鄧建波

技術(shù)應(yīng)用

基于WCF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)

鄧建波

（艾禮富電子（深圳）有限公司，廣東 深圳 518126）

針對(duì)小型生產(chǎn)線設(shè)備防呆不完備、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品追溯困難等問(wèn)題，提出基于Windows 通訊開發(fā)平臺(tái)（WCF）的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)。該系統(tǒng)在NET Framework 4.5框架下，利用Visual Basic.NET和SQL Server開發(fā)；不僅能夠有效防止員工誤操作，還提升了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的可追溯性。經(jīng)過(guò)在生產(chǎn)線的應(yīng)用，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、安全性。

二維碼系統(tǒng)；Windows 通訊開發(fā)平臺(tái)；生產(chǎn)線；Visual Basic.NET

0 引言

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展，推動(dòng)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。“中國(guó)制造2025”指出，制造業(yè)將朝自動(dòng)化、信息化和智能化方向發(fā)展。這對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程提出了更高要求，同時(shí)一些小型生產(chǎn)線自身存在的問(wèn)題也逐漸凸顯，如產(chǎn)品不良率高、生產(chǎn)效率低、不良品管理不規(guī)范、產(chǎn)品追溯困難、設(shè)備防呆不完備、人機(jī)交互困難等。因此，迫切需要簡(jiǎn)單、快速地實(shí)現(xiàn)設(shè)備間通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及查詢等功能[1]。

對(duì)于小型生產(chǎn)線，專門開發(fā)一套完整的制造執(zhí)行系統(tǒng)投入較大，實(shí)現(xiàn)也較困難。為此，本文提出基于Windows 通訊開發(fā)平臺(tái)（Windows communication foundation, WCF）的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)。該系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品綁定唯一二維碼；產(chǎn)品經(jīng)過(guò)每個(gè)工站的數(shù)據(jù)都發(fā)送給小型服務(wù)器；通過(guò)二維碼查詢服務(wù)器實(shí)現(xiàn)設(shè)備間信息的共享[2]。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于WCF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)需考慮硬件的合理配置、軟件的功能全面及運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)庫(kù)的安全及易操作和維護(hù)。

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

基于WCF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)采用普通小型塔式服務(wù)器；利用Visual Basic.NET開發(fā)基于WCF技術(shù)的服務(wù)；采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)保存和管理生產(chǎn)數(shù)據(jù)。每條生產(chǎn)線的設(shè)備通過(guò)網(wǎng)線連接到產(chǎn)線端交換機(jī)，每臺(tái)產(chǎn)線端交換機(jī)再匯總連接至服務(wù)器端交換機(jī)，這樣每臺(tái)設(shè)備都可以訪問(wèn)服務(wù)器，但設(shè)備間無(wú)法相互訪問(wèn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于WCF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)工作流程

在產(chǎn)品來(lái)料組裝或測(cè)試前，首先，通過(guò)激光打標(biāo)或標(biāo)簽貼紙的方式綁定唯一二維碼；然后，在組裝或測(cè)試時(shí)掃描二維碼，從服務(wù)器獲取上一工站的比對(duì)信息，并給出相關(guān)提示；最后，組裝或測(cè)試完成時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送設(shè)備及結(jié)果數(shù)據(jù)至服務(wù)器，以便產(chǎn)品追溯、結(jié)果查詢[3]。系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

2 系統(tǒng)軟件

基于WCF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要在Visual Studio開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行，利用Visual Basic.NET和SQL Server開發(fā)。本文選擇ADO.NET的SQL Server.NET數(shù)據(jù)提供程序、執(zhí)行命令、獲取結(jié)果。

圖2 基于WCF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)工作流程

2.1 WCF服務(wù)

WCF是Microsoft為構(gòu)建面向服務(wù)的應(yīng)用提供的分布式通信框架、是Windows平臺(tái)下各種通信方案的集成技術(shù)[4-5]、是NET Framework的重要組成部分。

采用WCF服務(wù)需要定義協(xié)定，包括服務(wù)協(xié)定（service contract）、數(shù)據(jù)協(xié)定（data contract）和消息協(xié)定（message contract）。其中，服務(wù)協(xié)定是一個(gè)接口，由1個(gè)或多個(gè)服務(wù)操作協(xié)定（operation contract）的方法映射到接口上?；赪CF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)服務(wù)協(xié)定代碼如下：

服務(wù)協(xié)定代碼 Public Interface IServerFunction Add_Barcode_Info(barcode As String,printor As String) As String……End Interface

服務(wù)協(xié)定只是一個(gè)接口（并不包含實(shí)現(xiàn)代碼），可以在服務(wù)器和客戶端之間共享。作為雙方通信的一種“約定”，要實(shí)現(xiàn)具體的服務(wù)功能還需要一個(gè)類（服務(wù)類）來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)定接口?？蛻舳送ㄟ^(guò)訪問(wèn)服務(wù)協(xié)定接口的某個(gè)方法來(lái)調(diào)用WCF服務(wù)。當(dāng)消息發(fā)送到服務(wù)器后，服務(wù)器找到實(shí)現(xiàn)服務(wù)協(xié)定接口的類并將其實(shí)例化，再調(diào)用與操作協(xié)定匹配的方法（服務(wù)協(xié)定接口的實(shí)現(xiàn)方法）?；赪CF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)服務(wù)類代碼如下：

服務(wù)類代碼 Public Class Service Implements IServerPublic Function Add_Barcode_Info(barcode As String, printor As String) As String Implement IServer.Add_Barcode_Info……End FunctionEnd Class

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)

在SQL Server Management Studio 中建立數(shù)據(jù)庫(kù)和相應(yīng)的表，數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)選擇ADO.NET。ADO.NET體系結(jié)構(gòu)的核心元素是.NET數(shù)據(jù)提供程序，用于連接特定的數(shù)據(jù)庫(kù)（本系統(tǒng)的SQL Server），執(zhí)行命令和獲取結(jié)果。為完成系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)操作，還需要在SQL Server中建立所需要的存儲(chǔ)過(guò)程，再通過(guò)Command對(duì)象使用存儲(chǔ)過(guò)程。與使用SqlCommand上的執(zhí)行命令相比，使用存儲(chǔ)過(guò)程既可以提高數(shù)據(jù)庫(kù)的性能，還可以防止SQL注入攻擊[6]?；赪CF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)調(diào)用存儲(chǔ)過(guò)程代碼如下：

調(diào)用存儲(chǔ)過(guò)程代碼 Dim ConStr As SqlConnection = New SqlConnection(Program.sysConnectionString)ConStr.Open()Dim Cmd As SqlCommand = New SqlCommand("Add_Barcode_Info", ConStr)Cmd.CommandType = CommandType.StoredProcedureCmd.Parameters.Add("@BARCODE", SqlDbType.NVarChar, 100).Value = barcode……Cmd.Parameters.Add("@RESULT",SqlDbType.NVarChar, 500).Direction = ParameterDirection.OutputCmd.ExecuteNonQuery()Return Cmd.Parameters("@RESULT").Value.ToString……

2.3 客戶端

對(duì)于獨(dú)立進(jìn)程中的WCF服務(wù)，需利用Serverce- Host類啟動(dòng)服務(wù)后，客戶端才能調(diào)用服務(wù)。基于WCF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)啟動(dòng)服務(wù)代碼如下：

啟動(dòng)服務(wù)代碼 Dim base_Binding As NetTcpBinding=NewNetTcpBinding(SecurityMode.None)Program. Host=New ServiceHost(GetType(Service),New Uri("net.tcp://127.0.0.1:8668"))Program. Host.AddServiceEndpoint (GetType(IServer),base_Binding,"Service")Program. Host.Open()

在Visual Studio開發(fā)環(huán)境中，根據(jù)WCF服務(wù)公開的元數(shù)據(jù)生成客戶端代理類。當(dāng)WCF服務(wù)公開元數(shù)據(jù)后只需添加服務(wù)引用時(shí)[7-8]，開發(fā)工具自動(dòng)生成客戶端代理類供客戶端調(diào)用服務(wù)，如圖3所示。若WCF服務(wù)沒(méi)有公開元數(shù)據(jù)時(shí)，可利用通道工廠（ChannelFactory類）公開CreateChannel方法，調(diào)用該方法后返回TChannel類型參數(shù)指定的服務(wù)協(xié)定的接口類型，使用CreateChannel方法返回的協(xié)定實(shí)例，即可調(diào)用WCF服務(wù)。

圖3 添加服務(wù)引用

根據(jù)自定義的命名空間名稱（Service）添加服務(wù)后，生成一個(gè)與服務(wù)協(xié)定接口結(jié)構(gòu)完全相同的接口和代理類ServerClient?；赪CF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)客戶端接口與代理類代碼如下：

客戶端接口與代理類代碼 Namespace ServicePublic Interface IServer _Function Add_Barcode_Info(ByVal barcode As String, ByVal printor As String) As String……End Interface……Partial Public Class ServerClientInherits System.ServiceModel.ClientBase(Of Service.IServer)Implements Service.IServerPublic Function Add_Barcode_Info(ByVal barcode As String, ByVal printor As String) As String _ImplementsService.IServer.Add_Barcode_InfoReturn MyBase.Channel.Add_Barcode_Info (barcode, printor)End Function……End ClassEnd Namespace

ServerClient代理類派生自ClientBase(Of TChannel)類，ClientBase(Of TChannel)類通過(guò)泛型類型參數(shù)識(shí)別代理封裝的服務(wù)協(xié)定。ClientBase(Of TChannel)的Channel屬性就是泛型類型參數(shù)。生成的ClientBase(Of TChannel)子類僅是將方法調(diào)用委托給Channel，調(diào)用Channel屬性的方法將適當(dāng)?shù)腤CF消息發(fā)送給服務(wù)[9]。在使用代理時(shí)，客戶端先實(shí)例化代理對(duì)象，并為構(gòu)造函數(shù)提供終結(jié)點(diǎn)信息；再使用代理類的方法調(diào)用服務(wù)。

2.4 設(shè)備端

在設(shè)備控制軟件內(nèi)添加調(diào)用代理類方法的程序，并發(fā)送對(duì)應(yīng)工位的信息及數(shù)據(jù)到服務(wù)器。生產(chǎn)車間的一些老舊設(shè)備，如硬件、軟件無(wú)法升級(jí)更新時(shí)，可以考慮采用基于Socket機(jī)制的通信。當(dāng)設(shè)備軟件在VB6.0環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，采用WinSock控件編寫客戶端程序；當(dāng)設(shè)備軟件采用LabVIEW編寫時(shí)，采用DataSocket或TCP/IP相關(guān)VI編寫客戶端程序。以上情況需要服務(wù)器端增加相應(yīng)的Socket服務(wù)程序。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于WCF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)采用塔式服務(wù)器主機(jī)，配置為32 GB內(nèi)存、2X6 TB硬盤、千兆交換機(jī)，硬盤陣列模式為RAID 1（磁盤鏡像）提高數(shù)據(jù)安全性。設(shè)計(jì)服務(wù)器界面時(shí)，從應(yīng)用場(chǎng)景、穩(wěn)定性、可靠性、安全性等考慮，在服務(wù)器運(yùn)行時(shí)只彈出“服務(wù)器運(yùn)行中”提示界面。

為提高數(shù)據(jù)安全，還需要進(jìn)行SQL Server 維護(hù)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的自動(dòng)備份，并根據(jù)實(shí)際情況分別設(shè)置相應(yīng)時(shí)間間隔的完整備份、差異備份、日志備份。

根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)相應(yīng)功能的客戶端軟件，如圖4所示。

圖4 客戶端軟件界面

4 系統(tǒng)應(yīng)用

基于WCF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)在某工廠多條生產(chǎn)線已穩(wěn)定運(yùn)行一年多，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性，且投資低、籌建時(shí)間短、維護(hù)簡(jiǎn)單，適合在中小型生產(chǎn)線推廣應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

在NET Framework 4.5框架下，利用WCF、數(shù)據(jù)庫(kù)等信息技術(shù)開發(fā)的二維碼系統(tǒng)有效地解決了小型生產(chǎn)線生產(chǎn)效率低、不良品管理不規(guī)范、產(chǎn)品追溯困難、設(shè)備防呆不完備等問(wèn)題。但要真正實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的工業(yè)制造，簡(jiǎn)單的二維碼系統(tǒng)還不夠，需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展升級(jí)。在增加相應(yīng)功能的基礎(chǔ)上，通過(guò)將通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，加入各品牌的標(biāo)準(zhǔn)加工制造設(shè)備、工業(yè)機(jī)器手、PLC、觸摸屏等通信協(xié)議，引入OPC技術(shù)[10-12]、定義基于PC-Base或MCU開發(fā)的非標(biāo)設(shè)備控制系統(tǒng)的通信協(xié)議等，還可以開發(fā)大型生產(chǎn)線的電子看板、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等，接入到MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)制造的自動(dòng)化、信息化、智能化。

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Two-dimensional Code System for Small Production Line Based on WCF

DENG Jianbo

(Aleph Electronics (Shenzhen) Co., Ltd. Shenzhen 518126, China)

Aiming at the problems of the small production line, such as incomplete equipment, low production efficiency, and difficult product traceability, a two-dimensional code system for small production line based on Windows communication foundation (WCF) is proposed. The system uses Visual Basic under the framework of NET Framework 4.5 NET and SQL Server development; It can not only effectively prevent employees from disoperation, but also improve the production efficiency and realize the traceability of products in the production process. Through the application in the production line, the stability, reliability and security of the system are verified.

two-dimensional system; Windows communication foundation; production line; Visual Basic.NET

TP278

B

1674-2605(2022)05-0008-05

10.3969/j.issn.1674-2605.2022.05.008

鄧建波.基于WCF的小型生產(chǎn)線二維碼系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與信息工程,2022,43(5):40-44.

DENG Jianbo. Two-dimensional Code System for Small Production Line Based on WCF [J]. Automation & Information Engineering, 2022,43(5):40-44.

鄧建波，男，1982年生，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，主要研究方向：自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)的開發(fā)和車間現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)等。E-mail: 513205910@qq.com