模具电极加工生产线设备信息管理系统的设计与开发

程思竹，罗永康，肖刚锋，程秀全，吕佳穗

应用技术

模具电极加工生产线设备信息管理系统的设计与开发

程思竹1，罗永康2，肖刚锋2，程秀全1，吕佳穗2

（1.广州民航职业技术学院 飞机维修工程学院，广州 510430；2.华南理工大学 机械与汽车工程学院，广州 510640）

针对模具电极加工生产线设备在加工过程中无法进行信息共享以及人工管理效率过低的问题，基于模具电极加工生产线的业务流程，对信息管理系统的功能性需求进行了分析。使用B/S架构模式对系统进行总体架构设计，提出并设计了用户登录模块、信息查询模块、信息编辑模块和设备监控模块4个系统功能模块。选择SQL Server作为系统数据库对其进行了逻辑设计；选取Java作为系统后端开发语言，对系统各功能模块进行开发，并利用HTML、CSS和JavaScript前端技术开发系统前端界面。最后，对设备信息管理系统进行运行测试，完成企业对设备信息管理的需求。该系统的使用，极大地提高了企业模具电极加工生产效率以及设备和原材料的利用率。

模具电极；生产线设备；B/S架构；SQL Server数据库；信息管理系统

在模具制造企业中，电火花（EDM）加工是其常用的手段之一[1]，而用于EDM加工的电极质量决定了模具零件的质量[2-3]。模具电极加工生产线中的工序以数控加工、电极检测等为主体，设备以数控加工机床、机械臂、检测机床、物流小车等为核心。在模具电极加工生产线上，设备存在着信息不互通、管理困难、需要人工记录和统计信息等特点[4]，同时由于需要加工的电极数量庞大，电极加工设备所产生的数据量十分巨大。目前的生产现状是电极坯料由人工手推车运输出库，现场人员从电脑获取当前需要加工电极信息，打印出表格之后对照拿取相应的坯料，运输到CNC机床附近后对接机床操作人员，将电极取下放置于附近的料架等待加工。由于是一批一批出库，对于某个特定的待加工电极来说难免存在着备料时间紧张的问题。对设备信息进行统一管理可以有效帮助企业把控电极质量以及提升电极生产效率，从而提升模具电极加工生产线甚至整个模具制造行业的自动化和信息化[5]。因此，一个模具电极加工生产线设备信息管理系统成为了模具制造企业的迫切需求。

近年来，国内针对模具电极加工生产线设备信息管理系统的研究仍处于起步阶段。容秀婵等[6]以联网设备与管理为例，构建了设备数据库，采用B/S模式设计了设备信息管理系统，实现对各类设备信息集中监管，提高管理部门的决策效率。李海伟[7]针对中小型企业，基于前后端分离的模式通过Spring和React框架开发了一套设备信息管理系统，实现了设备全生命周期的信息化管理。Wang等[8]针对注塑模具行业信息化程度和智能化程度低等问题，设计了智能设备、智能生产线、智能工厂的生产模式，构建了注塑模具生产管理平台。YU等[9]结合模具生产流程与企业管理规定，设计了基于Web和B/S架构的模具生产管理系统，实现了对车间计划数据、订单数据、物流数据的统一管理。以上有关设备信息管理系统的研究主要针对加工设备的生命周期进行管理，而对模具电极车间生产加工设备在自动加工生产线过程中所产生信息进行管理的研究较少。

模具电极加工生产线设备信息管理系统的建立不仅能实现智能化、信息化的生产模式，还能提高资源利用率，大幅降低生产成本。本文针对某模具企业的实际管理需求，以模具电极加工生产线中所涉及到的设备为研究对象，开发出一套包括用户信息、加工生产信息、设备动态信息、设备参数等信息的模具电极加工生产线设备信息管理系统，并实现了设备信息的智能化管理。

1 系统需求分析及功能模块设计

1.1 系统需求分析

模具电极加工生产线业务流程一般具备以下步骤（如图1所示）。

1）电极坯料被存放在仓储区料架上，料架上的PLC及传感器检测料架上某位置是否放置有电极坯料。若该位置存在坯料，则机械臂A将位于料架上的电极坯料取下并读取该坯料的条形码信息，同时机械臂B根据条形码信息将另一个料架上该电极坯料对应的夹具取下。两个机械臂将取下的电极坯料与夹具组合在一起后放在组合件料架上，并重复此过程直至组合件料架的电极坯料数量达到上限。

2）自动导航交通工具（AGV小车[10]）将空载的料架运至步骤（1）中的机械臂旁使料架进行电极坯料的装载，而后AGV小车将装载完成的料架运送到指定的数控机床旁，准备进行电极的加工。

3）数控机床旁布置有导轨，以方便机械臂进行移动。位于导轨上的机械臂在待加工区料架与数控机床之间进行往复的移动。机械臂夹取位于料架上的带有夹具的电极坯料，利用导轨移动至数控机床旁，并将电极坯料装夹于数控机床内，等待数控（CNC）机床的加工。数控机床根据装夹好的电极坯料的信息，利用设定好的NC程序对模具电极进行粗加工以及精加工。

4）加工好的模具电极被机械臂取出后直接送到三坐标测量（CMM）机床上，CMM机床对加工完成的电极进行质量检测。若检测合格，则由机械臂将其放置于成品区中；若检测不合格，则模具电极将被送往废品区。

结合模具电极加工生产线业务流程可以看出设备主要有以下几种类型：CNC机床、机械臂、AGV小车、CMM机床以及料架，而不同类型的设备所产生的信息类型也不都相同。

图1 模具电极加工生产线业务流程

1.2 系统功能性需求分析

系统功能性需求分析是为了满足用户的真正需求，确定系统需要完成的工作[11]。根据模具电极加工生产线设备信息管理现状分析[12-14]，该系统应当满足以下功能性需求。

1）用户需要使用正确的用户编号和用户密码登录进入系统，以确保企业模具电极加工设备信息数据的安全性。

2）监测设备的动态信息。企业人员需要对设备的动态信息进行监测，如设备的运行状态、开机时间、已运行时间、已处理电极数等[15-17]，并针对不同设备的不同加工进度，合理安排设备的运行与待机时间，增加或缩减设备使用数量，提高模具电极的生产效率，延长设备的使用年限。

3）管理设备的基本信息。对设备基本信息进行管理，主要包括查询、修改、增加和删除信息。查询设备的基本信息如类型、型号、编号、大小、额定功率和使用年限，可以发挥不同设备的不同特点；修改设备基本信息，代表设备更换了备件、进行了维修或出现重大故障等情况；模具电极加工生产线增添或报废了设备，则需要对设备信息进行增加和删除。

4）查询加工生产信息。在生产线中，当某台设备出现了故障，需要对该设备故障时间段内的加工生产信息进行查询，如设备编号、电极编号、开始时间、加工时间、完成状态，以快速查找出该设备故障时所加工出来的不合格电极；或者当大量电极出现不合格现象，通过查询这些电极的加工生产信息，获取这些电极的相同点以快速查找出可能会造成不合格的因素并解决，提高产品的合格率以及资源的利用率。

5）管理用户信息。对用户信息进行管理仅能由系统管理员进行操作。针对企业中的人事变动，系统管理员可以增加或删除用户信息，并设置不同用户的权限。若普通用户忘记其相应的用户编号或密码，系统管理员可以对其用户编号和密码进行查询或者修改，以确保其找回登录进入系统的权限。

综上所述，模具电极加工生产线设备信息管理系统功能模块可归纳为4点（如图2所示）：用户登录模块、信息查询模块、信息编辑模块及设备监控模块。

2 系统总体架构及数据库的设计

2.1 系统总体构架设计

常见的系统架构模式有B/S（浏览器/服务器）架构模式[18-19]和C/S（客户端/浏览器）架构模式[20-21]。相较于C/S架构模式，B/S架构模式的使用及维护更为简单[22]，因此本设备信息管理系统选择B/S模式作为系统架构模式。

图2 设备信息管理系统功能模块示意图

当前主流的关系型数据库有Oracle、MySQL和SQL Server[23-25]。Oracle数据库由于其使用费用昂贵，通常不采用；相对于MySQL，SQL Server利用SQL作为其查询语言，其用户界面及操作方法简单易懂，读写数据速度较快，且具备良好的安全性，是大多数中小型企业常用的数据库产品之一[26]。因此本设备信息管理系统选择SQL Server数据库。

系统选择Microsoft Windows 10操作系统作为开发平台，Visual Studio Code 1.55.2和Java Eclipse IDE 2020作为前端和后端开发软件，采用JDBC技术作为数据库驱动[27]，同时利用Tomcat作为服务器驱动软件，并通过Chrome浏览器对系统进行运行测试。

2.2 系统数据库的逻辑设计

数据库的逻辑设计是通过建立不同的表将数据库的概念模型展现出来，模具电极加工生产线设备信息主要包括用户信息、设备基本信息、加工生产信息及设备运行信息。

1）用户信息。用于存储可登陆该设备信息管理系统的用户编号、用户姓名、用户密码、用户权限等级等基本信息，主键为用户编号，不同用户之间用户编号是不同的，是唯一确定的。如表1所示。

2）设备基本信息。用于存储设备的基本信息，包括设备的类型、设备型号、设备的编号、设备的大小、设备的额定功率以及使用年限。如表2所示。

表1 用户信息

Tab.1 User information table

表2 设备基本信息

Tab.2 Basic information table of device

3）加工信息生产表。用于存储模具电极加工生产线中设备所产生的电极加工信息，包括电极ID、加工设备编号、NC程序名、工步、加工开始时间、已加工时间、加工完成状态等信息。其中，主键为无意义的号码，加工设备编号为该表的外键。如表3所示。

表3 加工生产信息

4）设备运行信息。用于存储设备运行过程中的实时信息，包括设备的类型、设备的编号、设备运行状态、设备加工中的电极编号、加工开始时间、已运行时间和已加工电极数。如表4所示。

2.3 数据库驱动选择与连接

JDBC（Java Database Connectivity，Java数据库连接）是SUN公司建立的一套专门用于Java与数据库进行交互的一套规范[28]。JDBC定义了一个支持标准SQL功能的通用底层接口，其驱动程序是面向对象的，可以方便数据库开发人员轻松简单编写数据库应用程序，并可以为多种关系型数据库提供统一访问，实现数据库的连接和数据的处理。因此，本文选择JDBC进行数据库的驱动。

表4 设备运行信息

Tab.4 Device running information table

连接数据库有以下步骤。

1）加载JDBC驱动程序。

2）创建数据库的连接。

3）创建Statement对象并写入SQL语句。

4）执行SQL语句并输出结果。

5）关闭数据库连接。

Class. for name ()用于利用反射获取数据库驱动类名，Driver Manager. get Connection (url, username, password)用于连接数据库，st. execute Query (sql)用于在数据库中执行SQL语句。以下是数据库连接代码：

Class. for Name ("com. microsoft. sqlserver. jdbc. SQL Server Driver"); //利用反射获取数据库驱动类名，加载数据库驱动

Connection conn; //创建Connection对象

String url="jdbc: sql server: //localhost:1433; Database Name=q001";

String user name="roll";

String password="roll"; //连接数据库所需要的url，用户名及密码

conn=Driver Manager. get Connection (url, username, password); //通过JDBC数据库驱动连接数据库

Statement st=conn. create Statement (); 创建Statement对象

Result Set rs=st. execute Query (sql); //将查询得到的结果放在结果集rs中

rs. close ();

st. close ();

conn. close (); //关闭数据库连接

3 设备信息管理系统的开发

3.1 系统开发环境

系统选择Microsoft Windows 10操作系统作为开发平台，Visual Studio Code 1.55.2和Java Eclipse IDE 2020作为前端和后端开发软件，同时利用Tomcat作为服务器驱动软件，并通过Chrome浏览器对系统进行运行测试。本系统的软件版本及用途如表5所示。

表5 系统开发软件设置

Tab.5 System development software settings

3.2 用户登录模块开发

用户登录模块提供给用户登录进入系统并实现系统功能的通道。用户需要在系统登录页面输入用户编号及密码，并等待系统的响应，用户成功登录进入系统后，根据不同权限等级赋予不同的操作权限。前端代码获取用户所输入的用户编号及密码，如图3所示。通过JQuery的Ajax异步Post请求[29]，发送到指定的URL地址中，即能处理该请求的后端Servlet程序地址。后端程序接收到Post请求后，利用Servlet 程序所自带的dopost、doget方法对Ajax请求进行处理。

图3 用户登录界面

要实现用户登录功能，需要对dopost和doget方法进行重写。dopost和doget方法中首先要加载数据库驱动，与数据库进行连接，根据post请求中的用户编号，获取用户编号对应的用户密码及权限等级，并与从post请求中获得的用户密码相对比。若两者一致，则返回对应的权限等级；若两者不一致，则返回‒1，代表用户编号错误或者密码错误，用户无法登录该系统。

3.3 信息查询模块开发

信息查询模块给用户提供了信息查询的功能，包括查询用户信息、查询设备信息和查询加工生产信息。用户通过输入用户编号、设备类型或设备编号即可查询到用户信息及相应的设备信息；用户还可以通过输入电极ID和设备编号，查询到电极的加工生产信息或设备所经历的历史加工生产信息，其界面如图4所示。

图4 设备基本信息查询界面

前端页面将用户需要查询的信息通过post请求发送给后端接口，后端从数据库查询到相应的数据并通过response返回给前端页面，前端页面以表格的形式将数据展示给用户。若所需查询的用户信息、设备信息或加工生产信息不存在于数据库，后端逻辑处理代码会抛出SQL Exception。对该异常信息进行捕获，并返回空集，代表信息查询失败。

3.4 信息编辑模块开发

信息编辑模块包括用户信息、设备信息和加工生产信息的修改、增加和删除。用户输入需修改信息的用户编号、设备编号即可对用户信息和设备信息进行删除操作。而增加和更新信息操作需要用户输入所有相关的信息，其界面如图5所示。JQuery获取用户所输入的表单元素后，前端代码根据用户的不同需求生成不同的SQL语句，发送给后端接口。

图5 设备基本信息编辑界面

后端接口根据SQL语句对数据库数据进行操作，数据库返回操作成功的数据数量。若该数量大于0，则代表该SQL语句执行成功，后端接口返回success字符串。若该SQL语句执行失败，后端接口返回fail字符串。前端页面根据返回的字符串，输出相应的执行成功或执行失败的提示。

3.5 设备监控模块开发

设备监控模块对设备的运行状态等动态信息进行实时的展示，包括设备加工中的电极编号、已加工电极数等动态信息，其界面如图6所示。利用JQuery中的setInteval 方法，设定循环发送Ajax请求的间隔时间，循环查询设备的运行状态，加工中的电极编号，并处理返回的Json数据，将数据展示在前端页面上。

图6 设备监控界面

4 系统测试运行实例

常用的系统测试方法有多种多样，本文采用黑盒测试方法。黑盒测试是指底层代码对测试者不可见，根据系统所需要实现的功能进行系统整体上的功能测试，以验证系统功能的完整性[30]。

图7所示为信息编辑功能模块测试结果展示。用户通过在左侧选择增加信息功能后，通过输入设备基本信息包括设备类型、设备型号、设备编号等信息，点击“立即提交”按钮，即可添加相应设备信息。若用户输入信息错误较多，可点击“重置按钮”清除所有输入框的内容。其中，设备类型、设备编号是必填项，若用户没有填写该项信息，则会弹出提示一些必填项没有填写。而在用户信息中，所有信息均为必填项。

图7 设备基本信息增加界面

系统在某企业中测试运行后，管理人员可以在该设备信息管理系统上查询到模具电极加工生产线所有设备的信息情况，可以在生产加工实时监控设备状态信息，只要是在公司内网环境中，经过登录人员权限检测，即可在厂内的工作电脑随时查看产线生产信息及设备维护信息等，对于管理人员不便于到现场进行监管时，方便管理人员时刻查询设备工作情况，降低了人力管理成本，提高了模具加工生产线的信息化、自动化管理水平。通过记录的机床运行时间，可以规律地安排工程师进行维护保养，形成电子化记录信息，替代手写纸质版工作记录的模式，既获取了机床的在线信息，又能将机床信息作为指导产线进一步自动化升级的信息元素。

5 结语

对模具电极加工生产线设备信息管理系统总体构架及各功能模块进行了开发，并基于黑盒测试方法进行了运行测试，结论如下。

1）分析了模具电极加工生产线的业务流程，结合设备信息管理需求，选取了B/S架构模式；并设计了用户登录、信息查询、信息编辑以及设备监控模块等4个系统功能模块。

2）选取SQL Server作为设备信息管理系统的数据库，对数据库进行了逻辑设计；选取JDBC作为数据库驱动，根据相应代码对驱动进行加载，利用正确的数据库用户名与密码建立系统与数据库的连接，并从中获取相应的数据。

3）利用HTML、CSS和JavaScript技术开发系统前端页面，利用Java语言作为系统的后端开发语言，对系统进行后端逻辑上的处理；在不同的功能模块中，获取用户输入的不同信息，并根据获取的信息对数据库中的数据进行相应的操作，如增加、删除、修改以及查询。

4）对所开发的系统进行了运行测试。结果表明，所开发的系统能很好地实现对模具电极加工生产线设备信息的管理。

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Design and Development of the Information Management System for the Die Electrode Processing Line

CHENG Si-zhu1, LUO Yong-kang2, XIAO Gang-feng2, CHENG Xiu-quan1, LYU Jia-sui2

(1. Aircraft Maintenance Engineering College, Guangzhou Civil Aviation College, Guangzhou 510403, China; 2. School of Mechanical and Automobile Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)

Aiming at the problems that the equipment of die electrode processing line cannot share information and the efficiency of manual management is too low in the process of processing, the functional requirements of the information management system are analyzed based on the business process of the die electrode processing line. The system architecture is designed by using B/S architecture mode. Four system function modules are proposed and designed, which are user login module, information query module, information editing module and equipment monitoring module. Select SQL server as the system database to design it logically; Java is chosen as the back-end development language, and the functional modules of the system are developed, and the front-end interface of the system is developed by using HTML, CSS and JavaScript front-end technologies. Finally, the equipment information management system is tested to meet the needs of the enterprise. The use of the system greatly improves the efficiency of the electrode processing and the utilization of equipment and raw materials

mold electrode; production line equipment; B/S architecture; SQL server database; information management system

10.3969/j.issn.1674-6457.2022.10.021

TG76；TP315

A

1674-6457(2022)10-0147-08

2021-09-30

广东省重点领域研发计划（2019B090918004）

程思竹（1991—），女，硕士，讲师，主要研究方向为通用航空及自动化技术。