面向CSP- LED 生產(chǎn)線的Web 管理系統(tǒng)設計

唐 斌,范 恩*,李 響

(1.紹興文理學院 數(shù)理信息學院,浙江 紹興 312000；2.紹興文理學院 機械與電氣工程學院, 浙江 紹興 312000；3.武漢工程科技學院 信息工程學院,湖北 武漢 430299)

引言

隨著科技的不斷進步，制造業(yè)也逐漸向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化等方向發(fā)展[1]。CSP-LED 生產(chǎn)線相比傳統(tǒng)生產(chǎn)線，由于高速、高精度的生產(chǎn)特性，需要監(jiān)控的工藝指標較多、設備結構復雜，導致生產(chǎn)過程和操作管理上存在一定的難度[2-4]。為了提高生產(chǎn)線監(jiān)控的全面性、準確性，減少生產(chǎn)過程中由于質量缺陷帶來的損失，利用軟件、互聯(lián)網(wǎng)等技術搭建生產(chǎn)線管理系統(tǒng)逐漸成為一種趨勢。Web 管理系統(tǒng)通過特定的程序或軟件將生產(chǎn)線管理構成一個有機整體，使得生產(chǎn)線的相關控制、管理變得十分方便，從而提高生產(chǎn)效率[5]。因此，本研究面向高速高精度CSP-LED 生產(chǎn)線設計一個Web 管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的設計思想

針對設備監(jiān)控和生產(chǎn)過程，開發(fā)出一種面向CSP-LED 生產(chǎn)線的Web 管理系統(tǒng)。通過對生產(chǎn)過程相關數(shù)據(jù)的采集、處理，然后利用云數(shù)據(jù)庫存儲這些數(shù)據(jù)，開發(fā)Web 管理系統(tǒng)，最后通過將Web 系統(tǒng)與云數(shù)據(jù)庫的互聯(lián)，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的可視化及對生產(chǎn)問題的分析和處理。

2 系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)組成

Web 管理系統(tǒng)主要由兩個模塊組成：設備網(wǎng)絡和軟件管理系統(tǒng)。

2.1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)系統(tǒng)互聯(lián)、工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸、處理與交換的基礎，包括工廠內(nèi)部網(wǎng)絡化、數(shù)字化、智能化及其外部數(shù)據(jù)的交換和傳輸需求，構成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的整體架構?；贑SP-LED 生產(chǎn)線的Web 管理系統(tǒng)網(wǎng)絡架構主要分為三層：感知層、網(wǎng)絡層以及應用層。感知層：主要實現(xiàn)對物料等識別以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、處理、傳送等。在感知層，一般部署多種與生產(chǎn)設備相關的傳感器、執(zhí)行器和智能裝置等，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)線及產(chǎn)品的生產(chǎn)情況的感知、識別和處理。網(wǎng)絡層：主要根據(jù)生產(chǎn)車間的環(huán)境，搭建無線或有線網(wǎng)絡，實現(xiàn)生產(chǎn)設備的互聯(lián)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一般通過網(wǎng)絡互連、互通實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)在生產(chǎn)單元之間、生產(chǎn)系統(tǒng)與設備主體之間的無縫傳輸。應用層：主要通過Web 管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化，提供各類資源的服務化表述。它主要涉及Web 服務器（Apache）、數(shù)據(jù)庫服務器（MySQL）以及設備信息處理器，通過本地服務器和數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。

2.1.2 CSP-LED 軟件系統(tǒng)

CSP-LED 管理系統(tǒng)依托于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)流、軟件流、硬件流和信息流的交互，優(yōu)化生產(chǎn)過程中信息的傳遞，有效地管控產(chǎn)品的產(chǎn)量、產(chǎn)品的不良率以及智能設備的稼動率，使生產(chǎn)計劃、執(zhí)行、控制形成閉環(huán)，從而提升生產(chǎn)線智能化。如圖1 所示，生產(chǎn)線的架構主要可以分為三層：設備控制層、產(chǎn)線執(zhí)行層和產(chǎn)線管理層。

圖1 生產(chǎn)線架構

設備控制層：設備控制層需要對產(chǎn)品進行檢測，回傳數(shù)據(jù)信息。CSP-LED 生產(chǎn)線需要對生產(chǎn)設備進行監(jiān)控管理，如在線燈珠固晶機、在線電阻固晶機、在線回流焊、在線光學檢測機、在線封膠機、在線固化爐等設備。在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)設備都會產(chǎn)生大量與生產(chǎn)相關的數(shù)據(jù)，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫服務器，方便進一步處理。

產(chǎn)線執(zhí)行層：主要為產(chǎn)品數(shù)據(jù)可視化而開發(fā)，包括車間電子看板、生產(chǎn)線電子看板。根據(jù)設備控制層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，可以直觀獲取產(chǎn)品的生產(chǎn)計劃，各個生產(chǎn)線生產(chǎn)不同型號產(chǎn)品的完成量、合格量、合格率以及設備的稼動率。通過生產(chǎn)看板，有助于生產(chǎn)者或管理者更直觀了解生產(chǎn)詳情，方便根據(jù)生產(chǎn)情況改變生產(chǎn)計劃，對設備進行管理等。執(zhí)行層的所有決策都是在明確目標和確定的資源下做出的。通過直觀的數(shù)據(jù)表格可視化、圖像可視化可以方便決策者對生產(chǎn)進度進行精準執(zhí)行。

產(chǎn)線管理層：產(chǎn)線管理層通過對產(chǎn)品執(zhí)行層可視化看板進行操作管理。數(shù)據(jù)可視化需要對數(shù)據(jù)進行管理和可視化展示。Web 服務器根據(jù)生產(chǎn)線不同的生產(chǎn)情況進行設計，進而設計對應的數(shù)據(jù)庫?？蛻舳艘材軌驈腤eb 生產(chǎn)管理平臺獲取產(chǎn)品的生產(chǎn)詳情，對生產(chǎn)設備進行管理。

2.2 管理系統(tǒng)Web 端設計

管理系統(tǒng)Web 端的主要功能如下：(1) Web 服務器通過安裝Xampp 所涉及的服務器，將Web 管理系統(tǒng)網(wǎng)頁及相關資源都存放在Web 服務器；(2) 通過數(shù)據(jù)庫應用軟件設計數(shù)據(jù)表，從而方便數(shù)據(jù)庫開發(fā)者通過數(shù)據(jù)庫管理軟件統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)的插入、修改、檢索等操作；(3) 通過訪問Web 服務器可直接訪問或顯示服務器中的相關資源。

2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

根據(jù)生產(chǎn)車間和生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況，對生產(chǎn)線E-R 圖和生產(chǎn)設備E-R 圖進行設計。生產(chǎn)車間具有多個生產(chǎn)線，因此設計為車間對應多個生產(chǎn)線。每個生產(chǎn)線都對應有一個生產(chǎn)線標識ID，設置為數(shù)據(jù)表存的主鍵。生產(chǎn)線主要采集生產(chǎn)產(chǎn)品的詳情，包括產(chǎn)品型號、產(chǎn)品計劃生產(chǎn)數(shù)量、生產(chǎn)數(shù)量以及產(chǎn)品合格的數(shù)量等。

生產(chǎn)設備主要包括設備型號、設備狀態(tài)、設備溫度、濕度以及當前時間等屬性。其中，設備型號用于表數(shù)據(jù)，主鍵用于標識區(qū)別其他設備；設備狀態(tài)on、off、out 分別對應設備開啟狀態(tài)、關閉狀態(tài)以及故障狀態(tài)。

Web 生產(chǎn)管理系統(tǒng)采用MySQL 開發(fā)數(shù)據(jù)庫。其中，led_line 表用于存放生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，equipment_status存放設備狀態(tài)情況，equipment001_details 用于存放001 設備的溫度、濕度、時間等信息。實際中，需要為每臺設備均需設計一張表。

這里，稼動率指設備在所能提供的時間內(nèi)，為創(chuàng)造價值而占用的時間所占的比重，即產(chǎn)品完成率=完成數(shù)/計劃生產(chǎn)，產(chǎn)品合格率=合格數(shù)/完成數(shù)，產(chǎn)線稼動率=有效時間/總時間。

3 系統(tǒng)測試

3.1 數(shù)據(jù)庫測試

下面測試數(shù)據(jù)庫，具體操作如下。

首先，通過Apache 服務器以及MySQL 數(shù)據(jù)庫，運行數(shù)據(jù)庫連接代碼。

然后，可以直接通過第三方數(shù)據(jù)庫管理軟件Navicat 查看數(shù)據(jù)庫。

根據(jù)上述連接的數(shù)據(jù)庫，查看可視化數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，可以修改SQL 語句，將數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)庫，這里采用PHP 語言實現(xiàn)：

連接數(shù)據(jù)庫后，可以將數(shù)據(jù)進行表格顯示或者圖像顯示等。針對多個設備傳入的大量數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)實時會發(fā)生變化。此時，應該對頁面進行定時刷新，達到頁面實時顯示的功能。

3.2 Web 頁面測試

3.2.1 Web 系統(tǒng)頁面

如圖2 所示，Web 系統(tǒng)頁面主要顯示產(chǎn)品工單、產(chǎn)品型號和生產(chǎn)數(shù)量，中間部分采用css、js 美化和動態(tài)顯示燈帶1、燈帶2 完成數(shù)量和未完成數(shù)量的圓環(huán)占比關系，右邊通過柱狀圖顯示各產(chǎn)線的完成數(shù)量關系。根據(jù)數(shù)據(jù)庫表中數(shù)據(jù)對生產(chǎn)線各個生產(chǎn)指標進行具體表示，使網(wǎng)頁可視化展現(xiàn)的數(shù)據(jù)更具有準確性、精準性。

圖2 Web 系統(tǒng)頁面

Web 系統(tǒng)可視化頁面主要顯示生產(chǎn)線Line001-Line007 等七個生產(chǎn)線的設備數(shù)、生產(chǎn)線計劃生產(chǎn)量、完成數(shù)量、完成率、產(chǎn)線稼動率、產(chǎn)品合格數(shù)以及工作狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)可以在數(shù)據(jù)庫中以表格的形式顯示，頁面還會將各生產(chǎn)線產(chǎn)品型號歸總一起。此外，可以將數(shù)據(jù)以柱狀圖顯示來高效、直觀了解各生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況。

3.2.2 各產(chǎn)線稼動率

生產(chǎn)線稼動率是生產(chǎn)線在投入工作時間內(nèi)的實際工作時間。生產(chǎn)線稼動率高說明生產(chǎn)線上各設備的有效工作時間長；反之，生產(chǎn)線稼動率低一般是因為各設備在使用過程中出現(xiàn)故障而需要時間維修，導致工作效率低。因此，生產(chǎn)線的稼動率可視化可以方便管理者實時了解生產(chǎn)線的工作情況，便于調整產(chǎn)線、更換設備等。具體代碼如下所示：

3.2.3 生產(chǎn)線設備溫度變化

由于實際生產(chǎn)過程中，設備工作時會因電子器件產(chǎn)生的熱量和環(huán)境熱量影響其工作效能，甚至會對機器造成不可修復的破壞。因此，需要對設備進行實時溫度監(jiān)測和設備管理，這對調整生產(chǎn)線的相關參數(shù)十分重要。

4 結論

本研究設計了一種面向CSP-LED 生產(chǎn)線的Web管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括Web 網(wǎng)頁設計和后端數(shù)據(jù)，能夠實現(xiàn)CSP-LED 生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的Web 可視化。在后續(xù)工作中，我們也將對系統(tǒng)功能進一步完善：（1） 進一步完善數(shù)據(jù)庫中圖表，保證其中數(shù)據(jù)的完整性，以便于應對更為復雜的生產(chǎn)線情況，且對數(shù)據(jù)的格式大小等可靠性限制，實現(xiàn)遠程的訪問與管理；（2） 進一步開發(fā)Android 手機端頁面可視化，提供遠程監(jiān)控和可視化管理。