實驗室元器件庫信息化管理系統(tǒng)設計*

于福華，陳慧敏，陳 虹

（北京經濟管理職業(yè)學院，北京 100102）

0 引言

隨著中國高職教育中職業(yè)技能教育的快速發(fā)展，各高職院校的實驗室元器件倉庫中，元器件的種類越來越多、屬性規(guī)格成倍增加，實驗室元器件庫管理難度不斷加大。在長期實踐教學中，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實驗室人工管理模式隨意性大、元器件規(guī)格繁雜、出入庫記錄混亂，給實踐教學元器件使用帶來非常大的困擾。為解決學校實驗室出入庫效率低下、錯誤頻發(fā)、難以給出準確即時庫存、浪費倉儲空間和流動資金等元器件倉庫的管理難題，本文就管理系統(tǒng)、關鍵軟件、硬件給出了設計原則和設計理念，提出構建實驗室元器件庫信息化管理系統(tǒng)。希望通過倉庫儲位可視化引導提高效率、唯一性編碼快速精準區(qū)分元器件、校園網共享實時倉儲信息、開源數(shù)據(jù)庫節(jié)省軟件投資、基于單片機的控制單元靈活擴展倉庫規(guī)模，有效降低原有的管理難度和錯誤發(fā)生率，提高管理效率，為實驗室元器件庫人機協(xié)同管理作出探索。

1 元器件倉庫信息化管理系統(tǒng)設計

1.1 設計原則

實驗室元器件倉庫的信息化管理設計，依賴于計算機系統(tǒng)的快速計算、準確存儲、即時數(shù)據(jù)庫搜索、智能化工作輔助；依賴于立體化倉庫與數(shù)據(jù)庫之間的即時通訊；依賴于校園網絡使各教研室電腦終端與實驗室元器件倉庫數(shù)據(jù)庫進行即時交互，從而有效降低倉庫管理員的腦力和體力作業(yè)強度，提高工作效率和倉儲空間效率，降低錯誤發(fā)生率[1]。

1.2 實現(xiàn)功能

（1）能查詢倉庫內各種元器件的精準位置與數(shù)量，提高管理員的查找效率，充分利用有限的倉儲空間。

（2）當某種器件的數(shù)量低于特定值時會發(fā)出警報，提醒管理員及時補充采購，保持和控制合理庫存，避免影響正常教學運行。

（3）管理員可查詢倉庫中的每一次存取操作記錄，及時了解各元器件的去向，當發(fā)生損壞或丟失事件時有跡可循，實現(xiàn)可追溯性。

（4）倉庫中配置按燈揀貨系統(tǒng)，通過貨架上的LED（Light Emitting Diode，發(fā)光二極管）引導指示燈，可視化引導管理員快速、準確找到器件的存儲位置，減少尋找儲位的時間，提高效率。

（5）倉庫設智能化自動溫濕度控制，以保證元器件處于最適宜的溫濕環(huán)境，避免因存儲不善導致的損耗。

（6）對于特殊品、倉庫調撥等特殊情況也能進行有效管理。

（7）定期生產報表，使上級領導及時了解倉庫的管理情況，從傳統(tǒng)的依靠經驗管理轉變?yōu)橐揽烤_的數(shù)字分析管理，提升管理水平。

1.3 權限設計

倉庫管理系統(tǒng)的訪問權限管理非常重要。該系統(tǒng)設置2種權限，只有擁有一級權限的人員（如實驗員）可以添加新用戶、修改權限，二級權限人員僅能查看，如表1所示。

表1 每個權限等級對應的具體權限內容

在該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中添加1份名單，相關人員登錄時，系統(tǒng)可以確認其所擁有的權利和可使用哪些功能模塊。例如，協(xié)助管理的學生與老師沒有采購權限；而采購人員也沒有將器件取出的權限。

1.4 唯一化編碼設計

為便于實現(xiàn)被儲存元器件的數(shù)字化管理，給每一個訂單、倉庫中的每一種元器件都賦予一個唯一的編碼，從而避免發(fā)生混淆的情況，同時管理者也可以很方便地通過輸入這個編碼來查詢相關信息。

1.4.1 訂單編碼規(guī)則

編碼規(guī)則：日期（8位）+當日訂單流水號（2位），共10位?？紤]到學校實驗室的訂單量不會很大，故不需要設計很復雜的編碼規(guī)則，能滿足唯一性要求即可。例如：2019103101、2019110103。

1.4.2 元器件編碼規(guī)則

編碼規(guī)則：類別代號（2位）+子類代號（2位）+型號代號（3位）+特殊品判定（1位）。對于工具類，可以賦予類別代號10。壓線鉗及剝線鉗和螺絲刀雖同屬工具類，卻分屬不同的子類，可以賦予子類代號01、02、03。對于螺絲刀，可能是一字螺絲刀、十字螺絲刀，也可能是六角螺絲刀，可以分別賦予型號代號001、002、003。如果該十字螺絲刀非特殊品，則最后一位為0。綜上所述，十字螺絲刀的元器件編碼為10030030。

對于電阻類元器件，可以賦予類別代號11，而普通電阻與光敏電阻和熱敏電阻可以分別賦予子類代號01、02、03。對不同阻值的電阻（如100 Ω、3.3 kΩ、5 kΩ）分別賦予型號代號001、002、003。如果某3.3 kΩ電阻屬特殊品，則其最后一位為1，則該3.3 kΩ電阻器件編碼為11010021。

元器件在倉庫的相應存儲位，黏貼對應編碼的條形碼，便于管理員在倉庫儲位快速掃描判斷操作。

2 關鍵軟件設計

2.1 軟件開發(fā)和運行環(huán)境

實驗室元器件倉庫信息化管理系統(tǒng)的上位機和各教研室的客戶端微機，采用服務器/客戶機結構，通過校園網聯(lián)網，操作系統(tǒng)采用Windows軟件；人機界面采用VB（Visual Basic）進行開發(fā)；數(shù)據(jù)庫軟件采用開源數(shù)據(jù)庫MySQL進行開發(fā)；下位機基于單片機的RTU（Remote Terminal Unit，遠程終端單元）用C語言編程；上、下位機采用基于RS485的Modbus通訊協(xié)議進行通訊。

2.2 倉庫管理模塊

在倉庫管理模塊中，分為入庫、出庫、庫存、特殊品、調撥、盤點、預警共7個部分。

入庫、出庫2個模塊是倉庫管理系統(tǒng)中最基礎的功能，所有產品在入庫時都需要自動生成一個唯一編碼（條形碼）。在出庫時，管理員可以通過掃描這個編碼，快速找到要找的產品位置及數(shù)量，并通過LED指示燈進行引導指示，可視化引導管理員前往目標存儲位。元器件入庫操作流程圖如圖1所示，出庫流程圖如圖2所示。

圖1 元器件入庫操作流程圖

圖2 元器件出庫操作流程圖

管理員既可以模糊查詢庫存，也可以精準查詢某些或某個元器件所在的位置及庫存數(shù)量[2]。數(shù)據(jù)庫中對特殊品有一個特殊的標記，使管理員在查詢過程中可以清晰看到哪些產品屬于特殊品類別。調撥功能與出庫功能類似，但對調撥出去的產品需要添加一個標記，以區(qū)分于一般出庫產品，并標注出這些調撥產品的具體去向。盤點功能通過報表的生成來實現(xiàn)。

另外，為保障教學工作需要，需要為每種元器件的數(shù)量設定一個預警值，以提醒管理員及時進行采購，補充庫存[3]。

2.3 系統(tǒng)向LED引導指示燈發(fā)送命令

上位機PC與MC9S08AW32單片機搭建的下位機RTU，采用RS485通訊，通訊方式為主從模式[4]。主機為PC，從機為RTU（各驅動板卡或負載卡）；主機地址為80H，從機地址從01H～7FH；通訊速度為38.4 kb/s，一個停止位，數(shù)據(jù)位為8，無校驗。

當獲得PCB板位置信息后，向標準驅動卡發(fā)送特定命令，使對應位置的LED引導指示燈發(fā)光，可視化引導管理員前去指定的倉庫存儲位置，命令格式如表2所示[5]。

表2 測試幀通訊協(xié)議定義Byte

（1）包頭：0xFD。

（2）目標地址：值為0xFE時，表示該信息為廣播信息，所有在線從機均接收該命令。如是主機向單個從機發(fā)送，則為各從機的相應地址；如是從機向主機發(fā)送，則為主機地址0x80。

（3）本機地址：發(fā)送指令的機器，如是主機向從機發(fā)送，則為主機地址0x80；如是從機向主機發(fā)送，則為各從機的相應地址[6]。

（4）模式：即該指令將要進行的操作方式。

（5）信息：表述該指令將要進行的具體操作或操作結果。

（6）擴展信息：在信息位不能清楚表示將要進行的操作時，可應用擴展信息位，表述要進行的操作。

（7）校驗碼：CRC16（Cyclic Redundancy Check，CRC循環(huán)冗余校驗），指令總校驗和。

3 硬件設計

3.1 硬件選型

上位機選用當前主流配置的正規(guī)品牌PC機，下位機選用飛思卡爾半導體公司（Freescale Semiconductor，Inc）HCS08家族8位處理器內核的MC9S08AW32單片機作為核心搭建的RTU驅動板卡，每塊驅動板卡可驅動128位LED引導指示燈[7]。

圖3 LED引導指示燈接線示意圖

3.2 RTU下位機接線

LED引導指示燈的接線從標準驅動板引出，如圖3所示[8]。

4 結束語

本系統(tǒng)通過基于倉庫儲位可視化引導、唯一性編碼進行快速準確區(qū)分物料，有效降低了原有管理難度和錯誤發(fā)生率，提高了管理效率，補齊了學校信息化短板，助力學校教改。通過基于MySQL開源數(shù)據(jù)庫的軟件開發(fā)，有效降低了實驗室管理投資成本；通過基于單片機的控制單元靈活進行倉庫規(guī)模擴展，增強了該系統(tǒng)移植到其他單位的適用性。該系統(tǒng)的設計研究為實驗室元器件庫人機協(xié)同管理的有益探索提供了參考樣本。