发电企业生产系统的组件化设计

佘俊 黄嘉东 钟保强 钟建栩 朱珠

摘 要： 目前大多数发电企业生产系统实现成本较高，经济性不强，不利于推广使用，为此提出一种发电企业生产系统的组件化设计。首先确定生产系统模块，研究生产系统的需求，在此基础上，分析生产系统的设计原则，完成生产系统总体设计，确定发电企业生产系统的结构层次。为完成生产系统组件化设计，对生产系统组件化设计的相关技术理论和基本概念进行分析，主要包括B/S体系构架、流程分层建模技术、生产系统流程动态装配技术、数据集技术，从而实现发电企业生产系统设计。实验结果证明，所提方法能够有效提高生产系统的运行速度，降低运行能耗，从而提高发电企业的生产效率，推动了发电企业生产系统的设计实现。

关键词： 发电企业; 生产系统; B/S体系构架; 流程分层; 动态装配; 组件化设计

中图分类号： TN99?34; TP311 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）09?0165?05

Abstract： The production system of power generation enterprises based on the previously?designed methods has high implementation cost， weak economy efficiency， and is not conducive to the promotion， therefore a componentized design for production system of power generation enterprises is proposed. The module of the production system is determined. The demand of production system is studied. On these basis， the design principle of the production system is analyzed to accomplish the overall design of the production system， and determine the structure hierarchy of the power generation enterprise production system. In order to realize the componentized design of the production system， the technologies （B/S system architecture， process hierarchical modeling technology， dynamic assembly technology of production system process， data set technology） of the production system componentized design are analyzed to realize the production system design of power generation enterprises. The experimental results show that the proposed method can effectively improve the running speed of the production system and reduce the running energy consumption， which can improve the production efficiency of the power generation enterprise， and promote the design implementation of the power generation enterprise production system.

Keywords： power generation enterprise; production system; B/S architecture; process hierarchy; dynamic assembly; componentized design

0 引 言

在如今經济建设和社会急速发展的时代，电力的需求量也日趋增加，同时也出现了供需偏紧、结构性矛盾突出等问题。国家为保障供电需求平衡，制定了特高压智能电网建设等目标[1]。由于电力市场竞争激烈[2]，发电企业生产系统成为发电企业促发展的巨大推动力，是提高发电企业供电量的重要手段[3]。但目前大多数生产系统都是基于.NET设计实现的[4]。首先基于软件工程的设计理念，从发电企业实际工作出发，对生产系统需求、系统结构、功能模块以及数据等进行设计，在此基础上，将该生产系统按角色划分为管理员、员工、客户三个模块，用ASP.NET进行编程，以Microsoft Visual Studio.NET为平台，采用B/S架构进行数据访问操作。这种方法成为现在发电企业生产系统的主要设计方法[5?6]。

文献[7]提出一种生产系统设计方法，利用.NET计算机技术构建了基于B/S架构的企业生产管理Web系统。以HSE管理体系为该系统核心，实现统一的发电信息管理及报表工具、信息共享、HSE资料电子归档、数据统计分析、个人安全档案管理等功能。但这种方法运行成本较高，难以被推广使用。文献[8]提出的生产系统设计方法针对目前发电企业输电过程中的粗放式管理现状，将处理后的数据返回生产系统，调节生产系统性能，实现生产系统设计，但这种方法系统运行过程复杂，不利于后续维护工作的开展。文献[9]提出一种基于信息自采集的生产系统设计方法，利用升级PLC和加装PLC的方式对生产数据进行采集和处理，使得整个控制系统具有生产管理、数据采集处理、现场监控、系统配置管理和人机系统等功能。但这种方法应用过程较为复杂，不利于推广使用。

针对上述问题，本文提出一种发电企业生产系统组件化设计方法，从发电企业生产系统组件化设计目的出发，研究生产系统需求，分析生产系统设计原则，确定发电企业生产系统工作流程，并对系统结构进行分析，从而完成系统总体设计。在此基础上，分析完成系统设计的主要技术，包括B/S体系构架、流程分层建模技术、生产系统流程动态装配技术、数据集技术，实现发电企业生产系统设计。实验结果证明，本文方法能够有效提高生产系统运行效率，为该领域的研究发展创造了条件。

1 发电企业生产系统的组件化设计

1.1 系统组件化设计的需求分析

发电企业生产系统通过采用信息化的手段管理发电企业的生产过程，主要对发电企业电流产生计划、发电原材料、电流输送情况和电流产生设备进行管理，通过对生产信息进行监控和分析，为发电企业的决策者提供实时准确的生产数据，从而提高生产发电企业的效率。总体来说，系统的研究目的主要包括以下几个方面：

1） 对企业内部的发电计划进行管理。做好发电计划是发电企业的根本。系统需要科学有效地管理企业内部的发电计划，并保证发电计划能够顺利实施。

2） 对发电企业的发电材料进行管理。发电企业在发电过程中，需要使用原材料，而原材料的数量要与当前生产计划的要求相符合。库存中的原材料過多会加大库存开支，过小会影响企业的正常生产。

3） 对发电企业的发电设备进行管理。发电设备是发电企业的基础，设备的好坏与企业能否正常发电存在直接关系。对发电设备进行管理，并定期对发电设备进行维护和修理，从而保证发电设备的正常运行。

对于发电企业生产系统，首先需要满足的功能性需求主要有以下几点：

1） 系统管理：系统管理人员通过设置发电企业部门情况和人员情况，设定系统的用户，以及对系统数据的管理，完成发电企业内部信息的设置。

2） 产品管理：生产系统通过对发电企业的发电原材料、电源产生周期等电源信息进行管理，并实现对电源信息的编辑。

3） 合同管理：统一管理发电企业在发电过程中所用的合同，因此，生产系统需要实现合同信息的录入、编辑、归档以及查询，并可以显示合同的执行情况。

4） 发电计划管理：发电企业在发电前，需要制定详细的发电计划，生产系统需要对发电企业的发电计划进行管理，实现对发电计划的增加、编辑和规定等功能，并实现对发电原材料的需要量和需求时间的计算。

5） 库存管理：生产系统在对库存原材料使用情况进行管理的过程中，需要系统实现对原材料出入库信息的录入和查询、原材料转存的管理、原材料数量上限下限的设定等功能。

6） 输电管理：发电企业生产系统需要对发电企业在输电过程中产生的数据进行管理。

7） 设备管理：系统需要对发电企业的生产设备进行管理，主要指对设备的台账、维修记录等的管理。

8） 查询统计：生产系统需要实现对企业生产情况的查看，以方便领导使用。

在满足上述功能性需求的同时，系统还应满足以下需求：

1） 通用性需求：发电企业生产系统应满足一般发电企业的基本功能，具有通用性。

2） 易用性需求：该需求要求生产系统操作简单，符合使用者的操作习惯，使用者仅需进行简单的培训，便可以操作使用，且需要系统界面简单大方，符合一般人的审美需求。

3） 系统运行速度需求：该需求需要系统响应速度快，能够快速地实现使用者的要求，等待时间较短。

4） 可扩展性需求：该需求的提出是为了方便系统的日后维护及进一步升级，在进行生产系统设计时，要充分考虑系统的可维护性及可扩展性。

1.2 发电企业生产系统总体设计

为实现发电企业生产系统的组件化，并满足上述生产系统需求，需要生产系统在设计过程中具备以下设计原则：

1） 实用性原则：在进行生产系统设计时，首先需要考虑实用性原则，确定设计的系统能够满足发电企业生产需要，解决发电企业的实际问题是生产系统设计最基本的原则。

2） 安全性原则：由于在生产系统使用管理过程中会涉及各种企业数据，而有些数据信息是保密的，不可被所有人接触，因此涉及数据的安全性。此外，安全性还包括对用户的权限设置。

3） 先进性原则：在技术、架构、语言、数据库及硬件选择等方面要求与目前主流技术保持高度一致。

4） 易用性原则：该原则要求设计的生产系统方便用户操作，且界面简单大方，符合一般人的审美需求。

5） 经济性原则：该原则要求系统在设计过程中，满足上述原则的基础上，尽可能降低开发成本，提高生产系统的性价比。

针对上述原则，对发电企业生产系统工作流程进行设计，得到发电企业生产系统工作流程如图1所示。

在图1中，生产系统首先录入生产合同信息，分析合同需求，确定发电计划，然后针对发电计划计算发电原材料的需求量，判断现有库存是否满足发电需求。若现有库存不能满足发电原材料需求，则需填写原材料需求清单;当库存原材料满足发电需求后，则进行输电，完成生产流程。

发电企业生产系统的结构可以分为辅助决策层、业务层以及数据层三个层次。辅助决策层不涉及数据处理及业务的管理工作，主要包括查询统计功能，其目的是提高日常的工作效率，为用户入场工作提供方便。业务层主要是对声场过程中产生的数据在业务上进行管理，主要包括对合同的管理、生产计划的管理、库存原材料的管理、设备的管理等，从而保证发电企业的正常运行。数据层的主要功能是存储系统涉及的所有数据，如合同数据、人员数据、生产计划数据等。

通过上述论述，从发电企业生产系统组件化设计目的出发，研究生产系统需求，分析生产系统设计原则，制定系统工作流程后，分析其结构，完成系统的总体设计。

1.3 发电企业生产系统开发技术

为实现生产系统的总体设计，对发电企业生产系统的关键技术进行开发。

对发电企业资源进行管理。MRP表示物资需求计划，对生产和集成进行控制，将资源计划的保证，生产采购任务的执行、监控及反馈功能引入后，以生产计划为主线，对发电企业生产流程进行统一的计划和控制，从而提高发电企业各生产部门之间的协调性，实现发电企业全面一体化管理。

通过.NET平台，利用ASP.NET网页开发技术对生产系统进行编程，借助于Microsoft的PetShop 4.0示例代码访问助手，创建组件代码，封装SOL数据。SqlHelper的主要功能如图2所示。

B/S体系结构是一种与Web技术相结合的改进C/S结构。通过该体系结构完成发电企业生产系统结构建设。

业务流程管理引擎引入了流程块接口概念，所谓流程块接口就是在流程处理时进行逻辑处理的一个单元，它能确保业务流程逻辑上完整，结构上有多个入口和出口，通过流程块接口可实现生产系统的具体业务流。

流程块的入口与出口有着很重要的作用，通过它们实现流程过程，它包含下一层次的流程块接口，进而实现更下一层接口流程。

业务流程管理引擎正是通过接口和块的组合完成业务吻合分层的建模技术。但各公司管理细度不同，则在需求供应时存在差异。本实验模块依据基础管理层次需求对流程进行分层试验。

动态装配由流程块和块接口实现。业务逻辑组件对引擎进行扩展，在流程节点中配好表达式，依照表达式加载业务逻辑组件，调用其方法。

用XML文档读写架构数据，HTTP协议传输架构数据，保存系统架构为XML架构，数据库差异可利用Data Set屏蔽生成。因此，发电企业生产系统可用多种方法发送生产情况报告。

上述论述中，为实现生产系统组件化设计，分析生产系统组件化设计的相关技术理论和基本概念，主要包括B/S体系构架、流程分层建模技术、生产系统流程动态装配技术、数据集技术。本文生产系统采用B/S体系结构，在系统的实现、部署和维护等方面存在较强优势。

2 实验结果与分析

本文以Intel P4 2 GB处理器为硬件环境，Matlab 2008a为平台进行实验。为了证明本文所提发电企业生产系统组件化设计方法的有效性和可行性，运用对比法将本文所提方法与文献[7?8]所提生产系统设计方法进行对比，从而完成实验。

首先对比三种生产系统设计方法设计的生产系统运行速度，实验分别利用本文所提方法与文献[7?8]所提设计方法设计生产系统，通过模拟生产系统运行，记录和分析生产系统响应速度和运行时延，为保证实验的准确性，进行了500次实验，图3和图4分别表示三种方法的响应时间及运行时延。

通過对图3的分析可知，本文所提方法的响应速度较快，从图4可以看出，本文所提方法的时延较少。由于本文所提方法利用B/S体系构架、流程分层建模技术、生产系统流程动态装配技术、数据集技术，因此，大大提高了生产系统运行数据。

然后对比三种生产系统设计方法设计的生产系统的能耗，能耗（单位：J）的计算方法如下：

从图5可以看出，本文所提方法设计的生产系统能耗较低，且从图5可以看出，本文所提方法的能耗折线近似一条直线，说明本文所提方法的运行能耗较稳定，从而说明本文所提方法较稳定。

然后对比三种生产系统设计方法设计的生产系统的运行效率，运行效率的计算方法为：

通过图6可以看出，本文所提方法的运行效率较高，因为本文所提方法设计的生产系统模块较为简单，运行速度较快，提高了发电企业的生产效率。

综上所述，本文所提发电企业生产系统设计方法设计的生产系统运行速度较快，生产系统的运行能耗较低，生产系统的运行效率较高，适合发电企业应用，具有较强的使用价值。

3 结 语

随着用电需求量的增加，人们对发电企业提出了更高的要求，发电企业生产系统的设计是发电企业提高生产效率的重要手段。传统的生产系统由于是针对大多数领域的企业，导致其模块复杂，为此本文提出一种发电企业生产系统设计方法，该方法设计的系统模块简单，运行速度快，有效提高了发电企业的生产效率，且能耗较低，为相关领域的研究应用奠定了基础。

参考文献

[1] 杨玮，李国栋，李雪莲.生产车间与仓库输送系统优化调度研究[J].计算机仿真，2015，32（10）：354?359.

YANG Wei， LI Guodong， LI Xuelian. Scheduling optimization of delivery system in AS/RS based on hybrid particle swarm [J]. Computer simulation， 2015， 32（10）： 354?359.

[2] 盛步云，苏佳奇，卢其兵，等.面向MES的生产线数据采集系统的研究[J].计算机测量与控制，2015，23（9）：3162?3164.

SHENG Buyun， SU Jiaqi， LU Qibing， et al. Study on data acquisition system of production line for MES [J]. Computer measurement & control， 2015， 23（9）： 3162?3164.

[3] 夏灿明，楼园，齐霄.约束理论在H公司生产系统的应用[J].数学的实践与认识，2016，46（13）：93?102.

XIA Canming， LOU Yuan， QI Xiao. Application of constraint theory in enterprise H production system [J]. Mathematics in practice and theory， 2016， 46（13）： 93?102.

[4] 张作树，徐伟，刘金岭，等.施工企业HSE信息管理系统的设计与运用[J].中国安全生产科学技术，2015，11（10）：191?196.

ZHANG Zuoshu， XU Wei， LIU Jinling， et al. Design and application of HSE information management system for construction enterprises [J]. Journal of safety science and technology， 2015， 11（10）： 191?196.

[5] 钱杰，金振训，季琦，等.分组加工模式下制丝生产计划和调度在生产执行系统中的研究和应用[J].科技通报，2015，31（5）：170?174.

QIAN Jie， JIN Zhenxun， JI Qi， et al. Research and application of tobacco primary production plan and dispatch in MES under grouping processing [J]. Bulletin of science and technology， 2015， 31（5）： 170?174.

[6] 林震，帅剑平，袁煜.多目标柔性作业车间调度的多交叉策略元胞进化算法[J].科学技术与工程，2017，17（7）：69?76.

LIN Zhen， SHUAI Jianping， YUAN Yu. Multi?crossover strategy of multi?objective cellular genetic algorithm research on flexible job?shop scheduling problem [J]. Science technology and engineering， 2017，17（7）： 69?76.

[7] BAZMI A A， ZAHEDI G， HASHIM H. Design of decentra?lized biopower generation and distribution system for developing countries [J]. Journal of cleaner production， 2015， 86（1）： 209?220.

[8] 李霞，郭浩龙，张保威，等.纺织企业实时订单追踪系统设计与实现[J].现代纺织技术，2015，23（4）：35?38.

LI Xia， GUO Haolong， ZHANG Baowei， et al. Design and implementation of real?time order tracking system of textile enterprises [J]. Advanced textile technology， 2015， 23（4）： 35?38.

[9] 乔茜华，王永华.纺织生产车间自采集信息系统设计[J].棉纺织技术，2016，44（4）：6?9.

QIAO Qianhua， WANG Yonghua. Design of self?collection information system based on textile workshop [J]. Cotton textile technology， 2016， 44（4）： 6?9.