李 麗，武照云，宋昊舉，張毓蘭

（1.河南職業(yè)技術(shù)學院汽車工程學院，河南 鄭州 450046；2.河南工業(yè)大學機電工程學院，河南 鄭州 450001）

1 引言

在機械制造企業(yè)中，工藝設(shè)計作為聯(lián)系產(chǎn)品設(shè)計與制造的中樞，是整個制造過程中的重要環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品質(zhì)量和制造成本具有極為重要的影響。在過去，都是由工藝技術(shù)人員按照零件圖紙手工完成工藝卡片的編制，再由生產(chǎn)部門下發(fā)到車間，在部門流轉(zhuǎn)間產(chǎn)生了很多技術(shù)資料，而這些技術(shù)資料的管理質(zhì)量取決于相關(guān)管理人員的記憶能力與業(yè)務(wù)水平。隨著科學技術(shù)的發(fā)展與進步，計算機輔助工藝規(guī)劃（Computer Aided Process Planning，CAPP）技術(shù)出現(xiàn)并逐漸擴大應用范圍。很多學者在工藝卡片的自動生成、工藝卡片信息提取、工藝模板的定制方面做了大量研究，如文獻[1]針對模具零件加工過程的特點，設(shè)計了適用于模具工業(yè)的工藝卡片管理系統(tǒng)；文獻[2]運用MVVM 設(shè)計模式，對滾珠絲杠副工藝卡輸出模塊進行了優(yōu)化；文獻[3]設(shè)計并實現(xiàn)了一套基于Web 的制造業(yè)工藝管理系統(tǒng)；文獻[4]以鍛造工藝卡片作為實例，研究了基于DWGDirectX 的工藝卡片信息提取技術(shù)；文獻[5]針對礦井提升機工藝設(shè)計與管理中存在的問題，開發(fā)了基于B/S 架構(gòu)的大型礦井提升機關(guān)鍵件工藝管理系統(tǒng)；文獻[6]以SolidWorks 三維建模軟件為平臺，開發(fā)了臂盤式制動器參數(shù)化工藝設(shè)計系統(tǒng)；文獻[7]開發(fā)了基于Pro/E 的三維標釋與工藝卡片系統(tǒng)；文獻[8]面向CAPP 與PDM之間工藝數(shù)據(jù)集成的需求，構(gòu)建了基于PDM 的工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。以上研究均有效提高了企業(yè)工藝設(shè)計質(zhì)量和效率。

近些年，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展非常迅速，已經(jīng)擴展到各類行業(yè)的應用領(lǐng)域中?；谝苿佣薃PP 技術(shù)的各類應用逐漸占據(jù)了信息系統(tǒng)的主流地位，在工業(yè)、教育、娛樂、服務(wù)等領(lǐng)域取得了顯著的效果。

在移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用背景下，以機械制造車間為對象，基于車間局域網(wǎng)和移動APP 技術(shù)，研究符合車間生產(chǎn)特點的工藝流程與工藝卡片信息描述方法，構(gòu)建基于移動端APP 的機械加工工藝卡片管理系統(tǒng)，實現(xiàn)工藝卡片信息管理的全新應用模式。

2 系統(tǒng)功能分析

通常來講，機械加工車間的產(chǎn)品工藝卡片由工藝技術(shù)人員針對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求進行專門制定，然后下發(fā)給車間員工，以此作為機械加工的技術(shù)指導文件。對于常見的機械加工車間典型操作流程而言，一般一個產(chǎn)品對應一個完整的工藝流程，其中包括多個加工工序；每個加工工序都對應一個工藝卡片，其中包括多個工步；由于產(chǎn)品訂單數(shù)量較多，因此每個工序及其工步都可能對應多個操作員工。

在信息管理系統(tǒng)中，機械加工工藝卡片不再是傳統(tǒng)的紙質(zhì)卡片，而是富媒體形式的數(shù)據(jù)集成載體。因此，工藝卡片中包含的內(nèi)容可以根據(jù)實際需要進行大幅度擴展，主要包括工序基本信息、工步內(nèi)容（列表）、工步操作說明（文本、圖片、視頻等）、工步檢驗標準（列表）、不良歷史記錄（文本、圖片、視頻等）等內(nèi)容[9]，如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)品加工工藝流程基本組成要素關(guān)系圖Fig.1 Relationship Chart of Process Flow Basic Elements

基于上述分析，機械加工工藝卡片管理系統(tǒng)應具備的功能如下：工藝技術(shù)人員能夠通過該系統(tǒng)完成產(chǎn)品工藝流程圖的設(shè)計、各工序工藝卡片的建立以及相應內(nèi)容的上傳、工藝卡片的發(fā)布等；車間員工能夠通過移動APP 實時接收生產(chǎn)任務(wù)、查看工藝卡片中的各項信息、瀏覽圖片與視頻等。

3 總體架構(gòu)設(shè)計

根據(jù)機械加工工藝卡片管理系統(tǒng)的功能需求分析，系統(tǒng)采用“普通PC 端+移動APP 端”的混合架構(gòu)進行設(shè)計與應用，如圖2 所示。

（1）普通PC 端架構(gòu)。該模式主要供工藝技術(shù)人員使用。采用三層體系方式進行設(shè)計，主要包括數(shù)據(jù)層、應用層和用戶層。①數(shù)據(jù)層：在服務(wù)器端，部署系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與文件服務(wù)器。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要存儲各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與應用數(shù)據(jù)，文件服務(wù)器主要存儲視頻文件與圖片文件等。②應用層：針對工藝技術(shù)人員的業(yè)務(wù)需求，分別設(shè)置工藝流程圖設(shè)計模塊、工藝卡片建立模塊、維護與發(fā)布模塊等，對于基本的業(yè)務(wù)邏輯處理功能進行封裝，形成業(yè)務(wù)處理類庫。③用戶層：該層主要負責處理用戶輸入與結(jié)果輸出。以簡潔實用為原則，設(shè)計人機交互界面，使功能區(qū)及其操作界面以最佳方式進行呈現(xiàn)。

（2）移動APP 端架構(gòu)。該模式主要供車間操作員工使用。在服務(wù)器端，部署Web 服務(wù)器，通過數(shù)據(jù)庫存取引擎和Socket 通訊傳輸方式分別訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫以及文件服務(wù)器，同時開設(shè)APP數(shù)據(jù)通訊傳輸接口，為移動APP 提供雙向數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。這樣，車間操作員工就可以在移動終端上查看發(fā)布的工藝卡片、瀏覽相關(guān)視頻文件等。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖Fig.2 System Overall Architecture Graph

4 數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫設(shè)計

產(chǎn)品工藝流程圖數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建是系統(tǒng)開發(fā)中的一個關(guān)鍵問題。根據(jù)C#的面向?qū)ο笤O(shè)計原則，結(jié)合工序節(jié)點與連線在工藝流程圖中的圖形特點，抽象出一個接口定義IPaintItem，該接口具備基本的圖形對象屬性與方法；然后，在IPaintItem 接口規(guī)則之下，分別定義PaintUnit 類與PaintLink 類來描述工序節(jié)點與連線；這樣，運用泛型集合List及序列化技術(shù)即可完成工藝流程圖數(shù)據(jù)模型的建立[10]。

對于其他信息與數(shù)據(jù)，均可以通過SQL Server 數(shù)據(jù)庫進行維護與存儲。根據(jù)“產(chǎn)品-工藝流程圖-工序-工藝卡片”的層次關(guān)系與組織結(jié)構(gòu)，設(shè)計了數(shù)據(jù)表，主要包括產(chǎn)品表、工序信息表、工步信息表、工序說明表、檢驗標準表、不良歷史記錄表等，如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)表關(guān)系圖Fig.3 Data Table Relationship Graph

5 關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)實現(xiàn)

5.1 工藝流程圖與工藝卡片管理

根據(jù)機械加工車間的生產(chǎn)特點，以工藝流程圖為主線，通過流程圖為每個工序編制工藝卡片，實現(xiàn)工藝設(shè)計、生產(chǎn)安排與質(zhì)量檢驗的集成應用。以圖形化形式表達的工藝流程圖具有表達直觀、可視化程度高的特點，建立產(chǎn)品工藝流程圖與工藝卡片的設(shè)計步驟，如圖4 所示。

圖4 工藝流程圖與工藝卡片設(shè)計步驟Fig.4 Design Steps of Process Flow Diagram and Process Card

產(chǎn)品工藝流程圖的設(shè)計共有3 種方式：（1）完全手動繪制。先逐個拖放工序節(jié)點，再根據(jù)串行與并行的關(guān)聯(lián)關(guān)系，然后以直線或折線方式依次連接各個工序節(jié)點，以此逐步形成工藝流程圖。（2）復制/粘貼已有的部分工序節(jié)點。若欲繪制的工藝流程圖中有部分工序節(jié)點與系統(tǒng)中已有的流程圖一致，則可以先將已有工藝流程圖打開，在其中選取需要的工序節(jié)點進行復制，然后直接粘貼到目標流程圖中。對于其余部分再手動繪制。該方式可以顯著提高工藝流程圖的繪制效率。（3）直接修改已有的工藝流程圖。若欲繪制的工藝流程圖與已有的流程圖很相似，則可以先調(diào)用已有的流程圖，然后在此基礎(chǔ)上直接進行編輯與修改。該方式可以實現(xiàn)系統(tǒng)原有工藝流程圖的高效再利用，極大提高工作效率。工藝流程圖設(shè)計界面，如圖5 所示。

圖5 工藝流程圖設(shè)計界面Fig.5 Design Interface of Process Flow Diagram

工藝流程圖設(shè)計好后，在“編輯工藝卡”模塊中以只讀方式打開工藝流程圖，然后可以針對流程上的每一道工序編制工藝卡片。雙擊流程圖上任一工序節(jié)點，可彈出加工工藝卡界面，在該界面上可以完成基本信息、工步內(nèi)容、工步說明、工步驗證、不良歷史記錄等信息的錄入，如圖6 所示。

圖6 加工工藝卡信息錄入界面Fig.6 Information Input Interface of Process Card

5.2 面向移動APP 的服務(wù)器端接口設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，車間員工需要在移動設(shè)備（智能手機）上通過APP 訪問并瀏覽產(chǎn)品工藝流程圖和工藝卡片。雖然智能手機操作系統(tǒng)及對應APP 的開發(fā)方法有所不同，但是都需要遠程訪問服務(wù)器上的數(shù)據(jù)與資源。因此，必須在服務(wù)器端設(shè)置后臺接口，以便于移動端APP 獲取數(shù)據(jù)。在微軟提供的程序開發(fā)技術(shù)框架中，能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)器端后臺數(shù)據(jù)接口功能的技術(shù)主要有：Web Service、ashx、Web API、MVC 等。其中，MVC 是一種非常適合創(chuàng)建Web 應用程序的模式，該模式將應用程序按照功能進行分層設(shè)計與部署?？刂破鰿ontroller 負責處理用戶交互、接收請求、邏輯處理、返回數(shù)據(jù)等，能夠滿足為移動設(shè)備APP 提供數(shù)據(jù)交互的要求。因此，運用ASP.NET MVC 中的Controller 技術(shù)開發(fā)服務(wù)器端后臺數(shù)據(jù)接口，部分接口列表，如表1 所示。

表1 服務(wù)器端后臺數(shù)據(jù)接口列表（部分）Tab.1 Server Background Data Interface List（Part）

其中，GetProcessInfo 方法的代碼如下：

public string GetProcessInfo（）

｛APPDAL myappdal=new APPDAL（）；

DataTable mt=myappdal.GetProcessInfo（）；

string JString=JsonConvert.SerializeObject（mt）；

return JString；｝

5.3 移動端APP 設(shè)計

以智能手機為代表，目前移動設(shè)備的操作系統(tǒng)以Android 和IOS 為主流，但是，這兩個系統(tǒng)彼此并不兼容，因此，開發(fā)Android APP 和IOS APP 需要不同的技術(shù)才能完成，而且差異非常大，這給移動APP 的開發(fā)帶來很大困難。近些年，以HTML5 為代表的跨平臺APP 技術(shù)逐漸流行起來。運用HTML5 開發(fā)的跨平臺WebAPP，可以同時適用于Android 系統(tǒng)和IOS 系統(tǒng)，而且還具有開發(fā)速度快、成本低、適配性好等優(yōu)點[11]。因此，采用HTML5 對移動端APP進行設(shè)計與開發(fā)。開發(fā)流程與步驟主要包括：（1）根據(jù)系統(tǒng)功能要求，運用 HTML5、CSS、Jquery Mobile 等 Web 技術(shù)設(shè)計響應式布局的移動端用戶界面；（2）運用JavaScript、AJAX 等技術(shù)開發(fā)遠程數(shù)據(jù)交互與界面響應等功能；（3）在Windows 系統(tǒng)下搭建并配置Cordova 環(huán)境，利用Cordova 進行跨平臺移動APP 的編譯、打包與發(fā)布。車間操作員工的移動端APP 界面，如圖7 所示。

圖7 移動端APP 界面Fig.7 Mobile APP Interface

6 結(jié)論

綜合運用 C#.NET、SQL Server、ASP.NET MVC、HTML5 等技術(shù)，開發(fā)了基于移動端APP 的機械加工工藝卡片管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了機械加工工藝卡片信息管理與應用的全新模式。采用的系統(tǒng)開發(fā)方案與技術(shù)路線，對于其他同類型的制造業(yè)信息化軟件系統(tǒng)具有一定的參考借鑒意義。