煤礦機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉飛

摘? 要：本文在對(duì)某大型礦業(yè)集團(tuán)設(shè)備管理實(shí)際需求分析的基礎(chǔ)上，提出了基于RFID技術(shù)的煤炭企業(yè)設(shè)備全生命周期管理的思想。提出總體目標(biāo)及系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了煤礦機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)Web端和移動(dòng)客戶端兩部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。為設(shè)計(jì)適應(yīng)于礦業(yè)集團(tuán)機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)提供支持，提高機(jī)電設(shè)備的管理效率。

關(guān)鍵詞：機(jī)電設(shè)備;管理系統(tǒng);系統(tǒng)需求

1、系統(tǒng)研究背景及總體目標(biāo)

1.1 系統(tǒng)研究背景

某現(xiàn)代大型礦業(yè)集團(tuán)下屬礦井分布廣泛，設(shè)備采購一般由物資供應(yīng)公司統(tǒng)一采購，下屬各礦分別設(shè)立其各自供應(yīng)部及小庫房，負(fù)責(zé)單位設(shè)備的進(jìn)、銷、儲(chǔ)等工作，為了提高設(shè)備管理效率，經(jīng)過實(shí)地調(diào)研，認(rèn)為目前大型礦業(yè)集團(tuán)煤炭企業(yè)設(shè)備管理方面主要存在以下問題：

（1）設(shè)備全面狀態(tài)信息的缺失，手工編制計(jì)劃，使設(shè)備采購計(jì)劃、接替計(jì)劃，工作量大，編制困難，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤和偏差，從而造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

（2）機(jī)電設(shè)備采購流程不夠完善，造成設(shè)備采購信息丟失，設(shè)備采購成本變大，設(shè)備不能從其全生命周期進(jìn)行管理等，設(shè)備故障維修不及時(shí)造成生產(chǎn)中斷，降低生產(chǎn)效率。

（3）機(jī)電設(shè)備技術(shù)資料大多以紙質(zhì)文字形式存在，不能上傳至系統(tǒng)，未能形成資源共享，資料不全且大部分保管在設(shè)備采購單位，導(dǎo)致設(shè)備大修無技術(shù)資料，影響設(shè)備大修。

（4）設(shè)備信息不能共享，形成廣泛存在的信息孤島。雖然個(gè)別單位有信息管理系統(tǒng)，但數(shù)據(jù)不能共享，也不完善。管理手段變化跟不上生產(chǎn)變化要求，部分規(guī)章流程執(zhí)行困難，有些備件信息不能準(zhǔn)確查找或查找困難、無法進(jìn)行全面 的資產(chǎn)統(tǒng)計(jì)。

本系統(tǒng)分析了某大型礦業(yè)集團(tuán)的機(jī)電設(shè)備管理現(xiàn)狀，分析了其現(xiàn)有的系統(tǒng)的不足，從其實(shí)際需求出發(fā)提出了設(shè)備全生命周期管理的思想，并且應(yīng)用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全生命周期管理，對(duì)其業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且對(duì)設(shè)備故障預(yù)警功能進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，提高了煤礦生產(chǎn)效率和集團(tuán)的管理水平，保證了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息完整，為以后的數(shù)據(jù)分析處理打下了基礎(chǔ)。

1.2 總體目標(biāo)

本系統(tǒng)通過建立設(shè)備機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)，滿足企業(yè)設(shè)備管理業(yè)務(wù)的各項(xiàng)功能要求，逐步通過信息化手段，建立嚴(yán)格的管理流程，從區(qū)隊(duì)領(lǐng)提報(bào)計(jì)劃開始，計(jì)劃通過審批后，通過使用RFID標(biāo)簽，對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行全生命周期管理，通過RFID方式來管理設(shè)備的入庫出庫，對(duì)設(shè)備的進(jìn)出做到嚴(yán)格、準(zhǔn)確，保證設(shè)備的領(lǐng)取數(shù)量真實(shí)準(zhǔn)確。同時(shí)，通過和財(cái)務(wù)系統(tǒng)建立接口，財(cái)務(wù)系統(tǒng)可以通過供應(yīng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實(shí)施的進(jìn)行核算，能夠準(zhǔn)確的控制庫存。消除小庫存的情況，提高數(shù)據(jù)共享程度，減低系統(tǒng)間數(shù)據(jù)集成的壁壘，為企業(yè)進(jìn)行決策支持提供更完整、真實(shí)的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的具體目標(biāo)主要包含以下幾點(diǎn)：

（1）提高生產(chǎn)率和設(shè)備利用率，減少隨機(jī)故，在引入RFID技術(shù)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全生命周期的管理。

實(shí)施機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和設(shè)備的利用率、可靠性，減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間和停機(jī)率，提高生產(chǎn)率。

（2）規(guī)范、優(yōu)化設(shè)備管理與維修流程，強(qiáng)化全生命周期管理，提高管理效率。

（3）將設(shè)備管理的前端延伸至區(qū)隊(duì)設(shè)備使用后，通過井下RFID和井下3G/4G網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備使用、運(yùn)行、維護(hù)、更換等環(huán)節(jié)的完整記錄。

2、系統(tǒng)需求分析

2.1 業(yè)務(wù)需求

機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)將設(shè)備管理的前端延伸至區(qū)隊(duì)井下投入使用，將設(shè)備管理的后端延伸至供應(yīng)商，還通過數(shù)據(jù)接口和財(cái)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行鏈接，提高了財(cái)務(wù)管理之效率。在設(shè)計(jì)初期，通過與某礦業(yè)集團(tuán)相關(guān)工作人員進(jìn)行溝通，明確了需求，通過梳理總結(jié)得出該系統(tǒng)的完整業(yè)務(wù)流程[1]，如下圖1所示。

本系統(tǒng)總體流程分為計(jì)劃流程、出入庫流程和設(shè)備使用流程。計(jì)劃流程主要是對(duì)設(shè)備采購計(jì)劃的生成進(jìn)行管理。計(jì)劃首先由區(qū)隊(duì)材料預(yù)算人員進(jìn)行提報(bào)，而后經(jīng)區(qū)隊(duì)長審批和礦級(jí)主管部門審批后流轉(zhuǎn)至供應(yīng)站，供應(yīng)站根據(jù)當(dāng)前的庫存進(jìn)行平衡利庫，區(qū)分出自購和代購部分，然后將代購部分的設(shè)備流轉(zhuǎn)至物資供應(yīng)公司，最后由物資供應(yīng)公司通知供應(yīng)商進(jìn)行送貨。當(dāng)供應(yīng)商持送貨通知單到物資供應(yīng)公司駐礦供應(yīng)站時(shí)，供應(yīng)站工作人員將設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)收入庫并初始化物資的RFID標(biāo)簽，粘貼并完成設(shè)備入庫，區(qū)隊(duì)領(lǐng)用時(shí)，通過提報(bào)領(lǐng)料單過礦二級(jí)審批后，打印紙質(zhì)領(lǐng)料單到供應(yīng)站進(jìn)行設(shè)備的領(lǐng)取。

2.2 性能需求

（1）可靠性

系統(tǒng)應(yīng)具有較高的可靠性，系統(tǒng)運(yùn)行過程要保證其在多用戶訪問時(shí)具有穩(wěn)定性，在系統(tǒng)高效處理數(shù)據(jù)的同時(shí)要保證運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)也要確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性。

（2）可擴(kuò)展性

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)過程中我們必須考慮其可擴(kuò)展性，為方便系統(tǒng)的升級(jí)維護(hù)，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)提供良好的接口，根據(jù)需要提供方便靈活的設(shè)置，系統(tǒng)在接口上要保持靈活性和可擴(kuò)展性。

（3）實(shí)時(shí)性

實(shí)時(shí)性是本系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，當(dāng)設(shè)備信息進(jìn)行變更時(shí)，需要系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及時(shí)更新，因此系統(tǒng)必須及時(shí)采集機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且及時(shí)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。如更新設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、保存最新數(shù)據(jù)和日志、及時(shí)發(fā)出警報(bào)發(fā)送消息等。

（4）響應(yīng)速度

由于整個(gè)系統(tǒng)處于專網(wǎng)當(dāng)中，其帶寬可以得到保證，故其靜態(tài)頁面顯示不超過20秒鐘，數(shù)據(jù)表格頁面的顯示平均時(shí)間不超過40秒鐘，若含有導(dǎo)出、匯總、圖標(biāo)顯示等功能時(shí)，顯示時(shí)間不能多于3分鐘。

（5）安全性

由于該機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)中不涉及機(jī)密或非常重要的信息，因此不必對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行防火墻或特殊加密等處理。但是在系統(tǒng)登錄時(shí)我們需要系統(tǒng)過濾權(quán)限，在存儲(chǔ)密碼時(shí)，需要對(duì)密碼進(jìn)行加密操作，而且管理員創(chuàng)建用戶后，該用戶可以修改密碼保證自己的信息安全，系統(tǒng)必須設(shè)置管理員機(jī)制，每個(gè)管理員的所進(jìn)行過的操作也被定時(shí)存入日志中[2-4]。

2.3 功能需求

針對(duì)煤礦的設(shè)備管理現(xiàn)狀及對(duì)設(shè)備管理系統(tǒng)的需求，我們提出的機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)是一個(gè)以設(shè)備全壽命周期管理為核心的綜合管理系統(tǒng)。各個(gè)功能模塊之間都是通過業(yè)務(wù)流程進(jìn)行關(guān)聯(lián)，淄博礦業(yè)集團(tuán)的功能需求是通過具體的業(yè)務(wù)流程，根據(jù)原有的系統(tǒng)所存在的問題而提出的，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)必須滿足該需求，其基本功能要求覆蓋以下互相集成、互相協(xié)作的功能模塊：

（1）權(quán)限管理功能模塊

主要包括用戶管理、應(yīng)用管理和角色管理三個(gè)主要功能模塊，其中用戶管理是指對(duì)使用系統(tǒng)的用戶進(jìn)行添加修改，以及對(duì)個(gè)人賬戶進(jìn)行修改密碼等操作;應(yīng)用管理是對(duì)所有的功能進(jìn)行分組，而角色管理是指對(duì)礦井人員進(jìn)行不同的角色分配，從而確定他們的具體權(quán)限。

（2）通知管理功能模塊

主要包括通知公告管理、通知公告錄入和通知公告查詢，通知公告管理，只要是對(duì)過期公告進(jìn)行刪除操作，通知公告錄入功能主要是對(duì)集團(tuán)或者礦井領(lǐng)導(dǎo)的通知進(jìn)行公告進(jìn)行發(fā)布，通知公告查詢是其他相關(guān)人員可以對(duì)公告進(jìn)行查詢。

（3）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能模塊

主要包括設(shè)備信息維護(hù)和辦公費(fèi)用指標(biāo)維護(hù)兩個(gè)功能，其中設(shè)備信息維護(hù)主要是對(duì)設(shè)備的信息進(jìn)行添加、修改以及刪除。不同倉庫存放不同類型的設(shè)備主要根據(jù)大類編碼區(qū)分，辦公費(fèi)用指標(biāo)功能首先系統(tǒng)根據(jù)登錄人員角色，解析出該用戶所屬部門，然后對(duì)自己所在部門的設(shè)備采購費(fèi)用指標(biāo)進(jìn)行錄入、修改和刪除等操作。

（4）供應(yīng)商管理功能模塊

主要包括提供設(shè)備供應(yīng)商的供應(yīng)商錄入、供應(yīng)商價(jià)格維護(hù)以及供應(yīng)商查詢?nèi)蠊δ苣K，方便設(shè)備采購，以及成本控制。

（5）設(shè)備計(jì)劃管理功能模塊

設(shè)備計(jì)劃管理主要包括計(jì)劃提報(bào)功能、計(jì)劃審批功能、計(jì)劃修改功能、計(jì)劃回退功能、訂單生成功能以及計(jì)劃查詢功能，設(shè)備計(jì)劃管理模塊是設(shè)備管理系統(tǒng)的主要功能模塊，后面我們對(duì)其業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。

（6）設(shè)備出入庫管理功能模塊

設(shè)備出入庫功能包括Web端與移動(dòng)客戶端兩部分，Web端主要包括設(shè)備入庫查詢功能、設(shè)備出庫查詢功能，包括井上、井下兩部分，對(duì)應(yīng)移動(dòng)客戶端設(shè)備出入庫功能主要是對(duì)設(shè)備進(jìn)行掃描出入庫，以及簡單的出入庫查詢。

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）系統(tǒng)的階段性開發(fā)原則

系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)必須具備合理性和完成性。分析系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性，具體的功能能夠分階段的實(shí)現(xiàn)，使其開發(fā)過程更加的順利。

（2）系統(tǒng)的易用性原則

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該做到操作簡單易用，使用戶和系統(tǒng)管理員可以快速的上手掌握該系統(tǒng)的操作方法，最大限度地降低系統(tǒng)使用過程中花費(fèi)在系統(tǒng)培訓(xùn)的費(fèi)用和時(shí)間。做到部分業(yè)務(wù)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，這樣可以最大限度的減輕后臺(tái)數(shù)據(jù)管理人員的工作負(fù)擔(dān)。

（3）系統(tǒng)的業(yè)務(wù)完整性原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要保證系統(tǒng)業(yè)務(wù)的完整性，對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行中所遇到各種特殊情況都能夠做出快速、正確的響應(yīng)，保證所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的可靠性和完整性。

（4）系統(tǒng)業(yè)務(wù)規(guī)范化原則

在開始系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，我們要對(duì)現(xiàn)有的業(yè)務(wù)流程和將來的業(yè)務(wù)流程制定完善的規(guī)范，根據(jù)其規(guī)范來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的先進(jìn)性，同時(shí)要保證系統(tǒng)的實(shí)用性和操作性，還要保證系統(tǒng)采用的技術(shù)是先進(jìn)的技術(shù)，是能夠適應(yīng)現(xiàn)有的和將來的需求的。

3.2 系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

大型礦業(yè)集團(tuán)設(shè)備全生命周期管理平臺(tái)是基于B/S架構(gòu)的分布式系統(tǒng)，客戶端采用瀏覽器觸發(fā)方式訪問系統(tǒng)，進(jìn)而與服務(wù)器交互。系統(tǒng)的服務(wù)器端位于信息中心，一般部署于硬件服務(wù)器上，為了安全起見，數(shù)據(jù)庫與服務(wù)器端服務(wù)器不在同一硬件設(shè)備上。其它Web服務(wù)器交互采用JDBC或第三放持久層框架來完成用戶數(shù)據(jù)的增刪改查等操作，并把最終結(jié)果返回到Web服務(wù)器。三層架構(gòu)如圖2所示。

手持機(jī)部分采用AppCan平臺(tái)開發(fā)，用Ajax請(qǐng)求完成與服務(wù)器通訊的請(qǐng)求發(fā)送和數(shù)據(jù)響應(yīng);固定式和桌面發(fā)卡器用HttpClient類進(jìn)行請(qǐng)求的發(fā)送。

（2）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)時(shí)要求各個(gè)駐礦倉庫內(nèi)盡可能的部署Wi-Fi，若條件有限則選擇數(shù)傳電臺(tái)，完成與RFID掃描設(shè)備的連接，通過租用的專線將獲取的數(shù)據(jù)上傳到集團(tuán)信息中心的服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下圖3所示。

本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，駐礦供應(yīng)站的PC端實(shí)現(xiàn)設(shè)備驗(yàn)收入庫、查詢、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等功能，Client端是RFID標(biāo)簽初始化和設(shè)備的出入庫功能的實(shí)現(xiàn)。手持端輔助固定式閱讀器完成設(shè)備的出入庫、設(shè)備盤查等功能，其數(shù)據(jù)傳輸最優(yōu)選用Wi-Fi方式，無條件時(shí)可使用GPRS網(wǎng)絡(luò)。這樣可確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)可靠。

（3）Web端技術(shù)方案

系統(tǒng)使用Java EE的應(yīng)用服務(wù)器Tomcat作為服務(wù)器，所以Web端程序可和現(xiàn)有系統(tǒng)部署于同一應(yīng)用服務(wù)器上，節(jié)約維護(hù)成本。Java EE技術(shù)是企業(yè)的分布式開發(fā)中使用最成熟廣泛的技術(shù)。Java EE的許多開發(fā)框架及應(yīng)用服務(wù)器都是開源的，可節(jié)約大量成本。故Web端的開發(fā)采用Java EE技術(shù)。Spring容器框架、Hibernate持久層、Shiro權(quán)限控制都是開發(fā)Web端過程中所涉及到的技術(shù)。Spring屬于輕量級(jí)面向切面和控制反轉(zhuǎn)容器框架，它提供Spring MVC框架包括Model、View和Controller層，完成了Web的智能分工，把業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)分離開來。Model層主要實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，Controller層主要用來分配收到的請(qǐng)求并顯示相應(yīng)的視圖，View 層是與用戶進(jìn)行交互的界面，通常使用Freemaker、JSP等方式。Hibernate持久層是使對(duì)象關(guān)系一一對(duì)應(yīng)映射，操作數(shù)據(jù)庫時(shí)可直接操作對(duì)象，開發(fā)簡單不用考慮數(shù)據(jù)庫的關(guān)系外鍵，支持Oracle、SQLSERVER、MYSQL等。Shiro權(quán)限管理框架是用來控制用戶的登陸、認(rèn)證及權(quán)限管理等，并可以和Spring框架無縫結(jié)合。服務(wù)端的設(shè)計(jì)采用Spring、Shiro、Hibernate框架，Web端架構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 Web端技術(shù)方案

用戶使用Http協(xié)議發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器收到請(qǐng)求后，首先通過Shiro對(duì)用戶身份及權(quán)限進(jìn)行認(rèn)證，登錄成功后，服務(wù)器端會(huì)發(fā)送一唯一標(biāo)識(shí)SessionID給用戶。服務(wù)器通過客戶端在收到服務(wù)器發(fā)來的SessionID號(hào)后會(huì)將之存儲(chǔ)到自己Cookie中，在隨后頁面訪問請(qǐng)求時(shí)都會(huì)將此SessionID一并發(fā)送至Web端鑒定用戶的權(quán)限。在權(quán)限過濾驗(yàn)證通過后，請(qǐng)求被拋給Spring MVC，然后通過叫做DispatcherServlet的Servlet處理請(qǐng)求。Controller 是一個(gè)能間接調(diào)用不同 Controller 中對(duì)應(yīng)的方法java類，并且還可以映射Java類中的所有方法至URL地址。除此之外，Spring MVC可將類似HttpServletResponse 等請(qǐng)求以Get（Post）方法放到其相應(yīng)參數(shù)中，然后就可直接在方法參數(shù)中取出所需。

結(jié)論

本文首先介紹了本系統(tǒng)的項(xiàng)目研究背景和總體目標(biāo)，針對(duì)淄博礦業(yè)集團(tuán)現(xiàn)有的設(shè)備管理系統(tǒng)所存在的問題，對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)的進(jìn)行了需求分析，主要包括業(yè)務(wù)需求、性能需求和功能需求。最后，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)技術(shù)方案、關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫以及系統(tǒng)功能。

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