分析智能工具柜管理系統(tǒng)的詳細設(shè)計

劉磊 張新鋒 王成碩

（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南陽卷煙廠 河南省南陽市 473000）

近年來，信息化建設(shè)工作不斷加快。在這一背景下，傳統(tǒng)工具柜管理模式，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代企業(yè)的實際要求。智能工具柜管理系統(tǒng)則可為工具柜管理提供良好支持。鑒于智能工具柜管理系統(tǒng)的諸多作用、優(yōu)勢，加強系統(tǒng)設(shè)計流程分析具有一定必要性。

1 智能工具柜管理系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢分析

（1）提高工具取用質(zhì)量。傳統(tǒng)管理模式僅支持手動存取，容易出現(xiàn)工具錯放、漏放的狀況。而智能工具柜管理系統(tǒng)則為用戶提供了多樣化存取體系。用戶可根據(jù)自身需要，選擇適宜存取模式[1]。

（2）降低管理難度。傳統(tǒng)管理模式的管理難度較高。而引入智能工具柜管理系統(tǒng)后，管理人員可直接經(jīng)該系統(tǒng)調(diào)取其他用戶在某時段內(nèi)的登錄記錄、取用記錄。

2 智能工具柜管理系統(tǒng)的功能設(shè)計

基于工具柜管理工作的要求，可將智能工具柜管理系統(tǒng)各模塊功能設(shè)計如下：

2.1 用戶管理功能

考慮到工具柜的使用便捷性要求，可將智能工具柜管理系統(tǒng)的登錄方式設(shè)置為用戶名密碼、IC 卡認證登錄2 種。該模塊的新建用戶功能操作流程為：用戶以用戶名、密碼方式初次登錄（注冊）時，可于選定用戶名后，設(shè)置唯一密碼，以便系統(tǒng)儲存上述信息。當(dāng)用戶需要再次登錄時，直接于登錄界面輸入準確的用戶名信息、密碼信息，即可登錄成功。而IC 卡認證登錄方式則為：選擇一張未被注冊的IC 卡，將其對應(yīng)編號信息，錄入系統(tǒng)中，與用戶賬號、IC 卡之間建立關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)建立后，用戶可直接IC 卡掃碼途徑，登錄智能工具柜管理系統(tǒng)。

而修改用戶信息、刪除用戶功能均面向管理人員，其實現(xiàn)流程為：管理人員通過IC 卡認證或用戶名密碼驗證通過后，可于智能工具柜管理系統(tǒng)的用戶管理界面，選中目標(biāo)用戶，按照要求修改用戶信息，或刪除用戶，最后保存修改，即可實現(xiàn)上述修改操作。如圖1所示。

2.2 用戶權(quán)限管理功能

考慮到一般用戶（工人）、管理人員的差異化權(quán)限需求，可將智能工具柜管理系統(tǒng)的權(quán)限體積設(shè)置為二級模式，即由一級權(quán)限、其他權(quán)限構(gòu)成。其中，一級權(quán)限對應(yīng)管理人員權(quán)限，屬智能工具柜管理系統(tǒng)中的最高權(quán)限。而其他權(quán)限（面向普通用戶）僅限于開箱操作，無法進行其他操作。

管理人員運用一級權(quán)限開展權(quán)限管理的流程為：經(jīng)智能工具柜管理系統(tǒng)權(quán)限管理模塊進入權(quán)限設(shè)置界面，依據(jù)管理需要，經(jīng)不同操作流程開展管理。需新建權(quán)限時，可直接利用智能工具柜管理系統(tǒng)的新建權(quán)限功能，設(shè)置權(quán)限等級（一級權(quán)限或其他權(quán)限），保存以便相關(guān)用戶使用；而需修改權(quán)限時，可于智能工具柜管理系統(tǒng)的權(quán)限管理界面，選中需修改的權(quán)限，按照修改要求對其進行修改，保存修改內(nèi)容，即可將該權(quán)限由舊權(quán)限范圍轉(zhuǎn)變?yōu)樾聶?quán)限范圍[3]。當(dāng)需要刪除某權(quán)限時，管理人員可于選中待刪除權(quán)限基礎(chǔ)上，利用智能管理系統(tǒng)的刪除功能，將該權(quán)限刪除，并加以保存。當(dāng)擁有被刪除權(quán)限的用戶再次經(jīng)原賬號登錄智能工具柜管理系統(tǒng)時，系統(tǒng)可自動提示“用戶無權(quán)限”。

2.3 快捷鍵管理功能

圖1：基于智能工具柜管理系統(tǒng)的用戶管理流程

在工具取用工作中，工人的取用環(huán)節(jié)耗時，直接影響其工作效率。有別于傳統(tǒng)人工取用模式，智能工具柜管理系統(tǒng)允許用戶利用系統(tǒng)的快捷鍵管理功能，同時對多個工具箱進行快捷存、取，這一模式充分體現(xiàn)了高效化操作。

在運用智能工具柜管理系統(tǒng)開展管理期間，用戶可預(yù)先為快捷鍵按鈕設(shè)置1 個或多個箱體，當(dāng)點擊該按鈕后，其對應(yīng)的箱體可迅速打開，滿足用戶的工具存取需求。用戶運用快捷鍵管理功能的流程為：登錄系統(tǒng)后，進入快捷鍵管理設(shè)置界面，選中工具柜的快捷鍵，根據(jù)需求進行不同操作。如需確認當(dāng)前快捷鍵對應(yīng)箱體數(shù)量、類型，可選擇智能工具柜管理系統(tǒng)的查看功能，確認上述信息；如需修改（新增或減少）快捷鍵對應(yīng)箱體，則可以選中快捷鍵基礎(chǔ)上，經(jīng)修改操作，完成對快捷鍵功能的調(diào)整。最后將修改內(nèi)容保存。下次使用快捷鍵時，快捷鍵控制的箱體即轉(zhuǎn)變?yōu)樾薷暮笙潴w。

2.4 系統(tǒng)日志管理功能

根據(jù)既往工具柜管理經(jīng)驗，如何確定工具取用時間、取用對象等信息，是傳統(tǒng)管理面臨的主要問題。而在智能工具柜管理系統(tǒng)模式下，這一智能化管理模式可利用用戶操作時系統(tǒng)自動生成的日志，為用戶的工具取用對象、取用時間查詢等提供便捷。具體操作流程為：管理人員經(jīng)IC 認證或用戶名密碼成功登錄后，進入日志管理界面，根據(jù)管理工作要求，向日志管理模塊的搜索欄中輸入關(guān)鍵檢索條件（工具類型、工具取用時段等），由系統(tǒng)自動調(diào)取相關(guān)日志，滿足管理人員的要求。而當(dāng)需要刪除某日志時，管理人員可按照查詢操作流程，從數(shù)據(jù)庫的眾多日志中篩選出目標(biāo)日志，選中該日志，并執(zhí)行刪除操作，將操作結(jié)果保存，即可完成目標(biāo)日志的刪除。

2.5 工具存取功能

該功能主要面向普通用戶。考慮到普通用戶在實踐生產(chǎn)作業(yè)中的工具取用、存儲需求，可將智能工具柜管理系統(tǒng)的工具存取功能設(shè)置為多樣化模式。其中，機械存取模式的應(yīng)用流程為：用戶成功登錄后，可于權(quán)限內(nèi)選擇目標(biāo)箱體，需要取出工具時，經(jīng)機械存取模式選擇“取”功能，機械手可自動打開用戶選中的箱體，并將內(nèi)部儲存工具轉(zhuǎn)移至取件臺上，以供用戶使用；而需儲存（歸還）工具時，用戶可經(jīng)機械存取模式選中目標(biāo)箱體，隨后選擇“存”按鈕，由智能工具柜管理系統(tǒng)自動操控機械手將用戶放置于取件臺上的工具，轉(zhuǎn)移至處于開放狀態(tài)的箱體中，并將箱體還原至關(guān)閉狀態(tài)。

而手動存取模式的應(yīng)用流程則為：用戶成功登錄后，根據(jù)系統(tǒng)允許的權(quán)限范圍，經(jīng)手動存取模式，人工完成工具的存放、取用操作。

視覺識別模式（自動化）的應(yīng)用流程為：取用模式即用戶針對權(quán)限內(nèi)的目標(biāo)箱體選擇“取”按鈕，由機械手自動從目標(biāo)箱體中取出工具，并將其放置于取件臺上。此時，智能工具柜管理系統(tǒng)可經(jīng)軟件內(nèi)置的視覺識別工具，從外觀判斷用戶指定工具與已取出工具是否一致，如外觀一致，則無后續(xù)操作，允許用戶取走該工具；如經(jīng)視覺識別評估發(fā)現(xiàn)不一致，則操控機械手將取出工具放回，重新取出工具，直至視覺識別審核通過后停止。

2.6 工具柜調(diào)試功能

隨著工具柜使用時間的延長，工具柜出現(xiàn)故障問題的風(fēng)險隨之升高[4]。調(diào)試是及時發(fā)現(xiàn)工具柜功能異常、延長工具柜使用壽命的關(guān)鍵所在。智能工具柜管理系統(tǒng)支持管理人員經(jīng)工具柜調(diào)試功能開展自動調(diào)試，具體功能流程如下：

管理人員經(jīng)智能管理系統(tǒng)的工具柜調(diào)試模塊進入系統(tǒng)界面后，可選擇待調(diào)試箱體進行自動調(diào)試，即經(jīng)夾爪閉合、開放、箱體取出、放歸、開啟光源、關(guān)閉光源等操作，確認調(diào)試箱體有無異常。重復(fù)上述流程，即可實現(xiàn)對工具柜中所有箱體功能的自動化調(diào)試。

2.7 箱體設(shè)置功能

智能工具柜管理系統(tǒng)的特殊性在于：該系統(tǒng)可支持用戶的多樣化需求，允許用戶通過系統(tǒng)，高質(zhì)量完成各項操作。

在箱體管理方面，智能管理系統(tǒng)為用戶提供了修改箱體名稱、設(shè)置箱體權(quán)限兩方面的功能。其中，修改箱體功能名稱功能的實現(xiàn)流程為：用戶登錄系統(tǒng)后，經(jīng)箱體設(shè)置模塊進入界面，選中目標(biāo)箱體，根據(jù)自身需求，將目標(biāo)箱體名稱改為待放置工具名稱，以提高后續(xù)工具存取操作的便捷性。

而設(shè)置箱體權(quán)限流程的實現(xiàn)流程則為：用戶經(jīng)箱體設(shè)置管理模塊進入系統(tǒng)界面后，選擇目標(biāo)箱體，將其權(quán)限設(shè)置為某種特定工具，并將設(shè)置內(nèi)容加以保存。當(dāng)用戶再次使用智能管理系統(tǒng)時，僅可將正確工具放置于設(shè)置特定工具權(quán)限的箱體內(nèi)。上述功能可幫助企業(yè)減少工具亂放、工具丟失等問題的形成。

3 智能工具柜管理系統(tǒng)的程序設(shè)計

這里主要從以下幾方面入手，細化闡述智能工具柜管理系統(tǒng)的程序設(shè)計：

3.1 程序整體功能方面

參照工具柜管理要求，可將智能工具柜管理系統(tǒng)的程序整體功能設(shè)置為：

（1）數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控程度。智能工具柜管理系統(tǒng)運行時，可自動采集來自機房空調(diào)設(shè)備、UPS 電源、物理服務(wù)器等方面的數(shù)據(jù)，并對上述數(shù)據(jù)來源開展實時監(jiān)控。

（2）數(shù)據(jù)展示程序。直接于系統(tǒng)服務(wù)器上布設(shè)運維客戶端，由運維客戶端動態(tài)采集現(xiàn)場空調(diào)設(shè)備、服務(wù)器、UPS 電源等的運行實時數(shù)據(jù)，并將所收集數(shù)據(jù)上傳至管理服務(wù)器中，由管理服務(wù)器進行公開展示。

（3）預(yù)警程序。為保障系統(tǒng)運行安全，將預(yù)警程度設(shè)置為：運維系統(tǒng)以7*24h 模式，開展動態(tài)巡檢，及時將巡檢所得可疑信息、危險信息，以網(wǎng)頁端推送、短信推送等形式，將所收集信息傳輸至運維人員，以便運維人員及時處理。另外，對于現(xiàn)場重點監(jiān)控區(qū)域，可經(jīng)自動報警程序向外發(fā)出警報，以便運維人員可于第一時間發(fā)現(xiàn)、處理重點監(jiān)控區(qū)域的故障問題。

3.2 系統(tǒng)通信協(xié)議方面

在智能工具柜管理系統(tǒng)中，通信協(xié)議的設(shè)置，直接影響通信雙方間的通信質(zhì)量。考慮到智能管理系統(tǒng)的通信要求，可將該系統(tǒng)的通信協(xié)議設(shè)計為：

（1）主控單片機、從控單片機。二者的通信、通信方式分別選用485 通信、輪詢。二者間的通信協(xié)議格式參數(shù)設(shè)置為：協(xié)議指令數(shù)據(jù)16 進制；參數(shù)長度描述與功能碼均為1 字節(jié)，而CRC 校驗及幀頭均為2 字節(jié)。協(xié)議幀尾則設(shè)置為固定的FE ED 模式。

（2）主控單片機、上位機。將二者間通信方式設(shè)置為232 通信，其通信協(xié)議的主要格式參數(shù)如下：指令數(shù)據(jù)格式為16 進制；參數(shù)長度、功能碼均為1 字節(jié)，而幀頭、幀尾均為2 字節(jié)。

（3）上位機、讀寫器。將二者間通信協(xié)議的串口通訊波特率、指令數(shù)據(jù)格式分別設(shè)置為115200、16 進制。指令序列、功能碼以及幀頭均設(shè)置為1 字節(jié)；協(xié)議中的Len-High 及Len-Low 長度均與Data 長度相同。

4 智能工具柜管理系統(tǒng)的接口設(shè)計

智能工具柜管理系統(tǒng)的接口，主要按照如下模式進行設(shè)計：

4.1 內(nèi)部接口設(shè)計

智能工具柜管理系統(tǒng)的內(nèi)部接口，指箱體設(shè)置模塊、工具柜調(diào)試模塊、用戶管理模塊等之間的相互關(guān)系。為確保智能工具柜管理系統(tǒng)的智能化水平，可按照如下標(biāo)準，開展系統(tǒng)各模塊間的接口設(shè)計：保持各模塊的獨立狀態(tài)，同時，維持各模塊間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在連接系統(tǒng)各模塊時，直接運用函數(shù)調(diào)用，實現(xiàn)各模塊間的內(nèi)部連接。

4.2 外部接口設(shè)計

智能工具柜管理系統(tǒng)的外部接口主要涉及以下三大類：

4.2.1 軟件接口

這類接口可直接運用Windows 平臺開展設(shè)計。設(shè)計標(biāo)準為：確保接口能夠支持軟件的正常使用，且接口配置充足。

4.2.2 硬件接口

為智能工具柜管理系統(tǒng)配置上位機操作界面，上位機操作界面的通訊選用PLC 通訊、串口轉(zhuǎn)rs482 接口。在設(shè)計硬件接口時，出于便于管理、保障操作便捷性等要求，可將智能工具柜管理系統(tǒng)的關(guān)鍵硬件接口設(shè)備設(shè)置為顯示屏（觸摸屏）、PC。以JTAG 調(diào)試接口為例，其設(shè)計標(biāo)準如下：接口規(guī)格均為20 針，包含19 個引腳，各引腳功能包含目標(biāo)板參考電壓、接地、3.3V 直流電源輸入以及TDI 數(shù)據(jù)輸入等。

4.2.3 用戶界面接口

用戶界面設(shè)計，直接決定管理人員及普通用戶的使用體驗。為促進智能工具柜管理系統(tǒng)在企業(yè)工具柜管理中的普及，可按照如下標(biāo)準，開展用戶界面設(shè)計工作：整體頁面采用Windows 風(fēng)格，各界面外觀整潔，排列清晰。重點功能（存、取、修改等）采用加粗顯示模式。用戶界面整體具有良好的易操作、布局合理特征。

5 結(jié)論

綜上所述，做好智能工具柜管理系統(tǒng)的設(shè)計具有一定現(xiàn)實意義。為了體現(xiàn)智能工具柜管理系統(tǒng)的智能化、自動化特性，可結(jié)合既往工具柜管理需要、工具柜管理、使用實踐要求，合理設(shè)計智能管理系統(tǒng)的功能及程序。此外，為充分發(fā)揮智能工具柜管理系統(tǒng)的價值，還可以運用智能工具柜管理系統(tǒng)開展工具柜管理期間，不斷挖掘智能管理系統(tǒng)的不足，進一步完善系統(tǒng)設(shè)計模式，以促進工具柜管理質(zhì)量的提升。