李 麗，武照云，宋昊舉，張毓蘭

（1.河南職業(yè)技術學院汽車工程學院，河南 鄭州 450046；2.河南工業(yè)大學機電工程學院，河南 鄭州 450001）

1 引言

在機械制造企業(yè)中，工藝設計作為聯(lián)系產品設計與制造的中樞，是整個制造過程中的重要環(huán)節(jié)，對產品質量和制造成本具有極為重要的影響。在過去，都是由工藝技術人員按照零件圖紙手工完成工藝卡片的編制，再由生產部門下發(fā)到車間，在部門流轉間產生了很多技術資料，而這些技術資料的管理質量取決于相關管理人員的記憶能力與業(yè)務水平。隨著科學技術的發(fā)展與進步，計算機輔助工藝規(guī)劃（Computer Aided Process Planning，CAPP）技術出現并逐漸擴大應用范圍。很多學者在工藝卡片的自動生成、工藝卡片信息提取、工藝模板的定制方面做了大量研究，如文獻[1]針對模具零件加工過程的特點，設計了適用于模具工業(yè)的工藝卡片管理系統(tǒng)；文獻[2]運用MVVM 設計模式，對滾珠絲杠副工藝卡輸出模塊進行了優(yōu)化；文獻[3]設計并實現了一套基于Web 的制造業(yè)工藝管理系統(tǒng)；文獻[4]以鍛造工藝卡片作為實例，研究了基于DWGDirectX 的工藝卡片信息提取技術；文獻[5]針對礦井提升機工藝設計與管理中存在的問題，開發(fā)了基于B/S 架構的大型礦井提升機關鍵件工藝管理系統(tǒng)；文獻[6]以SolidWorks 三維建模軟件為平臺，開發(fā)了臂盤式制動器參數化工藝設計系統(tǒng)；文獻[7]開發(fā)了基于Pro/E 的三維標釋與工藝卡片系統(tǒng)；文獻[8]面向CAPP 與PDM之間工藝數據集成的需求，構建了基于PDM 的工藝數據管理系統(tǒng)。以上研究均有效提高了企業(yè)工藝設計質量和效率。

近些年，移動互聯(lián)網技術發(fā)展非常迅速，已經擴展到各類行業(yè)的應用領域中。基于移動端APP 技術的各類應用逐漸占據了信息系統(tǒng)的主流地位，在工業(yè)、教育、娛樂、服務等領域取得了顯著的效果。

在移動互聯(lián)網技術的應用背景下，以機械制造車間為對象，基于車間局域網和移動APP 技術，研究符合車間生產特點的工藝流程與工藝卡片信息描述方法，構建基于移動端APP 的機械加工工藝卡片管理系統(tǒng)，實現工藝卡片信息管理的全新應用模式。

2 系統(tǒng)功能分析

通常來講，機械加工車間的產品工藝卡片由工藝技術人員針對產品結構與技術要求進行專門制定，然后下發(fā)給車間員工，以此作為機械加工的技術指導文件。對于常見的機械加工車間典型操作流程而言，一般一個產品對應一個完整的工藝流程，其中包括多個加工工序；每個加工工序都對應一個工藝卡片，其中包括多個工步；由于產品訂單數量較多，因此每個工序及其工步都可能對應多個操作員工。

在信息管理系統(tǒng)中，機械加工工藝卡片不再是傳統(tǒng)的紙質卡片，而是富媒體形式的數據集成載體。因此，工藝卡片中包含的內容可以根據實際需要進行大幅度擴展，主要包括工序基本信息、工步內容（列表）、工步操作說明（文本、圖片、視頻等）、工步檢驗標準（列表）、不良歷史記錄（文本、圖片、視頻等）等內容[9]，如圖1 所示。

圖1 產品加工工藝流程基本組成要素關系圖Fig.1 Relationship Chart of Process Flow Basic Elements

基于上述分析，機械加工工藝卡片管理系統(tǒng)應具備的功能如下：工藝技術人員能夠通過該系統(tǒng)完成產品工藝流程圖的設計、各工序工藝卡片的建立以及相應內容的上傳、工藝卡片的發(fā)布等；車間員工能夠通過移動APP 實時接收生產任務、查看工藝卡片中的各項信息、瀏覽圖片與視頻等。

3 總體架構設計

根據機械加工工藝卡片管理系統(tǒng)的功能需求分析，系統(tǒng)采用“普通PC 端+移動APP 端”的混合架構進行設計與應用，如圖2 所示。

（1）普通PC 端架構。該模式主要供工藝技術人員使用。采用三層體系方式進行設計，主要包括數據層、應用層和用戶層。①數據層：在服務器端，部署系統(tǒng)數據庫與文件服務器。系統(tǒng)數據庫主要存儲各類基礎數據與應用數據，文件服務器主要存儲視頻文件與圖片文件等。②應用層：針對工藝技術人員的業(yè)務需求，分別設置工藝流程圖設計模塊、工藝卡片建立模塊、維護與發(fā)布模塊等，對于基本的業(yè)務邏輯處理功能進行封裝，形成業(yè)務處理類庫。③用戶層：該層主要負責處理用戶輸入與結果輸出。以簡潔實用為原則，設計人機交互界面，使功能區(qū)及其操作界面以最佳方式進行呈現。

（2）移動APP 端架構。該模式主要供車間操作員工使用。在服務器端，部署Web 服務器，通過數據庫存取引擎和Socket 通訊傳輸方式分別訪問系統(tǒng)數據庫以及文件服務器，同時開設APP數據通訊傳輸接口，為移動APP 提供雙向數據傳輸服務。這樣，車間操作員工就可以在移動終端上查看發(fā)布的工藝卡片、瀏覽相關視頻文件等。

圖2 系統(tǒng)總體架構圖Fig.2 System Overall Architecture Graph

4 數據模型與數據庫設計

產品工藝流程圖數據模型的構建是系統(tǒng)開發(fā)中的一個關鍵問題。根據C#的面向對象設計原則，結合工序節(jié)點與連線在工藝流程圖中的圖形特點，抽象出一個接口定義IPaintItem，該接口具備基本的圖形對象屬性與方法；然后，在IPaintItem 接口規(guī)則之下，分別定義PaintUnit 類與PaintLink 類來描述工序節(jié)點與連線；這樣，運用泛型集合List及序列化技術即可完成工藝流程圖數據模型的建立[10]。

對于其他信息與數據，均可以通過SQL Server 數據庫進行維護與存儲。根據“產品-工藝流程圖-工序-工藝卡片”的層次關系與組織結構，設計了數據表，主要包括產品表、工序信息表、工步信息表、工序說明表、檢驗標準表、不良歷史記錄表等，如圖3 所示。

圖3 數據表關系圖Fig.3 Data Table Relationship Graph

5 關鍵技術與系統(tǒng)實現

5.1 工藝流程圖與工藝卡片管理

根據機械加工車間的生產特點，以工藝流程圖為主線，通過流程圖為每個工序編制工藝卡片，實現工藝設計、生產安排與質量檢驗的集成應用。以圖形化形式表達的工藝流程圖具有表達直觀、可視化程度高的特點，建立產品工藝流程圖與工藝卡片的設計步驟，如圖4 所示。

圖4 工藝流程圖與工藝卡片設計步驟Fig.4 Design Steps of Process Flow Diagram and Process Card

產品工藝流程圖的設計共有3 種方式：（1）完全手動繪制。先逐個拖放工序節(jié)點，再根據串行與并行的關聯(lián)關系，然后以直線或折線方式依次連接各個工序節(jié)點，以此逐步形成工藝流程圖。（2）復制/粘貼已有的部分工序節(jié)點。若欲繪制的工藝流程圖中有部分工序節(jié)點與系統(tǒng)中已有的流程圖一致，則可以先將已有工藝流程圖打開，在其中選取需要的工序節(jié)點進行復制，然后直接粘貼到目標流程圖中。對于其余部分再手動繪制。該方式可以顯著提高工藝流程圖的繪制效率。（3）直接修改已有的工藝流程圖。若欲繪制的工藝流程圖與已有的流程圖很相似，則可以先調用已有的流程圖，然后在此基礎上直接進行編輯與修改。該方式可以實現系統(tǒng)原有工藝流程圖的高效再利用，極大提高工作效率。工藝流程圖設計界面，如圖5 所示。

圖5 工藝流程圖設計界面Fig.5 Design Interface of Process Flow Diagram

工藝流程圖設計好后，在“編輯工藝卡”模塊中以只讀方式打開工藝流程圖，然后可以針對流程上的每一道工序編制工藝卡片。雙擊流程圖上任一工序節(jié)點，可彈出加工工藝卡界面，在該界面上可以完成基本信息、工步內容、工步說明、工步驗證、不良歷史記錄等信息的錄入，如圖6 所示。

圖6 加工工藝卡信息錄入界面Fig.6 Information Input Interface of Process Card

5.2 面向移動APP 的服務器端接口設計

根據系統(tǒng)的功能要求，車間員工需要在移動設備（智能手機）上通過APP 訪問并瀏覽產品工藝流程圖和工藝卡片。雖然智能手機操作系統(tǒng)及對應APP 的開發(fā)方法有所不同，但是都需要遠程訪問服務器上的數據與資源。因此，必須在服務器端設置后臺接口，以便于移動端APP 獲取數據。在微軟提供的程序開發(fā)技術框架中，能夠實現服務器端后臺數據接口功能的技術主要有：Web Service、ashx、Web API、MVC 等。其中，MVC 是一種非常適合創(chuàng)建Web 應用程序的模式，該模式將應用程序按照功能進行分層設計與部署?？刂破鰿ontroller 負責處理用戶交互、接收請求、邏輯處理、返回數據等，能夠滿足為移動設備APP 提供數據交互的要求。因此，運用ASP.NET MVC 中的Controller 技術開發(fā)服務器端后臺數據接口，部分接口列表，如表1 所示。

表1 服務器端后臺數據接口列表（部分）Tab.1 Server Background Data Interface List（Part）

其中，GetProcessInfo 方法的代碼如下：

public string GetProcessInfo（）

｛APPDAL myappdal=new APPDAL（）；

DataTable mt=myappdal.GetProcessInfo（）；

string JString=JsonConvert.SerializeObject（mt）；

return JString；｝

5.3 移動端APP 設計

以智能手機為代表，目前移動設備的操作系統(tǒng)以Android 和IOS 為主流，但是，這兩個系統(tǒng)彼此并不兼容，因此，開發(fā)Android APP 和IOS APP 需要不同的技術才能完成，而且差異非常大，這給移動APP 的開發(fā)帶來很大困難。近些年，以HTML5 為代表的跨平臺APP 技術逐漸流行起來。運用HTML5 開發(fā)的跨平臺WebAPP，可以同時適用于Android 系統(tǒng)和IOS 系統(tǒng)，而且還具有開發(fā)速度快、成本低、適配性好等優(yōu)點[11]。因此，采用HTML5 對移動端APP進行設計與開發(fā)。開發(fā)流程與步驟主要包括：（1）根據系統(tǒng)功能要求，運用 HTML5、CSS、Jquery Mobile 等 Web 技術設計響應式布局的移動端用戶界面；（2）運用JavaScript、AJAX 等技術開發(fā)遠程數據交互與界面響應等功能；（3）在Windows 系統(tǒng)下搭建并配置Cordova 環(huán)境，利用Cordova 進行跨平臺移動APP 的編譯、打包與發(fā)布。車間操作員工的移動端APP 界面，如圖7 所示。

圖7 移動端APP 界面Fig.7 Mobile APP Interface

6 結論

綜合運用 C#.NET、SQL Server、ASP.NET MVC、HTML5 等技術，開發(fā)了基于移動端APP 的機械加工工藝卡片管理系統(tǒng)，實現了機械加工工藝卡片信息管理與應用的全新模式。采用的系統(tǒng)開發(fā)方案與技術路線，對于其他同類型的制造業(yè)信息化軟件系統(tǒng)具有一定的參考借鑒意義。