冶金企業(yè)車間設備管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

徐國明

（遼寧新都黃金有限責任公司，遼寧 朝陽 122000）

自進入21 世紀后，隨著生產(chǎn)技術不斷的發(fā)展，各國的經(jīng)濟得到了顯著的提升。冶金產(chǎn)業(yè)作為國家發(fā)展的經(jīng)濟支柱，得到了國家的重視，并成為了經(jīng)濟體制改革中的熱點問題[1]。國家采取多種政策鼓勵企業(yè)的發(fā)展，進一步擴大冶金企業(yè)的規(guī)模。在冶金企業(yè)不斷進步的同時，也造成了一系列的管理問題。冶金車間中的設備不斷增加，如未對其進行合理管理，會造成設備故障，維修不及時，導致設備淘汰的問題。在以往的設備管理過程中，多采用設備管理系統(tǒng)作為主要的管理手段。設備管理系統(tǒng)是一種應用于企業(yè)內(nèi)部的信息管理系統(tǒng)，用于連接企業(yè)內(nèi)部各個生產(chǎn)部門，并負責企業(yè)設備的基本情況以及相關的信息進行登記存檔。并根據(jù)設備檔案對設備的使用、采購以及分配進行全方位的管理。隨著企業(yè)對設備管理的重視程度不斷加深，對于其的研究也正在逐步深入。

目前，大部分的冶金企業(yè)均構(gòu)建了屬于自己企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡，并將設備管理系統(tǒng)部署在了自己的內(nèi)部網(wǎng)絡上，這雖然在某種程度上提升了企業(yè)的車間設備管理的高度，但由于網(wǎng)絡不穩(wěn)定的原因，造成無法及時了解設備的相關信息的問題。因此，在此次研究中設計新型冶金企業(yè)車間設備管理系統(tǒng)，并針對此問題展開優(yōu)化，提升管理系統(tǒng)的使用效果。

1 冶煉廠常用生產(chǎn)設備

皮帶運輸是一種摩擦驅(qū)動以連續(xù)方式運輸物料的機械設備，在冶煉廠生產(chǎn)中它可以將物料在輸送線上，從最初的供料點到最終的卸料點之間形成一種物料的輸送流程。皮帶運輸機既可以進行碎散物料的輸送。通用帶式輸送機有輸送帶、托輥、滾筒及驅(qū)動、制動、張緊、改向、裝載、卸載、清掃等裝置組成。由驅(qū)動裝置拉緊輸送帶的牽引和承載構(gòu)件，通過改向滾筒形成回路，冶煉廠生產(chǎn)物料從裝載裝置（下料斗及擋板橡膠皮等）分布在皮帶上，隨皮帶連續(xù)輸送，由卸載裝置（犁式卸料器和下料斗）送至下一流程。

圓盤給料機主要由電動機、減速裝置、圓盤、料槽、刮板、給料套筒及調(diào)節(jié)裝置等幾個部分組成。它由懸吊在盤套側(cè)面的電動機，經(jīng)過三角皮帶、渦輪減速機立軸帶動圓盤旋轉(zhuǎn)，給料套筒及調(diào)節(jié)裝置可調(diào)節(jié)給料口與圓盤的距離，改變落料量的多少，圓盤在料槽內(nèi)帶動物料轉(zhuǎn)動，通過刮板將物料滑落在給料機下面的運輸設備上。電機通過變頻器改變轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)給料速度，達到與給料速度相匹配，避免斷料或滿料。

因冶煉廠生產(chǎn)流程中每個工序之間環(huán)環(huán)相扣，如果在設備運行時出現(xiàn)使用或管理不到位，會導致不良后果出現(xiàn)，為此設計了車間生產(chǎn)設備管理系統(tǒng)，提高設備運行可靠性。

2 冶金企業(yè)車間設備管理系統(tǒng)硬件設計

在此次系統(tǒng)硬件設計中僅對系統(tǒng)中的設備數(shù)據(jù)采集芯片展開優(yōu)化，由于此次設計的系統(tǒng)架構(gòu)采用B/S 結(jié)構(gòu)的，因此在客戶端與控制終端計算機中均需要設定數(shù)據(jù)采集芯片，同時增加一臺服務器，并將數(shù)據(jù)庫安裝到此服務器上。在上述設備中安裝相應的網(wǎng)絡接口，通過瀏覽器連接服務器，服務器操作數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫將信息返回到服務器，最后將數(shù)據(jù)傳輸至客戶端計算機中，通過JSP 頁面顯示最后的數(shù)據(jù)結(jié)果。針對上述設備管理流程，此次選用的數(shù)據(jù)處理芯片為CYUSB3014 芯片，此芯片為集成化芯片，設有多個ARMS 外設接口。為數(shù)據(jù)接口的并行與串行連接提供可能，同時可將此芯片與系統(tǒng)中的其他設備進行有效連接，高效地完成數(shù)據(jù)采集與處理。

圖1 主控芯片使用設定

根據(jù)此次系統(tǒng)測試的需求與預定目標，將CYUSB3014芯片[2]技術參數(shù)設定如下：ARM9 CPU一個；CPU最高頻率設定為300MHZ；支持外設形式為IIC、DART、SPI；端點最多可為32個；GPIO引腳最大值可達到50個。使用上述設定技術參數(shù)，可有效實現(xiàn)系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)采集芯片的要求。在此芯片中，采用嵌入式的方式添加SRAM，并支持多種啟動方式，實現(xiàn)芯片與系統(tǒng)其它設備之間的有效連接。將此芯片安裝到原有的系統(tǒng)硬件框架中，并將其作為此次系統(tǒng)軟件開發(fā)的基礎。

3 冶金企業(yè)車間設備管理系統(tǒng)軟件設計

在此次軟件開發(fā)前，首先對目前使用的車間設備綜合管理系統(tǒng)的使用情況進行全面的分析，并根據(jù)分析結(jié)果進行針對性的優(yōu)化過程。為保證此次系統(tǒng)設計結(jié)果的合理性，軟件開發(fā)以文中設計的硬件結(jié)構(gòu)作為基礎。此次冶金企業(yè)車間設備管理系統(tǒng)軟件設計結(jié)果具體如下所示。

3.1 車間設備信息采集

針對原有綜合管理系統(tǒng)在使用中的不足之處，對設備信息采集模塊展開優(yōu)化。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)，對設備的基礎信息需要采用人工錄入的方式進行采集。由于在此次研究中對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集硬件展開優(yōu)化，因此，將此模塊功能實現(xiàn)過程設定在數(shù)據(jù)采集芯片的使用上。在此次設計中，信息采集流程設定為自動化形式。為車間單位開通對應的管理賬號，并為其開通相應的功能。隨后，開通數(shù)據(jù)錄入通道，完善設備基礎信息及使用狀態(tài)信息作為系統(tǒng)中的元數(shù)據(jù)。此部分數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集傳感器取得，將此傳感器安裝到冶金車間中重要的生產(chǎn)設備中，通過傳感器獲取設備運行數(shù)據(jù)，并通過上述設定的數(shù)據(jù)處理通道將設備數(shù)據(jù)匯聚到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，作為設備綜合管理的基礎。

3.2 車間設備信息處理分析

使用上述模塊中采集到的數(shù)據(jù)作為設備管理的數(shù)據(jù)基礎，采用K 均值聚類算法[3]對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行聚類分析，完成管理過程。通過此種計算方法，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整整體劃分，降低數(shù)據(jù)處理的難度，提高系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)能力。設定系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)集為 A : A ={A1, A2,..., Ai,...,An}，在數(shù)據(jù)處理與分析中需要將數(shù)據(jù)分為k 類，具體可表示為{{α1} ,{ α2} ,...,{ αi} ,...,{αn}}，其中2 ≤ k ≤ n。設定 Ji表示信息分類后的中心，則信息種類劃分可表示為：

根據(jù)上述公式計算出數(shù)據(jù)分析的均值，通過此部分計算過程將信息中相似度最高與相似度最低的數(shù)據(jù)進行區(qū)分，達到數(shù)據(jù)劃分的最優(yōu)解，并將分類后的設備信息分配到對應的模塊中，為用戶提供管理。在計算的過程中需要將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)預設為數(shù)據(jù)集的形式，以便于計算的開展。

將上述設定的數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理模塊引入到原有的系統(tǒng)軟件中，并將文中設計的系統(tǒng)硬件與原有硬件相結(jié)合，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成性優(yōu)化。至此，冶金企業(yè)車間設備管理系統(tǒng)設計完成。

4 系統(tǒng)測試分析

4.1 系統(tǒng)測試方案設定

為了應對設備的更新以及數(shù)據(jù)量的增加，在冶金企業(yè)車間設備管理系統(tǒng)設計正式投入企業(yè)使用前，在設計過程中加入對應的系統(tǒng)測試環(huán)節(jié)，以保證系統(tǒng)設計結(jié)果的可行性與科學性。隨著系統(tǒng)的不斷進步，其內(nèi)部的規(guī)模越來越大，系統(tǒng)的代碼設計也會愈發(fā)的復雜，同時系統(tǒng)漏洞出現(xiàn)的次數(shù)也會增加，因此，在此次系統(tǒng)功能開發(fā)之后，設定系統(tǒng)測試環(huán)節(jié)。通過此次測試，保證系統(tǒng)功能可滿足預定目標，同時考察系統(tǒng)的性能變化。

在實際應用的過程中，系統(tǒng)不但需要正確的運行預定的業(yè)務流程，同時還需要對用戶的指令做出相應的回應。因此，在此次系統(tǒng)測試中采用壓力測試的形式，通過系統(tǒng)CPU 占用率與網(wǎng)絡吞吐率作為對比對象，完成測試結(jié)果的量化過程。將系統(tǒng)測試環(huán)境安裝到實驗室的局域網(wǎng)內(nèi)，測試對象設定為某冶金單位的多個行政、業(yè)務部門。在測試的過程中，將主要設定為兩臺高精度計算機、一臺數(shù)據(jù)交換機、一臺網(wǎng)絡服務器以及一臺磁盤列陣。在兩臺計算機中分別安裝設備管理系統(tǒng)客戶端與控制端軟件，服務器中安裝應用程序以及數(shù)據(jù)庫，將預設的數(shù)據(jù)文件存放在磁盤中。具體測試設備硬件配置如下所示。

表1 測試平臺硬件配置

采用上述設定的系統(tǒng)測試設備作為此次測試的實施平臺，將文中設計系統(tǒng)與其他兩種系統(tǒng)的相關軟件安裝到此測試設備中，完成系統(tǒng)測試環(huán)節(jié)，并對測試結(jié)果進行分析。

4.2 系統(tǒng)測試結(jié)果分析

采用上述設定的系統(tǒng)測試方案，進行10 次系統(tǒng)測試，得到以下測試結(jié)果：

表2 系統(tǒng)測試結(jié)果

在多次不同的壓力測試后發(fā)現(xiàn)，文中設計系統(tǒng)的使用效果遠優(yōu)于其他兩種目前應用的管理。目前使用的管理系統(tǒng)在多用戶并發(fā)的情況下對于信息數(shù)據(jù)的處理效果較差，不能很好地為用戶提供服務，在數(shù)據(jù)的收集與傳輸方面存在較為顯著的問題，甚至出現(xiàn)系統(tǒng)崩塌的問題。文中設計系統(tǒng)的使用效果較佳，可為冶金企業(yè)提供更好，更加便捷的服務。在日后的設備管理中可使用文中設計系統(tǒng)作為主要的服務平臺。

5 結(jié)語

根據(jù)系統(tǒng)應用測試結(jié)果可知，此次研究中設計的系統(tǒng)基本滿足了冶金企業(yè)對于車間設備的管理業(yè)務要求，但在設計中還存在相應的不足之處。隨著信息管理技術的不斷發(fā)展與設備管理工作的不斷深化，在日后的研究中設備管理系統(tǒng)也會得到不斷的優(yōu)化與完善。具有由以下幾個領域：首先，對于系統(tǒng)的配套功能進行合理的開發(fā)與規(guī)劃；其次，設定更加人性化的交互方式，提升設備管理工作的效率。希望在不久的將來，此次研究中設計的系統(tǒng)可以使得冶金企業(yè)車間設備管理工作更加輕松高效。