基于C/S模式的組合夾具管理系統設計

王勇，譚清江，祝鑫，于灑，唐火紅，楊海東

（合肥工業大學機械工程學院，安徽 合肥 230009）

0 引言

由于機械生產制造技術的提高，多品種、小批量生產制造、新產品的研制所占比重的不斷上漲以及專用夾具制造成本的提高,專用夾具已不再適用于生產需求。組合夾具能夠反復拆卸，可重復使用，能夠滿足不同零件的裝夾需求，直到組合夾具的組件報廢為止[1]。因此在新產品的研制過程中使用組合夾具生產制造比重占到90%以上，在滿足加工要求的情況下小批量生產盡量使用組合夾具。而在批量生產過程中全面推行組合夾具的使用，勢必會使組合夾具站的規模擴大，使傳統的組合夾具管理過程的工作量增多，出現元件各種信息很難統計、使用單位用完組合夾具后不能及時歸還、元件缺損嚴重等問題，致使工作效率大大降低。因此企業組合夾具管理系統的目標是降低組合夾具的生產準備周期，實現組合夾具的靜態數據管理、動態數據實時更新、數據庫讀取存儲，保證供應、減少流失、降低成本、合理利用。國內組合夾具管理系統的研究，大多從CAD的二次開發、客戶端開發進行。王丹[2]針對組合夾具設計數據與文件存儲量大的特點，利用云計算與GWT技術解決了組合夾具數據存儲等問題，并利用Pro/E建三維模型庫結合GAE編程環境實現了組合夾具管理服務系統，該系統具有檢索、上傳與下載等功能；孫玲玲[3]在組合夾具管理系統中運用了ABC管理模式、成本估算的方法，并選用Access作為數據庫在Delphi 6.0的開發環境下實現了組合夾具檢索、出入庫、成本與裝配時所需元件數量的估算等功能。此外，組合夾具管理系統設計應遵照隨機應變原則，使其具有模塊化、擴展性強、人機交互界面簡明高效、操作簡便靈活等特征。

本文所設計的組合夾具管理系統的技術方向是在Visual Studio編譯環境下，利用C#語言進行程序開發，系統以面向對象技術為基礎，運用模塊化的設計思想，開發框架采用C/S模式以及三層體系結構，數據庫采用Oracle數據庫作為存儲與調用的載體，以實現生產任務的數字化管理，為企業組合夾具管理系統的設計提供了重要參考依據。

1 系統需求分析

把組合夾具站看作一個獨立單元，人員主要由站長、管理員、計劃員、設計員、組裝工、配送工、檢驗員、使用單位人員組成，其結構如圖1所示。

圖1 組合夾具站組織結構Fig. 1 Organization structure of Modular Fixture Station

在組合夾具站中各個人員職能需求分析：

站長：實現對組合夾具站內人員信息的管理。

管理員：對組合夾具元件進行分類、盤點，協助使用單位人員實現元件出庫、入庫功能。

計劃員：對組合夾具設計與組裝任務進行派工。

設計員：組裝工充當設計員，設計工作由組裝工在計算機上完成并填寫三維定型卡片，最后將三維定型卡片上傳至數據庫。

組裝工：根據三維定型卡片，領取組合夾具元件進行組裝；對使用完成后的組合夾具進行拆卸、清洗。

檢驗員：分為結構檢驗員和尺寸檢驗員，結構校驗員由有經驗的組裝工擔任，組裝完成即可進行結構校驗，結構檢驗合格后由尺寸檢驗員進行尺寸校驗，合格后即可出庫；對清洗后的組合夾具進行結構與尺寸校核，合格后即可入庫。

配送工：結構與尺寸均合格后即可配合使用單位人員到組合夾具站領用組裝好的組合夾具，并配送到各生產單位，將各單位要歸還的組合夾具配送到組合夾具站。

使用單位人員：發出組合夾具需求申請，協助配送工實現組合夾具出庫入庫。

其中設計員由組裝工擔任，主要是因為組裝工自己設計自己組裝，能夠隨時更改組合夾具的設計，體現出組合夾具的靈活性，并且可以省去溝通上的不便。

2 系統開發技術

1）系統開發工具：根據系統要求選用WinForm作為開發平臺[4]。該平臺能夠在網絡環境下用戶通過窗體輸入實現通訊。WinForm主要具有強大的功能、豐富的控件、快捷的數據顯示與操作三個優點，同時支持快速應用程序的開發，具有繼承性以及可擴展性，通過繼承與擴展可以得到多樣的人機交互面。

2）數據庫：根據系統集成需要使用Oracle數據庫[5]。Oracle數據庫能夠在任意一臺計算機上運行，具有安全性高、互操作性強、數據完整性高的優勢。

3）系統開發方法：采用面向對象的開發方法，將客觀世界的對象映射到面向對象系統的解空間[6]。面向對象方法主要特點是軟件系統既相互獨立又相互協作，能夠體現功能與數據的統一，通過對象來表述屬性與方法的結合，通過對象之間的關系和行為來表征系統的功能[7]。

4）系統開發語言：面向對象語言可以分為C++、Java、C#、VB.Net、Objective-C等多種，其中C#汲取C++、Java等語言優勢，更為符合現代軟件開發需求[8]。C#是.NET FrameWork框架的一部分，是以對象作為基本單位的程序設計語言，具有類、繼承、多態等特征[9]。

3 系統結構設計

目前比較流行的兩種軟件開發模式主要是C/S（Client/Server）模式和B/S（Brower/Server）模式兩種。C/S模式主要應用于程序的開發，B/S模式主要在瀏覽器、服務器等網站上應用。由于應用于企業內部的網絡，即使公司處于斷網的狀態，系統也應該照常運行，因此采用C/S模式更為合理，如圖2所示。

圖2 C/S結構模型Fig. 2 C/S structure model

在組合夾具管理系統中，組合夾具站工作人員和站長通過客戶端向服務器發送請求，服務器調用處理后將結果返回客戶端。因此，系統體系結構采用三層結構[10]，即客戶層（Client Tier）、服務器層（Server Tier）和數據層（Data Tier），如圖3所示。其中客戶層主要指人機界面層，主要用來給用戶提供操作界面，傳遞信息到系統；服務器層作為中間層，起到連接客戶層與數據層的作用，它可以處理客戶層發出的用戶請求，完成業務邏輯結構響應過程；數據層主要被服務器層調用數據進行操作并更新后臺數據，實現業務邏輯操作。

圖3 三層結構Fig. 3 Three layer structure

采用三層體系結構開發組合夾具管理系統具有以下優點[11]：① 每一層的功能都比較明確，與實際問題之間具有明確對應的關系，能夠進一步的簡化設計；② 三層結構的結構簡單，容易實現；中間層即服務器層中的各個業務代碼之間是相互獨立的，多個界面一起開發能夠提高開發效率，同時有利于軟件維護；③ 三層結構擴展性比較好，只需要在后臺添加數據以及相應界面和代碼即可進行擴展。

4 系統總體設計

組合夾具管理系統包括以下六個模塊：系統管理模塊、庫房管理模塊、使用單位模塊、計劃員管理模塊、設計/組裝模塊和檢驗管理模塊[12]，其功能架構如圖4所示。

圖4 系統功能架構Fig. 4 System functional architecture

5 功能模塊設計與實現

5.1 功能模塊設計

依據系統的總體設計，對系統的各功能模塊進行了詳細設計。

（1）系統管理模塊

用于管理組合夾具站內用戶以及更換站長。用戶管理：站長對用戶權限進行添加、刪除以及更改操作；更換站長：通過更換站長功能修改用戶名以及密碼，同時限制前站長的權限。更換成功后則需要重新登陸才能夠運行此系統。

（2）庫房管理模塊

用于管理組合夾具元件，主要包括分批次購買元件入庫、元件到期提醒、元件壽命到期提醒、元件出入庫信息查詢功能。元件入庫：包括元件庫存不足時再次購買的元件入庫，以及原本庫房中沒有的元件初次進行入庫[13]。元件出入庫信息查詢：查詢組合夾具元件的借入歸還情況。系統設置：及時提醒使用單位歸還元件、提醒采購部門購買新元件。

（3）使用單位模塊

一是提出組合夾具的需求；二是去夾具站領用組合夾具；三是去夾具站歸還組合夾具；四是查詢組合夾具元件領用歸還情況。出庫管理：組合夾具經檢驗員檢驗合格后方可出庫，出庫時配送工配合使用單位人員掃組合夾具元件條形碼實現元件出庫。入庫管理：組合夾具經檢驗員檢驗合格后方可入庫，合格后配送工配合使用單位人員掃描組合夾具元件條形碼實現元件入庫。借用元件查詢：查詢元件借用、歸還、續借時間，元件借用數量等。發布需求：包含組合夾具名稱、使用的機床、被加工零件的二維圖以及被加工零件的三維圖等。

（4）計劃員管理模塊

對組合夾具人員進行設計與組裝組合夾具需求任務分配。計劃員對組合夾具需求任務進行分配時需要查詢三部分的內容，一是組合夾具需求的查詢；二是組裝工的查詢，主要查詢目前手中沒有任務的組裝工；三是對三維定型卡片進行查詢，主要查詢三維定型卡片數據庫中有沒有需求的組合夾具。經過查詢后，即可對任務進行分配。

（5）設計/組裝模塊

本模塊中組裝工兼任設計員，而設計員的目的除了根據工藝需求設計組合夾具，并填寫三維定型卡片外，還需進行組合夾具下一步組裝。

（6）檢驗管理模塊

其功能是對組合夾具出庫前以及入庫前進行質量檢測，一是出庫前，即組裝完成后，組裝工人進行結構校對與檢驗處的檢驗人員進行的尺寸及精度校驗，對有問題的組合夾具，檢驗員通知組裝工進行重新設計組裝；二是入庫前，即組合夾具元件入庫前進行的結構與尺寸校核，對有問題的組合夾具元件進行標記并錄入數據庫。

5.2 數據庫

本文中Oracle數據庫主要包含以下五大類，分別為：元件大類表主要包括基礎件、支承件、通用件等元件信息；元件組表指單一元件的信息表，即元件大類下的元件，例如簡式正方形基礎板、正方形基礎板等[14]；領用歸還信息表用來記錄新元件入庫信息、各單位借出與歸還組合夾具元件信息；用戶表用來存儲用戶信息；三維定型卡片表主要供計劃員查詢以及組裝工查詢、下載、上傳使用。

5.3 數據流

本文以使用單位模塊為例，詳細的介紹使用單位模塊與數據庫之間的關系，如圖5所示。

圖5 使用單位模塊數據流Fig. 5 Using unit module data flow

1）使用單位人員借用組合夾具元件時，需要將借用元件以掃條形碼的方式出庫，并將組合夾具元件信息以及使用單位人員信息寫入領用歸還信息表，同時更改元件大類表中的庫存、數量信息以及元件組表中的庫存信息。

2）使用單位人員歸還組合夾具元件時，以掃元件條形碼的方式將借用元件入庫，并將歸還元件信息以及使用單位人員信息寫入領用歸還信息表，同時更改元件大類表中的庫存、數量、借次數信息以及元件組表中的庫存、借次數信息。

3）使用單位人員查詢借用元件時，需要讀取領用歸還信息表中信息，了解使用單位人員自己借用元件詳情。

4）使用單位人員發布組合夾具需求時需要將被加工元件的信息寫入組合夾具需求表。

5.4 系統界面

系統的實現界面如圖6所示。用戶進入系統時均從此登錄界面進入，只有用戶符合對應職位才擁有相應權限。以系統管理模塊中修改用戶密碼為例，所實現的模塊功能界面如圖7所示。

圖6 用戶登錄界面Fig. 6 User login interface

圖7 修改密碼界面Fig. 7 Modifying the cipher interface

其他功能模塊限于篇幅不一一列舉。全部功能模塊開發完成后，通過模擬企業內網的實驗室局域網進行了功能測試，實現了系統的全部功能需求，可以用于企業的組合夾具數字化管理[15]。

6 結論

本文通過對企業內的組合夾具需求流程進行調研與探討，分析并總結了組合夾具站管理系統需求，建立了企業組合夾具管理系統。本系統在企業內運行可實現生產任務的數字化管理，組合夾具站內業務流程可以直接通過軟件完成；系統以人員進行模塊劃分，每個模塊的功能都清晰可見，模塊與模塊之間功能由數據庫進行連接，整個系統的界面簡潔，操作便利。

參考文獻

[1] 陳長年. 迎接中國制造時代的到來 [J]. 制造技術與機床, 2003(5): 12-17.CHEN Chang-nian. Welcome to China's Manufacturing Era [J]. Manufacturing Technology and Machine Tools, 2003(5): 12-17.

[2] 王丹. 組合夾具云服務平臺的搭建與設計 [D]. 天津: 河北工業大學, 2015.WANG Dan. Construction and Design of A Modular Cloud Service Platform [D]. Tianjin: Hebei University of Technology,2015.

[3] 孫玲玲. 組合夾具管理及輔助設計的研究與系統開發 [D]. 大連: 大連交通大學, 2005.SUN Ling-ling. Research and System Development of Modular Fixture Management and Auxiliary Design [D]. Dalian: Dalian Jiaotong University, 2005.

[4] 武漢厚溥教育科技有限公司. WinFrom技術應用 [M]. 北京: 清華大學出版社, 2014.Wuhan HOPU Education Technology Co.,Ltd. WinFrom technology application [M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2014.

[5] 趙笑聲. ORACLE數據庫應用從入門到精通 [M]. 北京: 中國鐵道出版社, 2016.ZHAO Xiao-sheng. Oracle Database Application from Beginning to Mastery [M]. Beijing: China Railway Publishing House,2016.

[6] 王亦誠, 曹國豪, 徐正芳. 面向對象方法在倉儲管理系統中的應用 [J]. 信息與電腦(理論版), 2017(2): 135-138.WANG Yi-cheng, CAO Guo-hao, XU Zheng-fang. The Application of Object-Oriented Method in Warehouse Management System [J]. China Computer & Communication (theory), 2017(2): 135-138.

[7] 徐其帥. 面向對象軟件開發方法的實例分析 [D]. 杭州: 浙江大學, 2008.XU Qi-shuai. An Example Analysis of Object-oriented Software Development Methods [D]. Hangzhou: Zhejiang University,2008.

[8] 王欣, 黎峰. 新型的面向對象的編程語—C# [J].計算機工程與設計, 2004, 25(6): 929-931.WANG Xin, LI Feng. New typy of object oriented programming language—C# [J]. Computer Engineering And Design,2004,25(6): 929-931.

[9] 鄭宇軍. C#面向對象程序設計 [M]. 北京: 人民郵電出版社, 2013.ZHENG Yu-jun. Design of Object-oriented Programming [M]. Beijing: People's Post and Telecommu-nications Press, 2013.

[10] 佚名. 軟件體系結構[M]. 北京: 清華大學出版社, 2007.Anonymous. Software Architecture [M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2007.

[11] 胡慧慧. 基于WEB的柔性工資管理系統的研究與實現 [D]. 合肥: 合肥工業大學, 2009.HU Hui-hui. Research and Implementation of Flexible Salary Management System Based on WEB [D]. Hefei: Hefei University of Technology, 2009.

[12] HOU J L, TRAPPEY A J C. Computer-aided fixture design system for comprehend-sive modular fixtures [J]. International Journal of Production Research, 2001, 39(16): 3703-3725.

[13] NEE A Y C, TAO Z J, KUMAR A S. A Database Management System for Modular Fixtures [M]//An Advanced Treatise On Fixture Design And Planning. 2004: 187-200.

[14] 王勇, 于灑, 祝鑫, 等. 基于CAA的組合夾具快速設計模塊研究與實現 [J].新型工業化, 2017, 7(11): 1-4.WANG Yong, YU Sa, ZHU Xin, et al. Research on Quick Design Method of Modular Fixture Based on CAA [J]. The Journal of New Industrialization, 2017, 7(11): 1-4.

[15] 周珺. 科技信息化與企業的創新發展 [J].新型工業化, 2016, 6(12): 77-80.ZHOU Jun. The Importance of Science & Technology Informatization in the Innovation and Development [J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(12): 77-80.