（检测技术与自动化装置专业论文）水表自动检定装置与管理信息系统的研究.pdf

摘要 随着水资源的短缺，自来水的准确计量问题越来越受到重视。水表计量检 定站在水表的准确计量检定方面发挥着非常重要的作用。目前水表检定站采用 人工抄表、计算误差、处理数据，检定精度和效率低下，并且历史数据亦以纸 质文件的形式保存，使得在检索过程中浪费了大量的时间，不能及时给用户和 上级提供检定资料和各种数据的统计分析报表。因此，有必要研制一套具有较 高自动化水平的水表检定装置和管理信息系统，使本市水表检定站各方面工作 在同行业中达到领先水平。本系统就是为解决上述问题而研制的，主要内容如 下： 1 、开发了一套管理信息系统。该管理信息系统涵盖了水表检定站所有的业 务，包括检定业务管理、人事劳资管理、数据统计分析等八个子系统。系统采 用结构化和面向对象相结合的方法，按照软件工程的设计步骤，进行了方案设 计、需求分析、数据库设计、软件设计、编码等方面的工作，利用半动态的软 件体系进行功能模块的提炼，将处理相似功能的代码封装起来，从而减少了代 码量。 2 、进行了水表自动检定装置的研究。新研制的检定装置采用高精度的电磁 流量计作为标准表，利用电动调节阀进行流量的控制，通过手持键盘录入水表 读数，为水表检定工作由手工操作向计算机自动控制转化提供了设备条件。 3 、设计了一套计算机控制系统。充分利用工控机的硬件资源，配以相应的 计数卡、d a 转换卡以及数字输出卡，运用软件编程驱动阀门工作，完成系统 所需的采集和控制，采用一台工控机控制两条水表检定线，节省了一半的硬件 开销。在软件的设计中，将有限状态机原理应用到高级软件编程中，实现了计 算机异步控制，提高了工作效率。 4 、流量采用“开环+ 闭环”的控制策略，利用p i d 算法实现流量的闭环控 制。同时，本文提出一种高压差下小流量的测量和控制策略，通过电动调节阀 与自力阀的配合使用，增加了调节阀的调节范围和调节稳定性。 5 、作者在水表自动检定装置上做了大量的实验，结果表明该系统能够满足 水表检定的要求。目前该系统已经通过验收并投入使用。 关键词：水表检定，管理信息系统，有限状态机，小流量控制 a b s t r a c t w i t ht h el a c ko ft h ew a t e rs o u r c e ，t h ea c c u r a t em e t e r i n go ft a pw a t e ri sm o r ea n d m o r ei m p o r t a n t t h et a pw a t e rm e t e rc a l i b r a t i o ns t a t i o np l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei n t h er e s p e c to fa c c u r a t ec a l i b r a t i o n b u ti t se f f i c i e n c ya n dc a l i b r a t i o np r e c i s i o ni sl o w b e c a u s eo ft h em a n u a lw o r k , l i k et h ev a l u eo fw a t e rm e t e rr e c o r d i n g , t h ed a t a p r o c e s s i n g , a n de r r o rc a l c u l a t i o n , e t e f u r t h e r m o r et h eh i s t o r yd a t ai ss a v e di np a p e r s ot h a tt o om u c ht i m ef o ri i l d e xi sw a s t e d m e a n w h i l et h ed a t aa n di t ss t a t i s t i ca n d a n a l y s i sr e p o r tc a n tb ep r o v i d e df o rt h es u p e r i o ra n dc u s t o m e r si nt i m e t h u si ti s n e c e s s a r y t od e v e l o pan e wa u t o m a t i cc a l i b r a t i o nd e v i c ea n dam a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m ，w h i c hc a nh e l pt h es t a t i o nk e e p i n ga h e a da m o n gt h es a m ef i e l d t h ed e s i g ns y s t e mg i v e ni n t h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l ya i m si os o l v et h e s ei s s u e s m e n t i o n e da b o v e t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) am a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mi sd e v e l o p e d 1 1 l i ss y s t e mh a st o u c h e d a l m o s ta l lb u s i n e s sm a n a g e m e n t , e i g h ts u b s y s t e m si na l l ，s u c ha sc a l i b m t i o nb u s i n e s s ， h u m a nr e s o u r c ea n dl a b o r , d a t as t a t i s t i ca n da n a l y s i sa n ds oo n i ti sd e v e l o p e dw i t h t h em e t h o do ft h ec o m b i n a t i o no fs t r u c t u r a lm e t h o da n do r i e n t e do b j e c t a c c o r d i n gt o t h ed e s i g ns t e p so ft h es o f t w a r ee n g i n e e r i n g , r e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，s o f t w a r ea n d d a t a b a s ed e s i g n ，a n dc o d ep r o g r a ma r ed o n e m e a n w h i l ef u n c t i o nm o d u l e sc a nb e a b s t r a c t e d u s i n gt h es e m i d y n a m i cs o f t w a r ep r o g r a m m i n gs y s t e m ，w h i c hc a n e n c a p s u l a t es o m ec o d e sw i t hs i m i l a rf u n c t i o na n dr e d u c et h es i z eo fc o d e ( 2 ) 1 1 l ed e v i c eo ft h ec a l i b r a t i o ns t a t i o ni ss t u d i e d t h ed e v i c eu s e st w oh i g h l y p r e c i s ee l e c t r o m a g n e t i cf l o wm e t e r sa st h es t a n d a r dm e t e r , a n dt w om o t o rr e g u l a t e d v a l v e sa r ee q u i p p e dt oc o n t r o lt h ef l o w 1 1 l er e c o r d i n gv a l u eo ft h ew a t e rm e t e ri s i n p u t t e dt ot h ec o m p u t e rb yah a n dk e y b o a r d n ed e v i c eb e n e f i t st h ec a l i b r a t i o nw o r k b yc h a n g i n gm a n u a lo p e r a t i o nt ot h ec o m p u t e ra u t o c o n t r 0 1 ( 3 ) a c o m p u t e rc o n t r o ls y s t e mi sd e s i g n e dh e r e p ce q u i p p e dw i t hi 0c a r d s ， i n c l u d i n gc o u n t e rc a r d 。d ac a r da n dd i g i t a lo u t p u tc a r dd r i v e st h ev a l v et ow o r ka n d s a m p l e sd a t ab yp r o g r a m m i n g t h es y s t e mu s e so n cc o m p u t e rt oc o n t r o lt w ow a t e r m e t e rc a l i b r a t i o np i p e l i n e s ，w h i c hc a ne c o n o m i z e sh a l fc o s to ft h eh a r d w a r e t h e p r i n c i p l eo ft h ef i n i t es t a t em a c h i n ei sa p p l i e di nt h ea d v a n c e ds o f t w a r ep r o g r a m m i n g s 0t h a tt h et w op i p e l i n e sc a ni x i na s y n c h r o n o u s l ya n dw o r ke f f i c i e n c yi si m p r o v e d ( 4 ) o p e n l o o pa d d e dt oc l o s e dl o o ps t r a t e g yi sa p p l i e d t h ep i da l g o r i t h mi s u s e dt oc l o s e dc o n t r o lt h ef l o w m e a n w h i l eas t r a t e g yo fl o wf l o wm e a s u r ea n dc o n t r o l a tt h ec o n d i t i o no fh i g hp r e 鼯u md i f f e r e n c ei s b r o u g h tf o r w a r d t h eu s a g eo ft h e m o t o rr e g u l a t e dv a l v ec o m b m e dw i t hs e l fo p e r a t e dc o n t r o lv a l v ei m p r o v e st h ea d j u s t r a n g ea n ds t a b i l i t ye f f e c t i v e l y ( 5 ) b a s e d0 1 1t h ed e v e l o p e dc o n t r o ls y s t e m ，l o t so fe x p e r i m e n t a t i o n sa r ed o n e i nt h ef l o wc a l i b r a t i o nd e v i c e t h er e s u l t ss h o wt h a tt h es y s t e mc a n s a t i s f yt h ed e m a n d o ft h ew a t e rm e t e rc a l i b r a t i o nr e g u l a t i o n n o wt h es y s t e mh a sb e e nc h e c k e da n d a 唧t e da n dg o e si n t ow o r kn o r m a l l y k e yw o r d s ：w a t e rm e t e rc a l i b r a t i o n , m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，f i n i t e s t a t em a c h i n e ，l o wf l o wc o n t r o l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼盔堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：孙栖塌 签字日期：力对年廖月2 9 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全7 解i 宝洼太堂有关保留，使用学位论文的规定。 特授权云洼太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在鳃密后适用本授权说明) 一躲砷蛹 新躲弓炙讶 签字日期：才年j z 月彳日 驯，签字日期： 年名月 同 第一章绪论 1 1 水表及其检定 第一章绪论 水表是水厂供水和用户进行准确计量的一种计量器具，它和人们的生活息息 相关。 水表的品种很多、分类方法也很多。按照国际标准i s 0 4 0 6 4 1 的建议及水 表的定义，主要有以下几种分类m 。 ( 1 ) 按作用原理可分为：容积式；速度式( 又分为旋翼式水表、水平螺翼式 水表) 。 ( 2 ) 按水表计数器是否浸在被测水中可分为：湿式水表、干式水表、液封 式水表。 ( 3 ) 按计数器指示型式可分为：指针式；字轮式；指针加字轮式。 ( 4 ) 按用途可分为：家用( 民用) 水表，一般口径为4 0 m 以下：工业用水表： 消防用水表；检查用水表；标准水表。 ( 5 ) 按被测水温可分为：冷水水表；热水水表。 ( 6 ) 按被测水压可分为：普通型水表；高压水表。 ( 7 ) 按水表表头型式可分为：就地指示型水表；远传型水表；定量型水表。 其他还有复式水表；分流式水表。 随着微机、单片机技术的提高和普及，各种配有积算仪的流量计都可当水表 使用，既可显示瞬时流量又可显示累积体积。此外，能直接发出电信号，容易与 计算机相连的水表得到了推广使用。不过，由于机械传动式水表具有不需要电源、 成本低廉等优点，因而在中、小流量水表中仍是用量最大的，这也给水表计量检 定工作带来了一定的困难。 水表表盘中心处的流量始动元件为一个梅花形转子，它有6 个瓣，传动连接 一个指针，最后是可进位的转动式数码带。 民用水表有多种型式，目前常用的有两种：一种是指针式，其表盘有四枚黑 指针，四枚红指针及一枚梅花形指针组成，用户查抄时只读取四枚黑针，其它指 针只作为水表检定使用：另一种水表是跳字式，其表盘有五位跳字，三枚红指 针和一枚梅花指针组成，跳字表盘为四个黑字和一个红字组成，指针只作为水表 检验时使用，如图i - i 所示： 第一章绪论 ( a ) 跳字式水表( b ) 指针式水表 图1 - 1 两种民用水表的表盘 由于水表的表盘形式各异，尤其是使用过的湿式水表，表盘表面经常有水雾 蒙住且表盘被油污沾染，给指示识别造成很大的困难。 水表在资源管理、能源管理中发挥重要的计量职能，又是直接与广大群众利 益相联系的民生计量仪表，因此我国计量法现已将它列入依法管理的计量器具， 作为贸易结算中使用的水表还列入了强制检定的计量器具之列。 国家先后出台了多个水表计量检定规程，如国家计量检定规程j j g l 6 2 8 5 水 表及其试验装置检定规程，j j g 2 5 8 8 8 水平螺翼式水表、国标g b ，r 7 7 8 1 9 9 6 、 等，这些规程对于水表检定做出了规程规定，本课题的水表自动检定装置及控制 系统主要依据规程j j 6 1 6 2 - 8 5 水表及其试验装置检定规程嘲和中华人民共和 国国家计量检定规程j j g1 6 4 - 2 0 0 0 液体流量标准装置。1 来实现的。依据这些 法律法规，天津市自来水集团公司规定：凡是由其供水的用户所安装的自来水表 必须经过本集团公司的水表检定站进行检定和定期复检。 水表检定的过程如下：按要求将被检水表安装到装置上，启动水循环系统， 使规程要求流量大小的水流经被检水表和流量工作标准，同步操作被检水表和流 量工作标准，比较两者的输出流量值，从而确定被检水表的计量准确度和重复性。 通过分析，可以看到，在一般水表检定过程中，需要解决的主要问题有三个； 一是将什么作为流量工作标准，如何获取流量工作标准的数据；二是检定过程中 的水流量怎样控制到规程规定的流量点上；三是如何获得流过被检水表的水流 量，即水表读数如何实现。对水表检定站而言，不仅被检水表数量极为庞大，而 且非常复杂，有新表，也有旧表，各个生产厂家的产品形式多种多样。如何使一 套自动化的检定装置适应复杂情况，如何管理海量的仪表检定数据，均是需要认 真研究的问题。本文的研究就是基于以上这些问题展开的。 2 第一章绪论 1 2 水表检定装置的发展及现状 按流量工作标准的取值方式，装置可分为两大类型：收集法和比较法。 1 、收集法又可分为以下四种类型：静态质量法、静态容积法、动态质量法、 动态容积法。 由于静态容积法成熟、准确、可靠，目前水表检定多采用静态容积法。 咻 图1 2 静态容积法水表实验装置原理图 最早的静态容积法水表检定装置只能进行单一水表的检定，如图l 2 所示， 其工作方法为“1 ：将水表水平安装在试验台上，用水表允许的公称流量通水，排 除水表和出水管中的空气，并使水表指针平稳转动一段时间，然后使水表指针对 准零线或某一刻度线上；操作调节阀使水按规定流量通过水表，注入工作量器， 当水表指针到达预先规定的分度时，切断水源，待工作量器中的水位静止后进行 读数，然后将水表所记录的水量与经过水表注入工作量器中的实际水量比较，并 按下式计算水表示值误差： 6 堡二里壅x 1 0 0 o 实 式中6 一一水表的示值误差 q 示一一在检定时j 1 日j 内水表记录的水量 o 尘一一在检定时日j 内注入工作肇器的实际水量 3 第一章绪论 随着国家对“三表”强制检定管理力度的加大和市场重视度的提高，水表的 检定工作量在不断增加，根据检定规程要求完成一块d n l 5 水表的检定需时大约 为3 0 分钟，就是检定工作三班倒，一年也只能检定1 7 5 2 0 块水表这种低效率 的工作远远不能满足需要，顾应市场的发展，可串联多台水表的检定装置应运面 生。图1 3 就是国内某公司生产的串联水表检定装置。 图l o 串联水表检定装置图 该套检定装置可同时检定同一型号规格的多具( 最多可达1 0 具) 水表，通过 手动调节转子流量计调节流量，根据标准罐的体积判断水表合格与否。 李晓宇等人在水表串联对检定结果的影响嘲一文中提到，从实验数据看， 单表检定和串联检定的差值不大，小于允差的1 5 ，可以不予考虑；在串联装 置上各表位差很小，亦可不计。 所以，可以同时检定多台水表的串联检定装置得到了推广，一定程度上提高 了工作效率。但是，该串联装置在流量控制、阀门开关、水表读数、计算误差等 方面是人工操作，造成劳动量大和数据上的误差，同时检定效率低。 1 9 9 5 年，陈宇星等设计了一套基于容积法的自动化水表检定装置“1 。系统方 框图如图1 4 所示。 该系统采用电容式水位电极解决工作量器体积自动标定问题。这样可把对应 各种流量的工作量器水位值输入计算机，使标定工作变得简单。同时为了检测水 温，水压，选用铜电阻温度传感器和扩散硅压力传感器。其测量精度、工作线性 度都较高。 4 第一章绪论 图1 _ 4 水表检定微机系统方框图 水表读数采用光电探头的方法，陈宇星等自行设计了直接把机械传动式水表 显示转换为电信号的传感器。设计的新型光电探头分i ，n 两型：i 型探头以始 动元件梅花转子为被测对象，型探头以指针为检测对象。 图1 5 给出了深圳市水务( 集团) 有限公司申请专利的普通水表自动检定装置 ”1 ：由摄像头采集到的水表图像，经计算机处理并识别被检水表的流量，电控箱 对标准容器的水位进行测量，把所有数据发送到计算机，最后由计算机计算分析 后，生成并打印水表检定记录报表。 图1 - 5 普通水表自动检定装置 该装置将图像处理技术引入到水表检定中”1 。系统由c c d 电子抄表器和读数 自动识别计算机系统组成。电子抄表器将用户的水表拍摄下来，然后通过通信接 口输入到读数自动识别计算机软件系统中，识别表盘指针度数，自动将数据输入 数据库存储起来，作为收费部门的收费依据并方便其管理。 本发明的技术使得普通水表检定可自动进行，并操作简便，从而降低了劳动 强度，提高了检定精度和工作效率，解决了普通水表的自动读数、流量点的自动 第一章绪论 切换问题，也实现了一部分水表检定数据管理的自动化。缺点是：一方面没有实 现流量点的自动控制，另一方面，水表读数方式只是适用于水表生产厂的出厂检 验。 综上所述，尽管静态容积法检定水表可靠性较高，但是这种装置成本高，检 定时间长，能量消耗大。特别用于大口径水表捡定时，这种试验装置的这些不足 更为突出。 2 、比较法：又称为标准表法，即用标准表作为标准工作量器来计量流过系统 的水量，从而计算出流量。可用作标准表的流量计很多，常用的有涡轮流量计、 电磁流量计等。 由于标准表法不仅能节约大量的能源，减少设备的投资，缩短检定时问，而 且水表是在动态过程中进行的，并进行计算，得到的流量点的正确检定结果，因 而大大提高了测试精度。传统的收集法逐渐被标准表法所取代，出现了很多标准 表法水表检定技术。 早在1 9 9 0 年，胡协和等人采用单片微机实现了水表检定系统。如图1 - 6 所示： 图1 - 6 采用单片微机的比较法水表检定装置示意图 该系统采用标准表法来实现水表的检定，标准表采用高精度的涡轮流量计。 单片微机处理系统由m c s 5 l 系列单片微机8 0 3 1 、e p r o m 2 7 3 2 等集成元器件成， 水表读数采用光电转换方式。 整个系统的检定时间，相对于原来的系统，可以缩短到十分之一；由人为因 素引起的识差也可以减到最小，相应的劳动强度也大为下降，精度提高。 2 0 0 1 年，傅光洁等在提高水表检定快捷准确的又一先进方法一文中提 到，用o 5 级的涡轮流量计作为标准表来检定水表的方法，如图1 7 所示。 计算机技术运用到检定系统中，使得检定工作的自动化程度和检定精度、数 据处理速度等都大为提高，而且使得管理更加科学化。 6 第一章绪论 图1 7 采用计算机的涡轮流量计法水表检定装置示意图 1 3 水表检定管理信息系统现状 由于水表数量大、型号多、检定及更换周期不同，造成工作头绪多而复杂。 传统的管理通过人工收集记录有关信息、安排检定计划、填写检定结论及统计分 析各种数据展开，效率低且容易出错。随着计算机技术的发展与普及，开发合适 的水表管理系统软件，用计算机代替繁杂的手工事物处理工作，提高管理水平， 具有重要的社会效益和经济效益。 上面提到的水表检定装置中，不少涉及到水表检定数据的管理。2 0 0 3 年，吴 春富等人开发了的水表管理系统“”仅仅实现了检定标准管理、水表管理两个功 能，而哈尔滨市质量技术监督局设计的也只是针对水平螺翼式水表的检定管理 ，都没有一套真正适合水表检定站的管理信息系统。 1 4 课题的研究意义、内容及创新 目前，已开发的水表检定装置存在以下不足： ( 1 ) 容积法检定装置在成本和检定时间上不存在优势，必将被标准表法所取 代。 ( 2 ) 没有一套真正能够实现所有种类的水表的自动化检定装置。光电转换方 法和图像识别技术，很难实现检定站型号规格各异的水表，对于使用过的脏水表 更是无能为力。 ( 3 ) 检定流量点没有实现自动控制。尽管检定流量点可以自动切换，可是检 定流量点还需人工调节。 ( 4 ) 没有针对水表计量检定站的一套管理信息系统。 为解决上述问题，本文在借鉴已有的设计和系统结构的基础上，为本市自来 水集团公司水表计量检定站研制了一套水表自动检定装置和管理信息系统。针对 此套系统的研制，本文肝展了以下具体研究工作： 7 第一章绪论 ( 1 ) 开发了基于c s 的水表检定管理信息系统。按照软件工程的思想，采 用结构化和面向对象相结合的方法，配合相应的面向对象软件工程工具，开发了 管理信息系统。本文利用半动态体系思想进行软件设计，从而大大地减少了编码 量。 ( 2 ) 设计了一套水表自动检定装置及计算机控制系统。对原有检定装置进 行了改造，搭建了一套基于电磁流量计为标准表的水表自动检定装置。充分利用 工控机的硬件资源，配以相应的计数卡、d a 转化卡以及数字输出卡，运用软件 编程驱动阀门工作，完成系统所需的采集和控制。为了进一步提高工作效率，将 有限状态机原理应用到高级软件编程中，实现了一台计算机异步控制两条水表检 定线分鄹工作。 ( 3 ) 采用手持小键盘实现各种水表的读数问题。水表读数仍然由检定人员 读取，数据通过串行口输入到计算机中。通过编程，实现水表编号和读数的录入。 ( 4 ) 实现了检定流量点的自动控制。采用“开环+ 闭环”的控制策略，利用 p i d 算法控制电动调节阀实现流量的闭环控制，实现了水压波动流量可以跟随自 动调整的功能。同时，本文提出了一种高压差下小流量的测量和控制的解决方案， 扩大了电动调节阀的可调范围，节约了硬件开销。 8 第二章水表检定管理信息系统的研究 第二章水表检定管理信息系统的研究 2 1 研究背景及系统总体方案设计 2 1 1 研究背景 天津市自来水集团有限公司水表计量检定站是天津市质量技术监督局授权 的强制检定的法定机构，有固定的检定场所和经过专业培训的检定入员，具有 独立对外开具检定证书和检定结果通知书的资质。该站主要负责 d n l 5 m m - d n 3 0 0 m m 等各种类型贸易结算水表的计量检定、修理后使用中水表 的计量检定，及为市质量技术监督局仲裁计量纠纷提供技术保障，同时承担市 质量技术监督局赋予的各项职责。 但是目前我市水表检定站在控制流量、读取流量值以及水表读数上全部为 人工操作，仍采用人工抄表、处理数据，检定精度和工作效率低下。并且历史 数据亦以纸质文件的形式保存，使得在检索过程中又浪费了大量的时间、人力、 物力、财力，不能及时给用户及上级提供检定资料。 随着国家企业信息化道路的建设，检定站各项业务的不断拓展，以及加强 管理的各项要求，现有的企业软硬件条件已不能满足服务和管理的需要。同时， 由于计量检定站几年来业务量的增加，使需要处理的数据量增大。因此必须在 软硬件方面进行全面的改造，使天津水表检定站各方面技术在同行业中达到领 先水平。 2 1 2 系统总体方案设计 本系统专门针对水表计量检定站，帮助其管理人员及检定人员从手工劳动 向电子化、数字化转变，实现检定及管理的智能化、自动化以及数字化，系统 设计主要包括检定自动化和管理自动化两部分。 检定自动化根据业务需求、水表的型号，使测试过程不需要人工干预，实 现参数之间的自动切换，测试数据自动记录，自动分析误差，并提示技术人员 标定不合格水表。 管理自动化与检定自动化协调统一，保证检定工作的连续性，整体数据的 安全性，实现统计分析、财务管理、劳资管理以及设备管理的自动化、智能化 9 第二章水表检定管理信息系统的研究 和数字化，提高检定站的综合管理水平。系统功能结构图如下所示。 图2 - 1 水表自动检定控制系统与管理信息系统功能结构图 本系统采用客户端服务器结构，如图2 - 2 所示，由一台服务器、多台水表 自动检定装置控制计算机及两台客户机组成。水表检定车间检定完成的数据通 过局域网传送到服务器中，客户端通过局域网访问数据库，实现检定站的各种 管理业务，水表检定管理信息系统就是基于该结构实现的。水表自动检定控制 系统在后续章节里将作详细介绍。 图2 - 2 系统结构图 客户端服务器( c l i e n t s e r v e r 即c s ) 结构e l l - j 6 是由客户机端和服务器端组 成的两层结构，具有安全、交互性强、处理数据量大的优点m 1 。c s 是一种合 o 第二章水表检定管理信息系统的研究 作关系，它是协同式的分布计算，即客户和服务器分别承担同一计算任务的一 部分，缺一不可“”“”。通过这种模式，可以将一些重要的、共同的信息放在服 务器端，而分布在各地的客户端通过网络可以方便地访问与使用这些信息，同 时服务器端又能实时监控各客户端的情况，并根据客户端传输来的数据做出相 应的处理“。该体系使系统的性能及可靠性得到进一步的提高，功能也更强大， 从而大大的提高了效率。 2 2 管理信息系统概述 管理信息系统是一门新兴的学科，它是依赖于现代管理科学、系统科学、现 代通信技术、尤其是计算机科学的发展而形成的。“”。 管理信息系统的创始人，明尼达苏大学的g o r d o nb d a v i s 于1 9 8 5 年给管理 信息系统下了一个比较完整的定义：“它是一个利用计算机硬件和软件，手工规 程、分析、计划、控制和决策用的模型，以及数据库的用户机器系统。它 能提供信息，支持企业或组织的运行、管理和决策功能。”这个定义说明了管理 信息系统的目标、功能和组成，它说明管理信息系统的目标是在高、中、低三 个层次，即决策层、管理层和运行层上支持管理活动。因而它是一个管理系统， 是一个社会系统。据此，管理信息系统的概念如图2 - 3 所示噙1 。 管 理 倩 息 磊 统 丽零州霾 ( 计划穗蹙) r l 耋2 l 一一 耍到簸 控制、趺策) 厂 尝拦 羹羹圆因圆医 图2 - 3 管理信息系统结构幽 从2 0 世纪5 0 年代中期计算机便应用于管理之中，到目的为止，经历了大约5 0 年的时问，从其发展变化特征来看。大体可以分为3 个阶段”：( 1 ) 单项信息处理 第二章水表检定管理信息系统的研究 阶段( 2 0 世纪5 0 年代中期6 0 年代中期) 。本阶段也称为电子数据处理阶段( e d p ) 。 计算机主要用来做一些简单的单项数据处理工作，如工资计算、统计等。( 2 ) 综 合信息处理阶段( 2 0 世纪6 0 年代中期7 0 年代初期) 。这一阶段的主要应用形式是 单项业务管理信息系统的开发与应用，例如，物资管理信息系统、情报检索信息 系统、工资管理信息系统。( 3 ) 系统信息处理阶段( 2 0 世纪7 0 年代初期现在) 。 这是管理信息系统从单功能发展到多功能、多层次、系统化的高级阶段。 2 3 管理信息系统的开发流程和方法 2 3 1 系统的开发流程 信息系统的开发是一项大的系统工程，一般地说，一个成功的系统工程要 由三个要素，这就是：合理确定系统目标、组织系统性队伍、遵循系统工程的 开发步骤。图2 4 给出了系统开发的各个步骤。 图2 _ 4 管理信息系统开发流程 系统规划的主要内容包括企业目标的确定、实现目标的方式、信息系统目 标的确定、信息系统主要结构的确定、工程项目的确定及可行性研究等。 系统分析的内容包括数据的收集、数据的分析、系统数据流图的确定以及 系统方案的确定等。 系统设计包括计算机系统流程图、程序流程图的确定、编码、输入输出设 计，文件设计、羊口序设计等。 1 2 第二章水表检定管理信息系统的研究 系统实现包括机器的购买、安装、程序调试、系统的切换及其运行和维护 等。 系统的评价包括建成时的评价和运行后的评价，发现问题并提出系统更新 的请求等。 2 3 ，2 系统的开发方法选择 管理信息系统的开发是一项复杂的系统工程。它涉及的知识面广、部门多， 不仅涉及技术，而且涉及业务、组织和行为。它不仅是科学，而且是艺术。到 目前为止，还没有一种完全有效的方法能够很好的完成管理信息系统的开发， 但是在系统开发的不同阶段和不同方面，有一些比较适用的方法，其中以结构 化方法和面向对象的方法最为盛行。 结构化系统开发方法以结构化思想为核心，是一项自顶向下的结构化方法、 工程化的系统开发方法和生命周期方法的结合。结构化开发方法的突出优点是 强调系统开发过程的整体性和全局性，强调在整体优化的前提下来考虑具体的 分析设计问题，即自项向下的观点。它所强调的另一个观点是严格区分开发阶 段，强调一步一步地严格的进行系统分析和设计，每一步工作都及时地总结， 发现问题及时地反馈和纠正，从而避免了开发过程的混乱状态。在现有的开发 方法中，只有结构化开发方法能较全面支持整个系统的开发过程，是迄今为止 开发方法中应用最为普遍、最成熟的在一种。 但是。结构化方法企图在动手之前，完全定义好需求，然后经过分析、设 计、编程和实施，从而一次全面地完成目标。而在实际中，系统开发人员对系 统的了解和判断不可能一次就完全准确，提供材料的人本身不是权威或不一定 正确，要一次定义好复杂的系统是很困难的，同时用户的回答可能是选择性的 或片面的。这样的话，系统需要进一步的工作和经历若干次的反复，变化常常 意味着结构化方法的失败，因为这会导致系统开发延迟或者不得不将系统推倒 再来。因此，结构化系统开发方法需要和其他开发方法结合起来使用，才能使 系统开发高速而有效。 鉴于结构化开发方法的局限性，人们又从面向对象思想出发，逐步形成以 面向对象系统分析、面向对象系统设计、面向对象程序设计为主线的面向对象 开发方法。面向对象的方法以对象为基础，利用特定的软件工具直接完成从对 象客体的描述到软件结构之间的转换。它解决了传统结构化开发方法中客观世 界描述工具与软件结构的不一致性问题，缩短了开发周期，解决了从分析和设 计到软件模块结构之间多次转换映射的繁杂过程。但是，面向对象的方法需要 第二章水表检定管理信息系统的研究 一定的软件基础支持才能应用，另外在大型的管理信息系统开发中如果不经过 自顶向下的整体划分，而是一开始就自底向上的采用面向对象的方法开发系统， 同样也会造成系统结构不合理，各部分关系失调等问题。 考虑到以上两种方法的各自的优缺点，在实际中我们采用了结构化方法和 面向对象的方法相结合的混合方法，系统整体规划和分析时采取结构化方法， 自项向下逐步深入，而在局部设计时则采用面向对象的技术，配合相应的面向 对象软件工程工具，进行水表计量检定管理站管理信息系统的开发。 2 i4 需求分析 在调研中充分了解到水表计量检定站的业务，绘制了相应的业务流程图由 于篇幅限制，这里只给出水表检定和设备管理的业务流图，如图2 - 5 、2 - 6 所示： l 获取抗a 信息i + l 燮u 一 篮善量葬，菜麓菩釜雒詈 完好，将水表水平的装在工作台上 f 设备启莉l 棠豁? 羹觳2 友蕃嚣 空气后釜薹葬；依次关闭 一_ t 一 待标准量暑下部无水i 后，过3 0 秒底阀控制 开关关闭，操作员输i 水表初始读数i 暖逦 一一i 选择公嚣i e i 径| i - 一一j j 参数自动输入 选择计量等级l 流量 、上一一 , i t 水量 ：二，一 一。 公称流量! 1 分界班量】l降截自前输入 去值帮秉tt 荟藕0 曛值罚 r 一 界流量胡蛄值入库| i 一一 一 图2 - 5 水表枪定业务流图 4 第二章 水表检定管理信息系统的研究 赫复邀hf 馏燃嚣卜晷鍪谩鲁 卜1 i 交| 卜嚣p 鲁_ h 款 瓣副一l 面蕊 t l j 竺! f l j 垒堡l 一 ，】i 一 卜嬲撼莹h 计 搿棱 l 一“ l 一，二一 i ! ! 兰i 谢谢臀h 陬藿勰穗 所有新记羹，变 更，均全每扫植 ! 结束 图2 - 6 设备管理业务流图 从图中可以看到，管理自动化包括八项管理子系统，下面分别进行简单介绍。 ( 1 ) 检定业务管理子系统 整个管理信息系统中最重要的部分，直接控制计量工作日常动态信息和业 务流程，包括一般检定业务管理和仲裁业务管理两部分，如图2 7 所示。 ( 2 ) 渠道管理子系统 该子系统主要是为了建立水表检定装置采购渠道信息表，对供应商的情况 进行记录；建立水表检定厂商数据表，记录有业务来往的检定厂商的基本信息， 并进行定期维护。 ( 3 ) 统计分析子系统 统计分析是管理中非常重要的一个概念，它可以协助管理者了解企业的运 行状况，影响决策者制定企业的下一步发展规划，包括统计和分析两大部分。 进行检定合格率、月度检表数量统计、批次统计、年度检定统计等；分析功能 包括同期比较合格率、同期检定数量比较等。 ( 4 ) 设备管理子系统 第二章水表检定管理信息系统的研究 实现了计量设备的规范化管理。计量部门的设备具有一定的特殊性，是设 备的同时又有可能是需要检定的计量标准配套设备。所以在信息的管理中，除 了要掌握设备基本信息，还要记录设备的标定情况，并进行统计分析。 ( 5 ) 财务管理子系统 该子系统为非专业的财务管理。主要是方便领导对本单位的财务状况的了 解，达到办公财务信息快速传递。 图2 - 7 检定业务管理子系统 ( 6 ) 人事劳资管理子系统 人员管理是一个单位非常必要的部分，管理的内容除了一般人事系统中所 要求的人员基本信息，还有符合计量系统自身特点的信息，例如排班等。 ( 7 ) 综合事务管理子系统 实现了检定仲裁预约、三来( 来电、来访、来函) 信息记录、大屏幕显示 信息、实时信息发布、事件提醒等多项功能，为检定站的综合事务管理提供了 一个平台。 ( 8 ) 辅助管理r 系统 为了更好进行管理，该子系统涵盖了权限分配、数据备份、数据恢复、数 1 6 第二章水表检定管理信息系统的研究 据检验及数据字典维护等五方面的功能。 权限分配：本系统根据需要将用户分为四个权限，不同的权限拥有使用 一个语句、表、视图或者某个其他数据库资源的不同能力。 数据备份：为了保证用户数据的安全性，防止数据库中的数据意外丢失， 本系统提供了定时备份和还原数据库的功能。 数据恢复：硬件或者软件故障可能破坏数据库，本系统提供了数据库恢 复功能。可恢复破坏的数据库，恢复m 弱懈数据库，恢复文件或者文件组。 数据检验：尽管本软件在用户输入接口处做了大量的工作，但是不可避 免地会有一些预料不到的错误操作，由此可能导致数据表之间连接出现问题， 本系统提供了数据检验功能，当用户错误操作时，系统可进行数据检验，提示 用户如何处理相关联的数据项。 基本字典维护：为了对数据流程图中的各个元素作出详细的说明，有必 要建立数据字典。数据字典的内容主要是对数据流程图中的数据项、数据结构、 数据流、处理逻辑、数据存储和外部实体等六个方面进行具体的定义。本系统 定期对字典进行维护，以保证管理工作的准确快速进行。 2 5 数据库设计 数据库是信息系统的基础，其结构设计的好坏直接影响系统的运行效率和 效果1 。一个信息系统能否为用户提供满意的服务，在很大程度上取决于数据 库设计的合理性。根据用户的信息需求以及数据库运行的环境( 包括d b m s 、操 作系统及硬件) 的特性，设计出合理的数据模式。具体来讲，分为：需求分析、 数据库的概念设计，数据库的逻辑设计及物理设计等。 在作整个系统的需求分析的同时，也对数据库进行了分析，用的是面向过 程的需求方法即数据流方法，如图2 8 、图2 9 所示，通过数据流分析了需要哪 些数据，数据之间的关系等。 根据数据流图，将本系统用到的数据存放在十一个数据表中：水表送检表 ( d t o i ) 、水表检定表( d t 0 2 ) 、仲裁水表检定表( d t 0 3 ) 、送检单位属性表( d t 0 4 ) 、 进货渠道属性表( d t 0 5 ) 、职工属性表( d t 0 6 ) 、设备的属性表( d t 0 7 ) 、综合事 务属性表( d t 0 8 ) 、设备检修记录表( d t 0 9 ) 、标准表标定记录表( d t i o ) 、设备 维护记录表( d t l l ) 。 在分析阶段所获得的需求数据是后续阶段的工作基础，需要经常查阅，必要 时还要做补充或修改，因此如何将这些数据组织好十分重要，而数据字典便是 组织这类数据的一种有效方式。本系统设计了1 2 个数据字典，它们是：水表型 1 7 第二章 水表检定管理信息系统的研究 号表( z t 0 1 ) 、水表规格表( z t 0 2 ) 、送检单位表( z t 0 3 ) 、水表商标表( z t 0 4 ) 、 设备进货渠道( z t 0 5 ) 、设备型号表( z t 0 6 ) 、设备规格表( z t 0 7 ) 、岗位分类表 ( z t 0 8 ) 、文化程度分类表( z t 0 9 ) 、检定人员表( z t i o ) 、事由类别表( z t l l ) 、 三来类别表( z t l 2 ) 。部分数据字典如表2 - 1 和表2 2 所示。 图2 - 8 水表检定数据流图 图2 - 9 设备管理数据流陶 1 8 衰 第二章水表检定管理信息系统的研究 表2 - 1 水表型号表( z t o i ) 编号名称 b x o l 悬翼式l x s b x 0 2 螺翼式l x l b x 0 3 可拆式l x l c b x 0 4 可拆悬翼式l x s c b x 0 5 i c 卡