基于Web 的车间实时监控管理系统设计与实现

张 超，仲梁维，陈彩凤

(上海理工大学 机械工程学院，上海 200093)

在全球化竞争和产品利益日益减少的时代背景下，企业的核心竞争力就体现在如何利用有限的企业资源和信息技术，最大程度地缩短产品生命周期，充分发挥企业间的协同作用和实现信息共享［1］。

本系统以企业实际需求为背景，采用规范化的工艺编制，以加工工序为最小加工单元，利用工时定额为优势，使工艺流程更简明易懂并且有据可依，同时坚持优化生产过程的流程操作的原则，实现以工票为主导，利用系统实时反馈工票流转状态来更灵活地制定生产计划、进行产品追踪以及质检、工时统计以及生产记录报表［2］。更大程度地增强了企业级车间管理的信息资源共享，人力和物力资源的充分利用，不仅使生产制造部门的生产过程管理体系更加完善，生产作业流程更加规范，同时还加强车间控制力度，实现产品生产进度的实时跟踪和产品质量的提升。

1 Web 技术介绍

Web 技术，即Web Technology(客户端和服务器端)结构，这种结构主要是通过WWW 浏览器来实现，客户端主要实现展现信息内容，服务器端则是主要负责事务逻辑处理，进而与数据库进行数据处理交互，形成所谓3 层结构:客户—服务器—数据库体系［3］。如图1 所示，在3 层体系结构中，客户端接受用户的HTTP请求后，会向Web 服务器发送请求;Web 服务器会与数据库服务器进行交互，数据库会反馈数据，将数据送回Web 服务器，服务器端将数据转化成浏览器能够接收的形式(HTML)，送回发出请求的Web 浏览器，完成一个完整的请求—传递—反馈—传递—接受的数据闭合回路。从而大幅简化客户端电脑载荷，客户端只需通过浏览器查看界面和提交请求，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，系统升级时只需更新服务器端的软件即可，降低了用户开发和维护成本。

图1 Web 结构模型

2 系统设计

2.1 系统技术支持

车间实时监控管理系统采用Web 构架模式开发，基于Browser(浏览器)、Server(服务器)和Database(数据库)3 层体系结构的合理设计，可多线程对数据库进行高效操作，大幅提高了系统的易用性和可维护性。系统运行在Web 服务器上，可使用Web 浏览器访问，采用Apache Tomcat 7.0 配置，系统后台采用Java 作为基础编程语言，Myeclipse 8.5 作为开发工具，系统前台采用jsp、EasyUI 和JavaScript 语言进行前台界面编写，使用 Lodop 6.0 Web 打印控件，同时结合 SSH(Struts2.0，Spring3.0，Hibernate3.0)3 大主流框架进行系统开发设计［4］。

2.2 系统功能设计

车间管理系统是产品生产过程中的核心部分。车间管理系统的功能结构如图2 所示。

图2 实时监控车间管理功能结构图

该系统主要包括工票打印模块、质量检验模块、工票统计输入模块、查询与报表模块以及系统信息综合管理模块。

工票打印模块可根据生产任务、车间在生产情况以及实际生产力合理制定生产计划并进行开票排产。工艺定额开票可以根据不同的生产要求开出不同类型的工票，包括按工序打印开票、按工段打印开票、按零件打印开票、按工作令打印开票和按工作令打印所有工段开票;其他辅助开票方式可以解决生产过程中遇到的突发问题如:工票丢失、工时月结、增补工时等，自动化智能开票代替手写模式，大幅提供了开票速度和准确度。

图3 工艺定额打印工票界面

质量检验模块主要负责记录车间生产过程中各个工序的质量检验信息，主要包括:质量检验和质量检验编辑功能，质量检验可以直观地显示工票信息、质检员信息、工序工段合格数、不合格数以及具体发生工废或者料废的原因，有效地解决了质量追踪难问题。

工时统计输入模块主要负责质检完成后的工时统计内容，主要包括工时统计和统计再编辑功能。经过质检后的工票会自动加载到工时统计界面，有效解决了工时统计繁琐问题。

查询和报表模块主要负责记录车间生产过程中所有工票的内容及其状态，具体功能主要包括:已打印工票查询、在生产工票查询、已完成工票、生产记录查询以上工票查询均能根据不同查询条件导出相应的Excel报表，操作人员可按照要求生成生产记录月报表，大幅减少了车间工作人员的工作任务，同时提高了准确性。

图4 查询和报表模块报表导出界面

系统用户信息管理模块包括:用户信息管理、员工信息管理、分厂信息管理、修改个人密码、员工考勤信息、补贴人员信息管理和设备准备工时基准数。主要用于系统用户的维护，包括添加、删除、修改及查看，对不同的用户分配不同角色，不同的角色分配不同的权限以及系统生产过程中基本参数的增加、设定、修改和查看以及员工考勤信息等［5］。

2.3 数据库设计

系统数据库采用SQL Server 2008 R2 数据库，系统数据库名称为db_ManagementSystem，主要运用E－R模型建立概念模型，然后将概念模型转化成关系模型的规范化设计方法［6］。大幅减少了数据冗余和更新异常，数据库结构中包含22 张表。通过调整数据结构设计、调整程序结构设计以及服务器内存分配来进一步优化数据库来提高访问速度。

2.4 用户权限分析

为提高车间管理系统的统一用户管理水平，结合车间生产过程中的实际业务需要，根据明确相关人员的职能分配相应的系统权限十分重要。对于系统管理员来说，用权限矩阵表来清晰地表示其的权限。根据系统功能结构图，权限矩阵表中采用树形结构编码方式，编码之中前后码位之间有主次关系，后面码位的确定都由前一个码位确定［7］。用户权限矩阵表如图5所示。

2.5 系统业务流程

本系统基于车间实际工作流程，致力于缩短产品的生命周期。基于工时定额，在车间生产过程中的各种业务数据在系统内自动加载计算，只需操作人员按业务流程进行即可，无需核对信息，系统会对操作人员不规范操作有相应的提示和自动报错功能，确保了输入信息的正确性［8］。使用这种简洁人性化的操作管理模式，大幅提高了车间生产效率，同时还降低对操作人员的专业素质培训。

车间管理系统不是简单的业务流程的叠加，而是一个复杂的需要不同部门之间相互沟通、协作、通过实时信息共享来共同完成的生产管理活动［9］。所以实时监控车间管理系统不仅提供了管理模式上的技术支持，同时解决了各部门之间的业务协同的问题。通过运用实时监控，协同管理模式处理车间管理业务，将生产过程中的业务需求按照流程经过不同部门有序地处理，实现了企业部门之间信息实时共享，从而提升了生产效率，缩短了产品生命周期。系统各模块在工作进度中可被实时监控、协同车间管理系统调用处理不同的任务，各模块间可根据业务的实际需要进行调整和优化［10］。

图6 系统业务流程图

3 系统测试

系统测试是针对整个系统功能进行的测试，目的就是验证系统的具体功能是否满足了企业的需求，找出与需求规定不符合或矛盾的位置［11］。此外，还需检验系统的相关文档等是否完整、有效，并且测试用例的设计应基于需求分析说明书为依据，需在实际使用环境中运行测试［3］。具体包括美观性测试、功能测试、稳定性测试、性能测试、健壮性测试以及安全性测试等。本系统先采用黑盒测试技术对车间管理管理系统进行了功能测试，其次采用白盒测试技术对数据流进行二次验证，最后对各模块集成的所有业务流程进行了测试。经过对车间管理系统的多次测试和完善，已满足企业的使用需求并已投入使用。

表1 功能测试表(黑盒测试)

表2 数据流测试表(白盒测试)

4 结束语

对于企业来说，车间管理是生产制造重要环节，完善的车间管理系统是企业赢得市场提高竞争力的坚强后盾。本文结合制造企业的实际车间管理实例，设计并开发了基于工时定额和Web 架构的实时监控车间管理系统，具有快速进行排产、实时监控生产进度以及追踪质量情况等功能，对突发情况能够快速地做出合理有效的处理，大幅降低了车间工作人员的工作量，使产品生命周期缩短，并降低了人工成本，提升了企业竞争力。

［1］ 王安川.浅析制造型企业生产车间现场管理［J］.企业改革与管理，2014(10):16－17.

［2］ 陆远，Shahid Ikramullah Butt.工时定额动态参数建模及可视化研究［J］.系统仿真学报，2008(S1):330－333.

［3］ 陈永平，丁茹，郝永平.基于Web 的车间管理系统的集成与实现［J］.成组技术与生产现代化，2014(1):1－6.

［4］ 张勋.机械加工车间工时管理信息系统的分析与设计［J］.机电信息，2013(6):115－116.

［5］ 刘晓冰，刘彩燕，马跃，等.基于制造执行系统的动态质量控制系统研究［J］.计算机集成制造系统，2005(1):133－137.

［6］ 王学慧.基于SQL Server 的数据库应用系统性能优化研究［J］.电子科学技术，2015(1):95－99.

［7］ 詹伟.ERP 系统权限管理的研究与应用［J］.电力信息化，2010(3):62－64.

［8］ 孙亚红.基于Windows 平台的分布式实时仿真系统［J］.电子科技，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，胡罗克，周邦，等.基于无线射频识别技术的车间在制品物流状态分析［J］.计算机集成制造系统，2014(1):45－54.

［11］宋丽华，黄琼华，王洪宝，等.信息系统测试监理要点分析研究［J］.信息技术与信息化，2012(3):54－56，61.