基于C/S模式的組合夾具管理系統(tǒng)設(shè)計

王勇，譚清江，祝鑫，于灑，唐火紅，楊海東

（合肥工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 引言

由于機械生產(chǎn)制造技術(shù)的提高，多品種、小批量生產(chǎn)制造、新產(chǎn)品的研制所占比重的不斷上漲以及專用夾具制造成本的提高,專用夾具已不再適用于生產(chǎn)需求。組合夾具能夠反復(fù)拆卸，可重復(fù)使用，能夠滿足不同零件的裝夾需求，直到組合夾具的組件報廢為止[1]。因此在新產(chǎn)品的研制過程中使用組合夾具生產(chǎn)制造比重占到90%以上，在滿足加工要求的情況下小批量生產(chǎn)盡量使用組合夾具。而在批量生產(chǎn)過程中全面推行組合夾具的使用，勢必會使組合夾具站的規(guī)模擴大，使傳統(tǒng)的組合夾具管理過程的工作量增多，出現(xiàn)元件各種信息很難統(tǒng)計、使用單位用完組合夾具后不能及時歸還、元件缺損嚴(yán)重等問題，致使工作效率大大降低。因此企業(yè)組合夾具管理系統(tǒng)的目標(biāo)是降低組合夾具的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，實現(xiàn)組合夾具的靜態(tài)數(shù)據(jù)管理、動態(tài)數(shù)據(jù)實時更新、數(shù)據(jù)庫讀取存儲，保證供應(yīng)、減少流失、降低成本、合理利用。國內(nèi)組合夾具管理系統(tǒng)的研究，大多從CAD的二次開發(fā)、客戶端開發(fā)進行。王丹[2]針對組合夾具設(shè)計數(shù)據(jù)與文件存儲量大的特點，利用云計算與GWT技術(shù)解決了組合夾具數(shù)據(jù)存儲等問題，并利用Pro/E建三維模型庫結(jié)合GAE編程環(huán)境實現(xiàn)了組合夾具管理服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有檢索、上傳與下載等功能；孫玲玲[3]在組合夾具管理系統(tǒng)中運用了ABC管理模式、成本估算的方法，并選用Access作為數(shù)據(jù)庫在Delphi 6.0的開發(fā)環(huán)境下實現(xiàn)了組合夾具檢索、出入庫、成本與裝配時所需元件數(shù)量的估算等功能。此外，組合夾具管理系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵照隨機應(yīng)變原則，使其具有模塊化、擴展性強、人機交互界面簡明高效、操作簡便靈活等特征。

本文所設(shè)計的組合夾具管理系統(tǒng)的技術(shù)方向是在Visual Studio編譯環(huán)境下，利用C#語言進行程序開發(fā)，系統(tǒng)以面向?qū)ο蠹夹g(shù)為基礎(chǔ)，運用模塊化的設(shè)計思想，開發(fā)框架采用C/S模式以及三層體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫采用Oracle數(shù)據(jù)庫作為存儲與調(diào)用的載體，以實現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的數(shù)字化管理，為企業(yè)組合夾具管理系統(tǒng)的設(shè)計提供了重要參考依據(jù)。

1 系統(tǒng)需求分析

把組合夾具站看作一個獨立單元，人員主要由站長、管理員、計劃員、設(shè)計員、組裝工、配送工、檢驗員、使用單位人員組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 組合夾具站組織結(jié)構(gòu)Fig. 1 Organization structure of Modular Fixture Station

在組合夾具站中各個人員職能需求分析：

站長：實現(xiàn)對組合夾具站內(nèi)人員信息的管理。

管理員：對組合夾具元件進行分類、盤點，協(xié)助使用單位人員實現(xiàn)元件出庫、入庫功能。

計劃員：對組合夾具設(shè)計與組裝任務(wù)進行派工。

設(shè)計員：組裝工充當(dāng)設(shè)計員，設(shè)計工作由組裝工在計算機上完成并填寫三維定型卡片，最后將三維定型卡片上傳至數(shù)據(jù)庫。

組裝工：根據(jù)三維定型卡片，領(lǐng)取組合夾具元件進行組裝；對使用完成后的組合夾具進行拆卸、清洗。

檢驗員：分為結(jié)構(gòu)檢驗員和尺寸檢驗員，結(jié)構(gòu)校驗員由有經(jīng)驗的組裝工擔(dān)任，組裝完成即可進行結(jié)構(gòu)校驗，結(jié)構(gòu)檢驗合格后由尺寸檢驗員進行尺寸校驗，合格后即可出庫；對清洗后的組合夾具進行結(jié)構(gòu)與尺寸校核，合格后即可入庫。

配送工：結(jié)構(gòu)與尺寸均合格后即可配合使用單位人員到組合夾具站領(lǐng)用組裝好的組合夾具，并配送到各生產(chǎn)單位，將各單位要歸還的組合夾具配送到組合夾具站。

使用單位人員：發(fā)出組合夾具需求申請，協(xié)助配送工實現(xiàn)組合夾具出庫入庫。

其中設(shè)計員由組裝工擔(dān)任，主要是因為組裝工自己設(shè)計自己組裝，能夠隨時更改組合夾具的設(shè)計，體現(xiàn)出組合夾具的靈活性，并且可以省去溝通上的不便。

2 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

1）系統(tǒng)開發(fā)工具：根據(jù)系統(tǒng)要求選用WinForm作為開發(fā)平臺[4]。該平臺能夠在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶通過窗體輸入實現(xiàn)通訊。WinForm主要具有強大的功能、豐富的控件、快捷的數(shù)據(jù)顯示與操作三個優(yōu)點，同時支持快速應(yīng)用程序的開發(fā)，具有繼承性以及可擴展性，通過繼承與擴展可以得到多樣的人機交互面。

2）數(shù)據(jù)庫：根據(jù)系統(tǒng)集成需要使用Oracle數(shù)據(jù)庫[5]。Oracle數(shù)據(jù)庫能夠在任意一臺計算機上運行，具有安全性高、互操作性強、數(shù)據(jù)完整性高的優(yōu)勢。

3）系統(tǒng)開發(fā)方法：采用面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法，將客觀世界的對象映射到面向?qū)ο笙到y(tǒng)的解空間[6]。面向?qū)ο蠓椒ㄖ饕攸c是軟件系統(tǒng)既相互獨立又相互協(xié)作，能夠體現(xiàn)功能與數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，通過對象來表述屬性與方法的結(jié)合，通過對象之間的關(guān)系和行為來表征系統(tǒng)的功能[7]。

4）系統(tǒng)開發(fā)語言：面向?qū)ο笳Z言可以分為C++、Java、C#、VB.Net、Objective-C等多種，其中C#汲取C++、Java等語言優(yōu)勢，更為符合現(xiàn)代軟件開發(fā)需求[8]。C#是.NET FrameWork框架的一部分，是以對象作為基本單位的程序設(shè)計語言，具有類、繼承、多態(tài)等特征[9]。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

目前比較流行的兩種軟件開發(fā)模式主要是C/S（Client/Server）模式和B/S（Brower/Server）模式兩種。C/S模式主要應(yīng)用于程序的開發(fā)，B/S模式主要在瀏覽器、服務(wù)器等網(wǎng)站上應(yīng)用。由于應(yīng)用于企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，即使公司處于斷網(wǎng)的狀態(tài)，系統(tǒng)也應(yīng)該照常運行，因此采用C/S模式更為合理，如圖2所示。

圖2 C/S結(jié)構(gòu)模型Fig. 2 C/S structure model

在組合夾具管理系統(tǒng)中，組合夾具站工作人員和站長通過客戶端向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器調(diào)用處理后將結(jié)果返回客戶端。因此，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)采用三層結(jié)構(gòu)[10]，即客戶層（Client Tier）、服務(wù)器層（Server Tier）和數(shù)據(jù)層（Data Tier），如圖3所示。其中客戶層主要指人機界面層，主要用來給用戶提供操作界面，傳遞信息到系統(tǒng)；服務(wù)器層作為中間層，起到連接客戶層與數(shù)據(jù)層的作用，它可以處理客戶層發(fā)出的用戶請求，完成業(yè)務(wù)邏輯結(jié)構(gòu)響應(yīng)過程；數(shù)據(jù)層主要被服務(wù)器層調(diào)用數(shù)據(jù)進行操作并更新后臺數(shù)據(jù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯操作。

圖3 三層結(jié)構(gòu)Fig. 3 Three layer structure

采用三層體系結(jié)構(gòu)開發(fā)組合夾具管理系統(tǒng)具有以下優(yōu)點[11]：① 每一層的功能都比較明確，與實際問題之間具有明確對應(yīng)的關(guān)系，能夠進一步的簡化設(shè)計；② 三層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)；中間層即服務(wù)器層中的各個業(yè)務(wù)代碼之間是相互獨立的，多個界面一起開發(fā)能夠提高開發(fā)效率，同時有利于軟件維護；③ 三層結(jié)構(gòu)擴展性比較好，只需要在后臺添加數(shù)據(jù)以及相應(yīng)界面和代碼即可進行擴展。

4 系統(tǒng)總體設(shè)計

組合夾具管理系統(tǒng)包括以下六個模塊：系統(tǒng)管理模塊、庫房管理模塊、使用單位模塊、計劃員管理模塊、設(shè)計/組裝模塊和檢驗管理模塊[12]，其功能架構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)功能架構(gòu)Fig. 4 System functional architecture

5 功能模塊設(shè)計與實現(xiàn)

5.1 功能模塊設(shè)計

依據(jù)系統(tǒng)的總體設(shè)計，對系統(tǒng)的各功能模塊進行了詳細設(shè)計。

（1）系統(tǒng)管理模塊

用于管理組合夾具站內(nèi)用戶以及更換站長。用戶管理：站長對用戶權(quán)限進行添加、刪除以及更改操作；更換站長：通過更換站長功能修改用戶名以及密碼，同時限制前站長的權(quán)限。更換成功后則需要重新登陸才能夠運行此系統(tǒng)。

（2）庫房管理模塊

用于管理組合夾具元件，主要包括分批次購買元件入庫、元件到期提醒、元件壽命到期提醒、元件出入庫信息查詢功能。元件入庫：包括元件庫存不足時再次購買的元件入庫，以及原本庫房中沒有的元件初次進行入庫[13]。元件出入庫信息查詢：查詢組合夾具元件的借入歸還情況。系統(tǒng)設(shè)置：及時提醒使用單位歸還元件、提醒采購部門購買新元件。

（3）使用單位模塊

一是提出組合夾具的需求；二是去夾具站領(lǐng)用組合夾具；三是去夾具站歸還組合夾具；四是查詢組合夾具元件領(lǐng)用歸還情況。出庫管理：組合夾具經(jīng)檢驗員檢驗合格后方可出庫，出庫時配送工配合使用單位人員掃組合夾具元件條形碼實現(xiàn)元件出庫。入庫管理：組合夾具經(jīng)檢驗員檢驗合格后方可入庫，合格后配送工配合使用單位人員掃描組合夾具元件條形碼實現(xiàn)元件入庫。借用元件查詢：查詢元件借用、歸還、續(xù)借時間，元件借用數(shù)量等。發(fā)布需求：包含組合夾具名稱、使用的機床、被加工零件的二維圖以及被加工零件的三維圖等。

（4）計劃員管理模塊

對組合夾具人員進行設(shè)計與組裝組合夾具需求任務(wù)分配。計劃員對組合夾具需求任務(wù)進行分配時需要查詢?nèi)糠值膬?nèi)容，一是組合夾具需求的查詢；二是組裝工的查詢，主要查詢目前手中沒有任務(wù)的組裝工；三是對三維定型卡片進行查詢，主要查詢?nèi)S定型卡片數(shù)據(jù)庫中有沒有需求的組合夾具。經(jīng)過查詢后，即可對任務(wù)進行分配。

（5）設(shè)計/組裝模塊

本模塊中組裝工兼任設(shè)計員，而設(shè)計員的目的除了根據(jù)工藝需求設(shè)計組合夾具，并填寫三維定型卡片外，還需進行組合夾具下一步組裝。

（6）檢驗管理模塊

其功能是對組合夾具出庫前以及入庫前進行質(zhì)量檢測，一是出庫前，即組裝完成后，組裝工人進行結(jié)構(gòu)校對與檢驗處的檢驗人員進行的尺寸及精度校驗，對有問題的組合夾具，檢驗員通知組裝工進行重新設(shè)計組裝；二是入庫前，即組合夾具元件入庫前進行的結(jié)構(gòu)與尺寸校核，對有問題的組合夾具元件進行標(biāo)記并錄入數(shù)據(jù)庫。

5.2 數(shù)據(jù)庫

本文中Oracle數(shù)據(jù)庫主要包含以下五大類，分別為：元件大類表主要包括基礎(chǔ)件、支承件、通用件等元件信息；元件組表指單一元件的信息表，即元件大類下的元件，例如簡式正方形基礎(chǔ)板、正方形基礎(chǔ)板等[14]；領(lǐng)用歸還信息表用來記錄新元件入庫信息、各單位借出與歸還組合夾具元件信息；用戶表用來存儲用戶信息；三維定型卡片表主要供計劃員查詢以及組裝工查詢、下載、上傳使用。

5.3 數(shù)據(jù)流

本文以使用單位模塊為例，詳細的介紹使用單位模塊與數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)系，如圖5所示。

圖5 使用單位模塊數(shù)據(jù)流Fig. 5 Using unit module data flow

1）使用單位人員借用組合夾具元件時，需要將借用元件以掃條形碼的方式出庫，并將組合夾具元件信息以及使用單位人員信息寫入領(lǐng)用歸還信息表，同時更改元件大類表中的庫存、數(shù)量信息以及元件組表中的庫存信息。

2）使用單位人員歸還組合夾具元件時，以掃元件條形碼的方式將借用元件入庫，并將歸還元件信息以及使用單位人員信息寫入領(lǐng)用歸還信息表，同時更改元件大類表中的庫存、數(shù)量、借次數(shù)信息以及元件組表中的庫存、借次數(shù)信息。

3）使用單位人員查詢借用元件時，需要讀取領(lǐng)用歸還信息表中信息，了解使用單位人員自己借用元件詳情。

4）使用單位人員發(fā)布組合夾具需求時需要將被加工元件的信息寫入組合夾具需求表。

5.4 系統(tǒng)界面

系統(tǒng)的實現(xiàn)界面如圖6所示。用戶進入系統(tǒng)時均從此登錄界面進入，只有用戶符合對應(yīng)職位才擁有相應(yīng)權(quán)限。以系統(tǒng)管理模塊中修改用戶密碼為例，所實現(xiàn)的模塊功能界面如圖7所示。

圖6 用戶登錄界面Fig. 6 User login interface

圖7 修改密碼界面Fig. 7 Modifying the cipher interface

其他功能模塊限于篇幅不一一列舉。全部功能模塊開發(fā)完成后，通過模擬企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的實驗室局域網(wǎng)進行了功能測試，實現(xiàn)了系統(tǒng)的全部功能需求，可以用于企業(yè)的組合夾具數(shù)字化管理[15]。

6 結(jié)論

本文通過對企業(yè)內(nèi)的組合夾具需求流程進行調(diào)研與探討，分析并總結(jié)了組合夾具站管理系統(tǒng)需求，建立了企業(yè)組合夾具管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)在企業(yè)內(nèi)運行可實現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的數(shù)字化管理，組合夾具站內(nèi)業(yè)務(wù)流程可以直接通過軟件完成；系統(tǒng)以人員進行模塊劃分，每個模塊的功能都清晰可見，模塊與模塊之間功能由數(shù)據(jù)庫進行連接，整個系統(tǒng)的界面簡潔，操作便利。

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