面向CSP- LED 生产线的Web 管理系统设计
2022-11-03唐斌,范恩*,李响
唐 斌,范 恩*,李 响
(1.绍兴文理学院 数理信息学院,浙江 绍兴 312000；2.绍兴文理学院 机械与电气工程学院, 浙江 绍兴 312000；3.武汉工程科技学院 信息工程学院,湖北 武汉 430299)
引言
随着科技的不断进步，制造业也逐渐向数字化、网络化、智能化等方向发展[1]。CSP-LED 生产线相比传统生产线，由于高速、高精度的生产特性，需要监控的工艺指标较多、设备结构复杂，导致生产过程和操作管理上存在一定的难度[2-4]。为了提高生产线监控的全面性、准确性，减少生产过程中由于质量缺陷带来的损失，利用软件、互联网等技术搭建生产线管理系统逐渐成为一种趋势。Web 管理系统通过特定的程序或软件将生产线管理构成一个有机整体，使得生产线的相关控制、管理变得十分方便，从而提高生产效率[5]。因此，本研究面向高速高精度CSP-LED 生产线设计一个Web 管理系统。
1 系统的设计思想
针对设备监控和生产过程，开发出一种面向CSP-LED 生产线的Web 管理系统。通过对生产过程相关数据的采集、处理，然后利用云数据库存储这些数据，开发Web 管理系统，最后通过将Web 系统与云数据库的互联，实现生产数据的可视化及对生产问题的分析和处理。
2 系统开发与实现
2.1 系统组成
Web 管理系统主要由两个模块组成：设备网络和软件管理系统。
2.1.1 工业互联网
工业互联网是工业系统互联、工业数据传输、处理与交换的基础，包括工厂内部网络化、数字化、智能化及其外部数据的交换和传输需求，构成工业互联网的整体架构。基于CSP-LED 生产线的Web 管理系统网络架构主要分为三层：感知层、网络层以及应用层。感知层：主要实现对物料等识别以及生产数据的采集、处理、传送等。在感知层，一般部署多种与生产设备相关的传感器、执行器和智能装置等，从而实现对生产线及产品的生产情况的感知、识别和处理。网络层：主要根据生产车间的环境，搭建无线或有线网络，实现生产设备的互联。工业互联网一般通过网络互连、互通实现信息数据在生产单元之间、生产系统与设备主体之间的无缝传输。应用层：主要通过Web 管理系统的数据可视化，提供各类资源的服务化表述。它主要涉及Web 服务器（Apache）、数据库服务器（MySQL）以及设备信息处理器，通过本地服务器和数据库实现。
2.1.2 CSP-LED 软件系统
CSP-LED 管理系统依托于工业互联网中数据流、软件流、硬件流和信息流的交互，优化生产过程中信息的传递，有效地管控产品的产量、产品的不良率以及智能设备的稼动率，使生产计划、执行、控制形成闭环，从而提升生产线智能化。如图1 所示，生产线的架构主要可以分为三层：设备控制层、产线执行层和产线管理层。
图1 生产线架构
设备控制层：设备控制层需要对产品进行检测，回传数据信息。CSP-LED 生产线需要对生产设备进行监控管理，如在线灯珠固晶机、在线电阻固晶机、在线回流焊、在线光学检测机、在线封胶机、在线固化炉等设备。在生产过程中，生产设备都会产生大量与生产相关的数据，通过工业互联网将数据传输到数据库服务器，方便进一步处理。
产线执行层：主要为产品数据可视化而开发，包括车间电子看板、生产线电子看板。根据设备控制层传输的数据，可以直观获取产品的生产计划，各个生产线生产不同型号产品的完成量、合格量、合格率以及设备的稼动率。通过生产看板，有助于生产者或管理者更直观了解生产详情，方便根据生产情况改变生产计划，对设备进行管理等。执行层的所有决策都是在明确目标和确定的资源下做出的。通过直观的数据表格可视化、图像可视化可以方便决策者对生产进度进行精准执行。
产线管理层：产线管理层通过对产品执行层可视化看板进行操作管理。数据可视化需要对数据进行管理和可视化展示。Web 服务器根据生产线不同的生产情况进行设计，进而设计对应的数据库。客户端也能够从Web 生产管理平台获取产品的生产详情，对生产设备进行管理。
2.2 管理系统Web 端设计
管理系统Web 端的主要功能如下：(1) Web 服务器通过安装Xampp 所涉及的服务器，将Web 管理系统网页及相关资源都存放在Web 服务器；(2) 通过数据库应用软件设计数据表，从而方便数据库开发者通过数据库管理软件统一管理数据的插入、修改、检索等操作；(3) 通过访问Web 服务器可直接访问或显示服务器中的相关资源。
2.3 系统数据库设计
根据生产车间和生产线的生产情况，对生产线E-R 图和生产设备E-R 图进行设计。生产车间具有多个生产线，因此设计为车间对应多个生产线。每个生产线都对应有一个生产线标识ID，设置为数据表存的主键。生产线主要采集生产产品的详情，包括产品型号、产品计划生产数量、生产数量以及产品合格的数量等。
生产设备主要包括设备型号、设备状态、设备温度、湿度以及当前时间等属性。其中，设备型号用于表数据，主键用于标识区别其他设备；设备状态on、off、out 分别对应设备开启状态、关闭状态以及故障状态。
Web 生产管理系统采用MySQL 开发数据库。其中，led_line 表用于存放生产线数据，equipment_status存放设备状态情况，equipment001_details 用于存放001 设备的温度、湿度、时间等信息。实际中，需要为每台设备均需设计一张表。
这里，稼动率指设备在所能提供的时间内，为创造价值而占用的时间所占的比重，即产品完成率=完成数/计划生产，产品合格率=合格数/完成数，产线稼动率=有效时间/总时间。
3 系统测试
3.1 数据库测试
下面测试数据库，具体操作如下。
首先，通过Apache 服务器以及MySQL 数据库，运行数据库连接代码。
然后，可以直接通过第三方数据库管理软件Navicat 查看数据库。
根据上述连接的数据库，查看可视化数据库数据，可以修改SQL 语句，将数据传入数据库，这里采用PHP 语言实现：
连接数据库后，可以将数据进行表格显示或者图像显示等。针对多个设备传入的大量数据库，数据库数据实时会发生变化。此时，应该对页面进行定时刷新，达到页面实时显示的功能。
3.2 Web 页面测试
3.2.1 Web 系统页面
如图2 所示，Web 系统页面主要显示产品工单、产品型号和生产数量，中间部分采用css、js 美化和动态显示灯带1、灯带2 完成数量和未完成数量的圆环占比关系，右边通过柱状图显示各产线的完成数量关系。根据数据库表中数据对生产线各个生产指标进行具体表示，使网页可视化展现的数据更具有准确性、精准性。
图2 Web 系统页面
Web 系统可视化页面主要显示生产线Line001-Line007 等七个生产线的设备数、生产线计划生产量、完成数量、完成率、产线稼动率、产品合格数以及工作状态。这些数据可以在数据库中以表格的形式显示，页面还会将各生产线产品型号归总一起。此外，可以将数据以柱状图显示来高效、直观了解各生产线的生产情况。
3.2.2 各产线稼动率
生产线稼动率是生产线在投入工作时间内的实际工作时间。生产线稼动率高说明生产线上各设备的有效工作时间长；反之，生产线稼动率低一般是因为各设备在使用过程中出现故障而需要时间维修，导致工作效率低。因此，生产线的稼动率可视化可以方便管理者实时了解生产线的工作情况，便于调整产线、更换设备等。具体代码如下所示：
3.2.3 生产线设备温度变化
由于实际生产过程中，设备工作时会因电子器件产生的热量和环境热量影响其工作效能，甚至会对机器造成不可修复的破坏。因此，需要对设备进行实时温度监测和设备管理，这对调整生产线的相关参数十分重要。
4 结论
本研究设计了一种面向CSP-LED 生产线的Web管理系统。该系统主要包括Web 网页设计和后端数据，能够实现CSP-LED 生产线数据的Web 可视化。在后续工作中，我们也将对系统功能进一步完善：（1） 进一步完善数据库中图表，保证其中数据的完整性，以便于应对更为复杂的生产线情况，且对数据的格式大小等可靠性限制，实现远程的访问与管理；（2） 进一步开发Android 手机端页面可视化，提供远程监控和可视化管理。
