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[刀具管理] 智能制造刀具管理系统数据库的设计与实现

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发表于 2018-8-14 07:22:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
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智能制造刀具管理系统数据库的设计与实现
刘会刚1.2,王建军3,姜建芳2,宋世毅3,姚斌1,王维龙4
1厦门大学;2厦门大学嘉庚学院;3中国一拖集团有限公司;4厦门嵘拓物联科技有限公司
摘要: 为使刀具管理标准化、规范化和系统化,提高实际生产过程中刀具的管理效率,以一拖集团第三装配厂的智能制造工厂的业务需求为核心,通过需求分析进行系统模块设计及其模块业务设计,根据现场表单及其业务需求表单进行数据库设计,以E-R图为数据库设计重点,结合程序代码介绍数据库在智能制造刀具管理系统中业务需求中的应用。
关键词: 智能制造刀具管理;系统需求;数据库设计;数据建模
1 引言

[size=1em]制造业是国民经济的主要支柱,也是今后我国创新驱动、转型升级的主战场,《中国制造2025》中提出要进行管理技术创新,使传统生产制造企业向数字化网络化企业管控模式发展[1],这样不仅可以缩短生产的辅助时间,还可节约人力成本,提高企业竞争力。在加工制造过程中,刀具的性能、寿命和管理直接影响到企业生产产品的质量和效率。据山特维克统计,机床操作人员约有20%的时间花费在寻找合适的加工刀具上[2],造成了生产计划停止和生产效率下降的不良影响。

[size=1em]智能制造是可持续的制造模式,借助计算机建模仿真和信息通信技术优化产品的设计和制造过程,大幅减少人力成本和能源消耗[3]。针对车间传统刀具管理过程中的刀具流动频繁性,本文提出了智能制造刀具管理系统,通过计算机建立合理的信息流,实现刀具的科学、信息化管理,顺应智能制造大趋势[4]。

[size=1em]依据中国一拖集团第三装配厂(以下简称“一拖三装厂”)的刀具流和现场业务进行分析,其车间大约有1000把刀,采用数据库跟踪刀具流和刀具寿命状态。通过现场调研,以刀具ID、机床ID及T编码的关联绑定进行实时刀具流跟踪及其寿命更新。按照功能分析的步骤和结构化的程序设计思想设计系统,在结构数据库的分析设计中,将整个系统分解成各个小模块,同时这些小模块之间应具有良好的耦合性[5]。

2 智能制造刀具管理系统设计2.1 系统功能模块设计

[size=1em]根据一拖三装厂的调研及其业务需求,将智能制造刀具管理系统的功能模块分为刀具信息模块、机床刀库模块、刀具单据模块、刀具柜模块、刀具清单模块、刀具零部件模块、机床模块和系统管理模块。系统中各个模块的功能相互关联,如刀具信息模块的刀具与刀具零部件模块,刀具由刀具零部件进行组装,在创建一把新刀具时需要与刀具零部件交互,进行零部件的选择。在进行刀具选择时,工艺刀具清单模块与刀具柜或机床的刀具相联系,进行刀具的选择等。图1为智能刀具管理系统模块示意图。

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[size=0.8em]图1 智能制造刀具管理系统模块示意图

2.2 系统业务流程设计

[size=1em]智能制造刀具管理系统涉及的部门包括工艺部、刀管中心、车间加工人员和机动科等。以工艺部制定的工艺卡为数据流,将新工艺产生的工艺卡发往刀管中心、车间班组和机动科;刀管中心依据工艺卡进行作业刀具的装配准备;车间班组人员依据工艺卡进行对应刀具的领取;机动科依据刀具清单和加工纲领进行刀具的采购与预先存储。具体业务流程见图2。

3 刀具管理系统数据库设计3.1 数据建模

[size=1em]采用关系型数据库通常可能出现数据冗余、更新、插入和删除异常等问题,所以必须严格遵循数据库的格式要求,通过规范化的关系模式保证数据库的良好性能。本系统数据库遵循这一原理,运用E-R模型(即实体—关系模型)进行概念设计。E-R模型直接从现实世界抽象出实体型及其相互间的联系,可以独立于计算机系统,具有直观和语言丰富等特点,是反应人机交互的最好工具[6]。根据一拖三装厂现场及需求业务即可做出能够满足用户需要的各种实体,根据它们之间的关系对系统所做的需求进行分析,通过模块设计功能设计E-R图(见图3)。

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[size=0.8em]图2 刀具管理系统业务流程

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[size=0.8em]图3 智能制造刀具管理系统E-R图

[size=1em]每个数据库表应有一个标识,不应有重复的值或列,并尽量避免含有空列。根据数据库建表原则以及智能制造刀具管理系统数据库E-R图建立对应的表单,如刀具类型表、刀具对刀参数表、出入库操作历史记录表、用户信息表、刀具更换零部件记录表、刀具柜存储位置信息表、刀具零部件参数信息数据字典参数表、工序刀具清单基本信息表和机床信息表等。以工序刀具清单为例说明其结构(见表1)。

3.2 开发工具的选择

[size=1em]利用Eclipse+MVC+MySQL技术对智能制造刀具管理系统进行初步实现,并通过DAO组件实现数据层的连接,接口开发采用Webservice,HTML作为前台UI界面设计语言,同时在页面嵌入JS脚本语言,运用JSP实现对动态页面的构建,用Java语言进行开发。

[size=0.8em]表1 工序刀具清单表结构
89f880451ca408eec432603613018094.jpg

[size=1em]通过Spring-MVC开发框架进行表格的创建,与MySQL的连接通过dao层连接,数据库名称为tms,其在Eclipse中dao.properties文件中的代码为

[size=1em]//连接MySQL驱动//

[size=1em]jdbc.driverClassName=com.mysql.jdbc.Driver

[size=1em]//创建数据库//

[size=1em]jdbc.url=jdbc:mysql://localhost:3306/tms?useUnicode=true&

[size=1em]characterEncoding=UTF-8

[size=1em]//访问数据库//

[size=1em]jdbc.username=root

[size=1em]jdbc.password=123456

[size=1em]hibernate.dialect=org.hibernate.dialect.MySQL5Dialect

3.3 数据库安全性设计

[size=1em]数据库系统具有安全性控制和完整性控制的要求,可避免非法或非授权用户对数据库的破坏以及合法用户对数据库的不合理操作。因此系统管理员不仅要为用户选择默认的数据库,还需要设置用户对特定数据对象的访问权,即对数据的读取、插入更新和删除等权限。所以,在应用软件中用户只能通过账号登录,通过账号进行角色权限限制[7]。通过对现场部门权限的调研分析,目前对三装厂的权限分配见表2。

[size=0.8em]表2 用户权限表
9ed882e457a7ee636f63c28c5ddb8903.jpg

[size=1em]面对用户不可预见的损坏(如误删了必要的数据)、自然灾害的破坏(如火灾、地震等)以及计算机病毒、盗窃等不可控的破坏,数据库需要有对应的解决方法,根据用户的需求进行内容备份,定期进行数据维护与备份。

3.4 数据库的表单关联

[size=1em]基于智能制造刀具管理系统模块业务的关联,通过表单某些关键字段关联各个模块,如刀具类型模块的表单(t_biz_cutlerytype)、刀具零部件模块的表单(t_biz_cutleryparts)、刀具柜模块的表单(t_biz_cutlerymodel)和机床模块的表单(t_biz_machine)之间的关联。刀具由刀具零部件组成,刀具和零部件的物理位置与机床或刀具柜关联,需要四个模块的数据表单进行关联,其表单关系见图4。

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[size=0.8em]图4 数据库表单关联

3.5 业务模块中数据库应用

[size=1em]智能制造刀具管理系统的业务实现过程中,采用MySQL数据库与Java语言相结合,编码过程中采用Hibernate作为MySQL数据库与应用程序连接的工具。多数的SQL语言以存储过程的形式编写在MySQL数据库中,可以提高系统执行效率[8],在Eclipse软件中编写代码。

[size=1em]在各模块的实现过程中,以刀具信息的搜索、刀具出库时的代码语句为例查看系统业务实现过程。

[size=1em](1)刀具信息查询过程

[size=1em]按刀具ID编号查询条件查询到符合条件的刀具信息记录,其实现代码为

[size=1em]//查询所有刀具类型//

[size=1em]List〈BaseEntity〉cutleryTypeList=getBusi().find-All();StringcutleryTypeListJson=StringUtil.object2Json(cutleryTypeList);modelAndView.addObject("cutleryTypeList",cutlerTypeListJson);

[size=1em]return modelAndView;

[size=1em]BizCutleryTypeEntity cutleryType= (BizCutlerytypeEntity)getBusi().findById(selectInfo.get("id"))

[size=1em](2)刀具的出库业务

[size=1em]当刀管中心的刀具需要出库到所需的机床时,需要进行刀具选择、机床ID及刀套号的输入,同时也要记录出库操作人员和机床操作人员的相关信息。工艺卡是工艺过程中极其重要的一环,将零件加工所需的刀具、机床及其加工的相关要求录入表单,在工序刀具清单处进行刀具的出入库。其底层代码实现为

[size=1em]//构建刀具ID集合//

[size=1em]List〈String〉toolIds=newArrayList〈String〉();

[size=1em]List〈String〉dthList=new ArrayList〈String〉();

[size=1em]for (Map〈String,Object〉map :mapList){

[size=1em]toolIds.add((String) map.get("toolId"));

[size=1em]dthList.add((String) map.get("dth"));}

[size=1em]if(PubUtil.isEmpty(toolIds)||PubUtil.isEmpty(dthList))

[size=1em]return;

[size=1em]//更新刀具位置//

[size=1em]List〈String〉sqls=new ArrayList〈String〉();

[size=1em]for (int i=0;i<toolIds.size();i++){

[size=1em]sql=″updatet_biz_singlecutlerysetstorageidentification=′M′,storageid=′″+techCard.get

[size=1em]MachId()+&#8244;,storageInfo=&#8244;+dthList.get(i)+&#8244;where id=&#8244;+toolIds.get(i)+&#8244;″;

[size=1em]sqls.add(sql);}

[size=1em]getBaseDao().batchUpdate(sqls.toArray(new String[] {}));}}

4 结语

[size=1em]在实际管理过程中,数据库的应用使智能制造刀具管理系统实现了局域网内刀具物理位置、刀具寿命、刀具的出入库以及刀具的零部件库存管理。对于已在正常运行的工厂,只需通过Excel表单进行导入,预先确定表单字段格式,将现场刀具状态进行统一记录,就能快速录入现有信息。以此监控在加工刀具、机床信息和刀具零部件信息,实现工厂刀具智能化管理,提高产品的加工效率和刀具的管理效能,为实现制造车间的局域网管理奠定良好的基础。智能制造刀具管理系统还需与其上层的MES管理软件或系统进行以下对接。

[size=1em](1)MES系统对接智能制造刀具管理系统数据库

[size=1em]MES系统生产计划安排需要刀具清单、工序号及刀具寿命的数据交互,通过Webservice接口进行MES与智能制造刀具管理系统的对接。

[size=1em](2)机床数据采集系统对接智能制造刀具管理系统数据库

[size=1em]机床数据采集系统功能强大,可采集到机床加工的工作信息如机床编号、程序号、主轴转速、进给速度、运行模式、刀具号和加工次数等数据,在一定权限下进行数据库数据的读取,使数据库能更新到车间所有刀具的状态包括其物理位置(所在生产线、机床编号、刀位号)和寿命状态信息。对读取到的主轴转速、进给速度和程序号进行数据分析处理,以提供更科学的加工参数、刀具调度和刀具成本建议。

[size=1em]参考文献

[size=1em][1]周济.智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J].中国机械工程,2015,26(17):2273-2284.

[size=1em][2]陈逸群.基于RFID的刀具自动识别及信息管理系统[D].武汉:华中科技大学,2014.

[size=1em][3]张曙.工业4.0和智能制造[J].机械设计与制造工程,2014(8):1-5.

[size=1em][4]蔺小军,高春,徐永新,等.刀具管理系统中的数据库技术[J].航空制造技术,2013,427(7):70-73.

[size=1em][5]邢屹.大规模键值分布式存储系统的设计与实现[D].成都:电子科技大学,2013.

[size=1em][6]张永梅.数据库设计中E-R模型设计的探究[J].无线互联科技,2014(8):167-168.

[size=1em][7]徐茂敬.基于角色的多级关系安全访问控制模型的研究与实现[D].长春:吉林大学,2012.

[size=1em][8]周和民.基于Struts的家校通管理系统设计与实现[D].厦门:厦门大学,2014.


Design and Implementation of Intelligent Manufacturing ToolManagement System Database
[size=1em]Liu Huigang,Wang Jianjun,Jiang Jianfang,Song Shiyi,Yao Bin,Wang Weilong

[size=1em]Abstract: In order to standardize,normalize and systematize the tool management,the efficiency of the tool management in actual production process is improved.Taking the business demand of the intelligent manufacturing plant of the third factory of YTO Group Corpation as the core,through the demand analysis,the system module and its module business are designed.According to the site form and its business requirements form database design,with E-R diagram as the focus of database design,combining with program code,the database in intelligent manufacturing tool management system in application of business requirements are introduced.

[size=1em]Keywords: intelligent manufacturing tool management;system demand;database design;data modeling


[size=1em]中图分类号: TG702;TH161

[size=1em]文献标志码:A

[size=1em]基金项目: 2016年工信部智能制造综合标准化与新模式应用项目(工信部联装[2016]213号);2016年福建省产业技术联合创新专项(2016-482)

[size=1em]收稿日期: 2017年8月

[size=1em]第一作者:刘会刚,硕士研究生,厦门大学航空航天学院,361005福建省厦门市

[size=1em]First Authoriu Huigang,Postgraduate,School of Aerospace Engineering,Xiamen University,Xiamen,Fujian361005,China

[size=1em]通信作者:姚斌,教授,厦门大学航空航天学院,361005福建省厦门市

[size=1em]Corresponding Author:Yao Bin,Professor,School of Aerospace Engineering,Xiamen University,Xiamen,Fujian361005,China



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