李 丽，武照云，宋昊举，张毓兰

（1.河南职业技术学院汽车工程学院，河南 郑州 450046；2.河南工业大学机电工程学院，河南 郑州 450001）

1 引言

在机械制造企业中，工艺设计作为联系产品设计与制造的中枢，是整个制造过程中的重要环节，对产品质量和制造成本具有极为重要的影响。在过去，都是由工艺技术人员按照零件图纸手工完成工艺卡片的编制，再由生产部门下发到车间，在部门流转间产生了很多技术资料，而这些技术资料的管理质量取决于相关管理人员的记忆能力与业务水平。随着科学技术的发展与进步，计算机辅助工艺规划（Computer Aided Process Planning，CAPP）技术出现并逐渐扩大应用范围。很多学者在工艺卡片的自动生成、工艺卡片信息提取、工艺模板的定制方面做了大量研究，如文献[1]针对模具零件加工过程的特点，设计了适用于模具工业的工艺卡片管理系统；文献[2]运用MVVM 设计模式，对滚珠丝杠副工艺卡输出模块进行了优化；文献[3]设计并实现了一套基于Web 的制造业工艺管理系统；文献[4]以锻造工艺卡片作为实例，研究了基于DWGDirectX 的工艺卡片信息提取技术；文献[5]针对矿井提升机工艺设计与管理中存在的问题，开发了基于B/S 架构的大型矿井提升机关键件工艺管理系统；文献[6]以SolidWorks 三维建模软件为平台，开发了臂盘式制动器参数化工艺设计系统；文献[7]开发了基于Pro/E 的三维标释与工艺卡片系统；文献[8]面向CAPP 与PDM之间工艺数据集成的需求，构建了基于PDM 的工艺数据管理系统。以上研究均有效提高了企业工艺设计质量和效率。

近些年，移动互联网技术发展非常迅速，已经扩展到各类行业的应用领域中。基于移动端APP 技术的各类应用逐渐占据了信息系统的主流地位，在工业、教育、娱乐、服务等领域取得了显著的效果。

在移动互联网技术的应用背景下，以机械制造车间为对象，基于车间局域网和移动APP 技术，研究符合车间生产特点的工艺流程与工艺卡片信息描述方法，构建基于移动端APP 的机械加工工艺卡片管理系统，实现工艺卡片信息管理的全新应用模式。

2 系统功能分析

通常来讲，机械加工车间的产品工艺卡片由工艺技术人员针对产品结构与技术要求进行专门制定，然后下发给车间员工，以此作为机械加工的技术指导文件。对于常见的机械加工车间典型操作流程而言，一般一个产品对应一个完整的工艺流程，其中包括多个加工工序；每个加工工序都对应一个工艺卡片，其中包括多个工步；由于产品订单数量较多，因此每个工序及其工步都可能对应多个操作员工。

在信息管理系统中，机械加工工艺卡片不再是传统的纸质卡片，而是富媒体形式的数据集成载体。因此，工艺卡片中包含的内容可以根据实际需要进行大幅度扩展，主要包括工序基本信息、工步内容（列表）、工步操作说明（文本、图片、视频等）、工步检验标准（列表）、不良历史记录（文本、图片、视频等）等内容[9]，如图1 所示。

图1 产品加工工艺流程基本组成要素关系图Fig.1 Relationship Chart of Process Flow Basic Elements

基于上述分析，机械加工工艺卡片管理系统应具备的功能如下：工艺技术人员能够通过该系统完成产品工艺流程图的设计、各工序工艺卡片的建立以及相应内容的上传、工艺卡片的发布等；车间员工能够通过移动APP 实时接收生产任务、查看工艺卡片中的各项信息、浏览图片与视频等。

3 总体架构设计

根据机械加工工艺卡片管理系统的功能需求分析，系统采用“普通PC 端+移动APP 端”的混合架构进行设计与应用，如图2 所示。

（1）普通PC 端架构。该模式主要供工艺技术人员使用。采用三层体系方式进行设计，主要包括数据层、应用层和用户层。①数据层：在服务器端，部署系统数据库与文件服务器。系统数据库主要存储各类基础数据与应用数据，文件服务器主要存储视频文件与图片文件等。②应用层：针对工艺技术人员的业务需求，分别设置工艺流程图设计模块、工艺卡片建立模块、维护与发布模块等，对于基本的业务逻辑处理功能进行封装，形成业务处理类库。③用户层：该层主要负责处理用户输入与结果输出。以简洁实用为原则，设计人机交互界面，使功能区及其操作界面以最佳方式进行呈现。

（2）移动APP 端架构。该模式主要供车间操作员工使用。在服务器端，部署Web 服务器，通过数据库存取引擎和Socket 通讯传输方式分别访问系统数据库以及文件服务器，同时开设APP数据通讯传输接口，为移动APP 提供双向数据传输服务。这样，车间操作员工就可以在移动终端上查看发布的工艺卡片、浏览相关视频文件等。

图2 系统总体架构图Fig.2 System Overall Architecture Graph

4 数据模型与数据库设计

产品工艺流程图数据模型的构建是系统开发中的一个关键问题。根据C#的面向对象设计原则，结合工序节点与连线在工艺流程图中的图形特点，抽象出一个接口定义IPaintItem，该接口具备基本的图形对象属性与方法；然后，在IPaintItem 接口规则之下，分别定义PaintUnit 类与PaintLink 类来描述工序节点与连线；这样，运用泛型集合List及序列化技术即可完成工艺流程图数据模型的建立[10]。

对于其他信息与数据，均可以通过SQL Server 数据库进行维护与存储。根据“产品-工艺流程图-工序-工艺卡片”的层次关系与组织结构，设计了数据表，主要包括产品表、工序信息表、工步信息表、工序说明表、检验标准表、不良历史记录表等，如图3 所示。

图3 数据表关系图Fig.3 Data Table Relationship Graph

5 关键技术与系统实现

5.1 工艺流程图与工艺卡片管理

根据机械加工车间的生产特点，以工艺流程图为主线，通过流程图为每个工序编制工艺卡片，实现工艺设计、生产安排与质量检验的集成应用。以图形化形式表达的工艺流程图具有表达直观、可视化程度高的特点，建立产品工艺流程图与工艺卡片的设计步骤，如图4 所示。

图4 工艺流程图与工艺卡片设计步骤Fig.4 Design Steps of Process Flow Diagram and Process Card

产品工艺流程图的设计共有3 种方式：（1）完全手动绘制。先逐个拖放工序节点，再根据串行与并行的关联关系，然后以直线或折线方式依次连接各个工序节点，以此逐步形成工艺流程图。（2）复制/粘贴已有的部分工序节点。若欲绘制的工艺流程图中有部分工序节点与系统中已有的流程图一致，则可以先将已有工艺流程图打开，在其中选取需要的工序节点进行复制，然后直接粘贴到目标流程图中。对于其余部分再手动绘制。该方式可以显著提高工艺流程图的绘制效率。（3）直接修改已有的工艺流程图。若欲绘制的工艺流程图与已有的流程图很相似，则可以先调用已有的流程图，然后在此基础上直接进行编辑与修改。该方式可以实现系统原有工艺流程图的高效再利用，极大提高工作效率。工艺流程图设计界面，如图5 所示。

图5 工艺流程图设计界面Fig.5 Design Interface of Process Flow Diagram

工艺流程图设计好后，在“编辑工艺卡”模块中以只读方式打开工艺流程图，然后可以针对流程上的每一道工序编制工艺卡片。双击流程图上任一工序节点，可弹出加工工艺卡界面，在该界面上可以完成基本信息、工步内容、工步说明、工步验证、不良历史记录等信息的录入，如图6 所示。

图6 加工工艺卡信息录入界面Fig.6 Information Input Interface of Process Card

5.2 面向移动APP 的服务器端接口设计

根据系统的功能要求，车间员工需要在移动设备（智能手机）上通过APP 访问并浏览产品工艺流程图和工艺卡片。虽然智能手机操作系统及对应APP 的开发方法有所不同，但是都需要远程访问服务器上的数据与资源。因此，必须在服务器端设置后台接口，以便于移动端APP 获取数据。在微软提供的程序开发技术框架中，能够实现服务器端后台数据接口功能的技术主要有：Web Service、ashx、Web API、MVC 等。其中，MVC 是一种非常适合创建Web 应用程序的模式，该模式将应用程序按照功能进行分层设计与部署。控制器Controller 负责处理用户交互、接收请求、逻辑处理、返回数据等，能够满足为移动设备APP 提供数据交互的要求。因此，运用ASP.NET MVC 中的Controller 技术开发服务器端后台数据接口，部分接口列表，如表1 所示。

表1 服务器端后台数据接口列表（部分）Tab.1 Server Background Data Interface List（Part）

其中，GetProcessInfo 方法的代码如下：

public string GetProcessInfo（）

｛APPDAL myappdal=new APPDAL（）；

DataTable mt=myappdal.GetProcessInfo（）；

string JString=JsonConvert.SerializeObject（mt）；

return JString；｝

5.3 移动端APP 设计

以智能手机为代表，目前移动设备的操作系统以Android 和IOS 为主流，但是，这两个系统彼此并不兼容，因此，开发Android APP 和IOS APP 需要不同的技术才能完成，而且差异非常大，这给移动APP 的开发带来很大困难。近些年，以HTML5 为代表的跨平台APP 技术逐渐流行起来。运用HTML5 开发的跨平台WebAPP，可以同时适用于Android 系统和IOS 系统，而且还具有开发速度快、成本低、适配性好等优点[11]。因此，采用HTML5 对移动端APP进行设计与开发。开发流程与步骤主要包括：（1）根据系统功能要求，运用 HTML5、CSS、Jquery Mobile 等 Web 技术设计响应式布局的移动端用户界面；（2）运用JavaScript、AJAX 等技术开发远程数据交互与界面响应等功能；（3）在Windows 系统下搭建并配置Cordova 环境，利用Cordova 进行跨平台移动APP 的编译、打包与发布。车间操作员工的移动端APP 界面，如图7 所示。

图7 移动端APP 界面Fig.7 Mobile APP Interface

6 结论

综合运用 C#.NET、SQL Server、ASP.NET MVC、HTML5 等技术，开发了基于移动端APP 的机械加工工艺卡片管理系统，实现了机械加工工艺卡片信息管理与应用的全新模式。采用的系统开发方案与技术路线，对于其他同类型的制造业信息化软件系统具有一定的参考借鉴意义。