基于LAN的纺织厂生产管理与统计分析系统

邵景峰， 李永刚， 任克俭， 党金房， 李 敏， 秦兰双

(1.西安工程大学电子信息学院， 陕西 西安 710048； 2.嘉兴学院数学与信息工程学院， 浙江 嘉兴 314001; 3.陕西风轮纺织股份有限公司生产技术部， 陕西 咸阳 712000)

0 前 言

推行纺织企业综合管理信息化，构建企业内部网络，打造企业信息平台，逐步实现企业生产管理与统计分析工作中的信息化、网络化，是现代纺织厂提升企业核心竞争力的重大战略决策[1]，而这些决策的提出，是在全面规划的基础上有步骤地逐步实施，使信息化建设与强化企业基础管理相结合，使信息化建设与引进先进的管理理念相结合为切入点的，并以重视人员的素质培养和提高为主要目的[2].然而，由于棉纺织企业属劳动密集型、微利性行业，其行业特点和企业效益严重制约了棉纺织企业的快速发展，致使大部分企业的生产管理与统计分析工作仍处于传统的人工手工管理方式，其工作效率低下、生产管理工作费人费时，同时生产管理数据的正确性和实时性难以保证，生产统计数据过于分散，无法集中和统一，往往使很多信息处于孤立状态，并使企业、车间之间无法共享共用，不能为厂级生产管理者提供及时、准确、可靠的生产管理与统计分析的数据依据，这种管理方式不利于企业的发展和管理，因此，要保证纺织企业的快速发展，缩小与国际同行业的差距，从根本上获得企业的最大利润，必须改变原有的人工手工管理的生产方式，采用先进的信息技术管理手段[3]，促使纺织行业的健康、快速、和谐发展.

为此，本文借助企业内部局域网，开发了一个基于局域网(LAN)的生产管理与统计分析系统，该系统在结构上处于厂级ERP系统与底层各个生产车间、部门的监控系统及信息管理系统之间，实现了企业业务管理数据的有效整合，同时实现了生产管理数据在局域网内的共享共用，推进了企业信息化的建设，提高了工作效率，降低了企业的劳动力成本，增强了企业的核心竞争力.

1 系统设计方案

图1 系统的结构组织模型

针对纺织厂生产管理与统计分析工作流程的复杂性，在原有DOS信息系统功能的基础上，充分考虑本系统与厂级信息管理系统、监控系统、工艺管理系统以及ERP系统的有效集成和功能扩展，并融入先进的现代管理理念，使面向纺织厂的生产管理系统更具有“管理和决策”的功能，为整个纺织厂的产量、质量、纱织疵、台账、品种、设备利用率、用户信息等数据的管理提供基础服务，并进行生产管理与统计分析，进而构建一个具有自主知识产权的生产管理与统计分析的信息管理平台，实现生产数据的共用共享[4].从管理的角度考虑，本系统体系框架的设计是基于前期的系统体系结构，首先将整个系统分为3层，其中上层为企业级的ERP系统；中间层为生产管理与统计分析层，即本系统，其数据来源于各个车间、部门的数据库管理系统、监控系统以及企业的ERP系统，通过这些基础数据，在本系统的数据库管理系统中建立数据仓库，进行整个纺织厂的生产管理与统计分析，并结合厂级生产管理者对各个车间、部门制定的生产管理指标，利用模糊控制理论和专家系统[5]对数据统计结果进行评估和分析，借助生产决策功能，去除一些影响生产过程的不合理因素，使统计分析评估值形成最终的生产决策分析值，为厂级生产管理者提供比较真实、可靠的生产决策数据依据；而下层为各个生产车间的监控系统、信息管理系统以及工艺管理系统.整个系统的结构组织模型如图1所示.

2 技术难点

2.1 系统数据的整合

由于纺织厂的品种、生产管理计划以及生产管理指标等原始数据来源于各个生产车间及部门，其中产量数据、质量数据按照时间划分可分为实时数据、历史数据，按系统功能划分可分为系统参数、生产数据、管理数据等，因此如何将这些数据进行合理的划分和归类，实现生产管理数据的统一化，为构建信息共用共享的管理平台提供基础数据，以确保系统数据库中数据的正确性和一致性，将成为系统开发的一个难点.

2.2 数据库表结构的统一

由于纺织厂每个车间的生产工序较多，而每个工序对应的生产数据、品种之间界限划分规则大相径庭，加之生产品种众多，每道工序间分工复杂，使得数据库的设计具有一定的复杂性，同时关键问题在于目前纺织厂在信息化管理方面自成体系，还没有一个统一的标准，要设计一个能在各大纺织厂通用的数据库结构相对而言比较困难，因为每个纺织厂在生产管理、系统构建、发展思想、生产工作流程方面没有一个规范的标准，使得系统数据库的表结构无法统一，同一条数据在不同的车间、不同的纺织厂无法继承，致使生产数据之间无法衔接，这又是系统数据库设计过程中的一个难点.

3 总体设计

通过纺织厂生产管理与统计分析工作流程的分析，其业务数据均以品种信息为主轴，贯穿于每个工序和任务中以及各个生产车间的每道工序中，并在地域上具有一定的分布性.因此，要构建既通用又具有特殊性的系统结构模型，实现系统数据的统一化和集中式管理，则必须对生产管理工作流程进行规范化处理和优化，设计一种多智能的系统结构，使系统中的所有数据以品种信息为中心，实现品种工艺数据、生产数据、业务管理数据等相互间的有机整合，并采用功能和数据复制型冗余策略达到系统数据的集中式管理[6].

3.1 数据整合策略

由于纺织厂的生产车间具有多车间、多品种、多工序的特点，导致在整个生产制造执行过程中生产数据不完整、表达形式多样化、数据规范性较差等，加之纺织行业在信息化建设方面没有一个统一的标准，使来源于不同车间、部门的生产数据缺乏一定的行业规范性，当整合所有数据时必须对所有数据进行规范性处理，然后进行一致性校验，因为当整合到一起作为数据源时，必然有记录的缺失或字段的残缺，从而导致数据不完整，这给系统数据库的数据带来很大的困难，并且当不完整的数据占整个数据集超过一定的比例时会严重影响数据结果的准确性[7]，同时纺织厂的每个车间为了方便管理，在对机台进行编号时，不同的车间采用同一个编号，有的采用英制名称，有的采用公制名称，同一个品种可能存在不同的品种编号，其编码的规则也存在很大的差异，因此在检索每个车间或部门的生产数据时，首先对所有数据重新进行品种编码，统一对数据进行规范和转换.

图2 品种编码整合后的界面

为此，根据厂级为每个部门、车间制定的品种信息的月计划、日计划，首先对品种信息进行统一编号，使每个品种编号在整个生产过程中唯一且通用，再对车间、部门的当日、当班的生产数据按品种进行查询、统计以及分析，同时将生产过程与管理过程中出现的异常生产数据按品种编号及时进行反馈，使车间领导及时做出决策，进行生产过程的调度，并在月初对品种生产计划进行修正.为此，采取的整合策略是：(1)首先将所有生产数据信息按数据来源(车间或部门)进行分类，形成主类A，然后在每个类中对每条数据按日期分类，形成二次分类B，再在二次分类的基础上按班次进行分类，形成类C；(2)在类C中，对品种编号进行排序，并提取品种编码，使其形成类D，再按品种信息是否可用标志进行细化，形成类E，最后对这些类进行逐次组合，形成比较通用的品种编码F，即F=A+B+C+D+E+序号，有效地保证了系统数据库中所有品种数据的唯一性，其具体的系统界面如图2所示.

这样，按照分级管理的方式所构造的品种编码规则为：“车间(部门)编号(id)(6位)+日期编码(dateid)(6位)+班次编码(shiftid)(2位)+所属部门品种编码(WorkAssortid)(6位)+是否可用标志(flag)(1位)+分品种序号(6位)”.以品种编码值“01zhbu090625020000040000617”为例，其值为01zhbu+090625+02+000004+0+000617的组合，其中“01”表示织布车间的编号，“zhbu”表示织布车间，“090625”表示“2009年6月25日”，“02”表示中班，“000004”中的“4”表示品种名称为“JC 6060 9088 64”细布(有)在原系统中的品种编号，“0”表示“可用”，若此时的“0”为“1”，则表示该品种已下机，表示不可用，“000617”表示该品种在生产管理与统计分析系统中的新品种编号，其在品种信息表中的序号为“617”.

3.2 数据处理

数据处理的目的是在整合整个系统数据之前，对目标数据库数据表中不完整的、不规范的信息进行统一化处理，并进行合理的补充，尽量使所有信息完整以有利于数据的检索，同时使所有数据具有既统一又具有特殊性的编码，满足上级部门生产管理的需要，又能满足各个车间的生产制造执行的需要，为构建生产数据信息在局域网内共享共用的信息平台提供技术支持.

本系统采取的数据处理方法主要有3种，即数据补充、数据异常处理和数据合并，其中数据补充主要是对检索到的源数据进行归一化处理，其原则是首先将原始数据读入到目标数据表中，然后通过目标数据表的主子表关系检索目标数据所需的数据信息，其次对其不完整的数据进行补充，按照生产管理与统计分析系统的具体设计要求进行数据统一编码，根据相应的计算公式计算数据结果对品种数据信息进行修改和更新，最后将这些补充完整的源数据导入到相应的临时数据表中，进行临时性存储，以方便临时数据的查询和统计.数据异常处理主要是针对源数据表中的一些需产、手工录入数据以及数据补充阶段出现的异常数据进行标记，然后对检索到的数据集进行标记处理，将标记数据进行数据合法性校验，若合法，根据系统设定的最大值和最小值数据范围，利用均值法对异常数据进行处理，并去除一定百分比的不合理数据，使其接近实际数据值，以满足生产管理的需求；若不合法，则提示具体的错误信息.通常，所采用的数据处理过程包括填补遗漏的数据值、平均数据、除去异常值等.数据合并则是对上述两阶段形成的正确数据进行整合，按照编码规则对临时数据表中的数据进行合并，形成一个完整的数据集，然后，将这些数据导入历史数据表中进行永久性存储，为日后的数据报表的统计、查询提供基础数据.

3.3 主-子表结构的设计

纺织厂是一个多车间、车间地理位置分布不规则且多品种、多工序的企业，在生产管理方式方面自成体系，至今还没有形成一个统一的行业标准，而且这些特点随着生产管理的不断发展会逐渐细化，从而为纺织厂生产管理信息化的建设带来了较大的困难.例如，当初车间为了方便管理，给机台编号时不同的机型采取了相同的机台编号，给工序中的品种编号时也采取简单的编码规则等，这些都给后期的系统数据整合和系统数据库逻辑结构的设计带来了不便，因为若在机台信息表中以原有的机台编号为主键，则机台编号会在机台信息表中重复，违反了主键的唯一性，若以其他字段组合作为主键，则会降低系统的检索效率，同样在品种信息表的设计过程中也存在此问题.

图3 品种信息表的结构

为此，在构建面向整个纺织厂的生产管理与统计分析系统之前，需对这些诸如机台信息表、品种信息表、车间信息表、质量信息表、台账数据表、疵点信息表等一些比较重要的信息中的数据进行处理，使其在信息表中按日期班次顺序唯一存在，即当日当班每个品种对应的生产数据是唯一的，故采取临时表和“主-子表结构”相结合的设计方法[8]，首先通过外部数据接口，在相应的车间、部门的监控系统、信息管理系统等数据库中查找存储所需数据的数据信息表，然后在其中检索所选日期、班次对应的源数据，再将检索到的数据集按品种名称顺序存储在目标系统数据库中预先设计好的临时信息表中，将其认定为目标数据库的子表，在其中存储源数据的主要信息，最后对所有临时表中的数据按来源车间、部门进行分类，从中提取品种编号、品种名称或号数、车间信息、日期、班次以及产量等基本信息，按照3.1的数据整合策略对每条数据进行编码，唯一存储在主表中，这样，主-子表间呈树状结构.现以品种信息表为例，其结果如图3所示.

3.4 系统安全性设计

图4 RBAC96模型的结构图

在局域网环境下，为了满足多用户的并发操作，系统数据库的安全性也成为系统设计过程中的一个重点.为此，借助基于角色的访问控制RBAC ( role-based access control) 96模型[9]，如图4所示，对系统数据库的安全性进行了详细设计，根据用户在系统中所担当的角色不同，将其细化，同时为了提高系统的高可靠性，将权限和角色分离，以满足用户的不同需要.

RBAC 在权限配置中引入了角色的概念，将用户和权限联系起来，有效地克服了传统访问控制技术中存在的不足之处，减少了授权管理的复杂性，降低了管理开销，是近年来安全访问控制领域的研究热点.基于此，美国George Mason 大学Ravi Sandhu 提出的RBAC96 及其后续的理论和模型更具有代表性[10].

图5 基于扩展角色的权限管理模型

在系统安全性设计过程中，按照系统的业务需求和管理功能，将角色分为厂级和车间级两个级别，其中厂级包括厂级生产管理者、系统管理员，而车间级包括部门(车间)、部门(车间)负责人、轮班、普通人员.通过角色的细化可定义出各种不同的角色，使每个角色之间具有不同级别的系统访问权限，并根据用户在系统中所承担的责任不同，再将其分配到不同的角色中，使用户和系统功能权限通过角色相关联，形成两种方式，即权限与角色相关联，角色与用户关联，从而实现了用户与访问权限的灵活对应关系.这在理论上是完全可行的，但是在实际管理过程中并不能取得良好的效果，因为纺织厂是一个人事关系变动相对比较快的企业，加之系统用户众多，系统操作功能相对集中等特点，导致系统用户角色的变换频率较高，系统权限的管理难度相对较大，为此在系统角色的分配上，根据RBAC96模型理论，采取了一种基于扩展角色的权限管理模型[11]，将每个用户根据所属部门或车间进行归类，使每个部门(车间)在系统中所担当的角色不同，特别是对一个用户所属多个部门，每个部门拥有多种用户角色的情形，在用户角色分配时首先应考虑所属关系，这样，用户和部门(车间)之间是一种多对多关系(m：n)，然后将所有职能单位进行分类，并冠以所属关系与其角色相连，形成系统管理员、管理部门、车间、普通用户角色，相互之间也形成多对多的关系(m：n)，将他们作为中间媒介把用户集合和角色集合联系起来，如图5所示，使用户通过部门角色间接地访问系统资源.最后，为每个用户分配权限时，将其归类到所在部门的角色，系统会自动分配给用户某一部门(车间)的某一角色对应的权限集合，只需要完成对角色的管理，即可实现对用户权限的管理.同时，当一组用户的权限改变时，只需要编辑与之相应的角色或者重新分配适当的角色即可.当新增一组具有一定权限的用户时，只需新增一个拥有这些权限的角色，并将此角色委派给该组用户即可.如果原岗位的操作权限需要更改，也只需简单地修改对应角色的权限，而不必修改该业务岗位上每一位用户的权限，方便了数据库管理员的系统用户和权限管理.因此，根据每个用户不同业务需求，赋予他们不同的角色，满足他们不同的访问要求，同时又保证了不同区域的网络数据安全，提高了数据访问的安全性.

4 实际应用与分析

自生产管理与统计分析系统在陕西某纺织有限公司的信息中心成功投入使用以来，主要管理功能满足了整个纺织厂产量、质量、台账、品种信息、设备利用率以及纱织疵等数据的管理和统计分析需要，大大提高了企业的工作效率，降低了劳动力成本，增加了企业利润，取得了良好的使用效果，赢得了用户好评.

系统的优点主要体现在以下两点：

(1)在系统的实现过程中，借助面向对象的程序设计方法，使所有数据以品种信息为中心，实现品种工艺数据、生产数据、业务管理数据等相互间的有机整合，并采用功能和数据复制型冗余策略，达到了系统数据的集中式管理，使一道工序对应多种任务，一个任务又对应多种品种信息，而每个品种信息又包括多道工序，相互之间在保持相互独立特性的基础上又相互协调，实现了系统数据的统一化和集中式管理.

(2)权限管理的角色扩展.根据RBAC96模型理论，采取了一种基于扩展角色的权限管理模型，将每个用户根据所属部门或车间进行归类，使每个部门(车间)在系统中所担当的角色不同，并按照系统的业务需求和管理功能将角色分为厂级和车间级两个级别，其中厂级包括厂级生产管理者、系统管理员、车间、部门，而车间级包括部门(车间)、部门(车间)负责人、轮班、普通人员，通过角色的细化可定义出各种不同的角色，使每个角色之间具有不同级别的系统访问权限，并根据用户在系统中所承担的责任不同，再将其分配到不同的角色中，使用户和系统功能权限通过角色相关联形成两种方式，即权限与角色相关联，角色与用户关联，从而实现了用户与访问权限的灵活对应关系.

5 结束语

在局域网环境下，通过数据整合策略和主子表结构的设计方法，对纺织厂的生产管理与统计分析工作的业务流程进行了深入分析，使所有在地域上具有分布性的业务数据均以品种信息为主轴，贯穿于每个工序和任务中以及各个生产车间的每道工序中，并通过数据处理功能，对系统数据库中的所有数据进行了预处理，使历史数据表中的所有数据更加合理化、有序化，有利于提高系统数据库中数据的检索效率，满足多客户端多用户的并发操作，保证系统数据的稳定性和实时性.该系统成功使用以后，为构建生产管理数据在局域网内共享共用的信息平台提供了技术支持，并促进了生产管理与统计分析工作的网络化.

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