實驗室元器件庫信息化管理系統設計*

于福華，陳慧敏，陳 虹

（北京經濟管理職業學院，北京 100102）

0 引言

隨著中國高職教育中職業技能教育的快速發展，各高職院校的實驗室元器件倉庫中，元器件的種類越來越多、屬性規格成倍增加，實驗室元器件庫管理難度不斷加大。在長期實踐教學中，發現傳統的實驗室人工管理模式隨意性大、元器件規格繁雜、出入庫記錄混亂，給實踐教學元器件使用帶來非常大的困擾。為解決學校實驗室出入庫效率低下、錯誤頻發、難以給出準確即時庫存、浪費倉儲空間和流動資金等元器件倉庫的管理難題，本文就管理系統、關鍵軟件、硬件給出了設計原則和設計理念，提出構建實驗室元器件庫信息化管理系統。希望通過倉庫儲位可視化引導提高效率、唯一性編碼快速精準區分元器件、校園網共享實時倉儲信息、開源數據庫節省軟件投資、基于單片機的控制單元靈活擴展倉庫規模，有效降低原有的管理難度和錯誤發生率，提高管理效率，為實驗室元器件庫人機協同管理作出探索。

1 元器件倉庫信息化管理系統設計

1.1 設計原則

實驗室元器件倉庫的信息化管理設計，依賴于計算機系統的快速計算、準確存儲、即時數據庫搜索、智能化工作輔助；依賴于立體化倉庫與數據庫之間的即時通訊；依賴于校園網絡使各教研室電腦終端與實驗室元器件倉庫數據庫進行即時交互，從而有效降低倉庫管理員的腦力和體力作業強度，提高工作效率和倉儲空間效率，降低錯誤發生率[1]。

1.2 實現功能

（1）能查詢倉庫內各種元器件的精準位置與數量，提高管理員的查找效率，充分利用有限的倉儲空間。

（2）當某種器件的數量低于特定值時會發出警報，提醒管理員及時補充采購，保持和控制合理庫存，避免影響正常教學運行。

（3）管理員可查詢倉庫中的每一次存取操作記錄，及時了解各元器件的去向，當發生損壞或丟失事件時有跡可循，實現可追溯性。

（4）倉庫中配置按燈揀貨系統，通過貨架上的LED（Light Emitting Diode，發光二極管）引導指示燈，可視化引導管理員快速、準確找到器件的存儲位置，減少尋找儲位的時間，提高效率。

（5）倉庫設智能化自動溫濕度控制，以保證元器件處于最適宜的溫濕環境，避免因存儲不善導致的損耗。

（6）對于特殊品、倉庫調撥等特殊情況也能進行有效管理。

（7）定期生產報表，使上級領導及時了解倉庫的管理情況，從傳統的依靠經驗管理轉變為依靠精確的數字分析管理，提升管理水平。

1.3 權限設計

倉庫管理系統的訪問權限管理非常重要。該系統設置2種權限，只有擁有一級權限的人員（如實驗員）可以添加新用戶、修改權限，二級權限人員僅能查看，如表1所示。

表1 每個權限等級對應的具體權限內容

在該系統的數據庫中添加1份名單，相關人員登錄時，系統可以確認其所擁有的權利和可使用哪些功能模塊。例如，協助管理的學生與老師沒有采購權限；而采購人員也沒有將器件取出的權限。

1.4 唯一化編碼設計

為便于實現被儲存元器件的數字化管理，給每一個訂單、倉庫中的每一種元器件都賦予一個唯一的編碼，從而避免發生混淆的情況，同時管理者也可以很方便地通過輸入這個編碼來查詢相關信息。

1.4.1 訂單編碼規則

編碼規則：日期（8位）+當日訂單流水號（2位），共10位。考慮到學校實驗室的訂單量不會很大，故不需要設計很復雜的編碼規則，能滿足唯一性要求即可。例如：2019103101、2019110103。

1.4.2 元器件編碼規則

編碼規則：類別代號（2位）+子類代號（2位）+型號代號（3位）+特殊品判定（1位）。對于工具類，可以賦予類別代號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01、02、03。對于螺絲刀，可能是一字螺絲刀、十字螺絲刀，也可能是六角螺絲刀，可以分別賦予型號代號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。

對于電阻類元器件，可以賦予類別代號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01、02、03。對不同阻值的電阻（如100 Ω、3.3 kΩ、5 kΩ）分別賦予型號代號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存儲位，黏貼對應編碼的條形碼，便于管理員在倉庫儲位快速掃描判斷操作。

2 關鍵軟件設計

2.1 軟件開發和運行環境

實驗室元器件倉庫信息化管理系統的上位機和各教研室的客戶端微機，采用服務器/客戶機結構，通過校園網聯網，操作系統采用Windows軟件；人機界面采用VB（Visual Basic）進行開發；數據庫軟件采用開源數據庫MySQL進行開發；下位機基于單片機的RTU（Remote Terminal Unit，遠程終端單元）用C語言編程；上、下位機采用基于RS485的Modbus通訊協議進行通訊。

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、調撥、盤點、預警共7個部分。

入庫、出庫2個模塊是倉庫管理系統中最基礎的功能，所有產品在入庫時都需要自動生成一個唯一編碼（條形碼）。在出庫時，管理員可以通過掃描這個編碼，快速找到要找的產品位置及數量，并通過LED指示燈進行引導指示，可視化引導管理員前往目標存儲位。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，也可以精準查詢某些或某個元器件所在的位置及庫存數量[2]。數據庫中對特殊品有一個特殊的標記，使管理員在查詢過程中可以清晰看到哪些產品屬于特殊品類別。調撥功能與出庫功能類似，但對調撥出去的產品需要添加一個標記，以區分于一般出庫產品，并標注出這些調撥產品的具體去向。盤點功能通過報表的生成來實現。

另外，為保障教學工作需要，需要為每種元器件的數量設定一個預警值，以提醒管理員及時進行采購，補充庫存[3]。

2.3 系統向LED引導指示燈發送命令

上位機PC與MC9S08AW32單片機搭建的下位機RTU，采用RS485通訊，通訊方式為主從模式[4]。主機為PC，從機為RTU（各驅動板卡或負載卡）；主機地址為80H，從機地址從01H～7FH；通訊速度為38.4 kb/s，一個停止位，數據位為8，無校驗。

當獲得PCB板位置信息后，向標準驅動卡發送特定命令，使對應位置的LED引導指示燈發光，可視化引導管理員前去指定的倉庫存儲位置，命令格式如表2所示[5]。

表2 測試幀通訊協議定義Byte

（1）包頭：0xFD。

（2）目標地址：值為0xFE時，表示該信息為廣播信息，所有在線從機均接收該命令。如是主機向單個從機發送，則為各從機的相應地址；如是從機向主機發送，則為主機地址0x80。

（3）本機地址：發送指令的機器，如是主機向從機發送，則為主機地址0x80；如是從機向主機發送，則為各從機的相應地址[6]。

（4）模式：即該指令將要進行的操作方式。

（5）信息：表述該指令將要進行的具體操作或操作結果。

（6）擴展信息：在信息位不能清楚表示將要進行的操作時，可應用擴展信息位，表述要進行的操作。

（7）校驗碼：CRC16（Cyclic Redundancy Check，CRC循環冗余校驗），指令總校驗和。

3 硬件設計

3.1 硬件選型

上位機選用當前主流配置的正規品牌PC機，下位機選用飛思卡爾半導體公司（Freescale Semiconductor，Inc）HCS08家族8位處理器內核的MC9S08AW32單片機作為核心搭建的RTU驅動板卡，每塊驅動板卡可驅動128位LED引導指示燈[7]。

圖3 LED引導指示燈接線示意圖

3.2 RTU下位機接線

LED引導指示燈的接線從標準驅動板引出，如圖3所示[8]。

4 結束語

本系統通過基于倉庫儲位可視化引導、唯一性編碼進行快速準確區分物料，有效降低了原有管理難度和錯誤發生率，提高了管理效率，補齊了學校信息化短板，助力學校教改。通過基于MySQL開源數據庫的軟件開發，有效降低了實驗室管理投資成本；通過基于單片機的控制單元靈活進行倉庫規模擴展，增強了該系統移植到其他單位的適用性。該系統的設計研究為實驗室元器件庫人機協同管理的有益探索提供了參考樣本。