工位暗燈系統的設計與實現

莫太平，呂帝權，趙佩斯

（1.桂林電子科技大學 電子工程與自動化學院，桂林 541004；2.桂林電子科技大學 計算機科學與工程學院，桂林 541004）

Andon系統最早起源于日本豐田汽車公司，主要用于實現車間現場的目視化管理[1]。而目前車間生產現場存在如下問題：（1）生產人員遇到問題時不能及時傳達給相關負責人；（2）車間工人流動性大，遇到問題時不知道找誰處理；（3）問題分析統計跟不上，導致相關問題不斷重復發生；（4）尤其是大車間，溝通環節嚴重浪費很多時間。

為了解決上述問題，設計與實現了工位暗燈系統。生產線上工位旁安裝一定數量的異常請求按鈕，當按下按鈕時，車間現場可通過LED看板或監控室的電腦顯示生產線工位出現的異常，同時播放特定的音樂來提醒管理員或以短信的方式來通知負責人解決問題。

1 系統總體結構

工位暗燈系統由暗燈設備、可編程控制器PLC、OPC服務、監控終端、數據存儲5個部分組成。工位暗燈系統總體結構如圖1所示。

圖1 系統總體結構Fig.1 Overall system structure diagram

暗燈設備包括設備暗燈、物料暗燈、質量暗燈、啟停暗燈4種類型。設備暗燈代表設備出現了故障；物料暗燈代表生產線上的某個工位缺料、換料、帶料；質量暗燈代表產品質量有問題；啟停暗燈代表啟動或停止工位暗燈系統。

工位暗燈系統中的PLC主要是對暗燈信號進行處理，將處理好的信號保存在PLC上，等待OPC服務來讀取。

OPC是一種利用微軟的DNA架構和COM/DCOM技術的一個工業化標準接口，主要作用是Windows應用程序可以通過OPC中間層訪問底層設備的數據，而不再擔心底層設備驅動如何實現[2]。通過配置OPC服務，可以實時獲取底層硬件PLC的數據。

監控終端負責從OPC上獲取暗燈數據，將數據保存到遠程端的數據庫中，并將數據顯示在電腦終端或者LED看板上。

2 工位暗燈系統的設計

2.1 系統架構的設計

系統中采用MVVM設計模式和三層架構來設計。

MVVM是微軟為WPF提供的一種特有的界面設計模式。在MVVM模式下，用戶與View進行交換，View與ViewModel通過數據綁定或者命令綁定進行交互，ViewModel和 Model進行交互。使用MVVM設計模式可以幫助分離業務層，顯示邏輯和用戶界面，使得程序代碼結構清晰，容易閱讀、測試、維護、替換和改進[3]。

三層架構主要分為表示層、業務層、數據層。其中，表示層主要負責數據的呈現和接受用戶輸入的數據，為用戶提供一種交互式操作界面；業務層主要是針對具體的業務問題，對數據層進行操作；數據層主要以Dapper為接口，處理業務層對數據的請求。這樣分層的目的是為了實現 “高內聚低耦合”的軟件開發思想，提高代碼的優化性和重用性。

應用軟件的架構如圖2所示。

圖2 系統體系結構Fig.2 System architecture diagram

2.2 系統功能模塊設計

工位暗燈系統主要包括基礎數據和暗燈報表2大功能模塊，系統功能結構如圖3所示。

圖3 系統功能結構Fig.3 System function structure diagram

2.2.1 基礎數據模塊

基礎數據主要包括用戶管理、車間管理、生產線管理、暗燈采集器、暗燈類型、生產線暗燈音樂和工位管理7部分組成，每一個部分都有添加、修改、刪除功能。

用戶管理主要是對用戶的用戶ID、用戶名、密碼、聯系方式等信息進行管理。

車間管理是為了管理工廠車間信息，車間信息主要包括車間編碼、車間名稱、負責人。

生產線管理是為了管理每個車間下的生產線信息，生產線信息主要包括生產線編碼、生產線名稱、所屬車間。

暗燈采集器主要是管理OPC的信息，OPC信息包括編碼、名稱、物理地址（OPC的IP地址）。

暗燈類型主要是根據工位異常情況，來定義不同的暗燈類型。暗燈類型包括了編碼、名稱、音樂、暗燈顏色（用于報表餅圖繪制的顏色）、是否停線和啟停標記。

生產線暗燈音樂主要是為每一條生產線添加暗燈音樂，生產線暗燈音樂的信息包括生產線編碼、暗燈類型編碼、音樂路徑。

工位管理主要是對車間生產線下的工位信息進行管理，工位信息主要包括生產線編碼、工位編碼、工位名稱、暗燈類型編碼。

2.2.2 暗燈報表模塊

暗燈報表主要包括暗燈事件、前N位停線工位、暗燈期報、分類暗燈期報、停線比重分析、短信發送信息6部分。

暗燈事件是用于顯示暗燈發生的開始時間、結束時間、暗燈類型等信息，同時可以根據生產線、暗燈類型和工位名稱等條件進行查詢和導出Excel表格。

前N位停線工位是根據暗燈停線時間段和所在生產線的前N位工位進行查詢，統計每一個暗燈類型的停線時長、停線次數和停線頻次最高的前N個工位，同時具有導出Excel表格的功能。其中N可以用具體的整數來表示。

暗燈期報是可以根據暗燈停線時間段、所在生產線的前N位工位進行查詢，統計當前生產線上前N位工位所有暗燈的總工作時間、總停線時間和停線率，并繪制停線率曲線圖。

分類暗燈期報可以根據暗燈停線時間段、時長或者頻次查詢某個車間的停線情況，并繪制所有暗燈停線時長或頻次所占百分比的餅狀圖。

停線比重分析可根據生產線、對應生產線下的工位查詢某個暗燈停線時間段各類暗燈的停線比重情況報表，并繪制各類暗燈停線的柱狀圖。

短信發送信息主要是查詢短信發送的歷史記錄，了解短信的發送情況。

3 工位暗燈系統的關鍵技術

3.1 監控終端服務技術

監控終端服務技術采用VS2010平臺提供的WCF（windows communication foundation）[4]服務技術來開發。WCF是由微軟開發的一系列支持數據通信的應用程序框架，它整合了原有的Windows通訊的.net Remoting，WebService和 Socket機制，并融合了Http和Ftp的相關技術，是Windows平臺上開發分布式應用最佳的實踐方式。

監控終端服務程序流程圖如圖4所示。

圖4 監控終端服務程序流程Fig.4 Flow chart of monitor terminal service program

3.2 短信發送服務技術

本系統的短信服務采用自動啟動方式的Windows服務程序。Windows服務程序是在Windows操作系統下能完成特定功能的可執行的應用程序，但是它不像一般的可執行文件通過雙擊就可以運行，它有自動啟動和手動啟動2種啟動方式。短信發送服務程序流程如圖5所示。

圖5 短信服務程序流程Fig.5 Flow chart of short message service program

3.3 WPF技術

工位暗燈系統的終端采用WPF技術進行開發，WPF通過XAML標記語言來構建絢麗的界面。XAML語言是一種可擴展應用程序標記語言，其特點是簡單易懂、結構清晰、界面設計高效快速[5]。

WPF與MVVM設計模式的完美結合，使得程序開發人員和界面設計人員可以各司其職，分別專注于各自負責的內容，相互不影響，使得開發與設計能夠并行進行，從而提高了程序的開發效率。

4 結語

隨著信息化的不斷發展，企業之間的競爭也將會日益激烈，加強企業信息化建設已經成為企業必選之路。而本文提出的基于C/S模式的工位暗燈系統，正是加強企業信息化建設的一種方式。通過實踐應用，證明了采用WPF、WCF和Windows服務技術開發的工位暗燈系統，除了友好絢麗的界面外，確實能夠及時響應生產線工位出現的異常情況。通過暗燈報表分析，可以為生產線中存在的問題提供解決依據，根據這些依據，提出正確的解決方案，從而保障生產線的正常生產。

[1]王寧，何瑛.汽車制造業生產物流物料按燈系統設計[J].計算機工程與應用，2010，46（12）：214-218.

[2]王琳.基于MES的機械產品裝置過程可視化監測與控制系統研究[D].安徽：合肥工業大學，2013.

[3]陳濤.MVVM設計模式及其應用研究[J].計算機與數字工程，2014，42（10）：240-243.

[4]張敬普，丁士鋒.精通 C#5.0與.NET 4.5高級編程—LINQ、WCF、WPF和WF[M].北京：清華大學出版社，2014.

[5]段宇，唐耀，陳曉強.基于WPF的潛水裝具零部件虛擬拆裝實現[J].計算機測量與控制，2013，21（10）：216-218.