哈尔滨工业大学软件学院软件工程硕士学位论文中期报告.doc

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文中期报告哈尔滨工业大学软件学院软件工程硕士学位论文中期报告研 究 生 入 学 时 间 2004.9 实 习 单 位 校 内 导 师 实习单位导师 论 文 题 目 基于网络化制造的车间信息整合系统设计与实现 中期报告日期 2008年3月 - 2 -目录1. 论文工作情况概述22. 目前已完成的工作及结果32.1 面向网络化制造的车间信息整合系统的需求分析32.2 nw-sfis的总体结构设计32.2.1系统的主要用户角色32.2.2系统采用的体系结构42.2.3本系统采用的设计模式42.3.4系统的总体功能结构52.3 nw-sfis的数据库设计62.3.1 数据模式设计62.3.2 数据库的物理设计及实现72.4 生产加工监控子系统的詳細设计和实现92.4.1生产加工监控管理组件102.4.2对料防错管控模块182.4.3品质追溯管理模块272.4.4 e化监控管理模块31 2.5 本系統部分運行結果展示(本部分請根據情況加些系統截圖).353. 后期拟完成的工作及进度安排353.1 后期计划进度表353.2 存在的困难与问题353.3 如期完成全部论文工作的可能性35导师意见3636哈尔滨工业大学工程硕士学位论文中期报告1. 论文工作情况概述自2006年9月开题以来，论文相关工作一直在紧张有序地进行，但由于公司工作安排原因导致论文的整体进度同开题报告计划的进度有较大的延迟，课题计划和实际进度情况如表1-1所示。表1-1 计划进度表序号工作项目时间安排具体内容实际完成情况1开题准备和论文开题2006年5至2006年9月毕业论文规划，业务需求整理。阅读文献60篇，20篇为英文。撰写开题报告完成初步需求分析，完成文献阅读，并于2006年9月中旬通过开题2系统实现及参加中期检查2006年10月2008年2月完成系统的需求分析、概要设计、详细设计、数据库设计2008年2月提交中期检查报告3结题验收2008年3月完成系统性能优化和准备论文提纲，完成全部的工业实习计划，进行项目总结4论文撰写2008年3月至2008年6月撰写学位论文并准备答辩表越界目前论文工作已经完成了系统的需求分析、系统设计、开发环境搭建、系统原型实现、并定义了测试用例和准备了相关的测试数据。在后面一段时间内工作重点是完善系统实现和进行完整的测试，并完成论文撰写。2. 目前已完成的工作及结果2.1 面向网络化制造的车间信息整合系统的需求分析网络化制造环境下的电子制造企业生产的特点是：企业直接面向复杂多变的外部环境，成本压力增加、产品生命周期缩短、设备日益复杂且缺少透明度以及生产任务具有来源复杂、动态多变的特点，电子消费产品的功能越来越复杂，设计难度越来越高，出现问题返修困难。因此，这种生产模式对新的车间管理系统的制造流程提出了新的功能需求。这就需要在生产流程的基础上建立一个完善的系统来解决这些潜在的危机，大幅度地减少产品的招回成本。此系统可以在制造前阻止错误的零件组装在错误的位置、在制造过程中侦测并预防错误、在制造完成后追溯所有成品所使用的零部件。2.2 nw-sfis的总体结构设计2.2.1系统的主要用户角色系统的主要用户角色分为生产计划调度管理(product control 简称pc)、品质管理(quality analyse简称qa)、产品工程(product engineering简称pe)、工业工程(industry engineering简称ie)、生产制造(produce简称pd)五种不同角色,图2-1描述了nw-sfis系统为这些角色提供的帮助。图2-1 nw-sfis系统不同角色的需求2.2.2系统采用的体系结构在本系统中，采用c/s模式与b/s模式交叉并用的三层混合系统结构，如图2-2所示。整个系统被分为用户层、中间层和数据库层三部分，系统的主要商务逻辑都封装在位于系统的主服务器上的中间层组件中；数据库服务器存放车间系统管理所需的基础数据、过程数据等。图2-2 nw-sfis系统体系结构2.2.3本系统采用的设计模式基于jsp的开发模式包括model1和model2。目前市场上的软件开发者大都基于这两种基本的框架形成自己的开发模式，但是都有不同程度的编码重复现象，针对开发代码重复的问题，此处设计了如图2-5所示的开发模式，此种模式对于基本的数据库应用和基本的页面都能够通过参数来实现，对于页面和数据库设计复杂的情况，此种设计也对一些特殊情况进行了处理设计。因此，本系统所涉及的b/s模式的功能采用这种开发模式进行设计。 是不是两个图不该并列放？图2-3 jsp model1体系结构 图2-4 jsp model2体系结构图2-5 设计模式图此模式设计的重点是将数据库操作的模块层db组件包进行封装，在数据库jdbc上只对数据库进行简单操作；而bean组件包则是位于db包最上层，它的工作是负责完成上层jsp页面中的请求，调用db组件包的功能来完成对数据库的操作。它与db包之间的数据传递都是通过自身来定义的数据结构。2.3.4系统的总体功能结构根据车间管理业务流程图和分析的数据流程图，并结合系统的功能模型图对系统主要功能的分析，以生产计划管理、作业调度为主线，分析并设计出了nw-sfis系统的四大功能模块，图2-6给出了该系统的功能结构图。图2-6 nw-sfis系统的总体功能结构系统主要由以下四个主要功能模块组成：系统管理、生产计划管理、生产调度管理、生产加工监控。2.3 nw-sfis的数据库设计2.3.1 数据模式设计以下是根据系统的数据流图和系统的功能模块的划分，生成系统的局部数据模式(图2-7至图2-10 )，在此基础上很容易集成得到数据库的全局数据模式。(1)生产计划管理未缩进，以下类同 图2-7 生产计划管理e-r图(2)生产调度管理图2-8 生产调度管理e-r图(3)生产加工监控和质量控制图2-9 生产加工监控和质量检验e-r图(4)系统用户管理用户管理是指用户登录系统时要验证身份的合法性，并对不同用户分配角色权限，用户再依据被授予的访问权限码对系统的各功能模块进行访问。主要管理内容是用户和角色创建、修改、删除，权限的分配等方面。图2-10是用户管理部分的e-r图。图2-10用户管理e-r图2.3.2 数据库的物理设计及实现图2-11至图2-13显示了系统的smt对料防错模块、smt设备嫁动管理模块、品质追溯管理模块所实现的数据表间的关系图。图2-11 smt设备e化嫁动子系统表间关系图图2-12 smt对料防错子系统表间关系图图2-13 品质追溯管理表间关系图2.4 生产加工监控子系统的设计和实现本文在第2.2节中将nw-sfis系统划分为四个子功能模块，生产加工监控管理子系统是系统的主要功能模块之一，图2-14为其详细的功能模块图。本章将详细介绍该模块的设计与实现过程。包括：生产加工监控管理组件的设计和实现、生产加工监控各功能子模块设计和实现。其中，生产加工监控管理组件包括字符串处理组件、数据库处理组件、后台管理用户登录组件、用户操作权限设置组件。图2-14 生产加工监控子系统功能模块图2.4.1生产加工监控管理组件字符串处理组件 该类为常用的字符串处理类，负责处理字符串的输入和输出。因为一般程序使用的数据表现形式都为字符串，所以对数字和时间等的正确处理和显示，以及字符编码的处理是十分重要的功能。字符串处理组件对不同的系统有不同的要求，这个问题常常成为各个系统的通用需要，所以本系统专门设计了该类。如图2-15所示是字符串的中文转码函数public string togbk(string str)的程序流程图，用以将数据库中和页面中有中文问题的字符串进行正确的显示和存储，在页面表单参数的传递过程中也需要使用这个函数进行中文的转换。中文问题始终是个比较难以解决的问题，因此在此处抽象出了这个统一的函数，只需要进行转码，直接调用此函数，过滤后的字符串即为正常的中文形式。其中getbytes函数是javaapi中一个取得字符串编码类型的函数。图2-15 中文转码函数程序流程图如图2-16所示是字符串分隔函数public string splitstr(string str,char c)程序流程图，它是将某一个字符串按照分隔符进行分隔，返回的结果是一个一维数组。例如将字符串adgf,234,33,按照逗号分隔，则返回的结果数组为adgf, 234,33,，如果字符串为空字符串，则返回长度为1的一维数组。大多数java程序员都曾经使用过java.util.stringtokenizer类。它是一个很方便的字符串分解器，主要用来根据分隔符把字符串分隔成标记(token)，然后按照请求返回各个标记。这个过程称为tokenization，实际上就是把字符序列转换成应用程序能够理解的多个标记。虽然stringtokenizer用起来很方便，但它的功能却很有限。这个类只是简单地在输入字符串中查找分隔符，一旦找到了分隔符就分隔字符串。它不会检查分隔符是否在子串之中这类的条件，当输入字符串中出现两个连续的分隔符时，它也不会返回(字符串长度为0)形式的标记。因此此处设计了此函数。图2-16 字符串分隔函数程序流程图如图2-17所示为字符串替换函数public string replace(string source,string oldstring,string newstring)的程序流程图，它把原字符串中所有的字符串替换为另外一种字符串。javaapi中的string类提供了字符串的替换函数replaceall，但是在实际的使用过程中，由于编码和特殊字符的问题，经常出现不稳定的现象，因此此处使用了自定义的替换函数。图2-17 字符串替函数程序流程图数据库组件该组件是对数据库所有操作的封装，包含两个类文件database.java和parentbean.java，前者封装了所有对数据库增、删、改操作的函数和一些常用的特殊处理函数，后者在前者的基础上进行了数据层次的封装，即后者调用前者来进行处理，它是面向bean组件的一层，因为前者对所有的用户都是不可调用的，只在此类文件中提供接口。用户在写其它的组件时，就继承自该类，只需要在它的基础上进行相关的封装。用户bean、parentbean和database bean三者之间的层次关系图如图2-18所示。图2-18 数据库组件层次图下列给出database和parentbean两个数据库类的部分类函数的程序流程图。如图2-19所示是提取所需数据表的函数public vector getdata(string sql)的程序流程图。图2-19 database类提取数据表函数程序流程图本例中使用了resultsetmetadata类型，数据库查询被执行后，查询的结果作为一个二维(行、列)数据表返回。resultset接口被用来提供访问查询结果的数据表，查询结果被当作resultset对象返回，resultset对象提供“指针”，指针每次访问数据库表的一行。当resultset对象从查询中返回时，指针初始指向数据表的第一行，resultset的next()方法用来移动指针到数据表的下一行，如果到达表尾，next()方法返回假的布尔值false，否则为真。resultset接口提供大量的获得数据的方法，这些方法返回数据表中任意位置的数据，不论是基本数据类型还是引用数据类型的数据。getmetadata()方法返回resultsetmetadata接口对象，该对象包含数据表行的信息，提供变量和从resultset对象获取信息的方法，getcolumncount()方法返回数据表的列数，getcolumnname()方法返回提取的数据库中列名称，即数据库字段名，getcolumntype()方法返回列的sql类型，resultmetadata中其它的方法是被用作访问列的额外属性，如列的显示宽度、数据格式及读/写状态等。如图2-20所示是parentbean类的执行增加数据操作的类函数protected int insertrecord(vector vect)的程序流程图。图2-20 parentbean新增记录函数程序流程图该函数的参数是vector类型，其形式定义为：第一个变量表示表名，为字符串类型；接下来的变量为vector类型，该对象的维数为三维。第一个变量为字段的名称，第二个变量为字段的数值，第三个变量为字段的类型。以此类推，函数的参数中，如果需要增加的数据行中需要设定某一个列的数值，就需要增加该参数的一个变量。例如执行如下语句：insert into user(id,name,pwd) values(1, admin, admin)，则该参数应该如下：admin, id, 1, num,name, admin, char,pwd, admin, char其中的数据类型有num、char、time，num表示数值型，char表示字符串型，time表示日期型。如果需要扩展，只需要在该组件中修改此处即可，这样修改一处，就可以对整个系统进行数据库的改造，彻底实现了分层，极大地方便了数据库的移植。在本函数中，按照以上定义的数据结构进行sql语句的组合，而函数的参数是在执行数据库操作之前进行组合，实现了用户层和数据层的分离，使得修改任何一层都不需要修改另外一层。在新增与组合过程中，按照语句的规则，应该先有“insert into 表名”，再依次输出字段名称，然后组合“values”关键字，最后依次输出字段的数值，在这个组合的过程中，注意字段类型的区别。最后sql语句组合完成，调用执行低层数据库函数。登录组件登录组件主要用于系统管理员进行系统维护时，作为登录后台密码验证之用。在用户输入用户名和密码之后，调用此组件即可验证该用户是否合法。在本系统设计中，为了密码的安全性，密码采用了md5进行加密。即在用户输入密码之后，该组件首先进行密码的md5转换，经过转换后的密码如果和系统中的密码相同，则验证通过，否则为不合法用户，不给予登录后台系统的权力。验证人员密码算法流程图如2-21所示。图2-21 验证人员密码算法流程图权限组件根据前面数据库模型的设计，每一个用户在系统中都有一定的权限，要么是通过个人特别指定的权限，要么是指定给职务的权限，要么是采用默认的权限，即权限数据表中定义的默认权限。本系统中使用的权限是定位到按钮级别的，系统按照模块进行划分，每一个模块又有一些操作权限，当用户想进入某一个操作模式进行操作时，系统会查询该用户是否有该模块下的某种权限。如果查得没有任何权限，则告知用户无权操作，如果有某一项权限，则开放对应的权限给用户进行相应的选择。一个模块可以定义许多权限，这种权限的定义比较灵活，完全是按照操作的语义进行直接定义的。比如某一个人需要查询品质异常信息的权限，则直接赋予它品质异常分析模块的查询权限，这种查询权限的方法即为二元组的定位，即，表示在某一个模块中进行何种操作。因此在设计该组件时也是利用了这种方便的模型，来通过两个参数直接查询是否有该权限。该组件函数程序流程图如图2-22所示，首先在查询数据库中是否有该模块和该操作权限的定义，如果没有，则返回false，如果有，则继续查找。在查找过程中，先取出该用户的所有操作权限，然后一一对比，是否有该模块的该种操作权限，如果有，则返回true。该组件函数中调用了函数getrightmode()，它的作用是取出该用户的所有权限，存储在数组变量vector类型中。该权限的取定方式是先取该人的指定的权限，如果没有，指定则换成取职务的权限，如果未指定，则取默认权限。 图2-22 权限流程图2.4.2对料防错管控模块此模块简称pvs，包括系统基本资料管理、lcr备料量测管控、smt自动接料管控、smt对料防呆管控、飞达维护保养管理、钢板维护保养管理六个子模块，其中，smt对料防呆管控是此模块的主要功能，其它五个子模块是它的延伸功能，是为这个功能服务的，图2-23为此模块的物理结构示意图，pvs系统的作业流程包括以下四部分：(1) pvs系统bom表等基本资料的建立。(2) 原材料库房(material wh)根据生产工单进行配料和物料分装。(3) 线边库房(sideline wh)备料以及lcr量测。(4) smt/ai/asm等工站进行上料、对料和接料作业。图2-24为此模块的系统架构图。系统的主要数据入口(primary data entry)是pvs系统数据库中预定义的基本资料，包括pvs的bom、料站表、body mark、msd元件的湿度敏感等级(moisture level)、禁用/限用料等信息。pvs的bom和料站表等基本资料的正确建立是系统能正常运行的前提条件。图2-23 对料防错模块的物理结构示意图图2-24 对料防错模块的系统架构 lcr备料量测管控的功能设计此模块的使用对象是线边库物料验证员，主要完成被动元件lcr量测管控，动态生成reel_id来唯一地标识每一卷已被量测ok的合格元件料卷。条码打印完毕，线边库房的物料验证员会将打印生成的reel_id标签条码粘贴到对应的元件料卷上，作为后续smt/ai/asm等工站的上料和对料使用。图2-25所示是线边库房lcr量测备料流程图。图2-25 线边库房lcr量测备料流程图如上图2-25所示，此模块的输入信息包括物料验证员工号(measure_op)、密码(pwd)、物料上料的线别(reel_line)、机种(model_name)、工单(mo_number)、usi物料料号(comp_part_no)、物料制造商(vendor)、物料的生产批次(lot_no)、物料的出厂日期(date_code)、每个料卷所含元件的数量(qty)、元件实际的lcr量测值(measure_value)。输出信息为物料料卷的唯一标识代码(reel identity以下简称reel_id)。由于通过料卷的reel_id可以查询到对应料卷的model_name，comp_part_no，lot_no，vendor，measure_value，测量时间(measure_time)，measure_op，料卷的状态(state)，reel_line，lcr量测的上限值(up_limit)，lcr量测的下限值(down_limit)，料卷描述信息(description)，物料标志位(comp_flag)，mo_number，qty，date_code等信息，因此，我们选用料卷的reel_id来充当pvs系统各工站的物料信息输入载体，各工站的物料上料操作员都必须通过借助扫描料卷的reel_id条码的方式来输入被上料物料的基本信息，reel_id条码贯穿了pvs后续的各工站包括上料、对料、换料、接料以及物料品质异常追溯等各个系统流程环节。线边库房lcr备料量测的最终结果是系统根据被动元件的lcr量测结果，动态生成标识被量测ok的合格物料料卷唯一身份的reel_id，并成功地打印出其对应的reel_id条码标签供后续pvs各工站的物料操作员上料扫描使用。系统所采用的reel_id编码规则是buid-0yymmdd-counter，其中，buid的长度为两位，计数器(counter)的长度为四位。其生成的对应算法流程图如图2-26所示。图2-26 生成reel_id的算法流程图由于物料的品质因素比较复杂，特别是针对多机种的共用物料或亦可料，通常qa人员需要针对它们的实际性能参数，来动态管理它们的可使用状态。当发现某一种物料的品质参数不能满足某些机种的性能要求但可以满足其它机种的功能要求时，最佳的解决方案是针对机种将对应的物料预定义为许可物料或禁用物料。pvs系统只能上线使用许可物料，禁用物料属于非法物料无法上线使用，所以对线边库房lcr备料量测来讲，具备对禁用/限用/许可物料的管控功能十分重要，能有效防止禁用/限用物料误发给生产线使用。禁用/限用物料的判断算法流程图如图2-27所示。图2-27 禁用/限用物料判断算法流程图 smt对料防呆管控的功能设计此模块的使用对象是smt工站的上料操作员，主要功能包括物料上料防错管控、钢板管控、锡膏管控、飞达管控、潮湿敏感器件(简称msd)管控。其中，钢板、锡膏、飞达和msd元件都是作为特殊的物料来借助此功能进行防呆管控。图2-28所示为 smt对料防呆流程图。图2-28 smt对料防呆流程图如上图2-28所示，此模块的输入信息包括机种(model_name)、上料操作员工号(supply_op)、密码(pwd)、飞达id(feeder_id)、钢板id(stencil_id)、料卷id(reel_id)、body_mark、mark版本( version)、 mark日期(date_code)、mark的 fab、上料料座(seat)；输出信息包括上料时间(supply_time)、料卷的上料状态(supply_stat)、上料提示信息(hint_msg。上料料卷reel_id的资料验证程序的流程图如图2-29所示。图中少箭头图2-29 reel_id资料验证程序流程图此模块的比对验证包括如下动作：(1) 上料操作员上线身份验证(2) 上线飞达的资料验证(3) 上线钢板的资料验证(4) 上料料卷reel_id的资料验证(5) 上料元件的body mark资料验证如图2-29的流程图所示，smt上料防呆功能根据采集的实际上料信息和pvs系统中预先设定的bom和料站表三方面资料进行验证比对，来判断上料操作员是否有错误操作。如果有，提示报警信息并使smt停机/锁住，操作员可根据报警信息进行错误处理。由于smt上料防呆功能必须能实现实时地启动或停机的管控，因此它需要具有同smt机台接口设备进行通讯的功能，并能根据smt机台的实际对料验证结果，动态地控制smt机台设备的运用状态，即能控制smt机台停机/锁住或启动。此模块采用根据物料的不同比对结果直接对smt机台的控制接口发送相应的控制信号的机制来实现这一功能，程序2-30是其对应的实现算法的流程图。 图2-30 控制机台的算法流程图 钢板维护保养管理的功能设计使用对象是制程(me)工程师。主要功能包括stencil基本信息的增加、删除和修改以及钢板张力和状态信息的设置。钢板维护保养管理程序对应的流程图如2-31所示。图2-31 钢板维护保养管理程序流程图2.4.3品质追溯管理模块此模块包括品质异常追踪、生产产出分析、产品良率分析、维修缺陷分析四个子模块。其中，品质异常追踪是此模块的主要功能，它包括物料正向追踪和序列号逆向追踪。物料正向追踪是指通过有质量缺陷的物料批次，追踪到所有使用了该批次物料的成品；序列号逆向追踪是指通过有品质异常的成品pc主板的序列号(serial number)查出该产品的生产日期、操作人员、所用物料的型号、种类、批次等详细信息，方便及时找出问题的原因所在。序列号逆向追溯的功能设计根据需求分析的结果，成品pc主板序列号逆向追溯模块能够追溯到的信息有六大块，如图2-32所示。(1)quality production information：包括该电路板所有的在制品信息、测试数据信息以及维修不良信息。(2)production component information：包括该电路板所有的元器件信息。(3)pvs information：包括该电路板相关的所有上料、对料以及卸料等物料操作信息。(4)loading list information：包括该电路板对应的上料表信息。(5)basic information：包括该电路板的产品、工单、工序等基本信息。(6)sn/upn/pn information：包括该电路板生产所用到的供应商料卷号和usi料卷号等信息。图2-32 序列号逆向追溯到的信息序列号逆向追溯模块主要的追溯对象是电路板及电路板上元器件的相关信息，所以主要的查询条件应当是电路板的序列号。我们对元器件与电路板追溯模块的查询流程如图2-33所示。图2-33 序列号逆向追溯流程图物料正向追溯的功能设计 根据需求分析的结果，物料正向追溯模块的主要目的是为了查询物料(即料卷)的使用情况，能够追溯到的信息分四大块，如图2-34所示。其中各块包含如下的具体信息：(1) datecode list informatin：包括该物料的日期代码、料号、供应商料号和供应商名字信息。(2)product/lot no information：包括使用该物料的产品、批次、数量等信息。(3)pvs information：包括该物料的上料、对料、卸料等操作信息。(4)serial number list information：包括使用该物料的电路板序列号及对应的工单、状态等信息。图2-34 物料正向追溯到的信息物料正向追溯模块的查询流程如图2-35所示。图2-35 物料正向追溯流程图2.4.4 e化监控管理模块此模块包括缩进错smt设备e化嫁动管理、车间e化监控管理两个子模块，其中，smt设备e化嫁动管理为主要的模块。smt设备e化稼动系统是一套与pvs(半角还是全角？对料系统)并存的图形化介面系统, 在共用的硬件环境下, 其做法采用与pvs相同作业方式，将smt生产状况转换成条形码格式(barcode)并输入，以取代原来采用人工手抄表报的方式，能实时地记录smt设备的运行状况信息并可通过web介面的模式及时监控smt生产情况及各类稼动数据，以提供各生产相关单位作为改善生产稼动的依据，目前公司正利用该系统信息作为基础进行6 sigma改善专案。系统导入前：smt生产状况操作人员手抄录时间及原因换班时提交收发员登记待每日三班资料齐全后，收发员于第二日汇整制作报表(日/周/月报)。系统导入后：smt生产状况smt操作人员依据smt设备的状况扫入导致设备异常的代码code启动停机作业流程并由系统记录停机原因/时间资料进入系统数据库系统提供动态查询功能，提供完整