基于Web 的車間實時監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

張 超，仲梁維，陳彩鳳

(上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海 200093)

在全球化競爭和產(chǎn)品利益日益減少的時代背景下，企業(yè)的核心競爭力就體現(xiàn)在如何利用有限的企業(yè)資源和信息技術(shù)，最大程度地縮短產(chǎn)品生命周期，充分發(fā)揮企業(yè)間的協(xié)同作用和實現(xiàn)信息共享［1］。

本系統(tǒng)以企業(yè)實際需求為背景，采用規(guī)范化的工藝編制，以加工工序為最小加工單元，利用工時定額為優(yōu)勢，使工藝流程更簡明易懂并且有據(jù)可依，同時堅持優(yōu)化生產(chǎn)過程的流程操作的原則，實現(xiàn)以工票為主導(dǎo)，利用系統(tǒng)實時反饋工票流轉(zhuǎn)狀態(tài)來更靈活地制定生產(chǎn)計劃、進(jìn)行產(chǎn)品追蹤以及質(zhì)檢、工時統(tǒng)計以及生產(chǎn)記錄報表［2］。更大程度地增強(qiáng)了企業(yè)級車間管理的信息資源共享，人力和物力資源的充分利用，不僅使生產(chǎn)制造部門的生產(chǎn)過程管理體系更加完善，生產(chǎn)作業(yè)流程更加規(guī)范，同時還加強(qiáng)車間控制力度，實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度的實時跟蹤和產(chǎn)品質(zhì)量的提升。

1 Web 技術(shù)介紹

Web 技術(shù)，即Web Technology(客戶端和服務(wù)器端)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)主要是通過WWW 瀏覽器來實現(xiàn)，客戶端主要實現(xiàn)展現(xiàn)信息內(nèi)容，服務(wù)器端則是主要負(fù)責(zé)事務(wù)邏輯處理，進(jìn)而與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)處理交互，形成所謂3 層結(jié)構(gòu):客戶—服務(wù)器—數(shù)據(jù)庫體系［3］。如圖1 所示，在3 層體系結(jié)構(gòu)中，客戶端接受用戶的HTTP請求后，會向Web 服務(wù)器發(fā)送請求;Web 服務(wù)器會與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行交互，數(shù)據(jù)庫會反饋數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)送回Web 服務(wù)器，服務(wù)器端將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成瀏覽器能夠接收的形式(HTML)，送回發(fā)出請求的Web 瀏覽器，完成一個完整的請求—傳遞—反饋—傳遞—接受的數(shù)據(jù)閉合回路。從而大幅簡化客戶端電腦載荷，客戶端只需通過瀏覽器查看界面和提交請求，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本和工作量，系統(tǒng)升級時只需更新服務(wù)器端的軟件即可，降低了用戶開發(fā)和維護(hù)成本。

圖1 Web 結(jié)構(gòu)模型

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)技術(shù)支持

車間實時監(jiān)控管理系統(tǒng)采用Web 構(gòu)架模式開發(fā)，基于Browser(瀏覽器)、Server(服務(wù)器)和Database(數(shù)據(jù)庫)3 層體系結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，可多線程對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行高效操作，大幅提高了系統(tǒng)的易用性和可維護(hù)性。系統(tǒng)運(yùn)行在Web 服務(wù)器上，可使用Web 瀏覽器訪問，采用Apache Tomcat 7.0 配置，系統(tǒng)后臺采用Java 作為基礎(chǔ)編程語言，Myeclipse 8.5 作為開發(fā)工具，系統(tǒng)前臺采用jsp、EasyUI 和JavaScript 語言進(jìn)行前臺界面編寫，使用 Lodop 6.0 Web 打印控件，同時結(jié)合 SSH(Struts2.0，Spring3.0，Hibernate3.0)3 大主流框架進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計［4］。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

車間管理系統(tǒng)是產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的核心部分。車間管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 實時監(jiān)控車間管理功能結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)主要包括工票打印模塊、質(zhì)量檢驗?zāi)K、工票統(tǒng)計輸入模塊、查詢與報表模塊以及系統(tǒng)信息綜合管理模塊。

工票打印模塊可根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)、車間在生產(chǎn)情況以及實際生產(chǎn)力合理制定生產(chǎn)計劃并進(jìn)行開票排產(chǎn)。工藝定額開票可以根據(jù)不同的生產(chǎn)要求開出不同類型的工票，包括按工序打印開票、按工段打印開票、按零件打印開票、按工作令打印開票和按工作令打印所有工段開票;其他輔助開票方式可以解決生產(chǎn)過程中遇到的突發(fā)問題如:工票丟失、工時月結(jié)、增補(bǔ)工時等，自動化智能開票代替手寫模式，大幅提供了開票速度和準(zhǔn)確度。

圖3 工藝定額打印工票界面

質(zhì)量檢驗?zāi)K主要負(fù)責(zé)記錄車間生產(chǎn)過程中各個工序的質(zhì)量檢驗信息，主要包括:質(zhì)量檢驗和質(zhì)量檢驗編輯功能，質(zhì)量檢驗可以直觀地顯示工票信息、質(zhì)檢員信息、工序工段合格數(shù)、不合格數(shù)以及具體發(fā)生工廢或者料廢的原因，有效地解決了質(zhì)量追蹤難問題。

工時統(tǒng)計輸入模塊主要負(fù)責(zé)質(zhì)檢完成后的工時統(tǒng)計內(nèi)容，主要包括工時統(tǒng)計和統(tǒng)計再編輯功能。經(jīng)過質(zhì)檢后的工票會自動加載到工時統(tǒng)計界面，有效解決了工時統(tǒng)計繁瑣問題。

查詢和報表模塊主要負(fù)責(zé)記錄車間生產(chǎn)過程中所有工票的內(nèi)容及其狀態(tài)，具體功能主要包括:已打印工票查詢、在生產(chǎn)工票查詢、已完成工票、生產(chǎn)記錄查詢以上工票查詢均能根據(jù)不同查詢條件導(dǎo)出相應(yīng)的Excel報表，操作人員可按照要求生成生產(chǎn)記錄月報表，大幅減少了車間工作人員的工作任務(wù)，同時提高了準(zhǔn)確性。

圖4 查詢和報表模塊報表導(dǎo)出界面

系統(tǒng)用戶信息管理模塊包括:用戶信息管理、員工信息管理、分廠信息管理、修改個人密碼、員工考勤信息、補(bǔ)貼人員信息管理和設(shè)備準(zhǔn)備工時基準(zhǔn)數(shù)。主要用于系統(tǒng)用戶的維護(hù)，包括添加、刪除、修改及查看，對不同的用戶分配不同角色，不同的角色分配不同的權(quán)限以及系統(tǒng)生產(chǎn)過程中基本參數(shù)的增加、設(shè)定、修改和查看以及員工考勤信息等［5］。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008 R2 數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫名稱為db_ManagementSystem，主要運(yùn)用E－R模型建立概念模型，然后將概念模型轉(zhuǎn)化成關(guān)系模型的規(guī)范化設(shè)計方法［6］。大幅減少了數(shù)據(jù)冗余和更新異常，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)中包含22 張表。通過調(diào)整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、調(diào)整程序結(jié)構(gòu)設(shè)計以及服務(wù)器內(nèi)存分配來進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)據(jù)庫來提高訪問速度。

2.4 用戶權(quán)限分析

為提高車間管理系統(tǒng)的統(tǒng)一用戶管理水平，結(jié)合車間生產(chǎn)過程中的實際業(yè)務(wù)需要，根據(jù)明確相關(guān)人員的職能分配相應(yīng)的系統(tǒng)權(quán)限十分重要。對于系統(tǒng)管理員來說，用權(quán)限矩陣表來清晰地表示其的權(quán)限。根據(jù)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖，權(quán)限矩陣表中采用樹形結(jié)構(gòu)編碼方式，編碼之中前后碼位之間有主次關(guān)系，后面碼位的確定都由前一個碼位確定［7］。用戶權(quán)限矩陣表如圖5所示。

2.5 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

本系統(tǒng)基于車間實際工作流程，致力于縮短產(chǎn)品的生命周期。基于工時定額，在車間生產(chǎn)過程中的各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)自動加載計算，只需操作人員按業(yè)務(wù)流程進(jìn)行即可，無需核對信息，系統(tǒng)會對操作人員不規(guī)范操作有相應(yīng)的提示和自動報錯功能，確保了輸入信息的正確性［8］。使用這種簡潔人性化的操作管理模式，大幅提高了車間生產(chǎn)效率，同時還降低對操作人員的專業(yè)素質(zhì)培訓(xùn)。

車間管理系統(tǒng)不是簡單的業(yè)務(wù)流程的疊加，而是一個復(fù)雜的需要不同部門之間相互溝通、協(xié)作、通過實時信息共享來共同完成的生產(chǎn)管理活動［9］。所以實時監(jiān)控車間管理系統(tǒng)不僅提供了管理模式上的技術(shù)支持，同時解決了各部門之間的業(yè)務(wù)協(xié)同的問題。通過運(yùn)用實時監(jiān)控，協(xié)同管理模式處理車間管理業(yè)務(wù)，將生產(chǎn)過程中的業(yè)務(wù)需求按照流程經(jīng)過不同部門有序地處理，實現(xiàn)了企業(yè)部門之間信息實時共享，從而提升了生產(chǎn)效率，縮短了產(chǎn)品生命周期。系統(tǒng)各模塊在工作進(jìn)度中可被實時監(jiān)控、協(xié)同車間管理系統(tǒng)調(diào)用處理不同的任務(wù)，各模塊間可根據(jù)業(yè)務(wù)的實際需要進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化［10］。

圖6 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

3 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試是針對整個系統(tǒng)功能進(jìn)行的測試，目的就是驗證系統(tǒng)的具體功能是否滿足了企業(yè)的需求，找出與需求規(guī)定不符合或矛盾的位置［11］。此外，還需檢驗系統(tǒng)的相關(guān)文檔等是否完整、有效，并且測試用例的設(shè)計應(yīng)基于需求分析說明書為依據(jù)，需在實際使用環(huán)境中運(yùn)行測試［3］。具體包括美觀性測試、功能測試、穩(wěn)定性測試、性能測試、健壯性測試以及安全性測試等。本系統(tǒng)先采用黑盒測試技術(shù)對車間管理管理系統(tǒng)進(jìn)行了功能測試，其次采用白盒測試技術(shù)對數(shù)據(jù)流進(jìn)行二次驗證，最后對各模塊集成的所有業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了測試。經(jīng)過對車間管理系統(tǒng)的多次測試和完善，已滿足企業(yè)的使用需求并已投入使用。

表1 功能測試表(黑盒測試)

表2 數(shù)據(jù)流測試表(白盒測試)

4 結(jié)束語

對于企業(yè)來說，車間管理是生產(chǎn)制造重要環(huán)節(jié)，完善的車間管理系統(tǒng)是企業(yè)贏得市場提高競爭力的堅強(qiáng)后盾。本文結(jié)合制造企業(yè)的實際車間管理實例，設(shè)計并開發(fā)了基于工時定額和Web 架構(gòu)的實時監(jiān)控車間管理系統(tǒng)，具有快速進(jìn)行排產(chǎn)、實時監(jiān)控生產(chǎn)進(jìn)度以及追蹤質(zhì)量情況等功能，對突發(fā)情況能夠快速地做出合理有效的處理，大幅降低了車間工作人員的工作量，使產(chǎn)品生命周期縮短，并降低了人工成本，提升了企業(yè)競爭力。

［1］ 王安川.淺析制造型企業(yè)生產(chǎn)車間現(xiàn)場管理［J］.企業(yè)改革與管理，2014(10):16－17.

［2］ 陸遠(yuǎn)，Shahid Ikramullah Butt.工時定額動態(tài)參數(shù)建模及可視化研究［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2008(S1):330－333.

［3］ 陳永平，丁茹，郝永平.基于Web 的車間管理系統(tǒng)的集成與實現(xiàn)［J］.成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2014(1):1－6.

［4］ 張勛.機(jī)械加工車間工時管理信息系統(tǒng)的分析與設(shè)計［J］.機(jī)電信息，2013(6):115－116.

［5］ 劉曉冰，劉彩燕，馬躍，等.基于制造執(zhí)行系統(tǒng)的動態(tài)質(zhì)量控制系統(tǒng)研究［J］.計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2005(1):133－137.

［6］ 王學(xué)慧.基于SQL Server 的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)性能優(yōu)化研究［J］.電子科學(xué)技術(shù)，2015(1):95－99.

［7］ 詹偉.ERP 系統(tǒng)權(quán)限管理的研究與應(yīng)用［J］.電力信息化，2010(3):62－64.

［8］ 孫亞紅.基于Windows 平臺的分布式實時仿真系統(tǒng)［J］.電子科技，2012，25(3):62－65.

［9］ Ewa Deelman，Karan Vahi，Gideon Juve，et al.A workflow management system for science automation［C］.Future Generation Computer Systems，2015.

［10］唐任仲，胡羅克，周邦，等.基于無線射頻識別技術(shù)的車間在制品物流狀態(tài)分析［J］.計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2014(1):45－54.

［11］宋麗華，黃瓊?cè)A，王洪寶，等.信息系統(tǒng)測試監(jiān)理要點分析研究［J］.信息技術(shù)與信息化，2012(3):54－56，61.