1 绪论
1.1 研究背景与意义
气动设计数据手册自定义生成系统的数据主要来源于气动数据管理与分析系统，该管理与分析系统集成气动数据库、数据处理算法库等组件，具备气动数据存储管理、处理分析以及性能预测等功能，主要用于辅助研究人员进行飞行器气动设计，系统功能结构如图 1-1 所示。目前，气动数据管理与分析系统已经在国内研究院投入运营，存储了大量的气动数据，包括试验过程的试验环境信息、气动数据、分析过程环境信息、中间数据、分析结果数据、分析绘图数据、性能预测结果数据等等，为气动设计数据手册[1]（Aerodynamic Design Data Book，ADDB）的生成提供数据基础。
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1.2 国内外研究现状
在气动设计过程中，会产生各种各样的气动数据，如风洞测试数据、数值计算数据、仿真数据等。这些数据格式多样、存储分散且数据流向不明，难以汇总、整理、编写成册。随着计算机技术的快速发展，数据库技术应用于飞行器气动设计中的数据管理中，使得原本相互孤立的工程数据汇总在一块，为 ADDB 的生成创造了条件。
在 20 世纪 70 年代，美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）发起航天飞机计划，旨在建造一种可重复使用的航天运载工具，最早可追溯的 ADDB 就来源于该计划中的 DATAMAN 系统[2,3]。当时，NASA、ROCKWELL 公司以及美国各主要合同者组成了航天飞机研制集团，共同参与航天飞机的研制，并将研制过程中产生的数据全部交给CHRYSLER 公司进行管理。为了便于管理，CHRYSLER 公司研制了世界上第一个航天飞机气动数据管理系统 DATAMAN，该系统能够对力和力矩系数、分布载荷系数和压力（或热流）数据这三种基本类型的气动数据进行存储与处理分析[4]。DATAMAN 系统的应用使得气动数据空前积累起来，在 DATAMAN 系统的数据基础上，ROCKWELL 公司编制出版了航天飞机的 ADDB[5]，实现气动数据价值化。该数据手册构建了航天飞机全程真实飞行条件下的预测值，具有巨大的潜在价值与实际意义，曾多次用于后续飞行器研究[6]，对飞行器研制起到了巨大的促进作用。
DATAMAN 系统以及 ADDB 的成功改变了人们对气动数据作用和价值的认识：数据库存储的历史数据不但可以用来检验飞行器的飞行特性，而且可以作为设计和改进未来新飞行器的基础，这对飞行器气动设计产生了极其深远的影响。
随着计算机技术的进一步发展，国外的飞行器气动设计研究几乎都建立在气动数据库管理系统之上，产生了许多诸如 Hyper-X[7]、BEAGLE2[8]的气动数据库管理系统与诸如 SPARTA[9]的气动数据分析系统，但公开的 ADDB 较少。
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2 相关研究工作
2.1 数据供应链
随着大数据技术的迅速发展，企业的数据规模不断暴涨，越来越多的企业意识到这些数据所蕴藏的巨大潜在价值，却因为数据的“孤岛效应”难以利用。在此背景下，跨国咨询公司埃森哲（Accenture）提出了数据供应链[15]概念，将企业中各数据的产生、加工、利用的一系列处理流程看作是一个供应链，通过构建数据供应链的形式使数据能够简单有效地在企业内部以及合作企业之间流通，以便为企业业务流程的管理与决策提供支持，创造更多的商业价值。
目前，国内外研究学者对数据供应链进行了深入的研究，研究重心主要集中于数据供应链的建模。绝大部分研究者主要研究的是对食品、药品产业等制造环境的特定产品进行数据供应链建模，通过先进的数据集成技术整合供应链中各环节所涉及的关键信息，并构建相应的供应链管理系统[15-19]，来解决产品生产、销售过程中的信息不透明、不对称、不及时等关键问题，最终提升产品的竞争力，实现产品的最大价值化。也有一小部分研究者对信息产业中的数据供应链建模进行了研究，如文献[20]提出了一种基于 PROV 的层次构建数据供应链的新方法，解决了分布式环境中无法有效构建数据供应链的问题。文献[21]完成了多数据平台环境下的数据供应链构建，能够记录各数据平台之间的数据流通，为用户提供数据服务。
从技术角度分析，数据供应链的本质是表达产品生产、加工、销售过程中的溯源信息。因此，数据供应链的构建可根据数据溯源技术的相关成果进一步扩展实现。
数据溯源[22]（Data Provenance）主要是用于追踪数据的起源，重现数据的历史状态与演变过程。数据溯源在 20 世纪 90 年代被提出之后就受到了国内外研究者以及开发人员的高度重视，早期的研究主要集中于数据库和数据仓库系统[23]，后随着科研人员对其自身领域中数据可信性要求的提高以及互联网的进一步发展，溯源技术广泛应用于相应的科学工作流系统[24, 25]以及各行各业的管理系统[25]中。到目前为止，主流的数据溯源方法主要有标注法和反向查询法 2 种。标注法是指通过标注的方式记录数据的一些重要信息来追溯数据的历史状态，该方法操作简单，但会增加额外的存储空间。
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2.2 Word自动化
Word 是 Microsoft Office 套件中的文字处理器软件，它能够为用户提供强大的文字、表格、图片和格式编辑等图形化功能，具有操作简单、所见即所得等优点，该软件发展至今已经广泛应用于各行各业中，获得了大众的一致认可与好评。随着大数据时代到来，各行各业产生的信息量急剧增长，对 Word 文档的生成提出了更高的要求，传统手工编写 Word 文档方式逐渐向 Word 自动化生成方向转变。目前，大多数行业都建立了相应的数据管理系统，并基于 Word 自动化技术实现了 Word 文档的自动生成。
下面将简单介绍一下 Word 自动化技术的发展历程。早期 Word 版本如 Word 1997的默认存储格式为二进制文件格式，Word 文档的自动化实现难度比较大。对此，Microsoft 公司于 1993 年推出宏程序设计语言 VBA[27] (Visual Basicfor Application)。VBA 内嵌于 Microsoft Office 应用程序套件中，具有入门简单，开发速度快等优点，广泛应用于对 Microsoft Office 进行二次开发的客户端项目[28-30]。但由于 VBA 实现 Word 自动化在代码安全上存在漏洞，且处理速度较低，不适合对复杂 Word 文档的生成。
同时，为了支持 C++、Java 等常用开发语言对 Word 文档进行操作，Microsoft 公司提出了 COM（Component Object Model ）组件技术[31]，该技术定义了来自不同平台、不同编程语言的彼此独立的对象之间的通信方式。开发人员可以通过这项技术直接在程序中调用相应的 Office 组件方法操作 Word 文档。在 COM 组件的基础之上，又相继发展了 OLE、ActiveX、Jacob 等 Word 自动化技术，国内外已有不少科研人员研究如何通过这些技术实现 Word 文档的自动化操作[32-35]。基于 Com 组件的 Word 自动化技术虽然可以实现对 Word 的复杂操作，但是这些技术只适用于 Windows 平台，不支持 Unix和 Linux，无法满足跨平台的需要。
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3 基于数据供应链的 ADDB 内容筛选研究 ............................ 12
3.1 面向气动设计过程的数据供应链 ............................... 12
3.1.1 数据供应链结构 ................................. 12
3.1.2 数据供应链节点的自动生成方案 ............................... 14
4 基于模板驱动的 ADDB 个性化生成研究 ............................... 25
4.1 ADDB 模板的个性化定制方案 ............................. 25
4.1.1 模板内容的个性化定制 .................................. 25
4.1.2 模板样式的个性化定制 ............................... 27
5 ADDB 自定义生成系统的设计与实现 ....................... 42
5.1 功能结构设计 ................................. 42
5.2 系统架构设计与技术选型 ................................. 43
5 ADDB自定义生成系统的设计与实现
5.1 功能结构设计
ADDB 自定义生成系统的用户群体主要是从事飞行器气动设计研究的研究人员，在对研究人员的实际需求进行归纳总结后可知，ADDB 自定义生成系统的核心任务是整合气动数据管理与分析系统，让研究人员能够管理该分析系统中各飞行器的气动设计过程，快速地从中筛选出 ADDB 所需的气动数据集以及处理任务等关键数据，并实现特定 ADDB 的自定义、自动化生成。
为了系统的管理方便，根据职责将用户划分为两种角色：普通用户与管理员。普通用户就是该系统的使用者，能够行使系统的绝大部分功能，包括筛选 ADDB 内容、自定义模板并生成 ADDB 等。管理员则是该系统的管理者，管理员除了拥有普通用户的权限，还负责系统安全与系统维护。
根据上述分析，ADDB 自定义生成系统主要划分为 ADDB 内容筛选与管理、ADDB模板定制与管理、ADDB 生成与管理，以及系统管理 4 个模块，其功能结构设计如图5-1 所示。
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6 总结与展望
6.1 研究工作总结
ADDB 在飞行器气动设计领域扮演着重要角色，但随着飞行器气动设计的相关科学试验越来越多，规模越来越大，气动数据积累得越来越多，给手工编制 ADDB 带来了极大的困难。目前，国内大多数气动单位和组织已经意识到自动化、智能化、个性化生成 ADDB 的重要性和必要性。针对传统手工编制 ADDB 所存在的数据筛选困难、制作耗时费力、难以满足研究人员的个性化需求等问题，本文设计并实现了 ADDB 自定义生成系统。主要的研究工作总结如下：
(1) 针对 ADDB 内容筛选困难的问题，首先对气动设计过程的处理流程进行调研分析，提出面向气动设计过程的数据供应链结构，描述气动数据集从产生到随时间推移而演化的整个过程；进而，基于 Federated 存储引擎以及触发器技术，设计数据供应链节点的自动生成方案，自动抽取气动数据管理与分析系统中的数据集与处理任务的概要信息，生成相应的数据供应链节点；在此基础上，实现数据供应链的层次化构建算法，生成飞行器、原型以及模型 3 个层次的数据供应链结构，有效地提高数据供应链查询、构建和绘制效率。此外，还设计了一套气动设计过程质量评估算法来评估气动设计过程中的数据供应链的整体质量，降低研究人员筛选相似数据供应链的难度，通过实验，验证了该算法的可行性与有效性。
(2) 针对 ADDB 的个性化生成问题，本文基于 OOXML 规范提出了基于模板驱动的 ADDB 自定义生成方案。该方案通过 ADDB 模板的个性化定制，将需要自定义的内容与样式进行封装，生成 ADDB 模板；再将该模板作为目标 ADDB 的生成标准，设计基于 Word 模板的 ADDB 快速生成方法，在 OOXML 规范和 Enjoy 模板引擎的基础上，实现目标 ADDB 的动态生成。该方法具有模板制作简单、生成效率高、文档体积小、不依赖 Office 接口等优点。将该方法与 2 种主流的文档生成方法进行生成效率以及文档大小对比，实验表明，该方法在文档生成效率和文档大小上综合最优。
参考文献（略）