煤礦機電設備管理系統的設計

劉飛

摘? 要：本文在對某大型礦業集團設備管理實際需求分析的基礎上，提出了基于RFID技術的煤炭企業設備全生命周期管理的思想。提出總體目標及系統總體設計方案，在其基礎上進行了煤礦機電設備管理系統Web端和移動客戶端兩部分的設計與實現。為設計適應于礦業集團機電設備管理系統提供支持，提高機電設備的管理效率。

關鍵詞：機電設備;管理系統;系統需求

1、系統研究背景及總體目標

1.1 系統研究背景

某現代大型礦業集團下屬礦井分布廣泛，設備采購一般由物資供應公司統一采購，下屬各礦分別設立其各自供應部及小庫房，負責單位設備的進、銷、儲等工作，為了提高設備管理效率，經過實地調研，認為目前大型礦業集團煤炭企業設備管理方面主要存在以下問題：

（1）設備全面狀態信息的缺失，手工編制計劃，使設備采購計劃、接替計劃，工作量大，編制困難，容易出現錯誤和偏差，從而造成不必要的經濟損失。

（2）機電設備采購流程不夠完善，造成設備采購信息丟失，設備采購成本變大，設備不能從其全生命周期進行管理等，設備故障維修不及時造成生產中斷，降低生產效率。

（3）機電設備技術資料大多以紙質文字形式存在，不能上傳至系統，未能形成資源共享，資料不全且大部分保管在設備采購單位，導致設備大修無技術資料，影響設備大修。

（4）設備信息不能共享，形成廣泛存在的信息孤島。雖然個別單位有信息管理系統，但數據不能共享，也不完善。管理手段變化跟不上生產變化要求，部分規章流程執行困難，有些備件信息不能準確查找或查找困難、無法進行全面 的資產統計。

本系統分析了某大型礦業集團的機電設備管理現狀，分析了其現有的系統的不足，從其實際需求出發提出了設備全生命周期管理的思想，并且應用RFID技術實現設備的全生命周期管理，對其業務流程進行了設計，并且對設備故障預警功能進行了詳細設計，提高了煤礦生產效率和集團的管理水平，保證了系統的數據信息完整，為以后的數據分析處理打下了基礎。

1.2 總體目標

本系統通過建立設備機電設備管理系統，滿足企業設備管理業務的各項功能要求，逐步通過信息化手段，建立嚴格的管理流程，從區隊領提報計劃開始，計劃通過審批后，通過使用RFID標簽，對各種設備進行全生命周期管理，通過RFID方式來管理設備的入庫出庫，對設備的進出做到嚴格、準確，保證設備的領取數量真實準確。同時，通過和財務系統建立接口，財務系統可以通過供應系統的數據，實施的進行核算，能夠準確的控制庫存。消除小庫存的情況，提高數據共享程度，減低系統間數據集成的壁壘，為企業進行決策支持提供更完整、真實的數據。該系統的具體目標主要包含以下幾點：

（1）提高生產率和設備利用率，減少隨機故，在引入RFID技術的同時，實現對設備的全生命周期的管理。

實施機電設備管理系統可以提高勞動生產率和設備的利用率、可靠性，減少設備停機時間和停機率，提高生產率。

（2）規范、優化設備管理與維修流程，強化全生命周期管理，提高管理效率。

（3）將設備管理的前端延伸至區隊設備使用后，通過井下RFID和井下3G/4G網絡能夠實現對設備使用、運行、維護、更換等環節的完整記錄。

2、系統需求分析

2.1 業務需求

機電設備管理系統將設備管理的前端延伸至區隊井下投入使用，將設備管理的后端延伸至供應商，還通過數據接口和財務系統進行鏈接，提高了財務管理之效率。在設計初期，通過與某礦業集團相關工作人員進行溝通，明確了需求，通過梳理總結得出該系統的完整業務流程[1]，如下圖1所示。

本系統總體流程分為計劃流程、出入庫流程和設備使用流程。計劃流程主要是對設備采購計劃的生成進行管理。計劃首先由區隊材料預算人員進行提報，而后經區隊長審批和礦級主管部門審批后流轉至供應站，供應站根據當前的庫存進行平衡利庫，區分出自購和代購部分，然后將代購部分的設備流轉至物資供應公司，最后由物資供應公司通知供應商進行送貨。當供應商持送貨通知單到物資供應公司駐礦供應站時，供應站工作人員將設備進行驗收入庫并初始化物資的RFID標簽，粘貼并完成設備入庫，區隊領用時，通過提報領料單過礦二級審批后，打印紙質領料單到供應站進行設備的領取。

2.2 性能需求

（1）可靠性

系統應具有較高的可靠性，系統運行過程要保證其在多用戶訪問時具有穩定性，在系統高效處理數據的同時要保證運行的穩定性，同時也要確保數據的準確性、完整性和一致性。

（2）可擴展性

在設計系統過程中我們必須考慮其可擴展性，為方便系統的升級維護，在設計系統時，系統應提供良好的接口，根據需要提供方便靈活的設置，系統在接口上要保持靈活性和可擴展性。

（3）實時性

實時性是本系統性能的關鍵，當設備信息進行變更時，需要系統的數據及時更新，因此系統必須及時采集機電設備的實時數據，并且及時對這些數據進行處理。如更新設備的運行狀態數據、保存最新數據和日志、及時發出警報發送消息等。

（4）響應速度

由于整個系統處于專網當中，其帶寬可以得到保證，故其靜態頁面顯示不超過20秒鐘，數據表格頁面的顯示平均時間不超過40秒鐘，若含有導出、匯總、圖標顯示等功能時，顯示時間不能多于3分鐘。

（5）安全性

由于該機電設備管理系統中不涉及機密或非常重要的信息，因此不必對系統進行防火墻或特殊加密等處理。但是在系統登錄時我們需要系統過濾權限，在存儲密碼時，需要對密碼進行加密操作，而且管理員創建用戶后，該用戶可以修改密碼保證自己的信息安全，系統必須設置管理員機制，每個管理員的所進行過的操作也被定時存入日志中[2-4]。

2.3 功能需求

針對煤礦的設備管理現狀及對設備管理系統的需求，我們提出的機電設備管理系統是一個以設備全壽命周期管理為核心的綜合管理系統。各個功能模塊之間都是通過業務流程進行關聯，淄博礦業集團的功能需求是通過具體的業務流程，根據原有的系統所存在的問題而提出的，系統功能設計必須滿足該需求，其基本功能要求覆蓋以下互相集成、互相協作的功能模塊：

（1）權限管理功能模塊

主要包括用戶管理、應用管理和角色管理三個主要功能模塊，其中用戶管理是指對使用系統的用戶進行添加修改，以及對個人賬戶進行修改密碼等操作;應用管理是對所有的功能進行分組，而角色管理是指對礦井人員進行不同的角色分配，從而確定他們的具體權限。

（2）通知管理功能模塊

主要包括通知公告管理、通知公告錄入和通知公告查詢，通知公告管理，只要是對過期公告進行刪除操作，通知公告錄入功能主要是對集團或者礦井領導的通知進行公告進行發布，通知公告查詢是其他相關人員可以對公告進行查詢。

（3）基礎數據管理功能模塊

主要包括設備信息維護和辦公費用指標維護兩個功能，其中設備信息維護主要是對設備的信息進行添加、修改以及刪除。不同倉庫存放不同類型的設備主要根據大類編碼區分，辦公費用指標功能首先系統根據登錄人員角色，解析出該用戶所屬部門，然后對自己所在部門的設備采購費用指標進行錄入、修改和刪除等操作。

（4）供應商管理功能模塊

主要包括提供設備供應商的供應商錄入、供應商價格維護以及供應商查詢三大功能模塊，方便設備采購，以及成本控制。

（5）設備計劃管理功能模塊

設備計劃管理主要包括計劃提報功能、計劃審批功能、計劃修改功能、計劃回退功能、訂單生成功能以及計劃查詢功能，設備計劃管理模塊是設備管理系統的主要功能模塊，后面我們對其業務流程進行了詳細的設計。

（6）設備出入庫管理功能模塊

設備出入庫功能包括Web端與移動客戶端兩部分，Web端主要包括設備入庫查詢功能、設備出庫查詢功能，包括井上、井下兩部分，對應移動客戶端設備出入庫功能主要是對設備進行掃描出入庫，以及簡單的出入庫查詢。

3、系統設計

3.1 系統設計原則

（1）系統的階段性開發原則

系統的框架設計必須具備合理性和完成性。分析系統的可實現性，具體的功能能夠分階段的實現，使其開發過程更加的順利。

（2）系統的易用性原則

系統的設計應該做到操作簡單易用，使用戶和系統管理員可以快速的上手掌握該系統的操作方法，最大限度地降低系統使用過程中花費在系統培訓的費用和時間。做到部分業務自動化實現，這樣可以最大限度的減輕后臺數據管理人員的工作負擔。

（3）系統的業務完整性原則

系統設計需要保證系統業務的完整性，對業務進行中所遇到各種特殊情況都能夠做出快速、正確的響應，保證所有業務數據的可靠性和完整性。

（4）系統業務規范化原則

在開始系統設計的同時，我們要對現有的業務流程和將來的業務流程制定完善的規范，根據其規范來對系統進行設計和分析，保證系統設計的先進性，同時要保證系統的實用性和操作性，還要保證系統采用的技術是先進的技術，是能夠適應現有的和將來的需求的。

3.2 系統技術方案設計

（1）系統體系結構

大型礦業集團設備全生命周期管理平臺是基于B/S架構的分布式系統，客戶端采用瀏覽器觸發方式訪問系統，進而與服務器交互。系統的服務器端位于信息中心，一般部署于硬件服務器上，為了安全起見，數據庫與服務器端服務器不在同一硬件設備上。其它Web服務器交互采用JDBC或第三放持久層框架來完成用戶數據的增刪改查等操作，并把最終結果返回到Web服務器。三層架構如圖2所示。

手持機部分采用AppCan平臺開發，用Ajax請求完成與服務器通訊的請求發送和數據響應;固定式和桌面發卡器用HttpClient類進行請求的發送。

（2）系統網絡拓撲結構

設計時要求各個駐礦倉庫內盡可能的部署Wi-Fi，若條件有限則選擇數傳電臺，完成與RFID掃描設備的連接，通過租用的專線將獲取的數據上傳到集團信息中心的服務器。網絡拓撲圖如下圖3所示。

本系統采用B/S架構，駐礦供應站的PC端實現設備驗收入庫、查詢、報表統計等功能，Client端是RFID標簽初始化和設備的出入庫功能的實現。手持端輔助固定式閱讀器完成設備的出入庫、設備盤查等功能，其數據傳輸最優選用Wi-Fi方式，無條件時可使用GPRS網絡。這樣可確保數據傳輸的實時可靠。

（3）Web端技術方案

系統使用Java EE的應用服務器Tomcat作為服務器，所以Web端程序可和現有系統部署于同一應用服務器上，節約維護成本。Java EE技術是企業的分布式開發中使用最成熟廣泛的技術。Java EE的許多開發框架及應用服務器都是開源的，可節約大量成本。故Web端的開發采用Java EE技術。Spring容器框架、Hibernate持久層、Shiro權限控制都是開發Web端過程中所涉及到的技術。Spring屬于輕量級面向切面和控制反轉容器框架，它提供Spring MVC框架包括Model、View和Controller層，完成了Web的智能分工，把業務和數據分離開來。Model層主要實現業務邏輯，Controller層主要用來分配收到的請求并顯示相應的視圖，View 層是與用戶進行交互的界面，通常使用Freemaker、JSP等方式。Hibernate持久層是使對象關系一一對應映射，操作數據庫時可直接操作對象，開發簡單不用考慮數據庫的關系外鍵，支持Oracle、SQLSERVER、MYSQL等。Shiro權限管理框架是用來控制用戶的登陸、認證及權限管理等，并可以和Spring框架無縫結合。服務端的設計采用Spring、Shiro、Hibernate框架，Web端架構圖如圖4所示。

圖4 Web端技術方案

用戶使用Http協議發送請求，服務器收到請求后，首先通過Shiro對用戶身份及權限進行認證，登錄成功后，服務器端會發送一唯一標識SessionID給用戶。服務器通過客戶端在收到服務器發來的SessionID號后會將之存儲到自己Cookie中，在隨后頁面訪問請求時都會將此SessionID一并發送至Web端鑒定用戶的權限。在權限過濾驗證通過后，請求被拋給Spring MVC，然后通過叫做DispatcherServlet的Servlet處理請求。Controller 是一個能間接調用不同 Controller 中對應的方法java類，并且還可以映射Java類中的所有方法至URL地址。除此之外，Spring MVC可將類似HttpServletResponse 等請求以Get（Post）方法放到其相應參數中，然后就可直接在方法參數中取出所需。

結論

本文首先介紹了本系統的項目研究背景和總體目標，針對淄博礦業集團現有的設備管理系統所存在的問題，對煤礦機電設備管理系統的進行了需求分析，主要包括業務需求、性能需求和功能需求。最后，設計了系統技術方案、關鍵業務流程、系統數據庫以及系統功能。

參考文獻

[1] 王建利，何衛平，魏從剛，等.基于Web的設備全生命周期管理系統的研究[J].制造業自動化，2014，26（8）：42-46.

[2] 吳發彬.基于的煤礦物資計劃管理系統的研究[D].陜西：西安科技大學，2014.

[3] 董君.基于物聯網技術的煤礦設備狀態管理系統研究[D].河南理工大學，2012.

[4] 蔡海峰.基于Web的金融數據收集與智能分析系統的設計與實現[D].北京交通大學，2015.