基于EtherNet/IP協(xié)議的實驗室維修管理ERP系統(tǒng)構(gòu)建
——以寧波大紅鷹學(xué)院機電學(xué)院為例

文/劉敬　李向陽　丁嘉

1　背景介紹

寧波大紅鷹學(xué)院機電學(xué)院建設(shè)有實驗教學(xué)中心和機電工程中心，其中實驗教學(xué)中心建成專業(yè)實驗室9個，包括機械基礎(chǔ)（含機械原理與設(shè)計、工程力學(xué)、工程材料與熱處理、互換性與技術(shù)測量、液壓與氣動5個分室）、模具設(shè)計（含注塑模具、壓鑄模具、沖壓模具3個分室）、電工電子技術(shù)（含電工技術(shù)、電子技術(shù)2 個分室）、機械制造技術(shù)、快速成型、先進(jìn)加工技術(shù)（caxa，3D打?。?shù)控綜合、自動控制（含自控原理、單片機技術(shù)、PLC、傳感器與檢測技術(shù)、電機與拖動、電氣控制技術(shù)6 個分室）等實驗室；另外機電工程中心建有金工車間、數(shù)控車間和數(shù)控仿真機房等多個實習(xí)車間，實驗用房5000多平米，設(shè)備總值合計2000 余萬元。

實驗設(shè)備儀器按學(xué)科可分為3大類，包括機械部分、電氣部分和工業(yè)設(shè)計部分。在管理上存在下面情況：

（1）分布方面集中和分散并存，儀器設(shè)備主要分布在3幢大樓，每棟大樓內(nèi)部設(shè)備相對集中，但整體又相對分散；

（2）專業(yè)管理人員和非專業(yè)人員并存，既有專門的實驗管理人員，負(fù)責(zé)部分實驗室管理和實驗設(shè)備的維護(hù)，還有部分實驗室由任課老師兼職管理；

（3）高利用率設(shè)備和低利用率設(shè)備并存。部分設(shè)備使用非常頻繁，需要經(jīng)常更換元器件，但價值相對低。部分設(shè)備非常精密，價值高昂，使用頻率不高，故障率低，但一旦出現(xiàn)故障損失嚴(yán)重，且維修周期長；

（4）課內(nèi)使用和開放使用并存，大部分實驗室的設(shè)備是課內(nèi)使用，但還有一部分實驗室是開放使用，比如創(chuàng)新實驗室，供學(xué)生科創(chuàng)、畢業(yè)設(shè)計或競賽使用，使用時并無老師指導(dǎo)。

2　實驗室維修管理ERP系統(tǒng)主要功能

為了實現(xiàn)全方位實時管理，提高工作效率，設(shè)計了實驗室維修管理ERP系統(tǒng)。系統(tǒng)提供了角色管理、員工權(quán)限管理、庫存管理、耗材庫名稱維護(hù)、合作儀器公司信息維護(hù)、設(shè)備資源管理等功能。軟件界面設(shè)計簡潔，美觀，人性化軟件流程，使普通用戶不需培訓(xùn)也能很快掌握軟件操作使用方法。

2.1　角色管理功能

操作人員點擊“角色管理”按鈕，系統(tǒng)自動彈出“角色管理”窗口，角色管理窗口可進(jìn)行添加新角色、編輯角色、刪除角色等操作，如圖1所示。操作人員在此窗口中可以查看到角色的ID、角色名稱等信息。

點擊“編輯角色信息”按鈕，系統(tǒng)自動彈出“編輯角色窗口”，如圖2所示。

操作人員在編輯角色窗口中可以查看編輯角色I(xiàn)D、角色名稱等信息，編輯完成后點擊“保存并關(guān)閉”按鈕即可。

2.2　員工權(quán)限管理功能

操作人員點擊“員工權(quán)限”按鈕，系統(tǒng)自動彈出“員工權(quán)限”窗口，如圖3所示。

操作人員在此窗口中可以查看選擇員工姓名、操作權(quán)限等信息。

操作人員可以選擇任意權(quán)限，如1、錄入，2、查看，3、修改，4、刪除，5、導(dǎo)出，6、打印。編輯選擇完成后，點擊“保存”按鈕即可。

2.3　庫存管理功能

操作人員點擊“庫存管理”按鈕，系統(tǒng)自動彈出“庫存管理”窗口，如圖4所示。

操作人員在此窗口中可以查看到產(chǎn)品的ID、名稱、規(guī)格、期初數(shù)量、類型、單位、數(shù)量、編號、結(jié)余數(shù)量、備注、操作、時間等等信息。

點擊“入庫”按鈕，系統(tǒng)自動彈出原材料入庫窗口，如圖5所示。

操作人員在原材料入庫窗口中可以查看編輯產(chǎn)品名稱、規(guī)格、單位、入庫數(shù)量、編號、備注等等信息。編輯完成后點擊“入庫”按鈕即可。

圖1：系統(tǒng)角色管理功能界面

圖2：編輯角色窗口

點擊“出庫”按鈕，操作人員可編輯出庫信息；點擊“盤點報表”按鈕，系統(tǒng)自動彈出“盤點報表”信息。

2.4　耗材庫名稱維護(hù)功能

操作人員點擊“耗材庫名稱維護(hù)”按鈕，系統(tǒng)自動彈出“耗材庫名稱維護(hù)”窗口，如圖6所示。操作人員在此窗口中可以查看到耗材庫信息，如ID、大類、名稱、規(guī)格等等信息。

點擊“添加”按鈕，操作人員可添加新的耗材信息；點擊“刪除”按鈕，操作人員可刪除任意耗材信息。

2.5　儀器維修公司信息維護(hù)功能

儀器維修公司分為2類，一類是實驗室所購置儀器的銷售和制造公司，負(fù)責(zé)對應(yīng)的儀器保修。另一種是和機電學(xué)院實驗室有合作協(xié)議的專業(yè)維修公司，可以針對較多儀器進(jìn)行維修，或?qū)Τ^保修期的儀器進(jìn)行維修，以節(jié)省成本。操作人員點擊“合作儀器維修公司”按鈕，系統(tǒng)自動彈出“合作儀器維修公司”窗口，如圖7和圖8所示。圖中2家公司是與機電學(xué)院合作過的兩家公司，從其購進(jìn)過示波器和福祿克萬用表等設(shè)備。

操作人員在此窗口中可以編輯客戶名稱、類別、代碼、助記碼、地址、手機、電話、聯(lián)系人等等信息。

圖3：員工權(quán)限管理功能界面

圖4：庫存管理功能界面

圖5：原材料入庫窗口

圖6：耗材庫名稱維護(hù)功能界面

點擊“新增”按鈕，操作人員可增加一名新的客戶信息；點擊“確定”按鈕，系統(tǒng)自動保存當(dāng)前客戶信息；點擊“取消”按鈕，系統(tǒng)對當(dāng)前的客戶信息重置；點擊“上一個”按鈕，操作人員可查看上一名客戶信息；點擊“下一個”按鈕，操作人員可查看下一名客戶信息。

點擊“其他信息”按鈕，系統(tǒng)自動跳轉(zhuǎn)至“其他信息”界面，如圖9所示。

2.6　設(shè)備資源管理功能

實驗室管理人員點擊“設(shè)備資源管理”按鈕，系統(tǒng)自動彈出“設(shè)備資源管理”窗口，如圖10所示。

實驗室管理人員在此窗口中可以查看到設(shè)備的ID、設(shè)備名稱、設(shè)備型號、內(nèi)部名稱、購進(jìn)日期、合同號等等信息。

點擊“添加”按鈕，系統(tǒng)自動彈出如圖11所示的“添加新設(shè)備”界面。

3　特殊實驗室設(shè)備實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

圖7：維修公司1信息維護(hù)界面

圖8：維修公司2信息維護(hù)界面

圖9：儀器維修公司信息功能中的“其他信息”界面

圖10：設(shè)備資源管理功能界面

3.1　實驗室管理中存在的特殊情況

對于大部分的儀器設(shè)備，是通過管理人員線下采集數(shù)據(jù)錄入ERP系統(tǒng)，從而進(jìn)行維修和管理，成本較為低廉。在我校機電學(xué)院實驗室中，還存在一些特殊情況，并不適合線下采集數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，具體有以下3類：

（1）貴重的儀器設(shè)備，比如我院3D打印實驗室的3D打印設(shè)備，非常精密，價格昂貴，如果使用過程中出現(xiàn)問題，會造成嚴(yán)重?fù)p失。

（2）高壓設(shè)備，比如我院PLC實驗室的過程與控制系統(tǒng)，電工實習(xí)室的電機控制設(shè)備，工作電壓高，使用時如果出現(xiàn)問題，會嚴(yán)重危害學(xué)生的人生安全，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故。所以問題一定要第一時間發(fā)現(xiàn)，并做針對性處理。

（3）開放實驗設(shè)備，我院創(chuàng)新實驗室的儀器不屬于貴重儀器，但朝學(xué)生開放?？梢杂糜趯W(xué)科競賽、畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等等，其使用時并無老師現(xiàn)場指導(dǎo)監(jiān)管，供學(xué)生課下使用，所以存在監(jiān)管不到位和一些未知的危險。與開放實驗設(shè)備存在類似問題的有，我院部分實驗室供其他學(xué)院老師和團(tuán)隊管理，存在各種各樣的問題。

以上存在的問題，比如儀器故障原因不明，儀器故障情況難以及時掌握，維修權(quán)責(zé)不清晰，外來人員和開放實驗室難以監(jiān)管等，通過傳統(tǒng)的EEP系統(tǒng)較難解決。

3.2　特殊實驗室設(shè)備實時監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

為了解決現(xiàn)有實驗室存在的一些通過普通ERP系統(tǒng)不好解決的問題，與企業(yè)合作，對于前述3類實驗室或設(shè)備，共同開發(fā)了一套特殊實驗室設(shè)備實時監(jiān)控系統(tǒng)。

下面以某貴重儀器為例，如圖12所示，介紹此系統(tǒng)構(gòu)成：

（1）安裝攝像頭，可以實時采集設(shè)備的信息，通過視頻推流到服務(wù)器，再轉(zhuǎn)發(fā)到管理員客戶端，以達(dá)到實時監(jiān)控的目的；

（2）在儀器上安裝一些安全監(jiān)測模塊，如果模塊監(jiān)測到異常，會通過串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)接口，向服務(wù)器發(fā)送對應(yīng)數(shù)據(jù)，管理員客戶端的EPR系統(tǒng)收到后可及時做出處理；

（3 通過串口協(xié)議的擬定，在ERP系統(tǒng)中的控制界面可以向此儀器發(fā)送控制信號，儀器收到后，執(zhí)行對應(yīng)操作。

網(wǎng)絡(luò)基于Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)，應(yīng)用層、表示層和會話層采用控制與信息協(xié)議CIP；傳輸層的視頻流部分采用UDP協(xié)議，保證視頻傳輸?shù)目焖傩?；信令部分采用TCP協(xié)議，保證信令傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，網(wǎng)絡(luò)層采用傳統(tǒng)的IP協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸層由以太網(wǎng)介質(zhì)訪問控制，物理層由以太網(wǎng)構(gòu)成。

CIP一方面提供實時通信，另一方面實現(xiàn)信息的對等傳輸，其控制部分用來實現(xiàn)實時通信，信息部分用來實現(xiàn)非實時的信息交換。

4　結(jié)語

我校機電學(xué)院實驗室和實驗設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜，存在分布方面集中和分散并存，專業(yè)管理人員和非專業(yè)人員并存，高利用率設(shè)備和低利用率設(shè)備并存，課內(nèi)使用和開放使用并存等特點，針對此設(shè)計了一套實驗室維修管理ERP系統(tǒng)，通過管理人員線下采集數(shù)據(jù)錄入ERP系統(tǒng)，從而進(jìn)行維修和管理，成本較為低廉。我校機電學(xué)院實驗室中，還存在一些特殊情況，比如貴重的儀器設(shè)備，高壓設(shè)備，開放實驗設(shè)備等，并不適合線下采集數(shù)據(jù)，對監(jiān)控和管理的實時性要求較高，針對此開發(fā)了一套特殊實驗室設(shè)備實時監(jiān)控系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)有攝像頭推流、異常檢測模塊以及應(yīng)用層的開發(fā)，可較好保證此類實驗室和儀器的安全性。

圖11：添加新設(shè)備界面

圖12：貴重儀器實時監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成圖