工位暗灯系统的设计与实现

莫太平，吕帝权，赵佩斯

（1.桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院，桂林 541004；2.桂林电子科技大学 计算机科学与工程学院，桂林 541004）

Andon系统最早起源于日本丰田汽车公司，主要用于实现车间现场的目视化管理[1]。而目前车间生产现场存在如下问题：（1）生产人员遇到问题时不能及时传达给相关负责人；（2）车间工人流动性大，遇到问题时不知道找谁处理；（3）问题分析统计跟不上，导致相关问题不断重复发生；（4）尤其是大车间，沟通环节严重浪费很多时间。

为了解决上述问题，设计与实现了工位暗灯系统。生产线上工位旁安装一定数量的异常请求按钮，当按下按钮时，车间现场可通过LED看板或监控室的电脑显示生产线工位出现的异常，同时播放特定的音乐来提醒管理员或以短信的方式来通知负责人解决问题。

1 系统总体结构

工位暗灯系统由暗灯设备、可编程控制器PLC、OPC服务、监控终端、数据存储5个部分组成。工位暗灯系统总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构Fig.1 Overall system structure diagram

暗灯设备包括设备暗灯、物料暗灯、质量暗灯、启停暗灯4种类型。设备暗灯代表设备出现了故障；物料暗灯代表生产线上的某个工位缺料、换料、带料；质量暗灯代表产品质量有问题；启停暗灯代表启动或停止工位暗灯系统。

工位暗灯系统中的PLC主要是对暗灯信号进行处理，将处理好的信号保存在PLC上，等待OPC服务来读取。

OPC是一种利用微软的DNA架构和COM/DCOM技术的一个工业化标准接口，主要作用是Windows应用程序可以通过OPC中间层访问底层设备的数据，而不再担心底层设备驱动如何实现[2]。通过配置OPC服务，可以实时获取底层硬件PLC的数据。

监控终端负责从OPC上获取暗灯数据，将数据保存到远程端的数据库中，并将数据显示在电脑终端或者LED看板上。

2 工位暗灯系统的设计

2.1 系统架构的设计

系统中采用MVVM设计模式和三层架构来设计。

MVVM是微软为WPF提供的一种特有的界面设计模式。在MVVM模式下，用户与View进行交换，View与ViewModel通过数据绑定或者命令绑定进行交互，ViewModel和 Model进行交互。使用MVVM设计模式可以帮助分离业务层，显示逻辑和用户界面，使得程序代码结构清晰，容易阅读、测试、维护、替换和改进[3]。

三层架构主要分为表示层、业务层、数据层。其中，表示层主要负责数据的呈现和接受用户输入的数据，为用户提供一种交互式操作界面；业务层主要是针对具体的业务问题，对数据层进行操作；数据层主要以Dapper为接口，处理业务层对数据的请求。这样分层的目的是为了实现 “高内聚低耦合”的软件开发思想，提高代码的优化性和重用性。

应用软件的架构如图2所示。

图2 系统体系结构Fig.2 System architecture diagram

2.2 系统功能模块设计

工位暗灯系统主要包括基础数据和暗灯报表2大功能模块，系统功能结构如图3所示。

图3 系统功能结构Fig.3 System function structure diagram

2.2.1 基础数据模块

基础数据主要包括用户管理、车间管理、生产线管理、暗灯采集器、暗灯类型、生产线暗灯音乐和工位管理7部分组成，每一个部分都有添加、修改、删除功能。

用户管理主要是对用户的用户ID、用户名、密码、联系方式等信息进行管理。

车间管理是为了管理工厂车间信息，车间信息主要包括车间编码、车间名称、负责人。

生产线管理是为了管理每个车间下的生产线信息，生产线信息主要包括生产线编码、生产线名称、所属车间。

暗灯采集器主要是管理OPC的信息，OPC信息包括编码、名称、物理地址（OPC的IP地址）。

暗灯类型主要是根据工位异常情况，来定义不同的暗灯类型。暗灯类型包括了编码、名称、音乐、暗灯颜色（用于报表饼图绘制的颜色）、是否停线和启停标记。

生产线暗灯音乐主要是为每一条生产线添加暗灯音乐，生产线暗灯音乐的信息包括生产线编码、暗灯类型编码、音乐路径。

工位管理主要是对车间生产线下的工位信息进行管理，工位信息主要包括生产线编码、工位编码、工位名称、暗灯类型编码。

2.2.2 暗灯报表模块

暗灯报表主要包括暗灯事件、前N位停线工位、暗灯期报、分类暗灯期报、停线比重分析、短信发送信息6部分。

暗灯事件是用于显示暗灯发生的开始时间、结束时间、暗灯类型等信息，同时可以根据生产线、暗灯类型和工位名称等条件进行查询和导出Excel表格。

前N位停线工位是根据暗灯停线时间段和所在生产线的前N位工位进行查询，统计每一个暗灯类型的停线时长、停线次数和停线频次最高的前N个工位，同时具有导出Excel表格的功能。其中N可以用具体的整数来表示。

暗灯期报是可以根据暗灯停线时间段、所在生产线的前N位工位进行查询，统计当前生产线上前N位工位所有暗灯的总工作时间、总停线时间和停线率，并绘制停线率曲线图。

分类暗灯期报可以根据暗灯停线时间段、时长或者频次查询某个车间的停线情况，并绘制所有暗灯停线时长或频次所占百分比的饼状图。

停线比重分析可根据生产线、对应生产线下的工位查询某个暗灯停线时间段各类暗灯的停线比重情况报表，并绘制各类暗灯停线的柱状图。

短信发送信息主要是查询短信发送的历史记录，了解短信的发送情况。

3 工位暗灯系统的关键技术

3.1 监控终端服务技术

监控终端服务技术采用VS2010平台提供的WCF（windows communication foundation）[4]服务技术来开发。WCF是由微软开发的一系列支持数据通信的应用程序框架，它整合了原有的Windows通讯的.net Remoting，WebService和 Socket机制，并融合了Http和Ftp的相关技术，是Windows平台上开发分布式应用最佳的实践方式。

监控终端服务程序流程图如图4所示。

图4 监控终端服务程序流程Fig.4 Flow chart of monitor terminal service program

3.2 短信发送服务技术

本系统的短信服务采用自动启动方式的Windows服务程序。Windows服务程序是在Windows操作系统下能完成特定功能的可执行的应用程序，但是它不像一般的可执行文件通过双击就可以运行，它有自动启动和手动启动2种启动方式。短信发送服务程序流程如图5所示。

图5 短信服务程序流程Fig.5 Flow chart of short message service program

3.3 WPF技术

工位暗灯系统的终端采用WPF技术进行开发，WPF通过XAML标记语言来构建绚丽的界面。XAML语言是一种可扩展应用程序标记语言，其特点是简单易懂、结构清晰、界面设计高效快速[5]。

WPF与MVVM设计模式的完美结合，使得程序开发人员和界面设计人员可以各司其职，分别专注于各自负责的内容，相互不影响，使得开发与设计能够并行进行，从而提高了程序的开发效率。

4 结语

随着信息化的不断发展，企业之间的竞争也将会日益激烈，加强企业信息化建设已经成为企业必选之路。而本文提出的基于C/S模式的工位暗灯系统，正是加强企业信息化建设的一种方式。通过实践应用，证明了采用WPF、WCF和Windows服务技术开发的工位暗灯系统，除了友好绚丽的界面外，确实能够及时响应生产线工位出现的异常情况。通过暗灯报表分析，可以为生产线中存在的问题提供解决依据，根据这些依据，提出正确的解决方案，从而保障生产线的正常生产。

[1]王宁，何瑛.汽车制造业生产物流物料按灯系统设计[J].计算机工程与应用，2010，46（12）：214-218.

[2]王琳.基于MES的机械产品装置过程可视化监测与控制系统研究[D].安徽：合肥工业大学，2013.

[3]陈涛.MVVM设计模式及其应用研究[J].计算机与数字工程，2014，42（10）：240-243.

[4]张敬普，丁士锋.精通 C#5.0与.NET 4.5高级编程—LINQ、WCF、WPF和WF[M].北京：清华大学出版社，2014.

[5]段宇，唐耀，陈晓强.基于WPF的潜水装具零部件虚拟拆装实现[J].计算机测量与控制，2013，21（10）：216-218.