分析智能工具柜管理系统的详细设计

刘磊 张新锋 王成硕

（河南中烟工业有限责任公司南阳卷烟厂 河南省南阳市 473000）

近年来，信息化建设工作不断加快。在这一背景下，传统工具柜管理模式，已经无法满足现代企业的实际要求。智能工具柜管理系统则可为工具柜管理提供良好支持。鉴于智能工具柜管理系统的诸多作用、优势，加强系统设计流程分析具有一定必要性。

1 智能工具柜管理系统的应用优势分析

（1）提高工具取用质量。传统管理模式仅支持手动存取，容易出现工具错放、漏放的状况。而智能工具柜管理系统则为用户提供了多样化存取体系。用户可根据自身需要，选择适宜存取模式[1]。

（2）降低管理难度。传统管理模式的管理难度较高。而引入智能工具柜管理系统后，管理人员可直接经该系统调取其他用户在某时段内的登录记录、取用记录。

2 智能工具柜管理系统的功能设计

基于工具柜管理工作的要求，可将智能工具柜管理系统各模块功能设计如下：

2.1 用户管理功能

考虑到工具柜的使用便捷性要求，可将智能工具柜管理系统的登录方式设置为用户名密码、IC 卡认证登录2 种。该模块的新建用户功能操作流程为：用户以用户名、密码方式初次登录（注册）时，可于选定用户名后，设置唯一密码，以便系统储存上述信息。当用户需要再次登录时，直接于登录界面输入准确的用户名信息、密码信息，即可登录成功。而IC 卡认证登录方式则为：选择一张未被注册的IC 卡，将其对应编号信息，录入系统中，与用户账号、IC 卡之间建立关联。关联建立后，用户可直接IC 卡扫码途径，登录智能工具柜管理系统。

而修改用户信息、删除用户功能均面向管理人员，其实现流程为：管理人员通过IC 卡认证或用户名密码验证通过后，可于智能工具柜管理系统的用户管理界面，选中目标用户，按照要求修改用户信息，或删除用户，最后保存修改，即可实现上述修改操作。如图1所示。

2.2 用户权限管理功能

考虑到一般用户（工人）、管理人员的差异化权限需求，可将智能工具柜管理系统的权限体积设置为二级模式，即由一级权限、其他权限构成。其中，一级权限对应管理人员权限，属智能工具柜管理系统中的最高权限。而其他权限（面向普通用户）仅限于开箱操作，无法进行其他操作。

管理人员运用一级权限开展权限管理的流程为：经智能工具柜管理系统权限管理模块进入权限设置界面，依据管理需要，经不同操作流程开展管理。需新建权限时，可直接利用智能工具柜管理系统的新建权限功能，设置权限等级（一级权限或其他权限），保存以便相关用户使用；而需修改权限时，可于智能工具柜管理系统的权限管理界面，选中需修改的权限，按照修改要求对其进行修改，保存修改内容，即可将该权限由旧权限范围转变为新权限范围[3]。当需要删除某权限时，管理人员可于选中待删除权限基础上，利用智能管理系统的删除功能，将该权限删除，并加以保存。当拥有被删除权限的用户再次经原账号登录智能工具柜管理系统时，系统可自动提示“用户无权限”。

2.3 快捷键管理功能

图1：基于智能工具柜管理系统的用户管理流程

在工具取用工作中，工人的取用环节耗时，直接影响其工作效率。有别于传统人工取用模式，智能工具柜管理系统允许用户利用系统的快捷键管理功能，同时对多个工具箱进行快捷存、取，这一模式充分体现了高效化操作。

在运用智能工具柜管理系统开展管理期间，用户可预先为快捷键按钮设置1 个或多个箱体，当点击该按钮后，其对应的箱体可迅速打开，满足用户的工具存取需求。用户运用快捷键管理功能的流程为：登录系统后，进入快捷键管理设置界面，选中工具柜的快捷键，根据需求进行不同操作。如需确认当前快捷键对应箱体数量、类型，可选择智能工具柜管理系统的查看功能，确认上述信息；如需修改（新增或减少）快捷键对应箱体，则可以选中快捷键基础上，经修改操作，完成对快捷键功能的调整。最后将修改内容保存。下次使用快捷键时，快捷键控制的箱体即转变为修改后箱体。

2.4 系统日志管理功能

根据既往工具柜管理经验，如何确定工具取用时间、取用对象等信息，是传统管理面临的主要问题。而在智能工具柜管理系统模式下，这一智能化管理模式可利用用户操作时系统自动生成的日志，为用户的工具取用对象、取用时间查询等提供便捷。具体操作流程为：管理人员经IC 认证或用户名密码成功登录后，进入日志管理界面，根据管理工作要求，向日志管理模块的搜索栏中输入关键检索条件（工具类型、工具取用时段等），由系统自动调取相关日志，满足管理人员的要求。而当需要删除某日志时，管理人员可按照查询操作流程，从数据库的众多日志中筛选出目标日志，选中该日志，并执行删除操作，将操作结果保存，即可完成目标日志的删除。

2.5 工具存取功能

该功能主要面向普通用户。考虑到普通用户在实践生产作业中的工具取用、存储需求，可将智能工具柜管理系统的工具存取功能设置为多样化模式。其中，机械存取模式的应用流程为：用户成功登录后，可于权限内选择目标箱体，需要取出工具时，经机械存取模式选择“取”功能，机械手可自动打开用户选中的箱体，并将内部储存工具转移至取件台上，以供用户使用；而需储存（归还）工具时，用户可经机械存取模式选中目标箱体，随后选择“存”按钮，由智能工具柜管理系统自动操控机械手将用户放置于取件台上的工具，转移至处于开放状态的箱体中，并将箱体还原至关闭状态。

而手动存取模式的应用流程则为：用户成功登录后，根据系统允许的权限范围，经手动存取模式，人工完成工具的存放、取用操作。

视觉识别模式（自动化）的应用流程为：取用模式即用户针对权限内的目标箱体选择“取”按钮，由机械手自动从目标箱体中取出工具，并将其放置于取件台上。此时，智能工具柜管理系统可经软件内置的视觉识别工具，从外观判断用户指定工具与已取出工具是否一致，如外观一致，则无后续操作，允许用户取走该工具；如经视觉识别评估发现不一致，则操控机械手将取出工具放回，重新取出工具，直至视觉识别审核通过后停止。

2.6 工具柜调试功能

随着工具柜使用时间的延长，工具柜出现故障问题的风险随之升高[4]。调试是及时发现工具柜功能异常、延长工具柜使用寿命的关键所在。智能工具柜管理系统支持管理人员经工具柜调试功能开展自动调试，具体功能流程如下：

管理人员经智能管理系统的工具柜调试模块进入系统界面后，可选择待调试箱体进行自动调试，即经夹爪闭合、开放、箱体取出、放归、开启光源、关闭光源等操作，确认调试箱体有无异常。重复上述流程，即可实现对工具柜中所有箱体功能的自动化调试。

2.7 箱体设置功能

智能工具柜管理系统的特殊性在于：该系统可支持用户的多样化需求，允许用户通过系统，高质量完成各项操作。

在箱体管理方面，智能管理系统为用户提供了修改箱体名称、设置箱体权限两方面的功能。其中，修改箱体功能名称功能的实现流程为：用户登录系统后，经箱体设置模块进入界面，选中目标箱体，根据自身需求，将目标箱体名称改为待放置工具名称，以提高后续工具存取操作的便捷性。

而设置箱体权限流程的实现流程则为：用户经箱体设置管理模块进入系统界面后，选择目标箱体，将其权限设置为某种特定工具，并将设置内容加以保存。当用户再次使用智能管理系统时，仅可将正确工具放置于设置特定工具权限的箱体内。上述功能可帮助企业减少工具乱放、工具丢失等问题的形成。

3 智能工具柜管理系统的程序设计

这里主要从以下几方面入手，细化阐述智能工具柜管理系统的程序设计：

3.1 程序整体功能方面

参照工具柜管理要求，可将智能工具柜管理系统的程序整体功能设置为：

（1）数据采集、监控程度。智能工具柜管理系统运行时，可自动采集来自机房空调设备、UPS 电源、物理服务器等方面的数据，并对上述数据来源开展实时监控。

（2）数据展示程序。直接于系统服务器上布设运维客户端，由运维客户端动态采集现场空调设备、服务器、UPS 电源等的运行实时数据，并将所收集数据上传至管理服务器中，由管理服务器进行公开展示。

（3）预警程序。为保障系统运行安全，将预警程度设置为：运维系统以7*24h 模式，开展动态巡检，及时将巡检所得可疑信息、危险信息，以网页端推送、短信推送等形式，将所收集信息传输至运维人员，以便运维人员及时处理。另外，对于现场重点监控区域，可经自动报警程序向外发出警报，以便运维人员可于第一时间发现、处理重点监控区域的故障问题。

3.2 系统通信协议方面

在智能工具柜管理系统中，通信协议的设置，直接影响通信双方间的通信质量。考虑到智能管理系统的通信要求，可将该系统的通信协议设计为：

（1）主控单片机、从控单片机。二者的通信、通信方式分别选用485 通信、轮询。二者间的通信协议格式参数设置为：协议指令数据16 进制；参数长度描述与功能码均为1 字节，而CRC 校验及帧头均为2 字节。协议帧尾则设置为固定的FE ED 模式。

（2）主控单片机、上位机。将二者间通信方式设置为232 通信，其通信协议的主要格式参数如下：指令数据格式为16 进制；参数长度、功能码均为1 字节，而帧头、帧尾均为2 字节。

（3）上位机、读写器。将二者间通信协议的串口通讯波特率、指令数据格式分别设置为115200、16 进制。指令序列、功能码以及帧头均设置为1 字节；协议中的Len-High 及Len-Low 长度均与Data 长度相同。

4 智能工具柜管理系统的接口设计

智能工具柜管理系统的接口，主要按照如下模式进行设计：

4.1 内部接口设计

智能工具柜管理系统的内部接口，指箱体设置模块、工具柜调试模块、用户管理模块等之间的相互关系。为确保智能工具柜管理系统的智能化水平，可按照如下标准，开展系统各模块间的接口设计：保持各模块的独立状态，同时，维持各模块间的关联关系。在连接系统各模块时，直接运用函数调用，实现各模块间的内部连接。

4.2 外部接口设计

智能工具柜管理系统的外部接口主要涉及以下三大类：

4.2.1 软件接口

这类接口可直接运用Windows 平台开展设计。设计标准为：确保接口能够支持软件的正常使用，且接口配置充足。

4.2.2 硬件接口

为智能工具柜管理系统配置上位机操作界面，上位机操作界面的通讯选用PLC 通讯、串口转rs482 接口。在设计硬件接口时，出于便于管理、保障操作便捷性等要求，可将智能工具柜管理系统的关键硬件接口设备设置为显示屏（触摸屏）、PC。以JTAG 调试接口为例，其设计标准如下：接口规格均为20 针，包含19 个引脚，各引脚功能包含目标板参考电压、接地、3.3V 直流电源输入以及TDI 数据输入等。

4.2.3 用户界面接口

用户界面设计，直接决定管理人员及普通用户的使用体验。为促进智能工具柜管理系统在企业工具柜管理中的普及，可按照如下标准，开展用户界面设计工作：整体页面采用Windows 风格，各界面外观整洁，排列清晰。重点功能（存、取、修改等）采用加粗显示模式。用户界面整体具有良好的易操作、布局合理特征。

5 结论

综上所述，做好智能工具柜管理系统的设计具有一定现实意义。为了体现智能工具柜管理系统的智能化、自动化特性，可结合既往工具柜管理需要、工具柜管理、使用实践要求，合理设计智能管理系统的功能及程序。此外，为充分发挥智能工具柜管理系统的价值，还可以运用智能工具柜管理系统开展工具柜管理期间，不断挖掘智能管理系统的不足，进一步完善系统设计模式，以促进工具柜管理质量的提升。