程秀全，林海新，程思竹，肖剛鋒，劉銘光

（1.廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院 飛機維修工程學(xué)院，廣東 廣州 510403；2.華南理工大學(xué) 機械與汽車工程學(xué)院，廣東 廣州 510640）

0 引 言

電極加工是模具加工前的重要環(huán)節(jié)[1]，主要以人工為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)電極加工信息管理效率低，給企業(yè)的生產(chǎn)過程和成本帶來了負面影響。當(dāng)前針對電極加工的信息管理系統(tǒng)的研究，國內(nèi)尚處于起步階段。李歡等[2]針對某企業(yè)生產(chǎn)實際，基于射頻識別（RFID）技術(shù)結(jié)合B/S架構(gòu)軟件和數(shù)據(jù)庫研究了模具電極的整個生命周期的信息管理系統(tǒng)；劉揚等[3]利用Access 數(shù)據(jù)庫和.net 開發(fā)技術(shù)研發(fā)了C/S 結(jié)構(gòu)的輔助電極的信息管理系統(tǒng)；CHEN Z L 等[4]分析了利用RFID 技術(shù)對模具生產(chǎn)整個流程的信息管理方案；WANG B 等[5]針對某模具企業(yè)，研究了基于RFID技術(shù)的模具制造整個流程的信息管理系統(tǒng)；尹健磊等[6]研究了基于PowerMILL 的模具零件電極自動編程管理系統(tǒng)；王偉驎等[7]針對模具的生產(chǎn)管理研究了基于RFID 技術(shù)的射出成形車間模具管理系統(tǒng)；徐煒[8]針對模具生產(chǎn)過程研究了一種基于MES 的電極管理系統(tǒng)；ZENG H 等[9]構(gòu)建了一套模具電火花加工自動化電極檢定管理系統(tǒng)。對于模具及電極的自動化、智能化生產(chǎn)，目前也有學(xué)者進行了相關(guān)的研究，如張平等[10]研究了一種柔性自動化生產(chǎn)在模具零件加工中的應(yīng)用方案。

以上研究主要集中在電極層面或模具制造層面對電極的整個生命周期或模具加工生產(chǎn)信息進行管理，而對其子模塊的電極加工的管理方案，特別是對電極加工程序的獲取并沒有進行深入的優(yōu)化。以下結(jié)合某模具企業(yè)的實際需求，探索RFID技術(shù)在電極加工程序獲取以及電極信息、加工參數(shù)等信息管理中的應(yīng)用方案，設(shè)計一套配合RFID 技術(shù)的快速信息獲取并對其進行有效管理的軟件系統(tǒng)。

1 模具電極加工信息管理系統(tǒng)整體框架的構(gòu)建

1.1 電極信息管理系統(tǒng)功能分析

對于電極的數(shù)控加工，首先要得到相應(yīng)的加工程序。在快速獲取電極加工信息方面，系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)電極ID 來獲取相應(yīng)電極、加工程序及加工參數(shù)等信息。同時，為了兼容加工中程序文件并未完全匹配相應(yīng)加工設(shè)備的情況，系統(tǒng)還需提供一種在線預(yù)覽編輯加工程序后下載程序文件的獲取方式。

由于系統(tǒng)的所有信息都存儲在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，針對后續(xù)新增的電極，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備信息的導(dǎo)入以及程序文件的上傳功能，對于一些已棄用的電極，系統(tǒng)應(yīng)提供信息的刪除功能。同時，對于存儲在數(shù)據(jù)庫中需要修改的信息，系統(tǒng)還需提供信息的修改功能。此外，系統(tǒng)還應(yīng)具備在信息安全方面的功能，如權(quán)限控制、操作日志記錄等。

綜上所述，在程序的獲取以及信息的管理方面，系統(tǒng)的功能應(yīng)包括程序下載、信息管理及信息安全等方面的功能，如圖1所示。

圖1 電極信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 數(shù)據(jù)庫軟件及系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的選擇

當(dāng)前較流行的優(yōu)秀數(shù)據(jù)庫有Oracle、MySQL、SQL Server 等，Oracle 數(shù)據(jù)庫費用昂貴，故不選擇。與MySQL 相比，SQL Server擁有更好的讀寫性能、數(shù)據(jù)可靠性、易用性等優(yōu)勢，因此選用SQL Server 數(shù)據(jù)庫軟件。

一個軟件包含客戶端和服務(wù)器兩大部分，軟件的結(jié)構(gòu)主要分為C/S（客戶端/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)和B/S（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)。由于B/S 架構(gòu)的軟件是通過瀏覽器和服務(wù)器請求相應(yīng)的操作，開發(fā)、維護成本低、分布性強。開發(fā)的系統(tǒng)中每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，在加工應(yīng)用中分布范圍較廣，同時RFID 讀寫器也有對通用瀏覽器內(nèi)核支持的信息傳輸協(xié)議，因此選擇更適用的B/S架構(gòu)軟件。

B/S 架構(gòu)的軟件開發(fā)包括前端瀏覽器網(wǎng)頁開發(fā)和后端服務(wù)器開發(fā)，前端瀏覽器網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)通常用html 做元素生成，用css 做頁面美化，用javascript（簡稱js）實現(xiàn)頁面的動態(tài)效果。較前端開發(fā)而言，后端服務(wù)器開發(fā)有很多選擇，此處選用生態(tài)鏈比較成熟的Java 編程語言，通過Java 官網(wǎng)提供的JDBC接口實現(xiàn)服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫的連接通信。對于軟件前端網(wǎng)頁和后端服務(wù)器的通信，主要有jsp（同步通信）和Ajax（異步通信）2 種方式，為了降低軟件的耦合度，便于軟件系統(tǒng)的維護開發(fā)，選用Ajax技術(shù)。

2 模具電極加工信息管理系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計

電極加工信息主要包括電極加工信息、加工程序信息、加工參數(shù)信息和用戶信息，表創(chuàng)建SQL 代碼見DatabaseDesign.sql 文件中創(chuàng)建電極信息表注釋標(biāo)記代碼。

（1）電極加工信息：如電極ID、材料、尺寸、Z 軸高度、所屬模具零件編號、火花位、庫存量、存放位置、是否屬于自動化生產(chǎn)等，相應(yīng)數(shù)據(jù)如表1 所示。由于電極ID 唯一，應(yīng)設(shè)置字段數(shù)據(jù)唯一約束，而其他字段信息不可缺少，創(chuàng)建表時應(yīng)設(shè)置非空約束。

（2）電極加工程序信息：如電極ID、程序文件存儲路徑、加工預(yù)計耗時、程序?qū)霑r間、程序編制人員等，相應(yīng)數(shù)據(jù)如表2 所示。其中電極ID 必須保證存放于電極信息表的id字段，故需將電極ID 字段設(shè)置為電極信息表中id字段的外鍵，讓兩表相關(guān)聯(lián)。

表1 電極加工信息表

表2 電極加工程序信息表

（3）電極加工參數(shù)信息：如工序信息、加工余量、切削用量（切削速度、進給量、背吃刀量）、加工坐標(biāo)等，相應(yīng)數(shù)據(jù)如表3 所示。表中的每一條信息只是電極加工的其中一道工序參數(shù)信息，每個電極的加工參數(shù)信息包括表中電極ID 相同的所有記錄信息，并且是通過工序號進行工序的先后排序，為了與電極信息關(guān)聯(lián)需要將電極ID 設(shè)置為電極表中id字段的外鍵并且不能讓其數(shù)值唯一。

表3 電極加工參數(shù)信息表

（4）系統(tǒng)用戶信息：如用戶姓名、用戶所屬部門、用于登錄的賬號、用于登錄的密碼等，相應(yīng)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 用戶信息表

3 模具電極加工信息管理系統(tǒng)軟件開發(fā)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)總體結(jié)構(gòu)

B/S 軟件開發(fā)大多采用三層架構(gòu)的形式，即表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層，每層分工明確?？山档蛙浖鸟詈隙?，有利于軟件的維護?，F(xiàn)采用該架構(gòu)，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 軟件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的工作流程為：瀏覽器網(wǎng)頁獲取生產(chǎn)請求的參數(shù)，然后根據(jù)不同的參數(shù)訪問不同服務(wù)器請求路徑下的資源，服務(wù)器對相關(guān)參數(shù)進行處理后，用處理后的參數(shù)訪問后臺數(shù)據(jù)庫，從后臺數(shù)據(jù)庫獲取相對應(yīng)數(shù)據(jù)后，獲取網(wǎng)頁請求的資源并返回瀏覽器，最后將資源展示在瀏覽器網(wǎng)頁。

3.2 系統(tǒng)前端頁面開發(fā)

系統(tǒng)主要包括模具電極信息管理、模具電極加工程序下載、信息安全三方面的主要功能，因此系統(tǒng)對于3 個模塊功能提供了導(dǎo)航菜單及二級子菜單，如圖3所示。

圖3 功能模塊導(dǎo)航菜單條

3.3 系統(tǒng)后端服務(wù)器開發(fā)

3.3.1 電極加工程序下載功能服務(wù)器端開發(fā)

通過電極ID 查詢數(shù)據(jù)庫獲取程序文件的存放路徑（url），然后通過IO 類讀取程序內(nèi)容，將其設(shè)置為附件處理的形式回寫給瀏覽器，根據(jù)請求的不同分為單個文件下載和多個文件下載。

對于程序的預(yù)覽編輯后下載，先通過電極ID 調(diào)用直接下載獲取程序內(nèi)容，然后將其用html 的文本形式回寫給瀏覽器，前端接收并顯示到指定區(qū)域，在編輯完成后按文件形式返回給瀏覽器。

3.3.2 電極加工信息管理功能服務(wù)器端開發(fā)

信息導(dǎo)入：借助于apache的fileUpload工具將數(shù)據(jù)和文件進行封裝后存入數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器指定文件夾中。

信息刪除：信息刪除涉及電極、程序、加工參數(shù)以及程序文件，需要將刪除的電極信息、程序信息、加工參數(shù)信息、文件歸結(jié)到同一事務(wù)中處理。

信息修改：通過設(shè)置信息顯示表格中的數(shù)據(jù)可編輯，從而提供信息的修改功能。

信息查詢：利用滿二叉樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與反射技術(shù)實現(xiàn)查詢。

3.3.3 信息安全功能服務(wù)器端開發(fā)

登錄驗證主要通過簡單的校驗賬號密碼是否正確。操作日志主要借助logback 工具包對一些程序的下載、信息的操作進行日志記錄并生成日志文件。

3.4 電極加工程序自動下載功能方案

通過RFID 讀寫器讀取存儲在與電極綁定的電子標(biāo)簽中的電極唯一ID 編號，然后RFID 讀寫器通過無線系統(tǒng)將電極ID 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后發(fā)送給模具電極加工信息管理系統(tǒng)的瀏覽器客戶端。客戶端接收電極ID 之后向服務(wù)器端發(fā)出下載該電極ID 對應(yīng)的加工程序的請求，服務(wù)器端根據(jù)電極ID 查詢數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的加工程序文件所在的路徑，并根據(jù)該路徑讀取電極文件返回給瀏覽器客戶端，完成電極加工程序的自動下載，下載流程如圖4 所示。所開發(fā)的模具電極信息管理系統(tǒng)頁面如圖5所示。

圖4 電極加工程序自動下載流程

4 結(jié)束語

圖5 系統(tǒng)主頁面

針對某模具企業(yè)電極加工信息管理的實際需求，完成模具電極信息管理系統(tǒng)開發(fā)。在探索RFID技術(shù)應(yīng)用于制造生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，基于數(shù)據(jù)庫和軟件編程技術(shù)開發(fā)了一套電極加工信息管理軟件，所開發(fā)的管理系統(tǒng)能在電極加工中較快地獲取電極加工程序，對生產(chǎn)加工中的電極、程序以及加工參數(shù)信息進行有效集中管理。該系統(tǒng)具有一定的實用性，并能在有效提升企業(yè)模具電極信息管理水平的同時保證管理系統(tǒng)的安全性。