葛和勇

(上海理工大學(xué)機械工程學(xué)院，上海 200093)

0 引言

隨著我國制造業(yè)信息化的快速發(fā)展，越來越多的制造型企業(yè)引進(jìn)先進(jìn)的信息技術(shù)融入到生產(chǎn)中，使得生產(chǎn)效率和研發(fā)水平都得到極大的提高。但在高校端，信息化集成的水平和產(chǎn)業(yè)端仍有差距。

高校機械專業(yè)相關(guān)的課程作業(yè)及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的協(xié)作管理所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件大多采用線下傳輸，集中管理，項目迭代緩慢，同時還存在知識資源利用率低下的問題。許多設(shè)計的數(shù)據(jù)無法像產(chǎn)業(yè)端一樣有一套完整的設(shè)計體系，導(dǎo)致保存數(shù)據(jù)不規(guī)范、項目信息無法被及時推送到各個節(jié)點，無法及時反饋解決出現(xiàn)的問題。由于項目推進(jìn)中，數(shù)據(jù)在設(shè)計和制造時會不斷地修正和調(diào)試需要反復(fù)驗證修改前期設(shè)計結(jié)果，導(dǎo)致產(chǎn)生了許多過程性文件。針對這些過程性文件，高校難以借助信息化手段對其進(jìn)行有效管理，往往造成修改的結(jié)果參差不齊，增加工作量。

為了解決高校這一痛點，同時為了加快高校產(chǎn)學(xué)研融合、培養(yǎng)工業(yè)4.0 所需人才的需求，因此運用互聯(lián)網(wǎng)信息化的手段設(shè)計一款能夠針對高校的機械項目協(xié)作管理系統(tǒng)是非常有必要的。

1 需求分析

1.1 功能需求

調(diào)研歷年來創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊遇到的問題，歸納有以下幾點。①由于課程中需要學(xué)生進(jìn)行機械零件的三維、二維電子版圖紙繪制，數(shù)據(jù)量比較大，通過線下傳輸或者聊天平臺傳輸?shù)嚼蠋煹膫€人電腦上，無法做到高效的管理，且易出錯，遺漏率較高。②項目團隊在進(jìn)行團隊設(shè)計時，由于設(shè)計的零件及項目的各種文檔都儲存在各個成員自己的電腦中，版本太多導(dǎo)致更改的內(nèi)容無法快速審核并使其他成員能夠在項目中使用，造成團隊之間成員協(xié)作不夠緊密，效率低下。③項目團隊負(fù)責(zé)人在管理項目時，只能通過線下或線上的會議了解到各個成員完成的進(jìn)度，會議的記錄及項目相關(guān)文件雜亂繁多，拖后項目進(jìn)度。

基于以上調(diào)研出的痛點問題，經(jīng)過整理，得出所設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)包含以下幾個功能模塊。

⑴各種數(shù)據(jù)上傳及下載功能，用戶可以按照自身的權(quán)限對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行下載、上傳、更新等操作。

⑵項目管理功能，用戶可以在項目下存放項目的各種數(shù)據(jù)，同時根據(jù)組織團隊的變化進(jìn)行人員管理。

⑶ 零件、圖紙管理功能，用戶可以上傳或下載數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會顯示上傳數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)信息，并提供基本信息維護的功能。

1.2 性能需求

⑴系統(tǒng)可靠性 高校機械項目協(xié)作管理系統(tǒng)會存放大量的信息及數(shù)據(jù)，因此必須要有很高的系統(tǒng)可靠性。當(dāng)系統(tǒng)個別功能發(fā)生故障時，運維人員可以通過代碼的維護快速解決故障。因此在前期的代碼編寫時需要做到編碼規(guī)范，可讀性高，在關(guān)鍵功能編寫時需要及時標(biāo)記及注釋。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生重大故障時，運維人員必須保證系統(tǒng)在發(fā)生故障前的數(shù)據(jù)得以保存和恢復(fù)。

⑵系統(tǒng)易用性 用戶在特使用本系統(tǒng)時，能夠快速的學(xué)習(xí)、理解及使用，整體界面設(shè)計應(yīng)該簡潔、明了，采用常用網(wǎng)站相似的布局幫助用戶快速理解系統(tǒng)功能，操作按鈕利于用戶便捷操作，減少學(xué)習(xí)成本。

⑶系統(tǒng)并發(fā)性隨著系統(tǒng)的運作，可能存在某個時間段大量用戶登錄系統(tǒng)，使用系統(tǒng)的各個功能，如學(xué)校課程快結(jié)束時，教師讓學(xué)生使用該系統(tǒng)上傳課程的數(shù)據(jù)，此時大量學(xué)生會集中在一個時間段登錄系統(tǒng)。因此系統(tǒng)需至少滿足100 人同時進(jìn)行訪問，并且系統(tǒng)的響應(yīng)時間不能超過3000ms，系統(tǒng)需在有效的時間內(nèi)對用戶做出響應(yīng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 Web架構(gòu)介紹

本文采用前后端分離的技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，前端采用React 加Redux 框架，后端是SpringBoot 集成MyBatis-Plus 框架方案，以MySQL 搭配MongoDB 作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，設(shè)計了基于Web的高校機械項目協(xié)作管理系統(tǒng)。

React是目前最受歡迎的前端框架之一，它是一個開源的高效、靈活的JavaScript庫，有豐富的組件可以用來快速創(chuàng)建Web 用戶交互界面。React 可以通過OMDiff算法，計算出當(dāng)前虛擬頁面和新的虛擬頁面之間的差異，從而最大程度地減少重繪，避免不必要的DOM操作，并實現(xiàn)高效渲染，提高效率，減少因為繪制界面的加載時間。但由于React 是一個視圖層的框架，多個組件之間的傳參十分麻煩，數(shù)據(jù)無法共享。故大型項目中常用Redux相配合使用。

SpringBoot 是Pivotal 團隊提供的全新框架，可以簡化Spring 應(yīng)用的初始搭建和開發(fā)過程。SpringBoot能夠加快Java 的開發(fā)，大大縮短了開發(fā)中配置、部署、監(jiān)控的過程。由于SpringBoot 對于多表多條件分頁查詢的操作能力有限，因此整合MyBatis-Plus 為數(shù)據(jù)操作工具，MyBatis-Plus 是一個MyBatis 增強版工具，在MyBatis上擴充了其他功能,但沒有改變其基本功能，簡化了開發(fā)，提高了效率，它可以直接寫SQL 語句，便于SQL 調(diào)用。使用Redis 做分布式緩存中間件來減輕數(shù)據(jù)庫壓力，提高系統(tǒng)性能。

數(shù)據(jù)庫采用Mysql與MongoDB 平行使用。Mysql是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。擁有較為成熟的體系，成熟度很高，且穩(wěn)定性很強。在面對需要存儲大量數(shù)據(jù)、文件時，效率較慢。而高校機械項目協(xié)作管理系統(tǒng)需要存儲大量項目的文件、項目的數(shù)據(jù)，只采用MySQL 作為數(shù)據(jù)庫，會使得系統(tǒng)整體效率低下，不利于使用。因此采用和MongoDB并行，MongoDB為非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，主要負(fù)責(zé)文檔、文件的存儲，能夠有較好的代碼親和性，搭配使用從而提高整體效率。

2.2 系統(tǒng)界面設(shè)計

根據(jù)需求，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，如圖1所示分為信息管理、項目管理、文檔管理、零件數(shù)據(jù)管理四大模塊。

圖1 系統(tǒng)功能模塊圖

系統(tǒng)整體布局采用側(cè)邊導(dǎo)航欄模塊和首部導(dǎo)航欄模塊進(jìn)行快速轉(zhuǎn)頁。用戶能夠根據(jù)需要點擊相應(yīng)側(cè)邊欄，快速進(jìn)入各個管理模塊頁面。首部導(dǎo)航欄顯示系統(tǒng)名稱、賬號及時間，用戶點擊系統(tǒng)名稱可以快速回到“我的首頁”管理模塊，點擊賬號可以進(jìn)入個人信息管理模塊，在個人信息管理模塊中用戶可以更改個人的基本信息及登錄密碼。

頁面的主體信息展示采用雙分頁結(jié)構(gòu)，在左邊頁面顯示所選具體模塊中展示的信息，右邊頁面顯示鼠標(biāo)所點擊的各種模塊下詳情信息，方便用戶快速了解數(shù)據(jù)的基本信息及狀態(tài)。同時在每個右邊頁面顯示的詳細(xì)內(nèi)容下都有一個簽出按鈕，有相應(yīng)權(quán)限的用戶點擊簽出按鈕，就可以修改這個詳細(xì)內(nèi)容的信息。在修改完成后，在簽出按鈕的位置會有個簽入按鈕，點擊后就可以保存所修改的信息，方便用戶維護。

我的首頁模塊是用戶進(jìn)入系統(tǒng)中第一個顯示的頁面，在這個頁面中用戶可以對文件夾進(jìn)行創(chuàng)建、維護。用戶可以在文件夾中放入各種數(shù)據(jù)，方便用戶對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分類和查閱。

項目管理模塊中，用戶可以通過創(chuàng)建項目按鈕進(jìn)行項目創(chuàng)建，在填完所需要的信息后生成的項目會出現(xiàn)在我的項目文件夾下，項目下會生成兩個項目功能模塊，program data 和program team，同時在點擊項目的層級時會在右邊頁面顯示項目的詳細(xì)信息，如項目名稱、項目描述、項目來源、項目開始及結(jié)束時間等等，具體如圖2 所示。用戶也可點擊項目層級下方的兩個功能模塊跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的功能模塊，進(jìn)行項目下數(shù)據(jù)的管理和人員的維護。

圖2 項目管理界面

經(jīng)過多用戶的測試及反饋，在零件數(shù)據(jù)管理模塊中，由于用戶會較高頻率點擊圖紙管理和零件管理，因此在界面上將這兩個模塊分別展示到導(dǎo)航欄中，和文檔管理同級。用戶可以分別在上述三個頁面進(jìn)行零件、圖紙、文檔的創(chuàng)建、管理、下載等操作。

3 主要功能介紹與實現(xiàn)

3.1 編碼器定義

在系統(tǒng)中需要上傳大量的數(shù)據(jù)，會遇到一些名字相同、相似的數(shù)據(jù)，為了確保每個數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的唯一性，因此為每個數(shù)據(jù)如項目、零件、圖紙、文檔定義唯一的編號。為了滿足高校的需求和清晰、易識別的用戶需要，定義了8位數(shù)的編號如圖3所示。

圖3 編碼器位數(shù)圖

Ⅰ組織類型：0 為測試序號，1-4 為學(xué)院序號，5-9為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。

Ⅱ數(shù)據(jù)類型：0為測試序號，1-2為項目序號，3-4為零件序號，5-6 為圖紙序號，7-8 為文檔序號，9 為備用序號。

Ⅲ—Ⅳ年份序號：取自年份的后兩位，如2021 年則為21。

Ⅴ-Ⅷ 自增序號：由編碼器自動生產(chǎn)遞增的序號，其中0000-0009為測試序號。

由以上規(guī)則將上述八位數(shù)通過后臺的編碼器拼接起來形成一個在系統(tǒng)中唯一的編號。例如在2021 年創(chuàng)建的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目下第一個零件的編碼為：13210010。

3.2 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)實現(xiàn)

由于系統(tǒng)整體的需求是項目的協(xié)作與管理，整體的數(shù)據(jù)是圍繞著項目展開的，必須在項目下建立零件及文檔，關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖4所示。

圖4 關(guān)聯(lián)關(guān)系圖

關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)是通過數(shù)據(jù)庫建立的一張關(guān)系表，其中各個字段如表1 所示。在數(shù)據(jù)字典中共定義了program_own_folder、program_own_doc、program_own_part、program_own_drawing、part_own_drawing五種關(guān)聯(lián)類型。其中零件必須關(guān)聯(lián)項目，圖紙則必須關(guān)聯(lián)零件及項目，文檔關(guān)聯(lián)項目，這樣所有的數(shù)據(jù)都可以通過項目索引。

表1 關(guān)聯(lián)關(guān)系表

3.3 下載及上傳

作為機械項目的協(xié)作管理系統(tǒng)必須要有零件的上傳下載及管理的功能，同時為了確保對上傳文件進(jìn)行定義，共定義了三種情況,在文檔管理頁面可以上傳txt、pdf、docx、doc、jpg、png、xlsx、xls、ppt、pptx、zip 格式文檔，在零件管理頁面可以上傳sldprt、sldasm、igs格式的零件，在圖紙管理頁面可以上傳dwg、dwt 格式的圖紙。

本系統(tǒng)通過用戶點擊前端所設(shè)置的上傳按鈕，觸發(fā)上傳事件，后臺通過MySQL 中定義文件的類型，將文件以數(shù)據(jù)流的形式存儲到MongoDB。后臺中SpringBoot 在上傳時會定義上傳權(quán)限，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的一個類型來判斷用戶是否有權(quán)限可以進(jìn)行上傳更新。同時下載也同理，根據(jù)用戶的身份，開放下載的權(quán)限。

4 結(jié)束語

基于Web 的高校機械項目協(xié)作管理系統(tǒng)設(shè)計有利于提高高校在機械項目管理的效率，提高高校的信息化水平，使得學(xué)生能夠更快融入信息化的先進(jìn)制造企業(yè)。系統(tǒng)部署后，經(jīng)過測試，整體運行穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的功能。該系統(tǒng)經(jīng)過一段時間運行后，一些師生也對系統(tǒng)提出了一些建議，下一步將會完善數(shù)據(jù)的周期管理，對接高校的MES 系統(tǒng)，助力于高校在智能制造領(lǐng)域的發(fā)展。