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基于ASP.NET的工程機械自動化生產及物流系統

添加時間:2021/10/29 來源:未知 作者:樂楓
本文通過完成系統的開發工作,建立一個集生產、物流一體的服務管理平臺,為企業作業提供信息化、智能化、自動化平臺支撐。系統以業務對物流服務商、車輛司機、工程機械貿易商進行整合,達到了協同辦公、信息共享的目的。
以下為本篇論文正文:

摘 要

  隨著我國經濟高速發展以及人們生活質量的提高,工程機械的市場需求逐漸擴大。由于當前工程機械廠家的生產及物流設備相對落后,導致企業的生產無法滿足市場需求。為了跟上發展步伐,企業需要重構生產、物流業務,以解決當下針對智能制造的各種挑戰。本文基于 ASP.NET、結合 COM+、PLC、SQL Server等進行開發,主要工作如下:

 。1)分析系統業務需求,將系統劃分成系統設置模塊、基礎數據模塊、生產設置模塊、生產過程模塊及物流管理模塊。另一方面,建立系統的總體架構、應用架構、網絡架構,并在此基礎上完成系統的功能模塊設計。

 。2)分析系統的數據特點,將系統數據分成基礎數據、生產數據及物流數據三個部分。建立系統的數據庫模型,同時完成數據庫表結構的詳細設計,從而為系統開展提供數據支撐。另一方面,搭建系統開發環境,并完成系統功能的前端代碼、業務邏輯層代碼和持久層代碼的開發。

 。3)針對自動化生產過程,建立基于產品工序、生產線有向圖,并通過全局搜索算法來尋找最小值,從而提高自動化生產效率。另一方面,建立基于多約束的調度模型,實現自動化調度,解決物流資源配置與客戶個性需求最優配置問題。

  本文通過完成系統的開發工作,建立一個集生產、物流一體的服務管理平臺,為企業作業提供信息化、智能化、自動化平臺支撐。系統以業務對物流服務商、車輛司機、工程機械貿易商進行整合,達到了協同辦公、信息共享的目的。系統測試結果表明本文所研發的管理系統具有組裝輕量性,但功能強大,效率高,進一步推進我國企業信息化、物流智能化、生產自動化的進程。

  關鍵詞:自動化生產;物流管理;ASP.NET

Abstract

  With the rapid development of our economy and the improvement of people's life, the market demands for engineering machinery have been expanded gradually. Due to the backward production and logistics equipment of current engineering machinery manufacturers, their production fail to satisfy the market demands. In order to catch up with the development, enterprises need to restructure production and logistics businesses to cope with various challenges for smart manufacturing. The paper is developed based on ASP.NET, taking into account COM+ technology, PLC technology and SQL Server database, with the main work as follows:

  1. Analyze demands of system businesses and pide systems into user settingmodule, basic data module, production setting module, production process module and logistics management module. On the other hand, systematic overall structure model, application structure and network structure are established so as to complete development of system functions.

  2. Analyze the system's data characteristics and pide management system into three parts, namely basic data, production data and logistics data. Meanwhile, create systematic database model, and complete detailed design of database sheet structure to provide data support for the system.

  3.Aiming at the automation production process, we establish a directed graph based on product process and production line. Meanwhile, find the minimum value with the global search algorithm, so as to improve the efficiency of automation production.On the other hand, a multi-restraint dispatching model is established to realize automatic dispatching and achieve best allocation between logistics resources and clients' inpidual demands.

  The paper establishes a service management platform integrating production and logistics through systematic development, so as to provide an information -based, smart and automatic platform for enterprises' work. The system integrates logistics service providers, vehicle drivers and engineering machinery traders based on businesses and achieves the objective of collaborative work and information sharing.

  According to the system test results, the management system developed in the paper features lightweight assembly, strong functions and high efficiency, thus further promoting the process of information orientation, smart logistics and automatic production for enterprises in our country.

  Key Words: logistics management; automatic production; ASP.NET

工程機械自動化生產及物流系統

  目 錄

  第1章 緒 論

  1.1研究背景

  工程機械企業的經營過程中,生產和物流是其兩個重要的組成部分。隨著經濟快速發展,經濟全球化和產業的轉型升級,工程機械企業對生產管理和物流管理提出了更高的要求。信息技術革命改變了企業的生產及物流環境,將生產及物流管理學推上了一個新的高度,生產管理學的發展又為生產管理水平的提升提供了契機。生產及物流管理是企業管理中的核心環節,工程項目成本和物流運輸成本的高低將直接影響建筑業企業的經營狀況和盈利水平。企業現有的生產系統和物流運輸系統通常是一個封閉的、單一用途、以硬件為中心的系統;它的用戶界面復雜,功能有限,操作困難,只能完成有限的功能,遠遠不能滿足企業的要求[1].

  在產業五年規則中指出:工程機械生產應當加快與信息化、自動化結合的進程,從而應用于企業生產、銷售、物流一體化進程。另一方面,高效的生產過程和自動化系統是企業向工業 4. 0 智能制造轉型的基礎條件,它能夠幫助企業進行業務流程改造,簡化工作流程,提高工作及物流運輸效率,提升企業的市場競爭力[2].

  1.2研究意義

  隨著我國工業化、城鎮化進程的不斷發展,工程建設項目開工建設數量不斷增加,建筑施工企業規模不斷發展壯大;但很多企業在發展過程中遭遇了發展瓶頸,即企業的經營效益并沒有伴隨著企業規模的壯大同步提高,阻礙了企業快速前進的步伐,因此如何提高企業的運營效率己經成為函待解決的問題。本文設計了工程機械自動化生產及物流系統,可以將企業生產中各個環節產生的數據及時收集、快速傳遞、實時共享,并能夠實現集成處理;可以及時反饋物流運輸中常見的各種問題。通過互聯網系統進行自動化生產和物流運輸,對于提升生產的效果和物流運輸的效率都有幫助[3].

  自動化生產和智能化物流系統在多數企業中一直占據核心位置,生產及智能化物流運輸的效果會直接關系到企業戰略目標的達成與否。通過新的應用系統,解決目前工程機械生產及物流業務中的問題,并提高企業工作效率,進而為打造先進的應用平臺奠定基礎。因此本文關于工程機械自動化生產下的物流設計與實現的研究具有十分重要的現實意義。

  1.3國內外研究現狀

  1.3.1 國外研究現狀

  1.3.1.1 國外自動化生產研究現狀

  自動化生產體系是基于可視化邏輯引擎、事務機制,集成多方位、立體的生產數據信息模型。早在 20 年前,國外一些企業,其中包括 SAP 公司,已經開始重點研究工程機械自動化生產體系,其目標是建立一個平臺級別的、能夠快速部署的跨平臺的集成制造系統。該系統的目標是最大化的利用企業現有投資、采用Web 方式、基于服務導向架構,為生產管理人員提供多種程序接口與其它商業軟件協同工作,從而實現數據共享[4].目前,國外在自動化生產的研究中取得了一定的成果,主要體現如下:

 。1)美國自動化生產。美國生產自動化經過幾十年的發展,機械工程企業不斷地投入人力、財力來優化生產過程,如今無論是理論研究還是生產實踐都處于世界先進水平。美國工程企業的機械生產以用戶需求為核心,以先進的管理理念作為重要手段,其主要特點體現如下:

  1)客戶需求驅動,工程機械的生產首先要精準定位客戶的實際需求,其中需求的獲取包括多種途徑,如與客戶交流、網絡提;

  2)高新技術輔助,生產企業不斷地應用先進的計算機技術,如機器學習算法、智能分配模型對企業所收集的數據進行分析,從而挖掘數據中的有用信息;

  3)企業重視技術的發展和人才的引進,作為工程機械企業的決策者和領導者,他們加大對技術的研發,對人才的引進[5-6].

 。2)日本自動化生產。日本作為全球重要的重工業發展強國之一,其自動化生產的成功之處在于生產理念的普及。與美國不同,日本的生產自動化與各個相關的行業合作,注重持續化發展。目前,日本在自動化生產過程中,已經研發出了先進的生產線及工位工序改造升級[7].

 。3)歐洲自動化生產。歐洲作為傳統的機械生產強國,近些年來在自動化生產的發展中與美國存在了差距,但隨著歐洲經濟一體化的影響,歐洲各國在生產技術中實現共享,并且形成了涵蓋歐洲機械生產的網絡[8].

  1.3.1.2 國外物流管理研究現狀

  當前,歐美日等發達國家,主要以第三方物流為主。這些企業注重信息化和基礎網絡建設,用先進的技術手段提供附加的優質服務[9].國外物流管理研究現狀體現如下:

  Papadopoulos 等[10]以一定范圍內的地區為研究對象,提出了物流數據一致性關聯的理論。Oliveira 等[11]提出了物流協同的重要性,將物流協同與傳統意義上的物流進行比較,指出了協同方式更具有優勢,因為其整合了更多的信息,并提高了物流運轉效率。Selviaridis 等[12]從供應方和需求方出發,研究了物流協同的核心要素,并指出雙方的需求為最核心因素。McGinnis 等[13] 研究物流各個部分的服務供應商的利潤分配原則,運用 STERLBERG 模型解決了合同式的物流協同過程中出現的利潤分配不均問題。Mousazadeh 等[14]對 30 家典型物流服務商進行研究,發現其 成功的一 個重要因 素在于合作 方的選擇 ,并提 出了物流協同的Mousazadeh 模型,從而提高物流運轉速度。Ferrarini 等[15]分析了客戶、物流企業、政府部門在一定范圍內的物流共享的作用,并提出了著名的 CLG 物流協同模型,將三個參與方的職責進行了精確劃分。

  1.3.2 國內研究現狀

  1.3.2.1 國內自動化生產研究現狀

  隨著經濟的飛速發展和計算機技術的成熟應用,我國在工程機械生產方面也緊跟時代步伐,從而提高了工程機械生產效率,并向智能化與自動化方向靠攏。

  在工程機械生產行業引入輔助性的管理系統有利于管理日常生產運作流程,并減少生產過程中的錯誤[16].雖然國內外關于生產過程管理系統的研究與國外存在一定差別,但是也取得了一定的研究成果[17-19]:

 。1)提供了通用接口:這些接口主要用來與其它商業軟件協同工作,這樣才能把異構的數據作為一個整體有效利用。

 。2)實現人性化系統:設計的軟件界面更易于操作,信息提示更人性化。這樣可以減少人員培訓的時間和費用,降低誤操作的可能,不會遺漏關鍵任務。

 。3)查詢和分析的便利性:研究開發模糊查詢和精確查詢功能,系統提供多種圖表樣式,具備自定義數據報表的能力。

  未來,新型的自動化生產系統將能夠提供一整套解決方案,將打通 ERP 系統、生產過程管理系統、自動化控制系統、工程設計系統、、辦公自動化系統間的壁壘,構建出企業內部的大數據平臺。

  1.3.2.2 國內物流管理研究現狀

  在我國,隨著互聯網企業的興趣,越來越多的企業或團隊對物流管理進行了研究,如美團、順豐、圓通等大型的物流管理企業。無一例外,這些物流企業都在市場中部署了物流網絡節點,從而達到物流作業的高效。工程機械的物流管理與一般物品的物流管理不同,由于其大型性、安全性的要求,因此具有不同的運輸要求[20].目前,對于物流管理中的技術,可以稱之為物聯網技術,包括 RFID、GPS、電子標簽等[21],他們的使用情況如圖 1.1、圖 1.2 所示。

  曹永芬和曾憲鳳[22]研究了 AS-VRP 算法和 HAS-VRP 算法之間的區別與聯系,從而提出了結合這兩種算法的新的路徑匹配算法。張飛等[23]以物流配送線路為研究對象,從智能調度的角度出發,完成了調度資源的合理分配模型,從而提高了資源利用率。冀松等[24]將最短路徑方法運用于路徑匹配問題中,其模型將路徑有向圖化,從而轉化成圖論最優問題。陳建鑫[25]研究了多種最優路徑選取算法,通過對比分析,得出了最優路徑兩兩組合時的效率更高的結論。郭金勇[26]利用遺傳算法研究了送貨、取貨車輛的路徑規則問題,提出了新的路徑規劃模型。李春學[27]研究了物流車輛、物流路線的流量匹配問題,認為物流調度的本質是充分利用已有的路線資源。

  1.4論文組織及結構

  本文研究了基于 ASP.NET 的工程機械自動化生產及物流系統,論文的共分成五個部分進行展示,其詳細的組織及結構說明如下:

  第一部分介紹研究背景、研究意義、研究現狀及發展趨勢(工程機械自動化生產現狀描述、工程機械自動化生產管理現狀描述、自動化生產發展趨勢、工程機械商品物流管理研究情況、工程機械商品物流應用情況)。

  第二部分是本文相關的理論基礎及技術支持。軟件開發工具和開發語言方面介紹了 ASP.NET 程序開發語言、ADO.NET 數據庫訪問技術及 SQLserver 數據庫;自動化生產及物流技術方面介紹了檢測技術簡介、傳感器、PLC 技術、條形碼技術及 FRID 技術等。

  第三部分是系統的需求分析。首先分析系統的總體建設原則,并分析應用系統中存在的問題及擬解決方案;接著從用戶角度分析系統的用戶需求,從自動化生產及物流兩個方面分析各類操作者的用例;然后對系統的業務進行分析,根據業務特點重構業務流程;最后完成系統的需求性需求分析與非功能性需求分析。

  第四部分是系統的設計。首先完成系統的架構設計,包括系統整體架構設計、應用層架構設計及網絡架構設計;接著分析系統的數據業務,并從基礎數據、生產數據及物流數據三個角度完成數據庫模型設計及數據庫表結構設計;然后從功能模塊的角度設計各個模塊下的業務類模型、方法及操作時序模型;最后設計系統的算法模型,主要包括生產線優化模型和運輸調度優化模型。

  第五部分是系統的實現及測試,而在實現及測試之前,對系統的服務器及開發環境進行配置。在系統實現過程中,主要選取各個功能模塊下的代表性功能進行展示,展示的內容包括前端界面、前端代碼、后端代碼、返回數據等;在系統測試過程中,通過測試用例的設計與執行來驗證功能性測試,通過在 LoadRunner工具中執行模擬腳本來完成系統性能測試。

  第 2 章 相關技術概述

  2.1 系統開發技術

  2.1.1 ASP.NET 技術

  2.1.2 ADO.NET 數據訪問技術

  2.1.3 SQLServer 數據庫

  2.2 生產及物流相關技術

  2.2.1 檢測技術簡介

  2.2.2 傳感器簡介

  2.2.3 PLC 技術簡介

  2.2.4 條形碼技術

  2.2.5 FRID 技術

  2.3 小結

  第 3 章 系統需求分析

  3.1 系統建設概述

  3.2 系統用戶分析

  3.2.1 生產用戶需求分析

  3.2.2 物流用戶需求分析

  3.3 系統業務需求分析

  3.3.1 生產過程分析

  3.3.2 物流過程分析

  3.4 系統功能需求分析

  3.4.1 系統總體功能模型

  3.4.2 系統核心功能模塊

  3.5 系統非功能需求分析

  3.6 小結

  第 4 章 系統設計

  4.1 系統架構設計

  4.1.1 系統總體架構設計

  4.1.2 應用層架構

  4.1.3 系統網絡架構

  4.2 數據庫設計

  4.2.1 系統基礎數據設計

  4.2.2 系統生產數據設計

  4.2.3 系統物流數據設計

  4.3 系統功能模塊設計

  4.3.1 系統設置模塊設計

  4.3.2 基礎數據模塊設計

  4.3.3 生產設置模塊設計

  4.3.4 生產過程模塊設計

  4.3.5 物流管理模塊設計

  4.4 生產優化及物流調度設計

  4.4.1 生產線優化模型設計

  4.4.2 運輸調度模型設計

  4.5 小結

  第 5 章 系統實現及測試

  5.1 系統開發前提

  5.1.1 系統服務器

  5.1.2 系統安裝與配置

  5.2 系統實現

  5.2.1 系統設置模塊實現

  5.2.1.1 用戶登錄實現

  5.2.1.2 用戶角色管理實現

  5.2.2 基礎數據模塊實現

  5.2.2.1 線路信息查詢實現

  5.2.2.2 線路信息修改實現

  5.2.3 生產設置模塊實現

  5.2.3.1 班次管理實現

  5.2.3.2 工位管理實現

  5.2.4 生產過程模塊實現

  5.2.4.1 自動化生產優化實現

  5.2.4.2 自動化測試實現

  5.2.5 物流管理模塊實現

  5.2.5.1 物流跟蹤實現

  5.2.5.2 物流調度實現

  5.3 系統測試

  5.3.1 系統測試概述

  5.3.2 系統功能測試

  5.3.3 性能測試

  5.4 小結

結 論

  工程機械企業的經營過程中,生產和物流是其兩個重要的組成部分。隨著經濟快速發展,經濟全球化和產業的轉型升級,工程機械企業對生產管理和物流管理提出了更高的要求。目前,工程機械生產及物流系統通常是一個封閉的、單一用途、以硬件為中心的系統,無法解決行業數據分散、運營混亂等問題。另一方面,現有的程機械生產及物流系統的用戶界面復雜,功能有限,操作困難,只能完成有限的功能,遠遠不能滿足企業的要求。機械工程生產及運輸涉及到國家重點工業的發展,好的管理系統不僅可以提高生產效率,還能充分地利用已有的資源,從而提高整個生產及物流過程的效率。隨著計算機技術的飛速發展,結合先進的生產模型及物流調度算法,來重構機械工程生產及物流系統變得沒有那么困難。本文正是在些背景下研究企業工程機械自動化生產及物流管理過程,其主要工作如下:

 。1)課題調研:首先,分析國內外自動化生產及物流管理系統的研究背景與開發意義,總結研究現狀及其存在的不足,從而理解課題理論意義與實際應用。

  接著確定課題開展路線,深入學習并理解系統開發過程中所涉及的計算機技術如ASP.NET、ADO.NET、C#、PLC、條形碼及 FRID 等。最后根據調研結果確定系統的業務及功能,將系統分成系統設置、基礎數據、生產設置、生產過程及物流管理五個功能模塊。

 。2)系統模型建立:系統模型主要從業務、架構、數據、邏輯及算法五個方面展開,從而得到系統的系統原型。業務模型是從系統用戶、生產流程、物流流程的基礎上,建立相關的用戶模型和流程模型。架構模型主要包括結合相關技術架構總體框架和應用層次、根據系統部署要求設計網絡模型。數據模型主要從基礎數據、生產數據及物流數據三個角度建立數據庫 PDM 模型,并設計相關的數據表結構的內容。邏輯模型是在系統架構的基礎上完成各個功能模塊的業務類、業務類關系、業務類屬性、業務類方法、業務操作邏輯。算法方面,為了提高自動化生產效率,提出了產品基于有向圖的工位、生產線模型,并通過全局搜索算法優化生產過程;為了提高物流運輸效率,提出了基于基于狄克斯特拉算法的多約束物流調試模型。

 。3)在搭建系統開發環境的基礎上,完成系統開發的原型系統,并依次完成系統的前端代碼、業務邏輯代碼及持久層代碼。為了驗證本系統的工作效率,驗證其是否滿足開發需求,系統測試已成必然。系統測試通過傳統的功能點測試,設計各個模塊的功能用例;另一方面,通過性能測試,如資源占用率、、吞吐率、響應時間等來測試系統的性能。系統測試結果表明,本文設計并實現的自動化生產及物流系統滿足性能要求與應用需求。

  本論文所開發的系統可以跟蹤生產過程的各個方面,采集并記錄實時生產和測試數據,從而讓信息伴隨著產品在生產過程流動。系統打通了企業內部的信息孤島,使得"人機料法環"成為一個有機整體。在實際使用過程中,生產跟蹤的操作便捷,可視化顯示的效果得到了肯定,展示出更豐富的生產運營細節,幫助發現生產流程中的薄弱環節,提升生產工藝水平,減少材料浪費,提高生產效率,從而進一步降低企業的總體運營成本。在當下物流需求越來越高的實際情況下,本文物流管理還不能夠達到不斷提高的工程機械生產水平的要求,當下增長的需求也對物流系統的開發提出了更高更苛刻的要求。雖然該系統不能達到快速增長的物流需求,但是在系統設計和開發的流程中卻提出了對各個技術模塊的需求和思考,并且加入了自身的實踐和測試環節,積累從設計模板工程轉化為實際應用的寶貴經驗。

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致 謝

  轉眼之間,在湖南大學求學的生涯在此時此刻將劃上圓滿的句號,執筆于此,感慨萬千。三年的時間,我經歷了幾多挫折與困難,但有你們的陪伴,給予我力量與勇氣。在論文完稿之際,謹對在本論文的撰寫過程中,給予我幫忙的導師和親愛的家人,表示深深的感謝!首先,感謝我的導師,是您讓我明白:我們能從失敗中汲取教訓,在困難中積聚力量,在黑暗中尋找光明。老師在生活工作中給人的感覺是生活樸素,工作認真負責,是一位十分稱職的老師。

  感謝我的同門朋友,感謝你們陪我闖過那些風雨,感謝在我最無助的時候有你們的鼓勵。親愛的朋友,想說真得很謝謝你們陪我走過人生那么久那么長。

  感謝和我一起工作的小伙伴們。你們靈活考慮問題的方式,嚴謹的解決問題的態度;你們扎實的專業知識功底,認真的科研態度都給我留下了深刻印象。

  感謝我父母的養育之恩,無以回報,你們永遠健康快樂是我最大的心愿。

  人生道路漫漫,從上天賦予我們生命開始不斷地探索、找尋,最終到達一個又一個的目標,其實一路上并不會一帆風順,會經歷幾多風雨。在傷心、痛苦時,有你們陪在身邊,與我一起分擔;在開心、幸福時,有你們陪在身邊,與我一起分享。

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