于福華，陳慧敏，陳 虹

（北京經(jīng)濟(jì)管理職業(yè)學(xué)院，北京 100102）

0 引言

隨著中國(guó)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室元器件庫管理難度不斷加大。在長(zhǎng)期實(shí)踐教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)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(shí)踐教學(xué)元器件使用帶來非常大的困擾。為解決學(xué)校實(shí)驗(yàn)室出入庫效率低下、錯(cuò)誤頻發(fā)、難以給出準(zhǔn)確即時(shí)庫存、浪費(fèi)倉儲(chǔ)空間和流動(dòng)資金等元器件倉庫的管理難題，本文就管理系統(tǒng)、關(guān)鍵軟件、硬件給出了設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)理念，提出構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室元器件庫信息化管理系統(tǒng)。希望通過倉庫儲(chǔ)位可視化引導(dǎo)提高效率、唯一性編碼快速精準(zhǔn)區(qū)分元器件、校園網(wǎng)共享實(shí)時(shí)倉儲(chǔ)信息、開源數(shù)據(jù)庫節(jié)省軟件投資、基于單片機(jī)的控制單元靈活擴(kuò)展倉庫規(guī)模，有效降低原有的管理難度和錯(cuò)誤發(fā)生率，提高管理效率，為實(shí)驗(yàn)室元器件庫人機(jī)協(xié)同管理作出探索。

1 元器件倉庫信息化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

實(shí)驗(yàn)室元器件倉庫的信息化管理設(shè)計(jì)，依賴于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的快速計(jì)算、準(zhǔn)確存儲(chǔ)、即時(shí)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(shí)通訊；依賴于校園網(wǎng)絡(luò)使各教研室電腦終端與實(shí)驗(yàn)室元器件倉庫數(shù)據(jù)庫進(jìn)行即時(shí)交互，從而有效降低倉庫管理員的腦力和體力作業(yè)強(qiáng)度，提高工作效率和倉儲(chǔ)空間效率，降低錯(cuò)誤發(fā)生率[1]。

1.2 實(shí)現(xiàn)功能

（1）能查詢倉庫內(nèi)各種元器件的精準(zhǔn)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(chǔ)空間。

（2）當(dāng)某種器件的數(shù)量低于特定值時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒管理員及時(shí)補(bǔ)充采購，保持和控制合理庫存，避免影響正常教學(xué)運(yùn)行。

（3）管理員可查詢倉庫中的每一次存取操作記錄，及時(shí)了解各元器件的去向，當(dāng)發(fā)生損壞或丟失事件時(shí)有跡可循，實(shí)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(dǎo)指示燈，可視化引導(dǎo)管理員快速、準(zhǔn)確找到器件的存儲(chǔ)位置，減少尋找儲(chǔ)位的時(shí)間，提高效率。

（5）倉庫設(shè)智能化自動(dòng)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(chǔ)不善導(dǎo)致的損耗。

（6）對(duì)于特殊品、倉庫調(diào)撥等特殊情況也能進(jìn)行有效管理。

（7）定期生產(chǎn)報(bào)表，使上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)了解倉庫的管理情況，從傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗(yàn)管理轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽烤_的數(shù)字分析管理，提升管理水平。

1.3 權(quán)限設(shè)計(jì)

倉庫管理系統(tǒng)的訪問權(quán)限管理非常重要。該系統(tǒng)設(shè)置2種權(quán)限，只有擁有一級(jí)權(quán)限的人員（如實(shí)驗(yàn)員）可以添加新用戶、修改權(quán)限，二級(jí)權(quán)限人員僅能查看，如表1所示。

表1 每個(gè)權(quán)限等級(jí)對(duì)應(yīng)的具體權(quán)限內(nèi)容

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

1.4 唯一化編碼設(shè)計(jì)

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

1.4.1 訂單編碼規(guī)則

編碼規(guī)則：日期（8位）+當(dāng)日訂單流水號(hào)（2位），共10位。考慮到學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的訂單量不會(huì)很大，故不需要設(shè)計(jì)很復(fù)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(hào)（2位）+子類代號(hào)（2位）+型號(hào)代號(hào)（3位）+特殊品判定（1位）。對(duì)于工具類，可以賦予類別代號(hào)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(hào)01、02、03。對(duì)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(hào)代號(hào)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(duì)于電阻類元器件，可以賦予類別代號(hào)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(hào)01、02、03。對(duì)不同阻值的電阻（如100 Ω、3.3 kΩ、5 kΩ）分別賦予型號(hào)代號(hào)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(yīng)存儲(chǔ)位，黏貼對(duì)應(yīng)編碼的條形碼，便于管理員在倉庫儲(chǔ)位快速掃描判斷操作。

2 關(guān)鍵軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境

實(shí)驗(yàn)室元器件倉庫信息化管理系統(tǒng)的上位機(jī)和各教研室的客戶端微機(jī)，采用服務(wù)器/客戶機(jī)結(jié)構(gòu)，通過校園網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，操作系統(tǒng)采用Windows軟件；人機(jī)界面采用VB（Visual Basic）進(jìn)行開發(fā)；數(shù)據(jù)庫軟件采用開源數(shù)據(jù)庫MySQL進(jìn)行開發(fā)；下位機(jī)基于單片機(jī)的RTU（Remote Terminal Unit，遠(yuǎn)程終端單元）用C語言編程；上、下位機(jī)采用基于RS485的Modbus通訊協(xié)議進(jìn)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(diào)撥、盤點(diǎn)、預(yù)警共7個(gè)部分。

入庫、出庫2個(gè)模塊是倉庫管理系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的功能，所有產(chǎn)品在入庫時(shí)都需要自動(dòng)生成一個(gè)唯一編碼（條形碼）。在出庫時(shí)，管理員可以通過掃描這個(gè)編碼，快速找到要找的產(chǎn)品位置及數(shù)量，并通過LED指示燈進(jìn)行引導(dǎo)指示，可視化引導(dǎo)管理員前往目標(biāo)存儲(chǔ)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(zhǔn)查詢某些或某個(gè)元器件所在的位置及庫存數(shù)量[2]。數(shù)據(jù)庫中對(duì)特殊品有一個(gè)特殊的標(biāo)記，使管理員在查詢過程中可以清晰看到哪些產(chǎn)品屬于特殊品類別。調(diào)撥功能與出庫功能類似，但對(duì)調(diào)撥出去的產(chǎn)品需要添加一個(gè)標(biāo)記，以區(qū)分于一般出庫產(chǎn)品，并標(biāo)注出這些調(diào)撥產(chǎn)品的具體去向。盤點(diǎn)功能通過報(bào)表的生成來實(shí)現(xiàn)。

另外，為保障教學(xué)工作需要，需要為每種元器件的數(shù)量設(shè)定一個(gè)預(yù)警值，以提醒管理員及時(shí)進(jìn)行采購，補(bǔ)充庫存[3]。

2.3 系統(tǒng)向LED引導(dǎo)指示燈發(fā)送命令

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

當(dāng)獲得PCB板位置信息后，向標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)卡發(fā)送特定命令，使對(duì)應(yīng)位置的LED引導(dǎo)指示燈發(fā)光，可視化引導(dǎo)管理員前去指定的倉庫存儲(chǔ)位置，命令格式如表2所示[5]。

表2 測(cè)試幀通訊協(xié)議定義Byte

（1）包頭：0xFD。

（2）目標(biāo)地址：值為0xFE時(shí)，表示該信息為廣播信息，所有在線從機(jī)均接收該命令。如是主機(jī)向單個(gè)從機(jī)發(fā)送，則為各從機(jī)的相應(yīng)地址；如是從機(jī)向主機(jī)發(fā)送，則為主機(jī)地址0x80。

（3）本機(jī)地址：發(fā)送指令的機(jī)器，如是主機(jī)向從機(jī)發(fā)送，則為主機(jī)地址0x80；如是從機(jī)向主機(jī)發(fā)送，則為各從機(jī)的相應(yīng)地址[6]。

（4）模式：即該指令將要進(jìn)行的操作方式。

（5）信息：表述該指令將要進(jìn)行的具體操作或操作結(jié)果。

（6）擴(kuò)展信息：在信息位不能清楚表示將要進(jìn)行的操作時(shí)，可應(yīng)用擴(kuò)展信息位，表述要進(jìn)行的操作。

（7）校驗(yàn)碼：CRC16（Cyclic Redundancy Check，CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)），指令總校驗(yàn)和。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件選型

上位機(jī)選用當(dāng)前主流配置的正規(guī)品牌PC機(jī)，下位機(jī)選用飛思卡爾半導(dǎo)體公司（Freescale Semiconductor，Inc）HCS08家族8位處理器內(nèi)核的MC9S08AW32單片機(jī)作為核心搭建的RTU驅(qū)動(dòng)板卡，每塊驅(qū)動(dòng)板卡可驅(qū)動(dòng)128位LED引導(dǎo)指示燈[7]。

圖3 LED引導(dǎo)指示燈接線示意圖

3.2 RTU下位機(jī)接線

LED引導(dǎo)指示燈的接線從標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)板引出，如圖3所示[8]。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)通過基于倉庫儲(chǔ)位可視化引導(dǎo)、唯一性編碼進(jìn)行快速準(zhǔn)確區(qū)分物料，有效降低了原有管理難度和錯(cuò)誤發(fā)生率，提高了管理效率，補(bǔ)齊了學(xué)校信息化短板，助力學(xué)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(shí)驗(yàn)室管理投資成本；通過基于單片機(jī)的控制單元靈活進(jìn)行倉庫規(guī)模擴(kuò)展，增強(qiáng)了該系統(tǒng)移植到其他單位的適用性。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究為實(shí)驗(yàn)室元器件庫人機(jī)協(xié)同管理的有益探索提供了參考樣本。