面向表結構個性化的工廠質量數據管理系統的分析與設計

馬宇航 邸恒燁

摘要：文章設計的工廠質量數據管理系統不僅能夠將面向用戶的個性化數據進行解析與存儲，還能通過數據轉換引擎將工廠質量數據在面向系統的結構化語言和面向用戶的個性化語言之間進行交互，從而達到規范管理、提升效率的目的，具有很強的實用性和很大的拓展空間。

關鍵詞：工業互聯網；表結構自定義；工廠質量管理；正則表達式匹配

中圖分類號：TP391.41? 文獻標志碼：A

0 引言

隨著工業信息化的逐步發展、市場競爭的日益激烈，工廠生產的各個方面都需要變得更加智能化、互聯網化，包括工廠的生產質量管理數據采集系統［1］。現今，質量檢驗的目的早已不再是單純判斷產品是否合格，而是需要對以往的數據進行匯總、統計、分析，對未來的生產工作提出建設性的改進與修復措施［2］。目前，很多工廠的質量數據采集系統還存在著諸多問題，如產品生產過程的質量實時監控主要依靠人工，信息反饋以及異常情況處理十分滯后，時效性不夠；工廠質量檢驗的歷史數據查詢困難，費時費力，各個產品的檢驗流程和檢驗結果不易進行數據統計、分析與共享［3-4］ 。

針對上述問題，本系統設計了一個支持表結構個性化的工業質量數據管理方法并將該方法應用到質量數據管理QMS系統中。在此基礎上，使用Django框架、Python語言完成后端數據管理原型系統的開發，使用Bootstrap3框架、HTML語言、CSS語言、JavaScript語言完成前端數據管理系統的開發，使系統能夠解析質檢員上傳的Excel表單模板，最終將關鍵字段和描述信息展示出來并反饋給質檢員。質檢員上傳完整的Excel質檢表單之后，可以將數據與模板進行解析、分離。通過前端網頁的文本框輸入將質檢數據上傳至數據庫中，提取數據庫中的質檢數據，最終按照模板格式生成個性化Excel質檢表格。該系統針對建立的數據庫表進行映射關系處理，對系統開展準確性和有效性測試驗證，用以改善整體的質量生產管理體系。

1 系統功能分析

本系統所有的功能都顯示在主頁頂部導航欄中。系統功能主要體現在：允許質檢員登錄、注冊及退出操作；允許質檢員進行Excel質檢模板的上傳與解析及生成與更新；允許質檢員上傳Excel質檢表單，再由系統將質檢數據提取后，建立新的產品檢驗流程實用表；允許質檢員選擇已經上傳過的質檢模板，前端網頁動態生成該檢驗流程中的所有待檢數據文本框，再由質檢員輸入本次質檢數據，最終將所有數據存入數據庫中，建立新的產品檢驗流程實用表；允許質檢員選擇數據庫中的已有產品檢驗流程實用表，由系統根據該產品檢驗流程的Excel模板形式，生成個性化Excel質檢表單，最終由質檢員進行下載。

2 基于正則匹配的數據轉換引擎設計

在復雜的Excel解析問題中，需要解決2個問題：一是針對單元格中的數據內容的識別解析以及針對關鍵字段、數據項與關鍵字段每一個項目匹配關系的解析；二是針對每個關鍵字段的數據類型、關系模式、數據存儲模式等信息的解析。針對上述復雜Excel表單解析的問題，本項目搭建了一種數據轉換模型，即先行對Excel模板進行預編輯并將預編輯后的Excel模板上傳，再根據本項目搭建的數據轉換引擎將Excel質檢表單模板中的所有信息進行提取與解析。上述過程的關鍵之處是數據轉換引擎，因此本系統構建了一種基于正則表達式的數據轉換引擎。

2.1 數據轉換引擎規則制定

總述性數據共包含2項內容，須按照特定位置進行填寫。第一項為“overall”，表明其為總述性數據；第二項為“名稱：產品”，代表關鍵字段名稱為“名稱”，且其數據為“產品”。

一對一型數據和一對多型數據，其所包含的內容信息會有許多條，除檢驗項目必須在第一條外，其余的信息位置可隨意進行調整。所包含的內容如下：（1）檢驗項目為必填項，且必須在第一個位置上。它表明了此單元格應該填寫的數據與關鍵字段的對應關系。（2）關系模式為選填項。它表明了此單元格所代表的檢驗項目與其數據個數的對應關系。（3）存儲形式為選填項。此屬性僅在數據的關系模式為一對多時才有作用，它表明了存儲形式數據是以行進行拓展還是以列進行存儲。（4）描述信息為選填項。它表明了該關鍵字段在表格中描述信息所處的位置。（5）數據類型選填項。它表明了該關鍵字段所對應的質檢數據類型。

2.2 具體實現流程

Excel質檢模板最終通過數據轉換引擎解析后，需要得到的信息如下：檢驗項目列表；數據所處位置字典；關鍵字段所處位置字典；總體項目數據項字典；總體項目描述信息字典；關系模式字典；數據存儲形式字典；關鍵字段描述信息字典；數據類型字典。第1～5個字典得到了第一個問題中需要得到的信息；第6～9個字典得到了第二個問題需要得到的信息。數據轉換引擎工作的具體流程，如圖1所示。

3 系統設計與實現

3.1 總體框架

本系統總共需要實現4項功能。本文針對這4項功能設計了4個模塊，分別為：Excel模板解析（前端）、網頁端輸入質檢數據、Excel完整質檢表單上傳、Excel表單導出?？傮w架構設計如圖2所示。

3.2 數據庫層次與映射關系

為實現面向用戶的個性化數據與面向系統的結構化數據的交互，直觀上來說就是Excel和MySQL數據庫的交互，需要對各種不同類型的產品、不同形式的檢驗過程進行管理，而這些管理都需要經過數據庫進行導入導出，所以對于數據庫層次的設計方案變得至關重要。

基于上述需求，制定了3層數據庫層次。首先，每一種產品對應一個數據庫。每個產品的數據庫中有3種類型的數據庫表：產品總表（產品名稱_total表）、產品檢驗流程信息表（產品名稱_檢驗流程_Info表）、產品檢驗流程實用表（產品名稱_檢驗流程表）。一種檢驗流程可能會存在很多張實用表單，為各次檢驗的完整質檢表單。產品總表中的一條記錄，對應的是某種檢驗流程，因而對應著2種表單：一是該產品檢驗流程的信息表；二是該產品檢驗流程的多張實用表。產品檢驗流程信息表中的每條記錄，對應的是產品檢驗流程實用表中的一個關鍵字段。

3.3 主要模塊設計與實現

根據實現功能要求，按照模塊劃分，詳細講述各模塊的展示界面、所完成的功能以及如何實現功能的流程。

3.3.1 主頁/登錄/注冊

系統在質檢員未登錄之前，顯示的是無功能的主頁，只有登錄后才可以合法地進入各模塊，登錄界面供質檢員輸入用戶名和密碼。注冊界面供新的質檢員進行注冊，需要質檢員提供其工號、用戶名、密碼并將這些數據存入數據庫。為了增加系統的安全性，密碼的保存會通過哈希函數進行加密后存入數據庫。

3.3.2 通過網頁端上傳質檢數據

（1）該模塊允許質檢員在前端網頁已上傳的模板中進行選擇，上傳需要提取數據的Excel完整質檢表單。（2）將Excel質檢表單傳入后臺，后臺對Excel進行解析。（3）在前端將這張產品檢驗流程實用表展示出來，供質檢員查看。本模塊的流程如圖3所示。

3.3.3 Excel質檢表單提取質檢數據

本模塊的重點工作即為Excel的渲染。Excel渲染的流程如圖4所示。染的流程是先提取產品檢驗流程信息表，再針對檢驗項目關系模式的不同進行分別存儲。

4 結語

本文針對工廠質量檢驗過程中存在的數據手動采集操作復雜、耗時耗力、不易入庫進行共享和保護、

無法在Excel和數據庫之間進行靈活轉換等問題，設定了一種正則匹配規則，通過正則匹配規則，搭建了基于此正則匹配規則能夠提取信息的數據轉換引擎，實現復雜Excel模板解析這一關鍵步驟，最終通過系統測試，完成了本系統的各方面需求，使工廠質量數據管理系統大大提高了質檢員的工作效率，并可以與工廠質量系統QMS進行對接。

參考文獻

［1］楊榮祥，于慧君．M公司煙機QMS的設計與實現［D］．成都：電子科技大學，2019.

［2］俞杰.產品檢驗數據管理系統設計與實現［J］.電腦知識與技術，2011（17）：4096-4098.

［3］程佳，陳濤，王成.通用Web表單數據采集系統的設計與實現［D］.沈陽：東北大學，2016.

［4］吳海宇.項目數據表單管理系統的建設研究［J］.信息系統工程，2017（5）：57-58.

（編輯 姚 鑫編輯）

Analysis and design of factory quality management system for personalized table structure

Ma? Yuhang1， Di? Hengye2

（1.Xian University of Science and Technology， Xian 710049， China；2.University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China）

Abstract：? This paper designs the factory quality data management system， which can parse and store the user-oriented personalized data， and interact the factory quality data between the system-oriented structured language and user-oriented personalized language through the data conversion engine， so as to achieve the purpose of standardized management and improving efficiency. This system has a strong practicability and a great space for expansion.

Key words： industrial Internet; customed structure of table; industrial quality management；regular expression matching