基于Web技術(shù)的服務(wù)通告人工工時計算軟件設(shè)計與開發(fā)

傅聰 張艷紅 付冬梅 楊燾

【關(guān)鍵詞】服務(wù)通告;人工工時;Web技術(shù);軟件設(shè)計

【中圖分類號】TP393.09;U695.2【文獻標識碼】A【文章編號】1674-0688（2021）06-0053-04

0 引言

服務(wù)通告人工工時包括最短施工時間和總?cè)斯すr。最短施工時間是指完成一項工程，在人力資源充足、工人操作嫻熟且沒有發(fā)生特殊狀況的情況下，工程施工周期的最小值。與最短施工時間不同，總?cè)斯すr是指完成一項工程所有工序，在工人操作嫻熟且沒有發(fā)生特殊狀況的情況下，所有工人花費的工時之和。由于工程施工期間可以讓多道工序同時進行，所以最短施工時間一般小于總?cè)斯すr [1]。

目前，服務(wù)通告人工工時的制定主要依賴專業(yè)工程技術(shù)人員的經(jīng)驗，人為主觀因素影響很大，沒有相對科學的理論依據(jù)作為支撐，而實際的工程工序時長具有一定的時間不確定性，使得這種憑借經(jīng)驗的人工工時的可靠性較低。

本文旨在利用Web等技術(shù) [2-5]，通過分析某型飛機制造商已發(fā)布的部分服務(wù)通告，借助網(wǎng)絡(luò)計劃理論 [6]，設(shè)計和開發(fā)一套能夠計算服務(wù)通告人工工時的軟件，提高服務(wù)通告制定效率，減少服務(wù)通告人工工時制定過程中受主觀因素的影響，提升服務(wù)通告的參考價值。

1 軟件總體功能說明

本文設(shè)計開發(fā)的軟件主要具有三大功能：經(jīng)驗數(shù)據(jù)查詢、人工工時計算、數(shù)據(jù)提取更新。用戶可以通過輸入關(guān)鍵字和給定精確度查詢數(shù)據(jù)庫中已有的服務(wù)通告人工工時統(tǒng)計數(shù)據(jù)、工序數(shù)和文件下載鏈接;通過軟件提供的數(shù)據(jù)提取更新功能，數(shù)據(jù)庫管理者只需要上傳服務(wù)通告PDF文件，就可以自動提取并統(tǒng)計數(shù)據(jù);在工序時長和前后關(guān)系已知的情況下，用戶通過輸入工序表信息，可以得到理論人工工時計算結(jié)果。軟件功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 軟件開發(fā)與設(shè)計說明

服務(wù)器端運行Linux系統(tǒng)，使用Nginx作為靜態(tài)服務(wù)器，使用uWSGI作為應(yīng)用程序服務(wù)器運行Python程序，軟件采用基于Python語言的Flask后端框架 [7-10]和基于JavaScript [11]語言的Vue前端框架 [12-13]相耦合，前端使用BootStrap實現(xiàn)響應(yīng)式布局，用戶使用瀏覽器輸入服務(wù)器的網(wǎng)址即可使用軟件。

2.1 服務(wù)器

服務(wù)器的Python CGI腳本作為數(shù)據(jù)I/O模塊，能夠處理不同請求。

（1）請求查詢數(shù)據(jù)時：將收到的關(guān)鍵字符串交給Python數(shù)據(jù)庫模塊的查詢接口，使用數(shù)據(jù)搜索算法查找結(jié)果，然后將查詢的結(jié)果發(fā)送給客戶端。

（2）請求下載文件時：根據(jù)請求的文件名將文件發(fā)送給客戶端。

（3）請求上傳文件時：首先將上傳的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交給Python數(shù)據(jù)提取模塊，借助正則表達式和數(shù)據(jù)提取算法進行字符匹配和提取，然后交給Python數(shù)據(jù)庫模塊的更新接口，使用在線數(shù)據(jù)統(tǒng)計算法更新數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，最后將處理成功與否返回給客戶端。

2.2 客戶端

當客戶端請求主頁Html和Javascript文件后，客戶端Vue按Html模板渲染網(wǎng)頁，基于Vue的Javascript腳本數(shù)據(jù)I/O模塊作為客戶端運行的核心，協(xié)調(diào)內(nèi)部數(shù)據(jù)，使由Html文件和Bootstrap構(gòu)成的GUI模塊能夠動態(tài)響應(yīng)用戶輸入。

（1）當用戶輸入時：數(shù)據(jù)I/O模塊自動檢查并更新GUI模塊中的數(shù)據(jù)，使用自動糾錯算法糾正錯誤輸入。

（2）當用戶要計算數(shù)據(jù)時：數(shù)據(jù)I/O模塊將GUI模塊中的數(shù)據(jù)交給工時計算模塊，使用樹枝圖算法計算最短施工時間和總?cè)斯すr結(jié)果，將返回的結(jié)果更新到GUI模塊中。

（3）當用戶要查詢或更新數(shù)據(jù)時：數(shù)據(jù)I/O模塊將GUI模塊中的數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器數(shù)據(jù)更新接口，將返回的結(jié)果更新到GUI模塊中。

2.3 數(shù)據(jù)庫

在數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)方面，軟件使用的數(shù)據(jù)庫由服務(wù)通告元數(shù)據(jù)表（命名sb）和統(tǒng)計數(shù)據(jù)表（命名count）組成，其定義如圖2所示。數(shù)據(jù)表sb用來記錄數(shù)據(jù)提取模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表count用來統(tǒng)計數(shù)據(jù)表sb中的數(shù)據(jù)記錄。

2.4 算法設(shè)計

2.4.1 樹枝圖算法

算法的輸入：工序表，工序表中每道工序具有名稱、時長、緊前工序3個基本屬性，其中緊前工序的名稱與工序名稱是對應(yīng)的。算法的輸出：最短施工時間、關(guān)鍵工序、總?cè)斯すr。

樹枝圖算法的關(guān)鍵是選取可選工序和獲得所有工序路線施工時間的最大值。對于前者，程序應(yīng)該在每次選擇之前判斷哪些工序可以選擇;對于后者，程序需要找出所有工序路線，比較各條工序路線的施工時間，然后得到所有工序路線施工時間的最大值，作為工程最短施工時間。

算法運行過程：①以一個空數(shù)組和初始時刻0為初始參數(shù)開始，遍歷所有工序表中可選的工序;②每次將一道可選工序的名稱加入數(shù)組，并將初始時刻加上該工序時長得到新的時刻，如果沒有可選工序，則轉(zhuǎn)到過程？譼？訛;③以所得到的數(shù)組和新的時刻為初始參數(shù)開始重復上述過程？譹？訛;④將數(shù)組和時刻作為一條結(jié)果保存在結(jié)果數(shù)組中，由于所有可選工序都遍歷了一遍，所以結(jié)果數(shù)組中保存的就是所有的工序路線;⑤利用基本的排序與求和算法找到最大值和工序時長之和，即可得到最短施工時間和總?cè)斯すr。

圖3是利用樹枝圖算法計算所有路線及其總工時的算法流程圖，其中“能否放入隊列”是一個布爾表達式，“調(diào)用自身”指的是程序遞歸調(diào)用自身，括號部分是調(diào)用時輸入的參數(shù)。

2.4.2 自動邏輯檢測

算法的輸入：當前操作的工序節(jié)點、工序表。算法的輸出：經(jīng)過調(diào)整（禁用錯誤選項）的工序表。

幫助用戶避免錯誤選項的原理是禁用錯誤選項，所以算法的核心是設(shè)法得到每道工序需要禁用的選項，每次用戶對緊前工序做出改變時，就可能需要重新設(shè)置工序的禁用選項，用戶既能添加緊前工序，也能刪除緊前工序，所以程序既需要能禁用選項，也需要能恢復選項，為了方便理解，以下論述把“緊前工序”稱為“依賴”。

禁用選項：假設(shè)工序A增加了一個依賴B，則工序B的依賴不能選擇工序A，所以工序B將A加入禁用選項中，這只解決了部分問題，如果工序C是工序B的依賴，當工序C選擇A作為依賴時，錯誤就會發(fā)生，因為A等待B完成，B等待C完成，C卻等待A完成，解決方法是將A加入B、B的依賴、B的依賴的依賴、B的依賴的依賴的依賴（簡稱B的依賴路徑）……的禁用選項中，可以使用遞歸算法實現(xiàn)。

恢復選項：假設(shè)工序A刪除了一個依賴B，這時不能盲目地將B的禁用選項A刪除，因為工序A可能有一個依賴C，而C的依賴是B，根據(jù)禁用選項部分的論述，B依然不能將A作為依賴，即B的禁用選項A不能恢復。這種情況發(fā)生的根源是A存在其他含有B的依賴路徑，所以解決方法是將B的依賴路徑減去A依賴路徑與B依賴路徑的交集，所剩余的依賴為恢復選項，即從禁用選項中刪除。

算法運行過程：①根據(jù)節(jié)點判斷需要禁用還是恢復過程;②遞歸查找禁用（恢復）列表;③根據(jù)禁用（恢復）列表調(diào)整工序表。自動檢測算法流程圖如圖4所示。

2.4.3 自動提取數(shù)據(jù)

算法的輸入：服務(wù)通告PDF原件。算法的輸出：服務(wù)通告中的最短施工時間、總?cè)斯すr、工序步驟。

PDF文件不便于數(shù)據(jù)提取，所以選擇使用工具將PDF轉(zhuǎn)化為文本文件，這里選擇了Python工具pdftotext，使用layout選項以保留頁面布局，文本轉(zhuǎn)化好之后，可以利用Perl的文本處理功能提取數(shù)據(jù)，因為Perl原生支持正則表達式，使用Perl正則表達式進行文本匹配時，程序在循環(huán)中進行，每次只匹配一行，每個文件中關(guān)于人工工時部分的信息重復出現(xiàn)了兩次，所以需要設(shè)置一個變量作為開關(guān)，當匹配了一次結(jié)果后就關(guān)閉開關(guān)以避免重復。

對于標題部分，原標題是一個用“-”連接的整體，并且使用了不同的編碼表示“-”，這非常不便于數(shù)據(jù)拆分統(tǒng)計，所以標題需要經(jīng)過二次處理，利用正則表達式的替換功能，把各種編碼的“-”替換稱制表符，只有這樣，統(tǒng)計分析模塊才能分析處理。

對于工序部分，服務(wù)通告內(nèi)的工序非常復雜，有的工序包含子工序，甚至子工序的子工序，為了處理方便和數(shù)據(jù)簡潔，程序只處理到第一層工序（即不包含子工序），這樣仍然不能正常提取，單行的工序與子工序之間幾乎沒有格式上的差異（即使人工比較單行工序也很難發(fā)現(xiàn)差異），仔細思考人理解文件的方式后發(fā)現(xiàn)，人可以進行上下文比對，而程序是單行匹配的，為了讓程序也能上下文比對，而不破壞逐行匹配的模式，程序使用了一些上下文變量以提供上下文比對的功能，匹配前先檢查上下文變量以決定是否匹配當前行，以及上一行匹配結(jié)果是否有效，這樣處理后，程序匹配工序失誤的概率顯著降低。

2.4.4 自動統(tǒng)計數(shù)據(jù)

算法的輸入：新加入的服務(wù)通告最短施工時間、總?cè)斯すr，數(shù)據(jù)的原統(tǒng)計結(jié)果。算法的輸出：數(shù)據(jù)的新統(tǒng)計結(jié)果。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以使用離線算法，也可以使用在線算法，離線算法需要輸入所有數(shù)據(jù)，沒有利用已完成的統(tǒng)計結(jié)果，效率低下，所以使用在線算法。

在數(shù)據(jù)庫中，使用一張數(shù)據(jù)表存儲所有數(shù)據(jù)，使用另一張數(shù)據(jù)表存儲中間結(jié)果和統(tǒng)計量，其中每一條記錄代表標題屬性相同的同類數(shù)據(jù)，為了統(tǒng)計最大值、最小值、平均值、眾數(shù)等統(tǒng)計量，需要在每條記錄中存儲已統(tǒng)計過的數(shù)據(jù)，這樣統(tǒng)計時就不用從所有數(shù)據(jù)中搜索同類數(shù)據(jù)。

由于數(shù)據(jù)庫很難存儲復雜的數(shù)據(jù)（比如數(shù)組），所以已經(jīng)統(tǒng)計過的數(shù)據(jù)不能以數(shù)組結(jié)構(gòu)存儲，解決方法是使用一種變通策略，將數(shù)組轉(zhuǎn)化為字符串存儲在數(shù)據(jù)庫中，在使用時將字符串轉(zhuǎn)化為數(shù)組。為了實現(xiàn)這種策略，轉(zhuǎn)化為字符串時應(yīng)遵循某種規(guī)則，保證這種轉(zhuǎn)化是可逆的。在本程序的轉(zhuǎn)化中，數(shù)組元素之間插入了特殊符號，在解析字符串時以這種符號將字符串分割為數(shù)組，這樣帶來的好處是不需要修改數(shù)據(jù)庫的定義就可以存儲自定義的數(shù)據(jù)，而且可以方便地重新定義數(shù)據(jù)。

獲得了已統(tǒng)計過的數(shù)據(jù)后，統(tǒng)計量的計算就變得非常簡單，將新統(tǒng)計的數(shù)據(jù)與原最大值、最小值比較可以獲得新的最大值、最小值，搜索新數(shù)據(jù)的出現(xiàn)頻率與原眾數(shù)出現(xiàn)頻率，然后比較得到新的眾數(shù)值，其他統(tǒng)計量的計算過程類似，此處不再贅述。

2.4.5 數(shù)據(jù)搜索算法

算法的輸入：搜索關(guān)鍵字、搜索精確度。算法的輸出：匹配到的相關(guān)服務(wù)通告最短施工時間、總?cè)斯すr等數(shù)據(jù)。

要實現(xiàn)數(shù)據(jù)搜索，直接使用數(shù)據(jù)庫的查詢功能是不行的，因為SELECT語句擅長根據(jù)其他屬性篩選數(shù)據(jù)，所以屬性值必須完全符合才能正確匹配，而數(shù)據(jù)搜索功能更像常用網(wǎng)頁搜索引擎的模糊匹配功能，即使輸入不精確的信息也能得到想要的結(jié)果。

為了實現(xiàn)模糊匹配功能，程序需要對輸入關(guān)鍵字進行拆分，由于將關(guān)鍵字拆分為單個詞匯在不使用自然語言處理技術(shù)的情況下可能比較困難，而使用自然語言處理技術(shù)已經(jīng)超出能力范圍，所以程序?qū)㈥P(guān)鍵字拆分成字符而非詞匯。

獲得分割好的各級別的字符集（簡稱為源字符）后，程序每次掃描一條數(shù)據(jù)的標題部分，以相同的方式對標題各級別進行分割得到字符集（簡稱目標字符）。每次掃描一個源字符，如果源字符與某一個目標字符相同，稱為一次命中，命中的次數(shù)與源字符個數(shù)之比稱為匹配度，完成源字符掃描后，計算匹配度，如果匹配度超過設(shè)定的閾值，則該數(shù)據(jù)匹配成功，否則失敗。

為了更精準地匹配同級關(guān)鍵字，同時具有匹配非同級關(guān)鍵字的能力，只需對以上算法稍做修改：增加一次對同級別字符的掃描，計算匹配度時將源字符個數(shù)乘2，其他不變，這樣同級匹配權(quán)值為1，不同級匹配權(quán)值為0.5，在閾值較高時，可以排除非同級關(guān)鍵字匹配;當閾值較低時，可以匹配非同級關(guān)鍵字。當閾值達到100%時，程序?qū)⒉辉龠M行模糊匹配，而只有關(guān)鍵字完整連續(xù)匹配時，才能匹配成功，這樣做可以適應(yīng)更高的匹配需求。

3 軟件界面與應(yīng)用

基于Python語言開發(fā)了服務(wù)器端程序，包括數(shù)據(jù)I/O模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)提取模塊;基于JavaScript語言開發(fā)了瀏覽器端程序，包括數(shù)據(jù)I/O模塊、工時計算模塊、GUI交互模塊，主頁包括頂部導航欄、數(shù)據(jù)輸入欄、表格展示區(qū)、底部裝飾欄4個區(qū)域。

假設(shè)已知某服務(wù)通告的大致類別為空調(diào)-軟管。在數(shù)據(jù)輸入欄的查詢區(qū)分別輸入“空調(diào)”“軟管”，點擊查詢即可快速獲得參考工時。調(diào)節(jié)查詢精準度：移動數(shù)據(jù)輸入欄的滑塊，重新點擊查詢即可，查詢的結(jié)果中的“詳情”可在點擊后顯示此記錄所統(tǒng)計的服務(wù)通告工序數(shù)和文件下載鏈接。

假設(shè)當前工程需要3道工序P1、P2、P3，其中P2和P3互不影響，但必須在完成P1后才能開始，在已知每道工序的最小時長、最大時長、平均時長的條件下，計算人工工時。首先，在左側(cè)數(shù)據(jù)輸入欄的計算區(qū)輸入工序數(shù)3，點擊“確定”后在右側(cè)生成工序表，填寫工序表各項數(shù)據(jù)時分別在P2和P3的“緊前工序”中選擇P1，點擊“計算”即可得到人工工時計算結(jié)果。在填寫工序表時，如果左側(cè)數(shù)據(jù)輸入欄中的邏輯檢測功能處于開啟狀態(tài)，則會為每道工序的“緊前工序”剔除所有會造成邏輯錯亂的選項，避免因誤填而導致的錯誤。

軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)來自已發(fā)布的服務(wù)通告文件，可實現(xiàn)文件到數(shù)據(jù)的自動轉(zhuǎn)換。應(yīng)用內(nèi)的數(shù)據(jù)一般在后端添加和處理，為了方便數(shù)據(jù)更新，本應(yīng)用還提供了從瀏覽器端更新數(shù)據(jù)的功能，由于上傳行為受網(wǎng)絡(luò)狀況影響較大，所以建議不要以此方式更新大量數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)輸入欄點擊“選擇文件”按鈕，瀏覽器調(diào)用系統(tǒng)的文件瀏覽器，選擇需要上傳的PDF文件（按住Ctrl可多選），點擊“打開”，按鈕右側(cè)會顯示已選擇了幾個文件，點擊“上傳”按鈕，如果沒有后端正在更新數(shù)據(jù)，也沒有其他客戶端正在更新數(shù)據(jù)時，后端會接收文件，提取數(shù)據(jù)，添加到數(shù)據(jù)庫，并更新統(tǒng)計數(shù)據(jù)以供查詢，之后瀏覽器提示文件處理情況，后端的所有操作全部自動完成，不需要人為干預。如果有后端正在更新數(shù)據(jù)，或者其他客戶端正在更新數(shù)據(jù)，瀏覽器會彈出提示，請耐心等待其他數(shù)據(jù)更新完畢。

4 結(jié)語

采用先進的Web應(yīng)用技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)計劃理論，開發(fā)了服務(wù)通告人工工時計算的軟件，實現(xiàn)了一整套數(shù)據(jù)提取、統(tǒng)計、搜索的人工工時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，提供有價值的工時參考數(shù)據(jù)，解決了僅憑工程經(jīng)驗估計工時的人為主觀影響和時間不確定性的問題。軟件采用跨平臺用戶界面，在不同需求下都具有良好的交互體驗。

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