智能制造模式下制造業(yè)進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（中國計(jì)量大學(xué) 質(zhì)量與安全工程學(xué)院，杭州 310018）

在人工成本上升、原材料價(jià)格波動(dòng)、信息技術(shù)對(duì)產(chǎn)業(yè)影響不斷深入的背景下，我國制造業(yè)正面臨轉(zhuǎn)型。智能制造能夠大幅度地提高制造效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本和資源消耗，同時(shí)進(jìn)一步提高制造系統(tǒng)的柔性化和自動(dòng)化水平，顯著減少制造過程物耗、能耗、提升傳統(tǒng)制造業(yè)的水平[1-3]。

盡管我國不乏非常先進(jìn)的制造業(yè)企業(yè)，但是很多企業(yè)的自動(dòng)化程度和信息化應(yīng)用水平都非常低，難以實(shí)現(xiàn)企業(yè)各部門信息共享。相比較于產(chǎn)品的研發(fā)、制程及倉儲(chǔ)等環(huán)節(jié)，處于生產(chǎn)前段的進(jìn)貨檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的信息化水平非常低，這將阻礙智能制造水平的進(jìn)一步提升[4]。當(dāng)前制造業(yè)企業(yè)大多已將傳統(tǒng)測(cè)量工具及相關(guān)檢測(cè)設(shè)備獲得的信息數(shù)字化，但信息的復(fù)雜性也在日益增加。進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)以其固有的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，一方面能夠?qū)ζ髽I(yè)進(jìn)貨元器件管理過程中的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集、傳遞和共享，提高信息系統(tǒng)的效率和準(zhǔn)確率；另一方面，進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)應(yīng)用于企業(yè)物料管理的各個(gè)環(huán)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)物料在進(jìn)貨檢驗(yàn)過程中的實(shí)時(shí)管理，實(shí)現(xiàn)信息共享[5-7]。

1 進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)框架及功能

智能制造模式下進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)對(duì)物料本身以及物料檢測(cè)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)整合。進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)物料數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)交互管理、物料管理、設(shè)備管理、過程質(zhì)量管理及決策支持等，涵蓋進(jìn)貨檢驗(yàn)管理的方方面面，達(dá)到全過程透明監(jiān)控，以適應(yīng)智能制造的需要。進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)將進(jìn)貨檢驗(yàn)過程中產(chǎn)生的大量的動(dòng)態(tài)及靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)捕獲、連接和分析整合，快速實(shí)現(xiàn)關(guān)系信息—物理制造的虛實(shí)映射關(guān)系。根據(jù)采集的信息，采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)貨檢驗(yàn)的功能由傳統(tǒng)的質(zhì)量把關(guān)提升到質(zhì)量分析及改進(jìn)，并進(jìn)行自動(dòng)質(zhì)量預(yù)警，消除潛在的進(jìn)貨元器件質(zhì)量缺陷，為供應(yīng)商的改進(jìn)提供依據(jù)。

進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。系統(tǒng)總體功能模塊主要為用戶管理、報(bào)檢管理、檢驗(yàn)項(xiàng)目管理、檢驗(yàn)方案管理、檢驗(yàn)任務(wù)管理、檢驗(yàn)實(shí)施管理6個(gè)功能模塊。每個(gè)功能模塊根據(jù)業(yè)務(wù)流程、需求及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)在邏輯等再劃分若干一級(jí)及二級(jí)子模塊。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)架構(gòu)Fig.1 Diagram of overall architecture

為實(shí)現(xiàn)上述總體功能，本系統(tǒng)開發(fā)主要利用Visual Studio集成開發(fā)環(huán)境，MVVM模式搭載開發(fā)架構(gòu)，同時(shí)結(jié)合Silverlight進(jìn)行開發(fā)。MVVM（modelview-view model）框架是MVP（model-view-presenter）模式與WPF結(jié)合應(yīng)用方式時(shí)發(fā)展演變過來的一種新型架構(gòu)框架。它立足于原有MVP框架并且把WPF的新特性糅合進(jìn)去，以應(yīng)對(duì)客戶日益復(fù)雜的需求變化。MVVM是Windows應(yīng)用程序架構(gòu)，主要是用于分離應(yīng)用界面層和業(yè)務(wù)邏輯層，WPF用XAML繪制界面，繪制完的界面是個(gè)獨(dú)立的文件，文件里包含界面所有的樣式和行為[8]。MVVM模式能夠?qū)⒊绦虻臉I(yè)務(wù)與展現(xiàn)邏輯從用戶界面干凈地分離開。保持程序邏輯與界面分離能夠幫助解決很多開發(fā)以及設(shè)計(jì)問題，能夠使程序更易于測(cè)試、維護(hù)與升級(jí)，同時(shí)它也能很大程度地增加代碼重用性，并讓開發(fā)者與界面設(shè)計(jì)者更容易地相互合作。

2 數(shù)據(jù)庫功能設(shè)計(jì)

物料檢驗(yàn)的優(yōu)化控制和管理有賴于用足夠精確的數(shù)學(xué)模型對(duì)來料中的各類元器件的各種相關(guān)狀態(tài)進(jìn)行描述。在智能制造進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)中不僅需要采集元器件相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)，而且需要建造適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫和構(gòu)建處理這些數(shù)據(jù)庫之間交互作用的管理機(jī)制，對(duì)進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)如圖2所示。

基礎(chǔ)屬性類數(shù)據(jù)表該類表主要用于存放大量物料屬性信息，方便系統(tǒng)對(duì)指定檢驗(yàn)日期或指定物料編碼的元器件進(jìn)行條件搜索，同時(shí)存放基于GB/T2828.1國家抽樣標(biāo)準(zhǔn)的特征值，方便檢驗(yàn)方案直接調(diào)用生成抽樣數(shù)量和判定陣列。數(shù)據(jù)表包含了報(bào)檢單信息表、物料信息表、樣本字碼表等子表。其中，報(bào)檢單信息表主要存儲(chǔ)報(bào)檢對(duì)象的基本信息，如報(bào)檢單號(hào)、物料名稱、物料編碼、來料日期、供應(yīng)商信息等；物料信息表主要存儲(chǔ)物料基本信息，如物料名稱、物料編碼、物料類型。樣本字碼表主要儲(chǔ)存抽檢特征變量，如樣本字碼編號(hào)，最大最小批量等。

圖2 進(jìn)貨檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫表關(guān)系Fig.2 Diagram of incoming inspection database table

判別處理類數(shù)據(jù)表該類表主要用于對(duì)指定批次數(shù)量的物料生成唯一的檢驗(yàn)方案，針對(duì)物料的每一個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目生成指定的檢驗(yàn)任務(wù)并匯總成為唯一的檢驗(yàn)單，同時(shí)判斷指定檢驗(yàn)單對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)項(xiàng)目測(cè)量記錄是否合格。包含了檢驗(yàn)單信息表、檢驗(yàn)方案信息表及單元檢驗(yàn)工作表。檢驗(yàn)單信息表主要存儲(chǔ)檢驗(yàn)對(duì)象的基本信息，如檢驗(yàn)單號(hào)、物料編碼、檢驗(yàn)批次等，并調(diào)用用戶信息表中相關(guān)用戶ID數(shù)據(jù)生成檢驗(yàn)員、審核員數(shù)據(jù)信息；檢驗(yàn)方案信息表主要存儲(chǔ)抽檢特征變量，如檢驗(yàn)水平、檢驗(yàn)等級(jí)、AQL值、抽檢數(shù)量等；單元檢驗(yàn)工作表主要存儲(chǔ)檢驗(yàn)單號(hào)、檢驗(yàn)方案號(hào)、檢驗(yàn)項(xiàng)目號(hào)，檢驗(yàn)工作單元號(hào)等，這些項(xiàng)目關(guān)聯(lián)檢驗(yàn)單信息表、檢驗(yàn)項(xiàng)目信息表、用戶信息表的多個(gè)項(xiàng)目信息。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 檢驗(yàn)方案管理模塊

檢驗(yàn)方案管理模塊是進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊。該模塊通過調(diào)用樣本字碼表以確定物料進(jìn)貨檢驗(yàn)的抽檢方式、抽樣數(shù)量、檢驗(yàn)指標(biāo)等重要信息。

檢驗(yàn)方案管理模塊嚴(yán)格遵循國家標(biāo)準(zhǔn) GB/ T2828.1進(jìn)行抽檢檢驗(yàn)，通過選擇AQL（接收質(zhì)量限）值、檢驗(yàn)水平、重要度等級(jí)，輸入本批次物料數(shù)量確定本次抽樣數(shù)量，合格判定陣列［AC（合格判定數(shù)），RE（不合格判定數(shù)）］。選擇不同的AQL值、檢驗(yàn)水平等，系統(tǒng)生成的檢驗(yàn)方案也不同。同時(shí)，系統(tǒng)生成的檢驗(yàn)方案可重復(fù)利用，以便根據(jù)指定物料直接調(diào)用檢驗(yàn)項(xiàng)目，提升檢驗(yàn)效率。

3.2 檢驗(yàn)項(xiàng)目管理模塊

由于一個(gè)物料存在多個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目，因此需要對(duì)檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行集成管理。系統(tǒng)的檢驗(yàn)項(xiàng)目管理模塊工作流程如圖3所示。對(duì)物料涉及的任一檢驗(yàn)項(xiàng)管理任務(wù)，都對(duì)應(yīng)指定的物料編碼信息，通過確定該批次物料數(shù)量生成相應(yīng)的抽樣數(shù)量。若檢驗(yàn)項(xiàng)需儀器測(cè)量數(shù)據(jù)（如電阻值、電容值等），則需確定測(cè)量界限，關(guān)聯(lián)測(cè)量設(shè)備；若檢驗(yàn)項(xiàng)需人為觀測(cè)（如外觀、生產(chǎn)廠家），則直接生成檢驗(yàn)項(xiàng)。

圖3 檢驗(yàn)項(xiàng)目管理工作流程Fig.3 Work flow chart of test item management

3.3 檢驗(yàn)單管理模塊

檢驗(yàn)單涉及的指定物料編碼對(duì)應(yīng)的物料檢驗(yàn)項(xiàng)任務(wù)的集合構(gòu)成檢驗(yàn)單管理模塊。檢驗(yàn)單管理模塊關(guān)聯(lián)檢驗(yàn)方案管理模塊和檢驗(yàn)項(xiàng)目管理模塊。物料檢驗(yàn)項(xiàng)集合構(gòu)成檢驗(yàn)單，包含物料的基本屬性、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及執(zhí)行檢驗(yàn)任務(wù)所需要的參數(shù)和判據(jù)。通過關(guān)聯(lián)指定物料編碼對(duì)應(yīng)在本地?cái)?shù)據(jù)庫檢驗(yàn)方案信息表、檢驗(yàn)項(xiàng)目信息表中的數(shù)據(jù)構(gòu)成完整的檢驗(yàn)單數(shù)據(jù)集。檢驗(yàn)單管理模塊工作流程如圖4所示。同時(shí)，檢驗(yàn)單管理模塊繼承檢驗(yàn)項(xiàng)目管理模塊中所設(shè)定的檢測(cè)儀器的設(shè)備接口以及數(shù)據(jù)解析接口。

圖4 檢驗(yàn)單管理工作流程Fig.4 Work flow chart of test task management

3.4 檢驗(yàn)實(shí)施管理模塊

檢驗(yàn)實(shí)施管理模塊是進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)最基礎(chǔ)也是最重要的功能模塊。其主要功能為關(guān)聯(lián)檢驗(yàn)單、檢驗(yàn)方案基礎(chǔ)信息實(shí)現(xiàn)指定物料檢驗(yàn)項(xiàng)信息的采集與處理。檢驗(yàn)實(shí)施管理模塊工作流程如圖5所示。通過檢驗(yàn)實(shí)施管理模塊的儀器接口類向指定測(cè)量儀器發(fā)送串口指令采集物料基本測(cè)量數(shù)據(jù)信息，接收儀器返回的數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析。檢驗(yàn)實(shí)施管理模塊通過識(shí)別不同的檢驗(yàn)項(xiàng)，調(diào)用數(shù)據(jù)解析類提供不同的數(shù)據(jù)處理方法，并將最終生成的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器得到傳輸請(qǐng)求后驗(yàn)證其合法性，然后將結(jié)果返回，檢驗(yàn)實(shí)施管理模塊通過識(shí)別不合格數(shù)據(jù)數(shù)量，結(jié)合合格判定陣列［AC，RE］確定該批次物料是否執(zhí)行入庫操作并以界面的形式顯示在用戶面前。對(duì)人為觀測(cè)形成判定結(jié)果的檢驗(yàn)項(xiàng)則通過人工判定結(jié)果。

圖5 檢驗(yàn)實(shí)施管理工作流程Fig.5 Work flow chartof inspection implementation management

3.5 用戶管理模塊

用戶管理模塊用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的權(quán)限管理，不同的權(quán)限管理系統(tǒng)不同的模塊。本模塊的設(shè)計(jì)原則為

1）對(duì)于使用進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)的工作人員，按其角色及其承擔(dān)的工作性質(zhì)，可作為信息系統(tǒng)應(yīng)用的用戶，提供不同等級(jí)的接入和操作許可。

2）參照企業(yè)質(zhì)量管理體系的不同層次，處于高一層級(jí)的信息系統(tǒng)權(quán)限用戶，可調(diào)用所有低層次的信息子系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

3）在進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)中建立信息系統(tǒng)角色權(quán)限管理，不同權(quán)限對(duì)應(yīng)不同的任務(wù)處理模塊，達(dá)成分級(jí)管理的目的。通過上述設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)以下的功能：①具有授權(quán)的頂層系統(tǒng)應(yīng)用的工作人員，可在信息系統(tǒng)中任何地點(diǎn)，通過頂層信息應(yīng)用與進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)的所有子系統(tǒng)進(jìn)行互動(dòng)；②按角色規(guī)定信息系統(tǒng)的權(quán)限范圍，工作人員可通過信息系統(tǒng)，訪問指定的數(shù)據(jù)庫，獲得相關(guān)物料涉及的報(bào)檢、檢驗(yàn)、測(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù)管理信息，如檢驗(yàn)員可操作檢驗(yàn)實(shí)施模塊應(yīng)用，質(zhì)量工程師可操作檢驗(yàn)方案、檢驗(yàn)項(xiàng)管理模塊，報(bào)檢員可操作報(bào)檢管理模塊，對(duì)其它管理模塊應(yīng)用僅可執(zhí)行只讀操作。

4 結(jié)語

本文提出了一種智能制造環(huán)境下制造業(yè)進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架及子模塊的詳細(xì)流程設(shè)計(jì)。采用該設(shè)計(jì)方法的系統(tǒng)將全面地采集和存儲(chǔ)進(jìn)貨檢驗(yàn)過程中的相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的分析和處理，對(duì)進(jìn)貨檢驗(yàn)過程中的各種控制和管理任務(wù)的完成提供更高級(jí)的智能化的信息支持。在此進(jìn)貨檢驗(yàn)信息系統(tǒng)的框架基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步研究在智能制造相關(guān)領(lǐng)域，譬如供應(yīng)商管理、制造過程、出廠檢驗(yàn)的功能描述、任務(wù)定義、行為研究等，為逐步形成一個(gè)能夠覆蓋制造過程全域的、統(tǒng)一的智能制造信息系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

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