计算机论文范文计算机论文国外计算机论文筒并捻车间计算机监测系统的设计与实现

计算机论文范文计算机论文国外计算机论文:筒并捻车间计算机监测系统的设计与实现摘要：为实现筒并捻车间生产管理的信息化,更好地推动纺织企业的发展,对车间的实际需求进行深入分析,构建了C/S模式的网络拓扑结构,提出一种基于多Agent的车间生产管理模型,利用多线程技术、STL技术以及数据库技术对基于多线程的数据采集技术、系统数据的整合方法进行研究,并介绍了系统的管理功能、数据库结构设计以及软件设计过程中的技术难点。应用表明,该系统可满足车间生产管理的需要,并实现企业生产管理的网络化。关键词：监测系统;筒并捻车间;通信;多线程;C/S纺织工厂生产信息监测和管理系统是指利用计算机进行企业内部事务和生产信息的管理[1]。对有些纺织企业的筒并捻车间而言,要实施生产管理的信息化和网络化,难度相对较大,因为其多车间、多品种、多机型和车间地理位置分散的特点给车间的布线和维护带来了很大困难,导致生产管理信息化很长时间不能得以实现,使生产管理的方式仍停留在人工管理的传统模式,更使许多生产信息、设备信息无法及时准确地反馈到企业生产管理者的手中,给管理者的决策带来了不便,而且,经调研发现,目前针对筒并捻车间而开发的生产信息监测和控制系统相对较少,甚至在实际中没有成功应用的案例。为此,为了适应企业现代化生产管理的要求,根据筒并捻车间在生产管理方面的实际需求,本文提出了一个多Agent的生产过程执行模型,开发了相应的计算机监测系统。1系统网络结构在系统设计时,鉴于筒并捻车间多机型、车间地理位置分布不规则的现状,按照布线方便、通信安全可靠、简单易维护的原则,利用并联的方式将多种机型连接在同一条总线上,采取自定义多协议通用数据帧的通信方法,构建了主从式的系统网络拓扑结构,如图1所示。该结构由上位机(车间主计算机)和下位机(监测器)2部分组成,利用MAX1483标准转换卡将上位机(车间主采集计算机)的RS232串口转换为RS485,通过总线将二者相连,实现长距离、高速的串行异步通信[2]。其中上位机的主要作用是与监测器通信、实时采集、校验、处理、存储生产数据,然后在终端以数据列表、机台分布图及报表的形式为生产管理者提供机台运转状态和生产数据;其他部门的计算机通过局域网与上位机互联,形成可靠的客户/服务器(C/S)结构模式,实现生产参数的网上录入、各类生产数据的查询、统计、分析和报表打印,以及远程在线监测机台的运转状态等功能。监测器的主要作用是接收上位机发送的各项命令,进行实时采集、存贮机台的产量、停机时间和次数等,并按照通信协议回送指定命令所需的生产数据。2总体设计2.1系统功能的划分和设计整个系统的功能主要分为生产数据监测和信息管理2个部分,其中生产数据监测功能是整个系统的核心功能,除了对整个车间所有机台的生产过程实时跟踪外,还要为各个远程监控的客户端提供实时监控的生产数据,更要为各类报表的打印、生产数据的统计与分析等功能提供基础数据,其主要功能包括:1)实时数据采集。当系统正常启动以后,实时数据采集模块以轮询的方式不间断地对下位机进行采集,然后将采集到的数据进行校验、计算,暂存在数据链表和数据库的临时表中。2)实时显示功能。将暂存在数据链表中的数据以机台车间分布图、数据列表、曲线、报表的形式在终端界面显示。3)异常报警功能。对生产执行过程中出现的一些异常情况予以及时反馈,以便车间主任或厂级生产管理者做出科学决策和生产调度,并将这些异常记录保存,方便日后查询。4)多种监测方式。为了方便用户远程在线监控和系统运行参数的维护,系统提供了分机台、分岗位、分组、分车间、分品种的监控方式,能够比较直观地显示机台的运转状态和生产数据。信息管理是对采集来的实时数据进行检索和综合处理,以及对历史数据进行数据统计和分析。其主要功能包括:1)安全性管理。主要是针对远程在线监控的客户端用户合法性的管理,从而达到保护系统数据库安全性的目的。采取的设计方案是服务器端监控系统首先判断客户端用户计算机IP地址的合法性,若合法,则根据用户名和密码来登录系统,若登录成功,为其分配该账户所对应的用户功能权限,若登录不成功,则提示错误信息,同样,如果IP地址不在用户列表中,即不合法,则直接拒绝登录。2)与ERP系统的有效集成。根据ERP系统提供的API数据接口,实现2个异构数据库的有效集成,其目的是从ERP系统中读取厂级领导为车间制定的各类生产指标、工艺参数和品种生产计划等。3)交接班数据的查询与统计。对机台的交接班下机产量、质量数据进行统一管理,并通过查询、统计、分析功能形成与产量、质量相关的各类报表、曲线和分布图,为生产管理者提供比较直观、准确的决策数据。4)基础数据维护。在局域网内,可实现系统运行和信息管理所需生产参数的统一编码、录入、更新和维护操作。5)统计与分析。统计分析功能主要包括:设备利用率数据的统计、历史数据的查询、历史趋势曲线的分析等,其中设备利用率主要是按年、月、日对设备利用情况的统计;历史数据查询功能是一个多条件的查询,根据统计结果使厂级生产管理者可预测今后一段时间内设备的运行情况、车间的生产运营情况;历史趋势曲线分析功能主要是针对不同用户的不同需求,在历史数据表中检索与品种信息有关的各类数据,然后根据分品种的原则形成用户所需的各类统计结果,并以曲线的形式在终端显示。按照上述系统功能的划分原则,结合车间在生产管理方面的实际需求,在系统功能设计时,采用模块化程序设计方法[3],把整个系统功能进行细化,使其形成系统管理、基础数据设置、生产数据采集、产量质量管理、数据录入、统计分析、报表打印7个子模块,每个子模块完成相应的管理功能。2.2多Agent的生产管理模型设计由于生产管理数据的准确性和实时性与计划—分配—生产—管理—调度这一过程的各个环节息息相关,相互之间是一种承上启下的关系,而不是相互独立的,因此,在生产执行过程中必须保证每个环节生产数据的正确性,才能为企业生产管理者提供及时、准确、可靠的数据依据,从而做出科学合理的管理决策。但是,在实际生产过程中,影响生产数据准确性的因素太多,除机台生产能力和人为因素外,还有品种重要程度、当前成品、半成品的质量、车间计划的变动以及一些意外情况等,所有这些因素可能会导致生产调度和重新安排机台的生产计划任务,为此,构建了多Agent的生产管理模型[4],使车间的生产管理更加合理化。其模型如图2所示。该模型将生产管理过程分为6类Agen,t即:月计划Agen,t日计划Agen,t监测Agen,t资源Agen,t调度Agent和产品Agent。首先由监测系统从ERP系统中读取车间的生产月计划,在月初将月计划Agent细分成日计划Agen,t按照组岗、机台生产能力分配计划任务到机台,此时月计划Agent自动退出,启动日计划Agen,t日计划Agent开始调用监测Agent去招标,按照投标制度[5]和机台生产能力去申请资源Agen,t若成功,则开始安排生产并启用产品Agen;t否则,启用调度Agen,t并上报意外情况,日计划Agent、监测Agent和产品Agent将自动退出。对资源Agent而言,1个资源Agent对应1台机台,主要存储机台信息、品种信息,当它接到招标书后,根据品种信息、生产计划信息,判断机台是否具备生产能力,若是,则进行投标,中标后安排生产并调用产品Agent。对产品Agent而言,通过建立一定的奖罚制度,将生产数据、产品质量与计划任务指标进行对比,形成管理决策数据,在计划—生产—监控—管理这一过程中,若发生更改计划指标或意外情况,将启动调度Agen,t由它按照资源Agent的投标书进行生产计划的分配,并按一定的调度策略、评估值等信息来协调车间的生产任务,实现生产过程的“实时”调度,同时将意外情况进行记录、反馈和协调,以便领导做出管理决策,提高设备利用率。2.3系统数据库的设计2.3.1系统数据的划分与存储方法由于筒并捻车间计算机监控系统每个子系统包含的系统功能较多、工艺数据之间关系复杂、生产数据采集量较大,为此,在系统功能设计阶段,采用数据链表和数据库相结合的方法,将系统数据划分为实时数据和历史数据,对机台生产数据进行集中管理和优化存储。其中,对实时数据而言,为了提高数据库的检索效率,缓冲服务器CPU的I/O操作和及时响应客户端用户的并行操作,在数据库设计阶段,采取了2种存储方法:一是将实时数据暂存在预先设计好的数据链表中,并在内存中开辟一段缓冲区,让该链表暂存在其中,使得在服务器端的所有实时数据的更新、查询及统计操作都从链表中检索数据,而不直接从数据库存取数据,这种方法保证了系统用户的并行操作,提高了系统数据的检索效率;另一种方法是在数据库中设计一个临时数据表,在数据实时采集过程中,让数据也暂存在该表中,并不断用最新的数据对其进行更新,该表主要为远程客户端用户的在线监控提供基础数据。历史数据表主要是用来存储机台交接班后的产量、质量数据,其数据量较大,保存时间较长。2.3.2主子表结构的设计方法车间为了方便管理,最初给机台编号时不同的机型采取相同的机台编号,这给机台信息表的设计带来了不便,在机台信息表中以机台编号为主键,则机台编号重复,违反了主键的唯一性,若以其他字段组合作为主键,则会降低系统的检索效率,为此,在设计机台信息表时,采取了主子表结构的设计方法,将机台信息表中的所有机台按机型进行分类形成子表,在主表中存储机台基本信息,在子表中存储机台编号、机型、是否监测标志、组、岗、所属车间、品种名称等机台的主要信息,主子表间通过“车间、机型”联系建立相互关系,使其呈树状结构[6],如图3所示。在此树状结构中,根据机台类型构成了1棵有7个叶结点的二叉树,其有1个“机台信息表”根节点,1个“分车间、机型”中间节点和7个叶子节点,其中叶子节点代表每种机型的所有机台对象,每种机台对象主要包括机台编号、机型、是否监测标志、组、岗、所属车间、品种名称、是否有效等详细信息,主键为机台编号(MachineID)。为了使车间的每个机台具有唯一标识,在主表中引入了“机台标识符”字段,在树状结构中,采取从根结点到叶结点,从向左向右的编码规则为其编码,其值为“M+车间+机型编号+机台编号”,这样保证了主表中机台标识符是唯一的,从根本上解决了机台编号重复的现象。以标识符字段值“M2QL08”为例,其中的“M”代表根结点,“2”代表南车间,“QL”表示转杯纺,“08”表示机台的编号,在录入机台信息时,首先检查子表中是否有转杯纺机型对应的机台编号,若有则为主表中的机台标识字段编码,并将其值存储在“机台标识符”字段,否则,提示错误。在数据采集过程中,所有机台以“机台标识符”作为主键将所有有效机台信息装入数据链表中,并按“机台标识符”的顺序与下位机进行通信。2.4数据整合方法由2.3.1可知,为了满足系统的主要功能,计算机监控系统的数据从时间上可划分为实时数据和历史数据,从角色上可划分为系统参数和机台生产数据,并将他们之间的相互关系和在系统中所起的作用加以细化和整合。其中,实时数据是系统最重要的数据,主要包含:机台的当前运转状态、停机次数、停机时间、运转效率、日期、班次等,当车间的监控系统正常启动后,按照车间既定的生产品种计划,不间断地从下位机监测器采集当班的生产数据,并将这些数据经校验、分析、计算、统计后以日期、班次的顺序暂存在数据库的临时数据表中,并在终端界面上实时显示。交接班后,将数据库中临时表的实时数据批量转入历史数据表中,进行永久性存储;其次是历史数据,通过历史数据分析功能,可以得到机台历史数据的变化曲线,并通过历史数据的变化趋势可得出机台在今后一段时间内的生产情况,以及预测设备将来的生产能力;再次是系统参数,可根据系统参数对实时的和历史的生产数据进行对比、统计、分析,形成管理决策数据,从而对生产计划进行修正,对生产过程进行及时调度,达到提高设备利用率的目的。通过对系统数据的分类和相互之间关系的分析,所采取的数据整合方法为:1)在系统生产数据实时采集过程中,借助多Agent的生产管理模型,根据当日机台的品种生产计划,对机台的实时生产数据