煤矿机电设备管理系统的设计

刘飞

摘  要：本文在对某大型矿业集团设备管理实际需求分析的基础上，提出了基于RFID技术的煤炭企业设备全生命周期管理的思想。提出总体目标及系统总体设计方案，在其基础上进行了煤矿机电设备管理系统Web端和移动客户端两部分的设计与实现。为设计适应于矿业集团机电设备管理系统提供支持，提高机电设备的管理效率。

关键词：机电设备;管理系统;系统需求

1、系统研究背景及总体目标

1.1 系统研究背景

某现代大型矿业集团下属矿井分布广泛，设备采购一般由物资供应公司统一采购，下属各矿分别设立其各自供应部及小库房，负责单位设备的进、销、储等工作，为了提高设备管理效率，经过实地调研，认为目前大型矿业集团煤炭企业设备管理方面主要存在以下问题：

（1）设备全面状态信息的缺失，手工编制计划，使设备采购计划、接替计划，工作量大，编制困难，容易出现错误和偏差，从而造成不必要的经济损失。

（2）机电设备采购流程不够完善，造成设备采购信息丢失，设备采购成本变大，设备不能从其全生命周期进行管理等，设备故障维修不及时造成生产中断，降低生产效率。

（3）机电设备技术资料大多以纸质文字形式存在，不能上傳至系统，未能形成资源共享，资料不全且大部分保管在设备采购单位，导致设备大修无技术资料，影响设备大修。

（4）设备信息不能共享，形成广泛存在的信息孤岛。虽然个别单位有信息管理系统，但数据不能共享，也不完善。管理手段变化跟不上生产变化要求，部分规章流程执行困难，有些备件信息不能准确查找或查找困难、无法进行全面 的资产统计。

本系统分析了某大型矿业集团的机电设备管理现状，分析了其现有的系统的不足，从其实际需求出发提出了设备全生命周期管理的思想，并且应用RFID技术实现设备的全生命周期管理，对其业务流程进行了设计，并且对设备故障预警功能进行了详细设计，提高了煤矿生产效率和集团的管理水平，保证了系统的数据信息完整，为以后的数据分析处理打下了基础。

1.2 总体目标

本系统通过建立设备机电设备管理系统，满足企业设备管理业务的各项功能要求，逐步通过信息化手段，建立严格的管理流程，从区队领提报计划开始，计划通过审批后，通过使用RFID标签，对各种设备进行全生命周期管理，通过RFID方式来管理设备的入库出库，对设备的进出做到严格、准确，保证设备的领取数量真实准确。同时，通过和财务系统建立接口，财务系统可以通过供应系统的数据，实施的进行核算，能够准确的控制库存。消除小库存的情况，提高数据共享程度，减低系统间数据集成的壁垒，为企业进行决策支持提供更完整、真实的数据。该系统的具体目标主要包含以下几点：

（1）提高生产率和设备利用率，减少随机故，在引入RFID技术的同时，实现对设备的全生命周期的管理。

实施机电设备管理系统可以提高劳动生产率和设备的利用率、可靠性，减少设备停机时间和停机率，提高生产率。

（2）规范、优化设备管理与维修流程，强化全生命周期管理，提高管理效率。

（3）将设备管理的前端延伸至区队设备使用后，通过井下RFID和井下3G/4G网络能够实现对设备使用、运行、维护、更换等环节的完整记录。

2、系统需求分析

2.1 业务需求

机电设备管理系统将设备管理的前端延伸至区队井下投入使用，将设备管理的后端延伸至供应商，还通过数据接口和财务系统进行链接，提高了财务管理之效率。在设计初期，通过与某矿业集团相关工作人员进行沟通，明确了需求，通过梳理总结得出该系统的完整业务流程[1]，如下图1所示。

本系统总体流程分为计划流程、出入库流程和设备使用流程。计划流程主要是对设备采购计划的生成进行管理。计划首先由区队材料预算人员进行提报，而后经区队长审批和矿级主管部门审批后流转至供应站，供应站根据当前的库存进行平衡利库，区分出自购和代购部分，然后将代购部分的设备流转至物资供应公司，最后由物资供应公司通知供应商进行送货。当供应商持送货通知单到物资供应公司驻矿供应站时，供应站工作人员将设备进行验收入库并初始化物资的RFID标签，粘贴并完成设备入库，区队领用时，通过提报领料单过矿二级审批后，打印纸质领料单到供应站进行设备的领取。

2.2 性能需求

（1）可靠性

系统应具有较高的可靠性，系统运行过程要保证其在多用户访问时具有稳定性，在系统高效处理数据的同时要保证运行的稳定性，同时也要确保数据的准确性、完整性和一致性。

（2）可扩展性

在设计系统过程中我们必须考虑其可扩展性，为方便系统的升级维护，在设计系统时，系统应提供良好的接口，根据需要提供方便灵活的设置，系统在接口上要保持灵活性和可扩展性。

（3）实时性

实时性是本系统性能的关键，当设备信息进行变更时，需要系统的数据及时更新，因此系统必须及时采集机电设备的实时数据，并且及时对这些数据进行处理。如更新设备的运行状态数据、保存最新数据和日志、及时发出警报发送消息等。

（4）响应速度

由于整个系统处于专网当中，其带宽可以得到保证，故其静态页面显示不超过20秒钟，数据表格页面的显示平均时间不超过40秒钟，若含有导出、汇总、图标显示等功能时，显示时间不能多于3分钟。

（5）安全性

由于该机电设备管理系统中不涉及机密或非常重要的信息，因此不必对系统进行防火墙或特殊加密等处理。但是在系统登录时我们需要系统过滤权限，在存储密码时，需要对密码进行加密操作，而且管理员创建用户后，该用户可以修改密码保证自己的信息安全，系统必须设置管理员机制，每个管理员的所进行过的操作也被定时存入日志中[2-4]。

2.3 功能需求

针对煤矿的设备管理现状及对设备管理系统的需求，我们提出的机电设备管理系统是一个以设备全寿命周期管理为核心的综合管理系统。各个功能模块之间都是通过业务流程进行关联，淄博矿业集团的功能需求是通过具体的业务流程，根据原有的系统所存在的问题而提出的，系统功能设计必须满足该需求，其基本功能要求覆盖以下互相集成、互相协作的功能模块：

（1）权限管理功能模块

主要包括用户管理、应用管理和角色管理三个主要功能模块，其中用户管理是指对使用系统的用户进行添加修改，以及对个人账户进行修改密码等操作;应用管理是对所有的功能进行分组，而角色管理是指对矿井人员进行不同的角色分配，从而确定他们的具体权限。

（2）通知管理功能模块

主要包括通知公告管理、通知公告录入和通知公告查询，通知公告管理，只要是对过期公告进行删除操作，通知公告录入功能主要是对集团或者矿井领导的通知进行公告进行发布，通知公告查询是其他相关人员可以对公告进行查询。

（3）基础数据管理功能模块

主要包括设备信息维护和办公费用指标维护两个功能，其中设备信息维护主要是对设备的信息进行添加、修改以及删除。不同仓库存放不同类型的设备主要根据大类编码区分，办公费用指标功能首先系统根据登录人员角色，解析出该用户所属部门，然后对自己所在部门的设备采购费用指标进行录入、修改和删除等操作。

（4）供应商管理功能模块

主要包括提供设备供应商的供应商录入、供应商价格维护以及供应商查询三大功能模块，方便设备采购，以及成本控制。

（5）设备计划管理功能模块

设备计划管理主要包括计划提报功能、计划审批功能、计划修改功能、计划回退功能、订单生成功能以及计划查询功能，设备计划管理模块是设备管理系统的主要功能模块，后面我们对其业务流程进行了详细的设计。

（6）设备出入库管理功能模块

设备出入库功能包括Web端与移动客户端两部分，Web端主要包括设备入库查询功能、设备出库查询功能，包括井上、井下两部分，对应移动客户端设备出入库功能主要是对设备进行扫描出入库，以及简单的出入库查询。

3、系统设计

3.1 系统设计原则

（1）系统的阶段性开发原则

系统的框架设计必须具备合理性和完成性。分析系统的可实现性，具体的功能能够分阶段的实现，使其开发过程更加的顺利。

（2）系统的易用性原则

系统的设计应该做到操作简单易用，使用户和系统管理员可以快速的上手掌握该系统的操作方法，最大限度地降低系统使用过程中花费在系统培训的费用和时间。做到部分业务自动化实现，这样可以最大限度的减轻后台数据管理人员的工作负担。

（3）系统的业务完整性原则

系统设计需要保证系统业务的完整性，对业务进行中所遇到各种特殊情况都能够做出快速、正確的响应，保证所有业务数据的可靠性和完整性。

（4）系统业务规范化原则

在开始系统设计的同时，我们要对现有的业务流程和将来的业务流程制定完善的规范，根据其规范来对系统进行设计和分析，保证系统设计的先进性，同时要保证系统的实用性和操作性，还要保证系统采用的技术是先进的技术，是能够适应现有的和将来的需求的。

3.2 系统技术方案设计

（1）系统体系结构

大型矿业集团设备全生命周期管理平台是基于B/S架构的分布式系统，客户端采用浏览器触发方式访问系统，进而与服务器交互。系统的服务器端位于信息中心，一般部署于硬件服务器上，为了安全起见，数据库与服务器端服务器不在同一硬件设备上。其它Web服务器交互采用JDBC或第三放持久层框架来完成用户数据的增删改查等操作，并把最终结果返回到Web服务器。三层架构如图2所示。

手持机部分采用AppCan平台开发，用Ajax请求完成与服务器通讯的请求发送和数据响应;固定式和桌面发卡器用HttpClient类进行请求的发送。

（2）系统网络拓扑结构

设计时要求各个驻矿仓库内尽可能的部署Wi-Fi，若条件有限则选择数传电台，完成与RFID扫描设备的连接，通过租用的专线将获取的数据上传到集团信息中心的服务器。网络拓扑图如下图3所示。

本系统采用B/S架构，驻矿供应站的PC端实现设备验收入库、查询、报表统计等功能，Client端是RFID标签初始化和设备的出入库功能的实现。手持端辅助固定式阅读器完成设备的出入库、设备盘查等功能，其数据传输最优选用Wi-Fi方式，无条件时可使用GPRS网络。这样可确保数据传输的实时可靠。

（3）Web端技术方案

系统使用Java EE的应用服务器Tomcat作为服务器，所以Web端程序可和现有系统部署于同一应用服务器上，节约维护成本。Java EE技术是企业的分布式开发中使用最成熟广泛的技术。Java EE的许多开发框架及应用服务器都是开源的，可节约大量成本。故Web端的开发采用Java EE技术。Spring容器框架、Hibernate持久层、Shiro权限控制都是开发Web端过程中所涉及到的技术。Spring属于轻量级面向切面和控制反转容器框架，它提供Spring MVC框架包括Model、View和Controller层，完成了Web的智能分工，把业务和数据分离开来。Model层主要实现业务逻辑，Controller层主要用来分配收到的请求并显示相应的视图，View 层是与用户进行交互的界面，通常使用Freemaker、JSP等方式。Hibernate持久层是使对象关系一一对应映射，操作数据库时可直接操作对象，开发简单不用考虑数据库的关系外键，支持Oracle、SQLSERVER、MYSQL等。Shiro权限管理框架是用来控制用户的登陆、认证及权限管理等，并可以和Spring框架无缝结合。服务端的设计采用Spring、Shiro、Hibernate框架，Web端架构图如图4所示。

图4 Web端技术方案

用户使用Http协议发送请求，服务器收到请求后，首先通过Shiro对用户身份及权限进行认证，登录成功后，服务器端会发送一唯一标识SessionID给用户。服务器通过客户端在收到服务器发来的SessionID号后会将之存储到自己Cookie中，在随后页面访问请求时都会将此SessionID一并发送至Web端鉴定用户的权限。在权限过滤验证通过后，请求被抛给Spring MVC，然后通过叫做DispatcherServlet的Servlet处理请求。Controller 是一个能间接调用不同 Controller 中对应的方法java类，并且还可以映射Java类中的所有方法至URL地址。除此之外，Spring MVC可将类似HttpServletResponse 等请求以Get（Post）方法放到其相应参数中，然后就可直接在方法参数中取出所需。

结论

本文首先介绍了本系统的项目研究背景和总体目标，针对淄博矿业集团现有的设备管理系统所存在的问题，对煤矿机电设备管理系统的进行了需求分析，主要包括业务需求、性能需求和功能需求。最后，设计了系统技术方案、关键业务流程、系统数据库以及系统功能。

参考文献

[1] 王建利，何卫平，魏从刚，等.基于Web的设备全生命周期管理系统的研究[J].制造业自动化，2014，26（8）：42-46.

[2] 吴发彬.基于的煤矿物资计划管理系统的研究[D].陕西：西安科技大学，2014.

[3] 董君.基于物联网技术的煤矿设备状态管理系统研究[D].河南理工大学，2012.

[4] 蔡海峰.基于Web的金融数据收集与智能分析系统的设计与实现[D].北京交通大学，2015.