药芯焊丝生产设备管理软件设计和开发

王贺彬 李友堂 吕永津 白锐

（1.辽宁工业大学电气工程学院 辽宁省锦州市 121001 2.辽宁航天凌河汽车有限公司 辽宁省凌源市 122500）

1 引言

随着“中国制造2025”规划的逐步落实，国内众多制造企业不论是从硬件设备还是软件系统各方面都在加快企业的转型升级[1-2]。其中，设备管理系统作为实现企业智能制造的重要组成部分[3-4]，众多企业都将此提上日程。在药芯焊丝生产行业，随着车间生产规模与生产线信息化建设需求的提高，需要管理维护的数字化设备越来越多，目前该行业车间设备管理系统转型升级的过程中需要解决的问题包括：

（1） 建立完善的信息采集统计系统代替原本的人工现场填表统计方式，进而提高数据采集效率与正确率，保证为企业计划层提供更加完善的基础数据，实现高水平的信息数据管理；

（2）建立针对生产设备的故障检测模块，快速确认故障发生位置、造成原因以及提供针对当前故障的预处理方案，为员工对现场故障的初步判断与维护处理提供依据；

（3）加强对产品生产过程的信息管理，实现对每一个生产工艺流程的生产信息记录，并将上一个工艺流程的生产信息与下一个工艺流程的生产信息融合，实现后期的产品信息追踪溯源功能；

（4）建立生产车间网络化通信体系，进行广域设备联网，自动数据采集,实现设备管理系统与现场控制器以及各类检测设备之间的数据传输，快速柔性排产，制程防错防漏等，最终实现车间的信息集成化[5]。

2 系统组成

本文药芯焊丝设备管理系统总体设计如图1所示，系统由客户端、现场控制设备、系统服务器以及数据库服务器四部分组成。综合考虑药芯焊丝车间生产线设备管理过程中对产品信息、关键工艺指数等信息的保密需要，对良好的人机交互界面设计需求以及客户端对数据的处理能力等因素，本系统采用C/S 架构设计开发[6]，系统各部分之间通过车间局域网互联。其中，现场控制设备主要包括车间生产线上的机械以及电气设备，其主要功能是实现车间生产任务以及完成车间基础数据的信息采集；系统服务器主要作用是处理软件系统运行过程中的数据信息，包括读取控制设备中的数据信息，根据系统需求对数据信息进行相应的逻辑处理等；数据库服务器主要作用是存储系统数据信息；客户端负责用户与系统之间的信息交互。

图1：药芯焊丝设备管理系统总体设计

3 软件功能

本文根据药芯焊丝生产车间对生产设备的实际管理需求对软件系统进行了功能设计，主要功能模块包括生产监视、备件管理、润滑管理、故障报警、维修管理、设备点检、通信设置、用户管理、设备调度、生产信息管理、设备信息管理和用户管理，软件系统功能框图如图2所示。

图2：药芯焊丝设备管理系统功能框图

软件系统中生产监视模块主要功能为实现生产过程中关键数据及相关信息的监测与趋势图显示以及保存查询功能。备件管理模块主要实现车间备品备件的台账管理与出入库管理。润滑管理模块主要功能是制定润滑计划及标准制定，同时记录与查询相关的润滑信息。故障报警模块主要实现设备故障的实时监测、状态显示和报警提示，以及故障的预处理方案提示、报警信息的保存、查询、归档与打印等。维修管理模块主要实现制定设备维修计划，维修信息的记录与查询以及设备使用状况分析功能。设备点检模块主要实现点检信息的记录与查询功能。设备通信模块实现系统与现场控制器之间的通信，建立数据交换的平台。设备调度模块依据车间生产计划进行有效的生产任务分配，实现生产过程中设备调度使用的最优方案。生产信息管理模块主要针对产品生产过程中的所有工艺环节，实现对应生产信息的记录与保存，并结合二维码技术对产品信息进行跟踪溯源，实现信息交互传递的功能。设备信息模块主要记录保存与查询车间设备的基本信息数据。用户管理模块实现用户信息的记录与修改，并完成对系统登录人员的身份识别与权限给定。

4 软件实现

4.1 软件开发技术架构

本文采用三层架构模式作为软件开发过程中的程序设计模式，系统由用户界面层、业务逻辑层以及数据层三部分组成[7]。用户界面层作为用户与系统的交互平台，本系统依据软件功能并考虑用户在使用过程中的操作简捷因素，设计了各功能模块的相应操作界面；业务逻辑层主要是根据具体问题完成对相关数据业务的逻辑处理功能，包括系统信息通信、业务逻辑处理以及对数据库中数据表的操作，本文在设计过程中针对软件的每一个功能模块建立了相应的数据处理逻辑服务类；数据层主要为业务逻辑层提供数据，本文依据业务逻辑层中不同的数据服务类建立了相应的数据表。药芯焊丝设备管理软件开发技术结构框图如图3所示。

图3：药芯焊丝设备管理软件开发技术架构图

4.2 生产信息管理模块中二维码技术的应用

本文生产信息管理系统界面如图4所示，其中包含三道生产工序的生产信息管理：钢带层绕工序、配粉站工序和药芯焊丝成型工序。用户根据生产工序选择或录入相应的工艺信息，并根据需求在当前生产信息统计界面通过识别二维码录入上一工序的统计信息，最后完成本环节工艺信息的归档与对应二维码信息的生成，如此累计至最后一道工序对应生成的二维码信息中将会包含整个生产线的所有必要生产信息。在生产过程中，每一个工序生产的产品结合对应工序记录的二维码信息将会为后期的产品生产信息跟踪与溯源提供便利的条件，更是加强了产品信息的智能信息化管理的理念。图4 中，在生产工序1A：钢带层绕工序中，选择或录入生产厂家、产品规格、产品材料、生产产线、产品编号、产品下线时间和操作员等相应的工艺信息后，通过“生成二维码及信息提交”，生成钢带层绕工序中对应的二维码信息。

图4：生产信息管理模块界面

为实现系统对生产过程中每一个工艺流程详细生产信息的记录功能，本文在生产信息管理模块的设计中引入二维码技术以解决此问题[8-9]，通过二维码技术可有效保存每一道生产工序中信息的完整性，更是便于每一道生产工序中数据信息的提取与载入。在工序初始阶段，读取已有的二维码信息或重新录入相应的工序信息，通过判断工艺流程详细生产信息的完整性，进行信息归档，并加密形成二维码信息。如图5所示为系统信息统计程序流程图。

图5：系统信息统计程序流程图

4.3 故障报警系统的设计与实现

本文故障报警系统界面如图6所示，包括报警信息提示、信息归档、故障预处理方案提示、历史报警信息查询等部分。系统在“报警信息显示”页面可显示系统当前故障发生的位置以及预警程度，当用户点击显示的报警事件时，系统在右侧“报警处理提示”信息框中会经过数据搜索之后显示当前故障的预处理方案，并且可将报警显示的信息进行归档。用户还可通过“历史报警信息查询”页面根据设备编号查询相应设备的历史报警信息，包括报警时间、设备编号、设备名称、报警类型、故障原因等，同时可实现报警信息的打印功能，为设备的状态数据在日常生产中的存档与管理提供方便。

图6：系统故障报警模块界面

本文的故障报警模块程序流程设计如图7所示。系统运行之后会持续扫描刷新以判断当前设备的故障发生状态，当系统监测到设备发生故障时，报警显示界面就会提示相应报警信息，之后用户可根据当前工作需求依据图7所示流程对故障事件进行后续处理，其中引入了事件预处理方案，当报警信息进行归档处理后，可根据实际需求，选择是否需要提示事件预处理方案，并搜寻匹配符合解决当前报警事件的与处理方案并显示，进一步方便了故障事件的后续处理。

图7：故障报警模块程序流程图

4.4 数据库设计

系统数据库的有效合理设计对软件的开发流程以及后期的运行、管理维护等工作至关重要。本文选择SQL Server2014 作为药芯焊丝设备管理系统数据库[10-12]。系统采用ADO.NET 技术，在C#的数据库编程中，利用SqlConnection 对象链接Sqlserver 数据库，利用CreateCommand()方法创建SqlCommand 对象，对数据表执行增加、删除、修改以及单一结果和结果集的查询等操作。本文依据系统功能和软件开发流程共设计了9 个数据表，分别是用户信息表、设备信息表、备品备件信息表、润滑信息表、点检信息表、报警信息表、生产监检测信息表、生产材料信息表、产品统计信息表。整个系统数据库的设计不仅包含了生产设备在日常的维护管理中所涉及的数据信息及状态，同时也涵盖了工艺生产流程中，生产设备在各个工序中的工作状况、报警信息、故障方案处理等与之相关的各类数据信息。

4.5 系统实现

如图8所示为设备管理系统主界面，主要包含系统管理模块中的生产监视模块、故障报警模块、设备点检模块、备件管理模块、维修管理模块、润滑管理模块和设备信息模块，以及用户管理模块、生产信息管理模块、生产信息解码模块和生产调度模块。整个拉丝机设备系统实现了药芯焊丝生产车间在实际的生产管理过程中对生产设备的软件系统的所有功能需求，且结构完整、操作简捷，易于日常的维护与管理。

图8：设备管理系统主界面

5 结语

本文针对药芯焊丝生产车间设计开发了一套基于C/S 架构的设备管理系统。该软件系统将先进的管理理念、信息技术与实际生产工艺和现场管理需求相结合，实现了对生产车间的产品和设备的智能信息化的管理与监控，对生产过程各项数据信息的监测、记录、导出和打印操作，在实际应用中对比传统的现场设备管理模式，节省了人工投入并优化了车间管理方式。