劉樂全，費 翔，李桂紅

電力系統(tǒng)二次設備產品具有升級換代快、交貨期短、按訂單生產、小批量、多品種的特點，屬于典型的離散制造模式。這些特點反映在信息模型上就是信息量大、關聯(lián)和處理規(guī)則復雜，使得企業(yè)對生產過程的管理模式和信息化水平提出了更高的要求。對制造過程中不斷產生的大量信息的實時采集、傳遞和處理，是企業(yè)管理人員做出實時、準確、可靠的計劃和決策的前提和基礎［1］。因此，對制造過程中的信息準確地進行實時采集，并保證制造過程物流和信息流的實時同步，在實現(xiàn)零部件和產品的零庫存、生產管理精益化等方面起著至關重要的作用。

條碼管理技術在企業(yè)管理中的應用具有投入少、成本低、采集數(shù)據(jù)迅速可靠、操作簡單、應用面廣等特點［2］。在制造業(yè)中采用條碼管理技術，可以實現(xiàn)對生產動態(tài)跟蹤、倉庫數(shù)據(jù)管理、產品追溯、質量跟蹤、人員管理等功能。

本文以某電力設備生產企業(yè)變電站裝置生產流水線的數(shù)據(jù)管理為例，將條碼管理技術應用于生產線數(shù)據(jù)采集，從制造過程物流和信息流實時同步的需求出發(fā)，構建生產線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)生產過程的信息化管理。

1 系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)需求分析

根據(jù)生產線功能需求與軟硬件環(huán)境，對系統(tǒng)需求分析如下:

a.能識別不同碼制的一維碼、二維碼;

b.系統(tǒng)適應性廣，適應不同類型的條碼，不同尺寸、不同張貼位置;

c.條碼掃描具備網絡通訊功能，可將一條生產線的多套掃描器掃到的條碼信息，通過有線網絡傳送給生產線數(shù)據(jù)采集電腦，統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)收集;

d.提供計算機自動條碼記錄與管理軟件，供生產管理系統(tǒng)進行跟蹤和管理。

1.2 系統(tǒng)功能特點

變電站裝置由插箱、插件、模件3部分組成，裝置中任何一個零件發(fā)生變化都會產生不同的裝置類型，因而其生產方式為小批量、多品種的離散制造模式。在裝置生產流水線裝配作業(yè)過程中，通過掃描裝置采集零部件條碼信息，建立裝置與插箱、模件、插件的對應關系，即裝置BOM。記錄生產狀態(tài)信息到數(shù)據(jù)庫，如生產線號、作業(yè)員工號、掃描槍號、作業(yè)時間等。同時通過軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)生產實時監(jiān)控和產品信息管理。

2 系統(tǒng)方案設計

2.1 系統(tǒng)結構設計

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由以下幾部分組成:

a.條碼打印機。用于打印不同碼制的一維、二維條碼。

b.條碼掃描器。用于對工件上的條碼進行掃描。

c.通訊網絡和數(shù)據(jù)采集計算機。采用RS232/485的傳輸模式，通過多功能串口轉換卡可以實現(xiàn)一臺電腦接多個掃描器。生產線根據(jù)工位配置多個條碼掃描器，這些掃描器通過有線方式與電腦連接。

d.條碼數(shù)據(jù)記錄與管理軟件。一方面通過網絡和生產線的各臺條碼掃描器通訊，實時收集最新的條碼信息，存儲在數(shù)據(jù)庫中;另一方面生產管理者可通過客戶端調用這些信息用于生產監(jiān)控與管理。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構圖

2.2 系統(tǒng)軟硬件構成

條碼掃描器:Honeywell 1900系列掃描器

條碼打印機:DATAMAX公司M－4206CLASS工業(yè)級條碼打印機

數(shù)據(jù)傳輸適配器:MOXA CP－118U多串口卡

轉換器:RS232/485轉換器

條碼打印軟件:BarTender

數(shù)據(jù)庫:Microsoft SQL Server

操作系統(tǒng):Windows XP

2.3 系統(tǒng)流程設計

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作流程為:制訂掃描流程→掃描員工條碼→條碼數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控→數(shù)據(jù)查詢與輸出。

a.制訂掃描流程:生產部門接到生產計劃，根據(jù)裝置裝配工藝，為每臺掃描器制訂掃描任務。

b.掃描員工條碼:工作人員在掃描開始時，先掃描自己的員工條碼，以確定操作崗位的人員信息。

c.條碼數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控:作業(yè)員根據(jù)掃描任務進行掃描，條碼信息經數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理，符合掃描流程的信息存儲到數(shù)據(jù)庫，不符合掃描流程的信息給予錯誤報警。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對條碼信息的處理流程如圖2所示。

d.數(shù)據(jù)查詢與輸出:采集到的信息可查詢、統(tǒng)計、輸出，為生產管理提供數(shù)據(jù)。

圖2 條碼信息處理流程圖

3 關鍵技術與算法

3.1 條碼編碼規(guī)則

條碼編碼規(guī)則應遵循以下原則:唯一性、簡單性、易識別性、可擴充性、合理性、規(guī)范性、快捷性、連續(xù)性、系統(tǒng)性［2］。根據(jù)此原則，本系統(tǒng)條碼編碼由裝置物料代碼(SAP編碼)+生產批號+流水號組成，利用條碼軟件生成條形碼。物料代碼指在SAP系統(tǒng)中使用的裝置物料編碼，由9位數(shù)字組成，如700081345;生產批號指產品生產的年月，如1104代表2011年4月生產;流水號指對應產品生產的順序號，占5位，即每種產品共可計數(shù)至約10萬。

3.2 串口通信技術

本系統(tǒng)掃描器和上位機之間的連接采用串口通信技術。在Windows下開發(fā)串行通信程序通常有如下幾種方法:利用Windows API通信函數(shù);利用Windows的讀寫端口函數(shù)_inp、_inpd、_outpw或開發(fā)驅動程序直接對串口進行操作;利用第三方提供或自己編寫的串口通信類，如CSerialPort類;使用串口通信組件，如ActiveX控件MSComm。本系統(tǒng)采用第三方提供的通信類CSerialPort類實現(xiàn)串口通信編程。該類使用面向對象技術封裝Win32 API函數(shù)，能支持多串口、多線程，使用方便。通過CSerialPort串口類，可以方便地實現(xiàn)掃描器與上位機的串口通信。

3.3 多線程、線程池

在離散型制造過程中，大量的數(shù)據(jù)采集、分析、處理和存儲等需要滿足一定的實時性要求，包括數(shù)據(jù)實時性和事務實時性兩個方面［3］。數(shù)據(jù)實時性是指現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的更新周期;事務實時性是指數(shù)據(jù)平臺對其事務處理的響應速度，可以是事件觸發(fā)方式或定時觸發(fā)方式。為滿足本系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性需求，本系統(tǒng)采用多線程和線程池兩種編程技術來實現(xiàn)。

多線程(CWinThread)是指程序可以同時運行多個并行執(zhí)行的線程。使用多線程編程，可以派生出后臺任務、管理同時發(fā)生的輸入流、管理用戶界面等［4］。線程池(CThreadPool)是一種多線程處理形式，處理過程中將任務添加到隊列，然后在創(chuàng)建線程后自動啟動這些任務。使用線程池的優(yōu)點是:首先，線程池中線程的數(shù)目是動態(tài)調整的;其次，線程池利用IO完成端口的特性，它可以限制并發(fā)運行的線程數(shù)目，默認情況下，將會限制為CPU的數(shù)目，這樣可以減少線程切換。

在本系統(tǒng)中，由一臺計算機輔助整條裝置生產線的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、錯誤報警、數(shù)據(jù)上傳等任務，多個掃描器同時工作時，須處理多個并發(fā)數(shù)據(jù)，因此需要采用多線程技術，為每個掃描器設置一個線程，負責該掃描器的串口通信與數(shù)據(jù)處理。同時，由于系統(tǒng)只有一個語音報警系統(tǒng)，在多個掃描器產生并發(fā)錯誤報警時，需要采用線程池技術，實現(xiàn)按報警出現(xiàn)的先后順序輸出報警。

3.4 裝置BOM數(shù)據(jù)結構

BOM數(shù)據(jù)結構一般有兩種類型:雙層父子結構和多級樹形結構。由于裝置是由插箱、插件、模件3部分組成，BOM結構為兩層，因此裝置BOM采用雙層父子結構實現(xiàn)。通過合理地設置數(shù)據(jù)庫表結構，可以方便地實現(xiàn)裝置BOM搭建及生產數(shù)據(jù)信息的可追溯。雙層父子結構表見表1、表2。

表1 雙層父子結構－主表

表2 雙層父子結構－從表

3.5 SAP 接口技術

SAP系統(tǒng)作為公司的數(shù)據(jù)管理平臺，是本系統(tǒng)物料基礎數(shù)據(jù)的來源和生產數(shù)據(jù)信息目的地。為實現(xiàn)本系統(tǒng)與SAP系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，需要用到SAP的接口技術［5］。本系統(tǒng)采用RFC技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與SAP系統(tǒng)的集成［6］。要實現(xiàn)與SAP數(shù)據(jù)交換與傳遞，需要在SAP開發(fā)環(huán)境下通過SAP開發(fā)工具ABAP建立兩個RFC函數(shù)(Function)，分別實現(xiàn)對SAP物料主數(shù)據(jù)的輸出及生產信息輸入。系統(tǒng)與SAP系統(tǒng)的集成模式如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)與SAP集成

4 系統(tǒng)應用效果

通過基于條碼技術的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)，系統(tǒng)實現(xiàn)了以下功能。

a.產品追溯。通過記錄和跟蹤整機及主要部件的生產場地、生產日期、班組生產線、作業(yè)員、機臺號等相關資料，建立起良好的可追溯性。

b.生產過程控制。通過掃描裝置和各主要部件條碼，可自動完成裝置的生產流程控制、錯誤報警、產量統(tǒng)計等。通過掃描作業(yè)員編號、機臺號，記錄每個作業(yè)員的工作時間，實現(xiàn)員工作業(yè)管理。

c.生產管理。利用條碼采集數(shù)據(jù)，可以建立包括產品的制造過程、部件配置等信息，為企業(yè)生產管理提供數(shù)據(jù)。

d.報表輸出。輸出生產所需的統(tǒng)計分析報表。

5 結束語

電力設備產品生產包括很多環(huán)節(jié)，如板件生產、板件測試、裝置裝配、裝置調試、整機裝配、整機調試、倉庫管理、產品維護等多個環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)僅從裝置裝配環(huán)節(jié)闡述了條碼管理技術的應用。要使條碼技術在公司信息化管理中發(fā)揮更大作用，需將條碼管理應用到生產過程的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)在產品全生命周期管理中的應用。實踐證明，采用以條碼為紐帶的信息管理技術后，顯著提高了企業(yè)的生產信息化管理水平。

［1］ 孫棣華，宋瀟瀟，鄭林江.RFID與條碼融合的離散制造過程自動標識技術［J］.計算機工程與應用，2010，46(7):1－4.

［2］ 張成海，張鐸，趙守香.條碼技術與應用［M］.北京:清華大學出版社，2010.

［3］ 何偉，曾雋芳.RFID生產線監(jiān)控及調度管理系統(tǒng)［J］.自動化儀表，2010，31(3):35－37.

［4］ 微軟.MSDN Library for Visual Studio 2008［CP/DK］，2007.

［5］ 于燁，李向輝.SAP與外圍系統(tǒng)接口的開發(fā)與實現(xiàn)［J］.自動化與儀表，2010(3):48－51.

［6］ 唐駿華.SAP ABAP實用程序開發(fā)攻略［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2010.