面向CSP- LED 生產線的Web 管理系統設計

唐 斌,范 恩*,李 響

(1.紹興文理學院 數理信息學院,浙江 紹興 312000；2.紹興文理學院 機械與電氣工程學院, 浙江 紹興 312000；3.武漢工程科技學院 信息工程學院,湖北 武漢 430299)

引言

隨著科技的不斷進步，制造業也逐漸向數字化、網絡化、智能化等方向發展[1]。CSP-LED 生產線相比傳統生產線，由于高速、高精度的生產特性，需要監控的工藝指標較多、設備結構復雜，導致生產過程和操作管理上存在一定的難度[2-4]。為了提高生產線監控的全面性、準確性，減少生產過程中由于質量缺陷帶來的損失，利用軟件、互聯網等技術搭建生產線管理系統逐漸成為一種趨勢。Web 管理系統通過特定的程序或軟件將生產線管理構成一個有機整體，使得生產線的相關控制、管理變得十分方便，從而提高生產效率[5]。因此，本研究面向高速高精度CSP-LED 生產線設計一個Web 管理系統。

1 系統的設計思想

針對設備監控和生產過程，開發出一種面向CSP-LED 生產線的Web 管理系統。通過對生產過程相關數據的采集、處理，然后利用云數據庫存儲這些數據，開發Web 管理系統，最后通過將Web 系統與云數據庫的互聯，實現生產數據的可視化及對生產問題的分析和處理。

2 系統開發與實現

2.1 系統組成

Web 管理系統主要由兩個模塊組成：設備網絡和軟件管理系統。

2.1.1 工業互聯網

工業互聯網是工業系統互聯、工業數據傳輸、處理與交換的基礎，包括工廠內部網絡化、數字化、智能化及其外部數據的交換和傳輸需求，構成工業互聯網的整體架構。基于CSP-LED 生產線的Web 管理系統網絡架構主要分為三層：感知層、網絡層以及應用層。感知層：主要實現對物料等識別以及生產數據的采集、處理、傳送等。在感知層，一般部署多種與生產設備相關的傳感器、執行器和智能裝置等，從而實現對生產線及產品的生產情況的感知、識別和處理。網絡層：主要根據生產車間的環境，搭建無線或有線網絡，實現生產設備的互聯。工業互聯網一般通過網絡互連、互通實現信息數據在生產單元之間、生產系統與設備主體之間的無縫傳輸。應用層：主要通過Web 管理系統的數據可視化，提供各類資源的服務化表述。它主要涉及Web 服務器（Apache）、數據庫服務器（MySQL）以及設備信息處理器，通過本地服務器和數據庫實現。

2.1.2 CSP-LED 軟件系統

CSP-LED 管理系統依托于工業互聯網中數據流、軟件流、硬件流和信息流的交互，優化生產過程中信息的傳遞，有效地管控產品的產量、產品的不良率以及智能設備的稼動率，使生產計劃、執行、控制形成閉環，從而提升生產線智能化。如圖1 所示，生產線的架構主要可以分為三層：設備控制層、產線執行層和產線管理層。

圖1 生產線架構

設備控制層：設備控制層需要對產品進行檢測，回傳數據信息。CSP-LED 生產線需要對生產設備進行監控管理，如在線燈珠固晶機、在線電阻固晶機、在線回流焊、在線光學檢測機、在線封膠機、在線固化爐等設備。在生產過程中，生產設備都會產生大量與生產相關的數據，通過工業互聯網將數據傳輸到數據庫服務器，方便進一步處理。

產線執行層：主要為產品數據可視化而開發，包括車間電子看板、生產線電子看板。根據設備控制層傳輸的數據，可以直觀獲取產品的生產計劃，各個生產線生產不同型號產品的完成量、合格量、合格率以及設備的稼動率。通過生產看板，有助于生產者或管理者更直觀了解生產詳情，方便根據生產情況改變生產計劃，對設備進行管理等。執行層的所有決策都是在明確目標和確定的資源下做出的。通過直觀的數據表格可視化、圖像可視化可以方便決策者對生產進度進行精準執行。

產線管理層：產線管理層通過對產品執行層可視化看板進行操作管理。數據可視化需要對數據進行管理和可視化展示。Web 服務器根據生產線不同的生產情況進行設計，進而設計對應的數據庫。客戶端也能夠從Web 生產管理平臺獲取產品的生產詳情，對生產設備進行管理。

2.2 管理系統Web 端設計

管理系統Web 端的主要功能如下：(1) Web 服務器通過安裝Xampp 所涉及的服務器，將Web 管理系統網頁及相關資源都存放在Web 服務器；(2) 通過數據庫應用軟件設計數據表，從而方便數據庫開發者通過數據庫管理軟件統一管理數據的插入、修改、檢索等操作；(3) 通過訪問Web 服務器可直接訪問或顯示服務器中的相關資源。

2.3 系統數據庫設計

根據生產車間和生產線的生產情況，對生產線E-R 圖和生產設備E-R 圖進行設計。生產車間具有多個生產線，因此設計為車間對應多個生產線。每個生產線都對應有一個生產線標識ID，設置為數據表存的主鍵。生產線主要采集生產產品的詳情，包括產品型號、產品計劃生產數量、生產數量以及產品合格的數量等。

生產設備主要包括設備型號、設備狀態、設備溫度、濕度以及當前時間等屬性。其中，設備型號用于表數據，主鍵用于標識區別其他設備；設備狀態on、off、out 分別對應設備開啟狀態、關閉狀態以及故障狀態。

Web 生產管理系統采用MySQL 開發數據庫。其中，led_line 表用于存放生產線數據，equipment_status存放設備狀態情況，equipment001_details 用于存放001 設備的溫度、濕度、時間等信息。實際中，需要為每臺設備均需設計一張表。

這里，稼動率指設備在所能提供的時間內，為創造價值而占用的時間所占的比重，即產品完成率=完成數/計劃生產，產品合格率=合格數/完成數，產線稼動率=有效時間/總時間。

3 系統測試

3.1 數據庫測試

下面測試數據庫，具體操作如下。

首先，通過Apache 服務器以及MySQL 數據庫，運行數據庫連接代碼。

然后，可以直接通過第三方數據庫管理軟件Navicat 查看數據庫。

根據上述連接的數據庫，查看可視化數據庫數據，可以修改SQL 語句，將數據傳入數據庫，這里采用PHP 語言實現：

連接數據庫后，可以將數據進行表格顯示或者圖像顯示等。針對多個設備傳入的大量數據庫，數據庫數據實時會發生變化。此時，應該對頁面進行定時刷新，達到頁面實時顯示的功能。

3.2 Web 頁面測試

3.2.1 Web 系統頁面

如圖2 所示，Web 系統頁面主要顯示產品工單、產品型號和生產數量，中間部分采用css、js 美化和動態顯示燈帶1、燈帶2 完成數量和未完成數量的圓環占比關系，右邊通過柱狀圖顯示各產線的完成數量關系。根據數據庫表中數據對生產線各個生產指標進行具體表示，使網頁可視化展現的數據更具有準確性、精準性。

圖2 Web 系統頁面

Web 系統可視化頁面主要顯示生產線Line001-Line007 等七個生產線的設備數、生產線計劃生產量、完成數量、完成率、產線稼動率、產品合格數以及工作狀態。這些數據可以在數據庫中以表格的形式顯示，頁面還會將各生產線產品型號歸總一起。此外，可以將數據以柱狀圖顯示來高效、直觀了解各生產線的生產情況。

3.2.2 各產線稼動率

生產線稼動率是生產線在投入工作時間內的實際工作時間。生產線稼動率高說明生產線上各設備的有效工作時間長；反之，生產線稼動率低一般是因為各設備在使用過程中出現故障而需要時間維修，導致工作效率低。因此，生產線的稼動率可視化可以方便管理者實時了解生產線的工作情況，便于調整產線、更換設備等。具體代碼如下所示：

3.2.3 生產線設備溫度變化

由于實際生產過程中，設備工作時會因電子器件產生的熱量和環境熱量影響其工作效能，甚至會對機器造成不可修復的破壞。因此，需要對設備進行實時溫度監測和設備管理，這對調整生產線的相關參數十分重要。

4 結論

本研究設計了一種面向CSP-LED 生產線的Web管理系統。該系統主要包括Web 網頁設計和后端數據，能夠實現CSP-LED 生產線數據的Web 可視化。在后續工作中，我們也將對系統功能進一步完善：（1） 進一步完善數據庫中圖表，保證其中數據的完整性，以便于應對更為復雜的生產線情況，且對數據的格式大小等可靠性限制，實現遠程的訪問與管理；（2） 進一步開發Android 手機端頁面可視化，提供遠程監控和可視化管理。