀取文本文件”函數(shù)（按行）讀取數(shù)據(jù)文件到字符串顯示控件，讀取到參數(shù)名時將其添加到列表框控件，后使用“寫入文本文件”函數(shù)把這些參數(shù)名保存到Excel格式參數(shù)配置文件中，如圖3所示。左邊一列為全部參數(shù)名，第二、三列分別為模擬量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名，第四、五列為數(shù)字量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名。繪圖時增減繪圖參數(shù)，可直接在Excel參數(shù)配置文件中修改，再加載進(jìn)繪圖軟件中即可，大大提高工作效率。3.3.3提取數(shù)據(jù)到數(shù)組對于大數(shù)據(jù)文件（幾百MB甚1GB以上），使用“讀取文本文件”函數(shù)，會存在等待時間過長或者提示“完成該操作所需內(nèi)存不足”的現(xiàn)象。在讀取數(shù)據(jù)文件時，采用按行讀取的方式，見圖4，并加入計數(shù)循環(huán)次數(shù)限定，分別有起始行、總行數(shù)、大索引值，在碰到這些限制值時及時跳出循環(huán)，減少循環(huán)次數(shù)，避免因為數(shù)據(jù)文件太大而導(dǎo)致計算機(jī)出現(xiàn)不響應(yīng)的現(xiàn)象。起始行———從數(shù)據(jù)文件的第幾行開始讀取數(shù)據(jù)。總行數(shù)———讀取到數(shù)據(jù)文件的第幾行結(jié)束。大索引———參數(shù)配置文件中，所需繪圖參數(shù)的大索引值，代表每一行中要讀取的數(shù)據(jù)個數(shù)。有用數(shù)據(jù)———在進(jìn)行數(shù)據(jù)分離后得到的字符串?dāng)?shù)組。數(shù)據(jù)分離使用“匹配模式”函數(shù)，其正則表達(dá)式設(shè)為“[0-9.:-]+”，可以有效分離數(shù)據(jù)文件中的正負(fù)數(shù)值、時間，存入字符串?dāng)?shù)組，以備繪圖時調(diào)用。3.3.4實時顯示坐標(biāo)值為了實時顯示當(dāng)前點的參數(shù)值，在波形圖與數(shù)字波形圖中以寫入游標(biāo)列表的形式創(chuàng)建動態(tài)游標(biāo)，如圖5所示通過檢測游標(biāo)移動事件的方式，將各參數(shù)曲線在游標(biāo)處的值實時顯示到多列表控件中。3.3.5圖形縮放用圖形工具選板進(jìn)行圖形縮放時，為了使波形圖和數(shù)字波形圖共用同一橫坐標(biāo)，需要注冊“標(biāo)尺范圍改變”事件。在“標(biāo)尺范圍改變”事件中，波形圖與數(shù)字波形圖的橫坐標(biāo)范圍相互賦值。然后將橫坐標(biāo)范圍的平均值賦給游標(biāo)索引，使圖形縮放后，游標(biāo)顯示在圖形的中心。
4運行結(jié)果
軟件讀取某發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)后繪圖如圖6，波形圖中顯示轉(zhuǎn)速（N）、排氣溫度（EGT）、測量的燃油流量（WF）等，數(shù)字波形圖中顯示起動開關(guān)、起動過程中等數(shù)字量。移動黃顏色的游標(biāo)（圖6中虛線），右側(cè)列表框會實時顯示游標(biāo)處坐標(biāo)點的各參數(shù)值，文本框?qū)崟r顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄時間；根據(jù)需求，還可以使用波形圖與數(shù)字波形圖的圖形工具選板對圖形進(jìn)行縮放；也可以右擊圖形界面，在菜單中選擇“創(chuàng)建注釋”，在合適的位置添加注釋文字，如圖6中分別在排氣溫度（EGT）和測量的燃油流量（WF）曲線上標(biāo)注“78.5”、“44.9”。5結(jié)語發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)的分析是一項繁重、費時的工作，使用通用的數(shù)據(jù)繪圖軟件，通常效率低下。據(jù)統(tǒng)計，在熟練的情況下，使用通用繪圖軟件如Origin想把某一次的試驗數(shù)據(jù)通過圖形表達(dá)清楚，往往需要耗時半天以上。基于LabVIEW友秀的編程環(huán)境，設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，通過該數(shù)據(jù)平臺，1小時以內(nèi)就能完成一次數(shù)據(jù)分析；增刪繪圖曲線時，通過修改參數(shù)配置文件，5分鐘以內(nèi)就可以完成圖形重繪。由于該數(shù)據(jù)處理平臺繪圖參數(shù)是從原數(shù)據(jù)文件直接讀取的，不局限于單一的發(fā)動機(jī)型號，它適用于一切txt和csv格式數(shù)據(jù)文件的分析，可以推廣到各發(fā)動機(jī)型號中使用。
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在航空發(fā)動機(jī)的研制過程中，經(jīng)常需要對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件如Origin、Matlab等都存在各自的一些缺點，效率偏低。基于圖形化編程工具LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)分析平臺的設(shè)計，其應(yīng)用表明，該數(shù)據(jù)分析平臺具有數(shù)據(jù)處理效率高、人機(jī)交互界面友好等優(yōu)點，可以在各航空發(fā)動機(jī)型號中推廣使用。
關(guān)鍵詞：LabVIEW軟件；航空發(fā)動機(jī)；數(shù)據(jù)分析
1概述
在型號研制過程中，為了完成考核試驗，需要制造一定數(shù)量的試驗發(fā)動機(jī)，須經(jīng)過一定的運轉(zhuǎn)時數(shù)以達(dá)到考核的目的。據(jù)統(tǒng)計，型號研制一般需要20～30臺試驗發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)臺架試車時數(shù)一般是5000～8000h，發(fā)動機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些數(shù)字[1]。長期的試驗，伴隨大量的試驗數(shù)據(jù)，通過試驗數(shù)據(jù)分析可以知道發(fā)動機(jī)的性能好壞或者排查試驗故障。在發(fā)動機(jī)研制過程的工程研制階段，往往故障頻發(fā)；而到了設(shè)計定型階段以后，簡單常見的故障都已排除，這時候出現(xiàn)的故障往往偏系統(tǒng)性，定位也不太明確。發(fā)動機(jī)這些故障的排除，離不開試驗數(shù)據(jù)的采集與分析。美國國家儀器公司（NationalInstruments，簡稱NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering），是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，它與VisualC＋＋、Java等計算機(jī)編程語言相比，它拋棄了晦澀難懂的文本代碼，使得計算機(jī)編程不再是少數(shù)人的篆隸[2]。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向終用戶的工具。所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），由前面板和程序框圖組成。前面板是用來放置各種控件的，程序框圖是用來編寫代碼，不過LabVIEW的代碼是*圖形化的。LabVIEW提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。近年來，LabVIEW得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，越來越多的編程人員開始使用LabVIEW并把它作為編程語言的手選，通過使用LabVIEW功能強(qiáng)大的圖形化編程語言能夠成倍地提高編程效率。
2需求分析
在航空發(fā)動機(jī)的試驗與試飛過程中，往往會碰到各種各樣的故障，這個時候就需要查看試驗試飛的數(shù)據(jù)（一般為txt或者csv格式），通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)問題所在。當(dāng)前流行的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件有Matlab、Mathmatica和Maple等。這些軟件功能強(qiáng)大，可以滿足科技工作中的許多需要，但使用這些軟件需要一定的計算機(jī)編程知識和矩陣知識，并熟悉其中大量的函數(shù)和命令[3]。科研試驗中，也有大部分人使用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin為OriginLab公司出品的簡單易學(xué)、操作靈活的繪圖軟件，且圖形界面漂亮，但是它也存在以下缺點：（1）繪圖后需手動改變圖例文字的大小、手動更改坐標(biāo)范圍及定制柵格線。（2）沒有繪制數(shù)字量數(shù)據(jù)的選項，因為數(shù)字量數(shù)據(jù)不是0就是1，使用Origin繪圖，所有數(shù)字量數(shù)據(jù)線會相互重疊。而對數(shù)字量數(shù)據(jù)進(jìn)行四則運算后再繪圖，無疑會增加工作量。（3）Origin繪制圖形后，在已繪制的圖形上增減另一參數(shù)的數(shù)據(jù)線時，需要重新定制坐標(biāo)范圍與注釋文本，這在進(jìn)行故障分析時，效率極為低下。因此，為了解決通用繪圖軟件存在的各種弊端，開發(fā)一款的數(shù)據(jù)分析軟件，同時適合txt和csv格式，是及其必要的。
3軟件設(shè)計
3.1主要設(shè)計思想
采用事件結(jié)構(gòu)（EventStructure）的方式，事件結(jié)構(gòu)可以用于編寫等待事件發(fā)生的高效代碼。事件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以減少CPU占用率，響應(yīng)及時。事件發(fā)生是由操作系統(tǒng)檢測的，并且在沒有事件發(fā)生時，系統(tǒng)一直處于等待狀態(tài)，避免了輪詢中的無意義查詢。事件結(jié)構(gòu)的每一個分支，可以注冊用來處理一個或多個事件。本數(shù)據(jù)分析軟件采用常用的While循環(huán)+事件結(jié)構(gòu)的方法，把“開始繪圖”、“數(shù)據(jù)輸出”等按鈕控件的值改變、“參數(shù)文件路徑”值改變、“波形圖”游標(biāo)移動、標(biāo)尺范圍更改等注冊為事件結(jié)構(gòu)的一個分支，在每一個事件分支中進(jìn)行相應(yīng)的事件處理。
3.2總體框架路徑
輸入控件，用于打開需要繪圖的數(shù)據(jù)文件，波形圖控件用于顯示模擬量數(shù)據(jù)（如轉(zhuǎn)速、排氣溫度、燃油流量等），數(shù)字波形圖控件用于顯示數(shù)字量數(shù)據(jù)（開關(guān)量、故障字等），多列列表框用于實時顯示當(dāng)前的參數(shù)名與數(shù)值。波形圖與數(shù)字波形圖上下并排放在一起，兩者共用同一橫坐標(biāo)。
3.3軟件實現(xiàn)
3.3.1軟件工作流程軟件平臺工作流程如圖1所示。先通過參數(shù)配置VI生成繪圖參數(shù)文件，再打開主程序，加載配置文件，進(jìn)行繪圖。可對圖形進(jìn)行縮放，拖動游標(biāo)實時顯示游標(biāo)處的各參數(shù)值，后對圖形添加注釋并截圖保存。3.3.2得到參數(shù)配置文件進(jìn)行數(shù)據(jù)繪圖前，先要告訴軟件該列數(shù)據(jù)的參數(shù)名，是轉(zhuǎn)速、排氣溫度還是其他。然而由于不同數(shù)據(jù)文件中的參數(shù)名、參數(shù)個數(shù)和參數(shù)名的位置通常不一樣，這里使用以下方法進(jìn)行參數(shù)名的提取，如圖2所示。使用“讀取文本文件”函數(shù)（按行）讀取數(shù)據(jù)文件到字符串顯示控件，讀取到參數(shù)名時將其添加到列表框控件，后使用“寫入文本文件”函數(shù)把這些參數(shù)名保存到Excel格式參數(shù)配置文件中，如圖3所示。左邊一列為全部參數(shù)名，第二、三列分別為模擬量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名，第四、五列為數(shù)字量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名。繪圖時增減繪圖參數(shù)，可直接在Excel參數(shù)配置文件中修改，再加載進(jìn)繪圖軟件中即可，大大提高工作效率。3.3.3提取數(shù)據(jù)到數(shù)組對于大數(shù)據(jù)文件（幾百MB甚1GB以上），使用“讀取文本文件”函數(shù)，會存在等待時間過長或者提示“完成該操作所需內(nèi)存不足”的現(xiàn)象。在讀取數(shù)據(jù)文件時，采用按行讀取的方式，見圖4，并加入計數(shù)循環(huán)次數(shù)限定，分別有起始行、總行數(shù)、大索引值，在碰到這些限制值時及時跳出循環(huán)，減少循環(huán)次數(shù)，避免因為數(shù)據(jù)文件太大而導(dǎo)致計算機(jī)出現(xiàn)不響應(yīng)的現(xiàn)象。起始行———從數(shù)據(jù)文件的第幾行開始讀取數(shù)據(jù)。總行數(shù)———讀取到數(shù)據(jù)文件的第幾行結(jié)束。大索引———參數(shù)配置文件中，所需繪圖參數(shù)的大索引值，代表每一行中要讀取的數(shù)據(jù)個數(shù)。有用數(shù)據(jù)———在進(jìn)行數(shù)據(jù)分離后得到的字符串?dāng)?shù)組。數(shù)據(jù)分離使用“匹配模式”函數(shù)，其正則表達(dá)式設(shè)為“[0-9.:-]+”，可以有效分離數(shù)據(jù)文件中的正負(fù)數(shù)值、時間，存入字符串?dāng)?shù)組，以備繪圖時調(diào)用。3.3.4實時顯示坐標(biāo)值為了實時顯示當(dāng)前點的參數(shù)值，在波形圖與數(shù)字波形圖中以寫入游標(biāo)列表的形式創(chuàng)建動態(tài)游標(biāo)，如圖5所示通過檢測游標(biāo)移動事件的方式，將各參數(shù)曲線在游標(biāo)處的值實時顯示到多列表控件中。3.3.5圖形縮放用圖形工具選板進(jìn)行圖形縮放時，為了使波形圖和數(shù)字波形圖共用同一橫坐標(biāo)，需要注冊“標(biāo)尺范圍改變”事件。在“標(biāo)尺范圍改變”事件中，波形圖與數(shù)字波形圖的橫坐標(biāo)范圍相互賦值。然后將橫坐標(biāo)范圍的平均值賦給游標(biāo)索引，使圖形縮放后，游標(biāo)顯示在圖形的中心。
4運行結(jié)果
軟件讀取某發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)后繪圖如圖6，波形圖中顯示轉(zhuǎn)速（N）、排氣溫度（EGT）、測量的燃油流量（WF）等，數(shù)字波形圖中顯示起動開關(guān)、起動過程中等數(shù)字量。移動黃顏色的游標(biāo)（圖6中虛線），右側(cè)列表框會實時顯示游標(biāo)處坐標(biāo)點的各參數(shù)值，文本框?qū)崟r顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄時間；根據(jù)需求，還可以使用波形圖與數(shù)字波形圖的圖形工具選板對圖形進(jìn)行縮放；也可以右擊圖形界面，在菜單中選擇“創(chuàng)建注釋”，在合適的位置添加注釋文字，如圖6中分別在排氣溫度（EGT）和測量的燃油流量（WF）曲線上標(biāo)注“78.5”、“44.9”。5結(jié)語發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)的分析是一項繁重、費時的工作，使用通用的數(shù)據(jù)繪圖軟件，通常效率低下。據(jù)統(tǒng)計，在熟練的情況下，使用通用繪圖軟件如Origin想把某一次的試驗數(shù)據(jù)通過圖形表達(dá)清楚，往往需要耗時半天以上。基于LabVIEW友秀的編程環(huán)境，設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，通過該數(shù)據(jù)平臺，1小時以內(nèi)就能完成一次數(shù)據(jù)分析；增刪繪圖曲線時，通過修改參數(shù)配置文件，5分鐘以內(nèi)就可以完成圖形重繪。由于該數(shù)據(jù)處理平臺繪圖參數(shù)是從原數(shù)據(jù)文件直接讀取的，不局限于單一的發(fā)動機(jī)型號，它適用于一切txt和csv格式數(shù)據(jù)文件的分析，可以推廣到各發(fā)動機(jī)型號中使用。
baumer 11032521 GXMMW.0203V32 編碼器
baumer 11089372 GXMMW.0205EA2 編碼器
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baumer 11032538 GXMMW.1205P32 編碼器
在航空發(fā)動機(jī)的研制過程中，經(jīng)常需要對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件如Origin、Matlab等都存在各自的一些缺點，效率偏低。基于圖形化編程工具LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)分析平臺的設(shè)計，其應(yīng)用表明，該數(shù)據(jù)分析平臺具有數(shù)據(jù)處理效率高、人機(jī)交互界面友好等優(yōu)點，可以在各航空發(fā)動機(jī)型號中推廣使用。
關(guān)鍵詞：LabVIEW軟件；航空發(fā)動機(jī)；數(shù)據(jù)分析
1概述
在型號研制過程中，為了完成考核試驗，需要制造一定數(shù)量的試驗發(fā)動機(jī)，須經(jīng)過一定的運轉(zhuǎn)時數(shù)以達(dá)到考核的目的。據(jù)統(tǒng)計，型號研制一般需要20～30臺試驗發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)臺架試車時數(shù)一般是5000～8000h，發(fā)動機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些數(shù)字[1]。長期的試驗，伴隨大量的試驗數(shù)據(jù)，通過試驗數(shù)據(jù)分析可以知道發(fā)動機(jī)的性能好壞或者排查試驗故障。在發(fā)動機(jī)研制過程的工程研制階段，往往故障頻發(fā)；而到了設(shè)計定型階段以后，簡單常見的故障都已排除，這時候出現(xiàn)的故障往往偏系統(tǒng)性，定位也不太明確。發(fā)動機(jī)這些故障的排除，離不開試驗數(shù)據(jù)的采集與分析。美國國家儀器公司（NationalInstruments，簡稱NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering），是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，它與VisualC＋＋、Java等計算機(jī)編程語言相比，它拋棄了晦澀難懂的文本代碼，使得計算機(jī)編程不再是少數(shù)人的篆隸[2]。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向終用戶的工具。所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），由前面板和程序框圖組成。前面板是用來放置各種控件的，程序框圖是用來編寫代碼，不過LabVIEW的代碼是*圖形化的。LabVIEW提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。近年來，LabVIEW得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，越來越多的編程人員開始使用LabVIEW并把它作為編程語言的手選，通過使用LabVIEW功能強(qiáng)大的圖形化編程語言能夠成倍地提高編程效率。
2需求分析
在航空發(fā)動機(jī)的試驗與試飛過程中，往往會碰到各種各樣的故障，這個時候就需要查看試驗試飛的數(shù)據(jù)（一般為txt或者csv格式），通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)問題所在。當(dāng)前流行的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件有Matlab、Mathmatica和Maple等。這些軟件功能強(qiáng)大，可以滿足科技工作中的許多需要，但使用這些軟件需要一定的計算機(jī)編程知識和矩陣知識，并熟悉其中大量的函數(shù)和命令[3]。科研試驗中，也有大部分人使用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin為OriginLab公司出品的簡單易學(xué)、操作靈活的繪圖軟件，且圖形界面漂亮，但是它也存在以下缺點：（1）繪圖后需手動改變圖例文字的大小、手動更改坐標(biāo)范圍及定制柵格線。（2）沒有繪制數(shù)字量數(shù)據(jù)的選項，因為數(shù)字量數(shù)據(jù)不是0就是1，使用Origin繪圖，所有數(shù)字量數(shù)據(jù)線會相互重疊。而對數(shù)字量數(shù)據(jù)進(jìn)行四則運算后再繪圖，無疑會增加工作量。（3）Origin繪制圖形后，在已繪制的圖形上增減另一參數(shù)的數(shù)據(jù)線時，需要重新定制坐標(biāo)范圍與注釋文本，這在進(jìn)行故障分析時，效率極為低下。因此，為了解決通用繪圖軟件存在的各種弊端，開發(fā)一款的數(shù)據(jù)分析軟件，同時適合txt和csv格式，是及其必要的。
3軟件設(shè)計
3.1主要設(shè)計思想
采用事件結(jié)構(gòu)（EventStructure）的方式，事件結(jié)構(gòu)可以用于編寫等待事件發(fā)生的高效代碼。事件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以減少CPU占用率，響應(yīng)及時。事件發(fā)生是由操作系統(tǒng)檢測的，并且在沒有事件發(fā)生時，系統(tǒng)一直處于等待狀態(tài)，避免了輪詢中的無意義查詢。事件結(jié)構(gòu)的每一個分支，可以注冊用來處理一個或多個事件。本數(shù)據(jù)分析軟件采用常用的While循環(huán)+事件結(jié)構(gòu)的方法，把“開始繪圖”、“數(shù)據(jù)輸出”等按鈕控件的值改變、“參數(shù)文件路徑”值改變、“波形圖”游標(biāo)移動、標(biāo)尺范圍更改等注冊為事件結(jié)構(gòu)的一個分支，在每一個事件分支中進(jìn)行相應(yīng)的事件處理。
3.2總體框架路徑
輸入控件，用于打開需要繪圖的數(shù)據(jù)文件，波形圖控件用于顯示模擬量數(shù)據(jù)（如轉(zhuǎn)速、排氣溫度、燃油流量等），數(shù)字波形圖控件用于顯示數(shù)字量數(shù)據(jù)（開關(guān)量、故障字等），多列列表框用于實時顯示當(dāng)前的參數(shù)名與數(shù)值。波形圖與數(shù)字波形圖上下并排放在一起，兩者共用同一橫坐標(biāo)。
3.3軟件實現(xiàn)
3.3.1軟件工作流程軟件平臺工作流程如圖1所示。先通過參數(shù)配置VI生成繪圖參數(shù)文件，再打開主程序，加載配置文件，進(jìn)行繪圖。可對圖形進(jìn)行縮放，拖動游標(biāo)實時顯示游標(biāo)處的各參數(shù)值，后對圖形添加注釋并截圖保存。3.3.2得到參數(shù)配置文件進(jìn)行數(shù)據(jù)繪圖前，先要告訴軟件該列數(shù)據(jù)的參數(shù)名，是轉(zhuǎn)速、排氣溫度還是其他。然而由于不同數(shù)據(jù)文件中的參數(shù)名、參數(shù)個數(shù)和參數(shù)名的位置通常不一樣，這里使用以下方法進(jìn)行參數(shù)名的提取，如圖2所示。使用“讀取文本文件”函數(shù)（按行）讀取數(shù)據(jù)文件到字符串顯示控件，讀取到參數(shù)名時將其添加到列表框控件，后使用“寫入文本文件”函數(shù)把這些參數(shù)名保存到Excel格式參數(shù)配置文件中，如圖3所示。左邊一列為全部參數(shù)名，第二、三列分別為模擬量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名，第四、五列為數(shù)字量參數(shù)在全部參數(shù)中的序列號與它的參數(shù)名。繪圖時增減繪圖參數(shù)，可直接在Excel參數(shù)配置文件中修改，再加載進(jìn)繪圖軟件中即可，大大提高工作效率。3.3.3提取數(shù)據(jù)到數(shù)組對于大數(shù)據(jù)文件（幾百MB甚1GB以上），使用“讀取文本文件”函數(shù)，會存在等待時間過長或者提示“完成該操作所需內(nèi)存不足”的現(xiàn)象。在讀取數(shù)據(jù)文件時，采用按行讀取的方式，見圖4，并加入計數(shù)循環(huán)次數(shù)限定，分別有起始行、總行數(shù)、大索引值，在碰到這些限制值時及時跳出循環(huán)，減少循環(huán)次數(shù)，避免因為數(shù)據(jù)文件太大而導(dǎo)致計算機(jī)出現(xiàn)不響應(yīng)的現(xiàn)象。起始行———從數(shù)據(jù)文件的第幾行開始讀取數(shù)據(jù)。總行數(shù)———讀取到數(shù)據(jù)文件的第幾行結(jié)束。大索引———參數(shù)配置文件中，所需繪圖參數(shù)的大索引值，代表每一行中要讀取的數(shù)據(jù)個數(shù)。有用數(shù)據(jù)———在進(jìn)行數(shù)據(jù)分離后得到的字符串?dāng)?shù)組。數(shù)據(jù)分離使用“匹配模式”函數(shù)，其正則表達(dá)式設(shè)為“[0-9.:-]+”，可以有效分離數(shù)據(jù)文件中的正負(fù)數(shù)值、時間，存入字符串?dāng)?shù)組，以備繪圖時調(diào)用。3.3.4實時顯示坐標(biāo)值為了實時顯示當(dāng)前點的參數(shù)值，在波形圖與數(shù)字波形圖中以寫入游標(biāo)列表的形式創(chuàng)建動態(tài)游標(biāo)，如圖5所示通過檢測游標(biāo)移動事件的方式，將各參數(shù)曲線在游標(biāo)處的值實時顯示到多列表控件中。3.3.5圖形縮放用圖形工具選板進(jìn)行圖形縮放時，為了使波形圖和數(shù)字波形圖共用同一橫坐標(biāo)，需要注冊“標(biāo)尺范圍改變”事件。在“標(biāo)尺范圍改變”事件中，波形圖與數(shù)字波形圖的橫坐標(biāo)范圍相互賦值。然后將橫坐標(biāo)范圍的平均值賦給游標(biāo)索引，使圖形縮放后，游標(biāo)顯示在圖形的中心。
4運行結(jié)果
軟件讀取某發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)后繪圖如圖6，波形圖中顯示轉(zhuǎn)速（N）、排氣溫度（EGT）、測量的燃油流量（WF）等，數(shù)字波形圖中顯示起動開關(guān)、起動過程中等數(shù)字量。移動黃顏色的游標(biāo)（圖6中虛線），右側(cè)列表框會實時顯示游標(biāo)處坐標(biāo)點的各參數(shù)值，文本框?qū)崟r顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄時間；根據(jù)需求，還可以使用波形圖與數(shù)字波形圖的圖形工具選板對圖形進(jìn)行縮放；也可以右擊圖形界面，在菜單中選擇“創(chuàng)建注釋”，在合適的位置添加注釋文字，如圖6中分別在排氣溫度（EGT）和測量的燃油流量（WF）曲線上標(biāo)注“78.5”、“44.9”。5結(jié)語發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)的分析是一項繁重、費時的工作，使用通用的數(shù)據(jù)繪圖軟件，通常效率低下。據(jù)統(tǒng)計，在熟練的情況下，使用通用繪圖軟件如Origin想把某一次的試驗數(shù)據(jù)通過圖形表達(dá)清楚，往往需要耗時半天以上。基于LabVIEW友秀的編程環(huán)境，設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，通過該數(shù)據(jù)平臺，1小時以內(nèi)就能完成一次數(shù)據(jù)分析；增刪繪圖曲線時，通過修改參數(shù)配置文件，5分鐘以內(nèi)就可以完成圖形重繪。由于該數(shù)據(jù)處理平臺繪圖參數(shù)是從原數(shù)據(jù)文件直接讀取的，不局限于單一的發(fā)動機(jī)型號，它適用于一切txt和csv格式數(shù)據(jù)文件的分析，可以推廣到各發(fā)動機(jī)型號中使用。
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