一种基于互联网智能防呆投料系统的制作方法

本实用新型涉及一种物料投放系统，特别是涉及一种基于互联网智能防呆投料系统。

背景技术：

防呆（英语：Fool-proofing）是一种预防矫正的行为约束手段，运用避免产生错误的限制方法，让操作者不需要花费注意力、也不需要经验与专业知识即可直接无误地完成正确的操作。在工业设计上，为了避免使用者的操作失误造成机器或人身伤害，（包括无意识的动作或下意识的误动作或不小心的肢体动作），会有针对这些可能发生的情况来做预防措施，称为防呆。

随着十三五计划的落实，如何更好更快的发展化工生产经济成为工厂日益关注的焦点和热点，不同类型的化工工厂生产流水线拥有不流程，一旦某一个流程出现问题，那么将会对整批生产的产品造成不可挽回的损失。

在防呆的方面，采用到二维码的技术，二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理：它具有条码技术的一些共性：每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化点。他具有存储数据的容量较为高且不容易被篡改等特点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于互联网智能防呆投料系统，本实用新型提供数据库的从服务器到终端的完整的解决方案，其中数据库服务器部分，是一个数据库管理系统，用于建立、使用和维护数据库。其成熟的架构、稳定的性能、嵌入式开发方式、简介的语法，使得系统能迅速开发。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于互联网智能防呆投料系统，所述系统包括工艺工程师站（ES）主机、库房管理站（WMS）电脑主机、操作员站（OS）电脑主机、条码识别站（FS）平板电脑、电子称、声光报警器、扫码器（Android系统）、路由器、西门子PLC S7-300，MPI通讯电缆、RS485电缆、RS232电缆、24V电源、串口转换器；ES站、WMS站、OS站、FS站的主机经局域网络相连；ES站经局域网连接WMS站、OS站、FS站；电子称通过RS485电缆、RS232/RS485串口转换器、RS232电缆与扫码器的RS232串口联接，声光报警器与PLC的输出端子联接；手持扫码器通过局域网络与FS站的平板电脑进行数据连接；PLC S7-300通过MPI通讯电缆与上位机相连。

所述的一种基于互联网智能防呆投料系统，所述S7-300PLC与OS站上位机与以太网相连，S7-300PLC选用带以太网接口的CPU。

所述的一种基于互联网智能防呆投料系统，所述ES站主机中的数据库为SQL server数据库，并通过Json数据接口实现手持设备端和数据库的连接。

一种基于互联网智能防呆投料方法，包括以下过程：

（1）下达任务单

工艺工程师站（ES）的工艺技术人员在接到生产任务后，在计算机上下达生产任务单，通过局域网或无线网络传送至库房、生产控制计算机、车间条码识别计算机；库房、生产控制、条码识别计算机返回确认信息，下单任务完成；

（2）生产过程控制

通过在投料过程中物料、称重、设备三者之间的联动实现防错功能；条码识别站与库房中的电子称重设备通过数据线实现与PLC以及手持终端的Android系统间的数据通讯；由于电子称的输出数据线接口为RS485，而手持终端设备的数据输入接口为RS232，所以需要用到串口转换器完成数据转换。

生产过程控制步骤如下：

①投料防错：保证加料的正确，包括物料名称和重量。通过在投料过程中物料、称重、设备三者之间的联动实现防错功能；

②配方管理：在下生产任务前，技术人员通过下生产任务单，程序会算出每种物料该批次需要投放的重量，避免人工计算过程可能出现的错误；

③在投料前对待投物料的条码进行确认，通过提前编制好的程序，确认此步待投物料正确，避免生产过程中投料顺序可能出现的错误。

本实用新型的优点与效果是：

本实用新型采用Apache+PHP+MSSQL结构进行开发。它是目前最为成熟、稳定、安全的企业级WEB开发技术，广泛应用于超大型站点。其成熟的架构、稳定的性能、嵌入式开发方式、简介的语法，使得系统能迅速开发。后台MSSQL数据库是一个数据库平台，提供数据库的从服务器到终端的完整的解决方案，其中数据库服务器部分，是一个数据库管理系统，用于建立、使用和维护数据库。MSSQL被广泛的应用在Internet上的网络中。

本实用新型 相对C/S结构而言,采用B/S结构实现远程实时监控是一次深刻的变革,它具有如优点：

1）客户端不再负责数据的存取和复杂数据计算等任务,只需要进行显示,充分发挥了服务器的强大作用,这样就大大的降低了对客户端的要求,降低了投资和使用成本。

2）易于维护、易于升级。维护人员不再为程序的维护工作奔波游走于各个客户机之间,而把主要精力放在功能服务器上。由于用户端无需专用的软件,当企业对网络应用进行升级时,只需更新服务器端的软件,减轻了系统维护与升级的成本与工作量。

3）用户操作使用简便。B/S结构的客户端只是一个提供友好界面的浏览器,通过鼠标即可实现远程实时监控,用户无需培训便可直接使用,利于推广。

4）易于实现跨平台的应用,解决了不同系统下不兼容的情况。

综上所述,三层的B/S体系结构具有许多传统C/S体系结构不具备的优点,用的是基于Internet的Web技术,结合传统控制原理,拓展了传统的监控应用的功能,更适合时代的发展,是技术发展的大势所趋。

附图说明

图1为本实用新型系统信息流传递示意图；

图2为本实用新型系统结构图；

图3为本实用新型程序模块及其业务流程图；

图4为实体操作员及其属性E-R图；

图5为任务单及其属性E-R图；

图6为用户信息及其属性E-R图；

图7为系统结构功能图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型主要分为以下几个步骤，首先寻找实现目标系统的各种不同的方案，在解读需求分析的阶段得到的数据流程图是设想各种可能的方案的基础。然后从这些可供选择的方案中选取较为合理的方案，然后将每一个方案都设计一个相对应的工作流程图，根据设计出来的系统流程图选取出来所有的物理元素。在进行软件结构设计的时候应该遵循的主要工作原理是每一个功能模块独立性原理，模块可以小到模型、控制器，大到窗口、程序模块划分完成后，就可以开始设计了。

设计的过程通常由两个主要的阶段组成：系统设计，确定系统的具体实现方案；结构设计，确定软件结构。

系统结构如下：

B/S模式的全称：浏览器/服务器模式（Browser/Server）。由于结构的这些不足，在传统的结构中间加上一层，把原来客户机所负责的功能交给中间层来实现,这个中间层即为服务器层。这样,客户端就不负责原来的数据存取,只须在客户端安装浏览器就可以了。把原来的服务器作为数据库服务器,在数据库服务器上安装数据库管理系统和创建数据库。服务器的作用就是对数据库进行访问,并通过工网传递给浏览器。这样,服务器既是浏览器的服务器,又是数据库服务器的浏览器。

在这种模式下,客户机就变为一个简单的浏览器,形成了“肥服务器/瘦客户机”的模式,这就是浏览器服务器模式。基于浏览器服务器模式的结构将与数据库相结合,形成的基于数据库的计算模式,并将该模型应用到中,最终形成了三层客户机服务器应用结构,三层结构将应用系统的三个功能层面进行了明确的分割,使其在逻辑上各自独立。

在三层体系结构下,表示层、业务逻辑层、数据层被分割成三个相对独立的单元。

表示层即Web浏览器,包含系统的显示逻辑,它位于客户端,用来生成在客户浏览器中显示的用户界面。它的任务是负责获得用户录入的数据,完成对录入数据的校验,由Web浏览器向网络上的某一Web服务器提出服务请求，Web服务器对使用者进行身份验证后用协议将客户端请求操作数据传送给业务逻辑层,然后将完成用户请求操作的操作结果用研几协议传送给客户端,客户机接受传来的主页文件,并把它显示在Web浏览器上。

业务逻辑层包括一个或者多个组件服务,它们应用业务规则实现应用程序逻辑并完成应用程序运行所需要的数据处理。作为这个过程的一部分,中间层负责处理来自数据存储或者发送给数据存储的数据。它的任务是接受用户的请求,执行相应的扩展应用程序与数据库进行连接,通过对等方式向数据库服务器提出数据处理申请,数据库将申请处理完毕后将数据处理的结果提交给Web服务器,再由Web服务器传送回客户端。

这样的三层体系结构大大减轻了客户机的压力,不用把负荷均衡的分配给Web服务器。由于客户机把事务处理逻辑部分分给了服务器,不再负责处理复杂计算和数据访问等关键事务,只负责显示部分,所以维护人员不再为程序的维护工作奔波于每个客户机之间,而把主要精力放在功能服务器上程序的更新工作。这种三层结构层与层之间相互独立,任何一层的改变不影响其它层的功能。

系统的总体业务流程：系统管理员通过登陆，经过核查为合法用户后进入网站后台，即可以对任务单的相关信息进行操作；仓库管理员通过登陆；经过核查为合法进入网站后，可以通过手动输入对物料做好唯一标签；手持设备端，在生产的流程中，通过解析二维码并和数据库中的数据进行比对确定是否执行填料的功能。需要编写的主要程序模块及其业务流程图如图所示。

数据字典的创建：数据字典是关于数据信息的集合，也就是对数据流图中包含的所有元素定义的集合。任何供人字典最主要的用途都是查阅不了解的条目的解释，数据字典的作用也正是在软件分析和设计过程中给人提供关于数据的描述信息。数据流图和数据字典共同构成系统的逻辑模型，没有数据字典数据流图就不严格，然而没有数据流图数据字典也难于发挥作用。只有数据流图和对数据流图精确的定义放在一起，才能共同构成系统的规格说明。

数据字典的主要用途是作为分子阶段的主要工具。在数据字典中建立一组严密一致的定义很有助于改进分析员和客户之间的通信，因此将消除很多可能的误解。数据字典包含的每个数据元素的控制信息是很有价值的。因为列出了使用一个给定的数据元素所有程序，很容易估计改变一个元素将产生的影响，并且能对所有受影响的程序或模块做出相应改变。

由于暂时还没有自动的数据字典处理程序，采用卡片形式书写数据字典，每张卡片上保存描述一个数据元素的信息。这种做法较好的实现了上述要求，特别是更新修改起来很方便，能够单独处理每个数据元素的信息。每张卡片上包含的信息有：名字，别名，描述，定义，位置。

系统概念结构ER模型中，包含“实体”、“联系”和“属性”三个基本成分。

1）实体：实体是客观世界存在的且可相互区分的事物。它可以是人也可以是动物；可以是具体事物也可以是抽象概念。

2）联系：联系是指客观世界中各事物彼此间的联系。联系分为三类：一对一的关系，一对多的关系，多对多的关系。

3）属性：属性是实体或联系所具有的性质，通常一个实体用若干属性来刻画。人们通常就是用实体、联系和属性这三个概念来理解现实问题，因此，ER模型比较接近人的思维方式。此外，ER模型使用简单的图形符号表示系统分析员对问题的理解，不熟悉计算机的人也能理解它，因此，ER模型可以作为用户与系统分析员之间的交流工具。

一个较好的系统在设计的初期就要做好充分的分析工作，并且要按照一定的次序将这个完成，首先应该做好数据分析工作，设计好数据库。在分析数据库的建设问题的时候，应该从需求分析入手，从需求分析中获取到系统所有将要使用到的数据，并且将其规划好，抽取实体及其属性，建立模型。以下分别是操作员、任务单、用户信息等列表实体，系统所有要使用的数据，都将以E-R图的形式表示如下：

如：实体操作员及其属性E-R图；任务单及其属性E-R图；用户信息及其属性E-R图。

系统以实际的生产流程为基础，主要突出任务单下达、任务单详细、二维码生成、修改密码等功能，该系统主要分为上述的三大模块功能。在任务单下达模块管理员可以修改等待执行的任务单的工序，可以新增任务单，任务单的属性可以由管理员去修改等等内容。

系统逻辑结构的任务就是把概念结构设计阶段设计的ER图，转换成与选用DBMS所支持的数据模型相符合的逻辑结构。

系统逻辑结构如下：

1.从E-R图向关系模式转化 数据库的逻辑设计主要是将概念模型转换成一般的关系模式，也就是将E-R图中的实体、实体的属性和实体之间的联系转化为关系模式。在转化过程中会遇到如下问题：

1）命名问题。命名问题可以采用原名，也可以另行命名，避免重名。

2）非原子属性问题。非原子属性问题可将其进行纵向和横行展开。

3）联系转换问题。联系可用关系表示。

2.数据模型的优化，数据库逻辑设计的结果不是唯一的。为了进一步提高数据库应用系统的性能，还应该适当修改数据模型的结构，提高查询的速度。

3.关系视图设计，关系视图的设计又称为外模式的设计，也叫用户模式设计，是用户可直接访问的数据模式。同一系统中，不同用户可有不同的关系视图。关系视图来自逻辑模式，但在结构和形式上可能不同于逻辑模式，所以它不是逻辑模式的简单子集。

4.关系模型的数据库逻辑设计的具体内容包括：

1）概念模式到关系数据库模式的转换。

2）关系模式的优化。

5． E-R图转换成关系模型包括：

管理员（管理员ID，管理员名称，管理员密码）；

任务单（任务单ID，工序数量，任务详细步骤，任务执行状态）

管理员信息（管理员ID，管理员姓名，管理员手机号，管理员邮箱）

6.数据模型的优化包括：

（1）确定数据依赖

（2）对于各个关系模式之间的数据依赖进行极小化处理，消除冗余的联系。

（3）按照数据依赖的理论对关系模式逐一进行分析，考查是否存在部分函数依赖、传递函数依赖、多值依赖等，确定各关系模式分别属于第几范式。

（4）按照需求分析阶段得到的各种应用对数据处理的要求，分析对于这样的应用环境这些模式是否合适，确定是否要对它们进行合并或分解。

（5）按照需求分析阶段得到的各种应用对数据处理的要求，对关系模式进行必要的分解或合并，以提高数据操作的效率和存储空间的利用率。

数据库的物理实现：

1 数据库物理设计的内容和方法

数据库的物理设计是为逻辑数据模型选取一个最合适应用环境的物理结构(包括存储结构和存储方法)。数据库的物理设计一般分为两步，即：确定数据库的物理结构，在关系数据库中主要指存储方法和存储结构。对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间的效率。

2.对于数据库查询事务,需要得到如下信息：

1）查询的关系；

2）查询的条件所涉及的属性；

3）连接的条件所涉及的属性；

4）查询投影属性。

3.对于数据库更新事务,需要得到如下信息：

1）被更新的关系；

2）每个关系上的更新操作条件所涉及的属性；

3）修改操作要改变属性值。

4. 数据库表的创建：

根据系统功能设计要求和模块划分，该系统后台的数据库主要包括管理员登陆信息、管理员详细信息以及任务单的详细信息三个部分，由前面的数据分析可以建立如下的几张表，各表名的详细描述如下：

（1）、管理员登陆信息表，命名为“bs_login”，该表的设计参数如表1所示：

表1 管理员登陆信息表

（2）、任务单详细信息表，命名为“bs_mask”，该表的设计参数如表2所示：

表2 任务单详细信息表

（3）、管理员详细信息表，命名为“bs_user”，该表的设计参数如表3所示：

表3 管理员详细信息表

。

系统的总体业务流程：

系统管理员通过登陆，经过核查为合法用户后进入网站后台，即可以对任务单的相关信息进行操作；仓库管理员通过登陆；经过核查为合法进入网站后，可以通过手动输入对物料做好唯一标签；手持设备端，在生产的流程中，通过解析二维码并和数据库中的数据进行比对确定是否执行填料的功能。

下达任务单端将Apache+PHP+MSSQL技术紧密的结合起来，并创建了一个基于本地服务器的任务单端的操作平台。该系统主要面向拥有自动化生产线的工厂。整个系统分为以下模块的内容：

系统以实际的生产流程为基础，主要突出任务单下达、任务单详细情况、任务单执行情况、二维码生成等功能。在任务单下达模块，操作员可以在这里提交任务单，并且指定每一个步骤所需要投放的物料以及数量；任务单详细模块可以精准的看到任务的工序数量、详细的投放的物料以及其数量；任务单执行模块可以查看到任务的执行状态包括等待执行、执行中以及执行完成的状态；二维码生成模块，主要供仓库管理员使用，仓库出料的时候使用此模块生成一个存有物料名称以及数量的二维码信息。

手持设备终端将Android开发技术巧妙的应用起来，并且创建了一个和任务单端的数据库连接的机制，利用任务单端提供的数据接口生成一个Json数据接口，通过Json接口实现手持设备端和数据库的远程访问。

手持设备端主要分为四个界面，选择任务的界面、选择该任务的某一工序的界面以及扫码比对界面。选择任务模块，通过请求访问数据库根据返回的Json生成选取列表；选择工序模块根据该任务的数据库中的唯一标识结合工序步骤请求访问数据库，根据返回的Json获取正确的物料名称以及所需要的数量；最后是扫码模块，通过调取API实现扫码，根据解析出的二维码中存在的信息，实现比对，并将结果传输给下一个环节。系统以实际的生产流程为基础，主要突出任务单下达、任务单详细、二维码生成、修改密码等功能，该系统主要分为上述的三大模块功能。在任务单下达模块管理员可以修改等待执行的任务单的工序，可以新增任务单，任务单的属性可以由管理员去修改等等内容。可以使生产商方便快捷的掌握投料的各种信息，准确的进行生产流程，同时也可以使产品的质量得到保障。

系统应用程序设计包括：下达任务单模块设计，在系统的开发过程中，我们通过细致的系统调研工作，与相关部门进行积极的沟通，了解其所需要的系统架构，形成一套功能完善的系统逻辑流程，遵循系统设计原则。该系统的结构功能图如图所示。还包括用户登陆界面设计和任务单详细界面。