基于ASP.NET的工程机械自动化生产及物流系统

摘 要

　　随着我国经济高速发展以及人们生活质量的提高，工程机械的市场需求逐渐扩大。由于当前工程机械厂家的生产及物流设备相对落后，导致企业的生产无法满足市场需求。为了跟上发展步伐，企业需要重构生产、物流业务，以解决当下针对智能制造的各种挑战。本文基于 ASP.NET、结合 COM+、PLC、SQL Server等进行开发，主要工作如下：

　　（1）分析系统业务需求，将系统划分成系统设置模块、基础数据模块、生产设置模块、生产过程模块及物流管理模块。另一方面，建立系统的总体架构、应用架构、网络架构，并在此基础上完成系统的功能模块设计。

　　（2）分析系统的数据特点，将系统数据分成基础数据、生产数据及物流数据三个部分。建立系统的数据库模型，同时完成数据库表结构的详细设计，从而为系统开展提供数据支撑。另一方面，搭建系统开发环境，并完成系统功能的前端代码、业务逻辑层代码和持久层代码的开发。

　　（3）针对自动化生产过程，建立基于产品工序、生产线有向图，并通过全局搜索算法来寻找最小值，从而提高自动化生产效率。另一方面，建立基于多约束的调度模型，实现自动化调度，解决物流资源配置与客户个性需求最优配置问题。

　　本文通过完成系统的开发工作，建立一个集生产、物流一体的服务管理平台，为企业作业提供信息化、智能化、自动化平台支撑。系统以业务对物流服务商、车辆司机、工程机械贸易商进行整合，达到了协同办公、信息共享的目的。系统测试结果表明本文所研发的管理系统具有组装轻量性，但功能强大，效率高，进一步推进我国企业信息化、物流智能化、生产自动化的进程。

　　关键词：自动化生产；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

　　目 录

　　第1章 绪 论

　　1.1研究背景

　　工程机械企业的经营过程中，生产和物流是其两个重要的组成部分。随着经济快速发展，经济全球化和产业的转型升级，工程机械企业对生产管理和物流管理提出了更高的要求。信息技术革命改变了企业的生产及物流环境，将生产及物流管理学推上了一个新的高度，生产管理学的发展又为生产管理水平的提升提供了契机。生产及物流管理是企业管理中的核心环节，工程项目成本和物流运输成本的高低将直接影响建筑业企业的经营状况和盈利水平。企业现有的生产系统和物流运输系统通常是一个封闭的、单一用途、以硬件为中心的系统；它的用户界面复杂，功能有限，操作困难，只能完成有限的功能，远远不能满足企业的要求[1].

　　在产业五年规则中指出：工程机械生产应当加快与信息化、自动化结合的进程，从而应用于企业生产、销售、物流一体化进程。另一方面，高效的生产过程和自动化系统是企业向工业 4. 0 智能制造转型的基础条件，它能够帮助企业进行业务流程改造，简化工作流程，提高工作及物流运输效率，提升企业的市场竞争力[2].

　　1.2研究意义

　　随着我国工业化、城镇化进程的不断发展，工程建设项目开工建设数量不断增加，建筑施工企业规模不断发展壮大；但很多企业在发展过程中遭遇了发展瓶颈，即企业的经营效益并没有伴随着企业规模的壮大同步提高，阻碍了企业快速前进的步伐，因此如何提高企业的运营效率己经成为函待解决的问题。本文设计了工程机械自动化生产及物流系统，可以将企业生产中各个环节产生的数据及时收集、快速传递、实时共享，并能够实现集成处理；可以及时反馈物流运输中常见的各种问题。通过互联网系统进行自动化生产和物流运输，对于提升生产的效果和物流运输的效率都有帮助[3].

　　自动化生产和智能化物流系统在多数企业中一直占据核心位置，生产及智能化物流运输的效果会直接关系到企业战略目标的达成与否。通过新的应用系统，解决目前工程机械生产及物流业务中的问题，并提高企业工作效率，进而为打造先进的应用平台奠定基础。因此本文关于工程机械自动化生产下的物流设计与实现的研究具有十分重要的现实意义。

　　1.3国内外研究现状

　　1.3.1 国外研究现状

　　1.3.1.1 国外自动化生产研究现状

　　自动化生产体系是基于可视化逻辑引擎、事务机制，集成多方位、立体的生产数据信息模型。早在 20 年前，国外一些企业，其中包括 SAP 公司，已经开始重点研究工程机械自动化生产体系，其目标是建立一个平台级别的、能够快速部署的跨平台的集成制造系统。该系统的目标是最大化的利用企业现有投资、采用Web 方式、基于服务导向架构，为生产管理人员提供多种程序接口与其它商业软件协同工作，从而实现数据共享[4].目前，国外在自动化生产的研究中取得了一定的成果，主要体现如下：

　　（1）美国自动化生产。美国生产自动化经过几十年的发展，机械工程企业不断地投入人力、财力来优化生产过程，如今无论是理论研究还是生产实践都处于世界先进水平。美国工程企业的机械生产以用户需求为核心，以先进的管理理念作为重要手段，其主要特点体现如下：

　　1）客户需求驱动，工程机械的生产首先要精准定位客户的实际需求，其中需求的获取包括多种途径，如与客户交流、网络提取；

　　2）高新技术辅助，生产企业不断地应用先进的计算机技术，如机器学习算法、智能分配模型对企业所收集的数据进行分析，从而挖掘数据中的有用信息；

　　3）企业重视技术的发展和人才的引进，作为工程机械企业的决策者和领导者，他们加大对技术的研发，对人才的引进[5-6].

　　（2）日本自动化生产。日本作为全球重要的重工业发展强国之一，其自动化生产的成功之处在于生产理念的普及。与美国不同，日本的生产自动化与各个相关的行业合作，注重持续化发展。目前，日本在自动化生产过程中，已经研发出了先进的生产线及工位工序改造升级[7].

　　（3）欧洲自动化生产。欧洲作为传统的机械生产强国，近些年来在自动化生产的发展中与美国存在了差距，但随着欧洲经济一体化的影响，欧洲各国在生产技术中实现共享，并且形成了涵盖欧洲机械生产的网络[8].

　　1.3.1.2 国外物流管理研究现状

　　当前，欧美日等发达国家，主要以第三方物流为主。这些企业注重信息化和基础网络建设，用先进的技术手段提供附加的优质服务[9].国外物流管理研究现状体现如下：

　　Papadopoulos 等[10]以一定范围内的地区为研究对象，提出了物流数据一致性关联的理论。Oliveira 等[11]提出了物流协同的重要性，将物流协同与传统意义上的物流进行比较，指出了协同方式更具有优势，因为其整合了更多的信息，并提高了物流运转效率。Selviaridis 等[12]从供应方和需求方出发，研究了物流协同的核心要素，并指出双方的需求为最核心因素。McGinnis 等[13] 研究物流各个部分的服务供应商的利润分配原则，运用 STERLBERG 模型解决了合同式的物流协同过程中出现的利润分配不均问题。Mousazadeh 等[14]对 30 家典型物流服务商进行研究，发现其 成功的一 个重要因 素在于合作 方的选择 ,并提 出了物流协同的Mousazadeh 模型，从而提高物流运转速度。Ferrarini 等[15]分析了客户、物流企业、政府部门在一定范围内的物流共享的作用，并提出了著名的 CLG 物流协同模型，将三个参与方的职责进行了精确划分。

　　1.3.2 国内研究现状

　　1.3.2.1 国内自动化生产研究现状

　　随着经济的飞速发展和计算机技术的成熟应用，我国在工程机械生产方面也紧跟时代步伐，从而提高了工程机械生产效率，并向智能化与自动化方向靠拢。

　　在工程机械生产行业引入辅助性的管理系统有利于管理日常生产运作流程，并减少生产过程中的错误[16].虽然国内外关于生产过程管理系统的研究与国外存在一定差别，但是也取得了一定的研究成果[17-19]:

　　（1）提供了通用接口：这些接口主要用来与其它商业软件协同工作，这样才能把异构的数据作为一个整体有效利用。

　　（2）实现人性化系统：设计的软件界面更易于操作，信息提示更人性化。这样可以减少人员培训的时间和费用，降低误操作的可能，不会遗漏关键任务。

　　（3）查询和分析的便利性：研究开发模糊查询和精确查询功能，系统提供多种图表样式，具备自定义数据报表的能力。

　　未来，新型的自动化生产系统将能够提供一整套解决方案，将打通 ERP 系统、生产过程管理系统、自动化控制系统、工程设计系统、、办公自动化系统间的壁垒，构建出企业内部的大数据平台。

　　1.3.2.2 国内物流管理研究现状

　　在我国，随着互联网企业的兴趣，越来越多的企业或团队对物流管理进行了研究，如美团、顺丰、圆通等大型的物流管理企业。无一例外，这些物流企业都在市场中部署了物流网络节点，从而达到物流作业的高效。工程机械的物流管理与一般物品的物流管理不同，由于其大型性、安全性的要求，因此具有不同的运输要求[20].目前，对于物流管理中的技术，可以称之为物联网技术，包括 RFID、GPS、电子标签等[21],他们的使用情况如图 1.1、图 1.2 所示。

　　曹永芬和曾宪凤[22]研究了 AS-VRP 算法和 HAS-VRP 算法之间的区别与联系，从而提出了结合这两种算法的新的路径匹配算法。张飞等[23]以物流配送线路为研究对象，从智能调度的角度出发，完成了调度资源的合理分配模型，从而提高了资源利用率。冀松等[24]将最短路径方法运用于路径匹配问题中，其模型将路径有向图化，从而转化成图论最优问题。陈建鑫[25]研究了多种最优路径选取算法，通过对比分析，得出了最优路径两两组合时的效率更高的结论。郭金勇[26]利用遗传算法研究了送货、取货车辆的路径规则问题，提出了新的路径规划模型。李春学[27]研究了物流车辆、物流路线的流量匹配问题，认为物流调度的本质是充分利用已有的路线资源。

　　1.4论文组织及结构

　　本文研究了基于 ASP.NET 的工程机械自动化生产及物流系统，论文的共分成五个部分进行展示，其详细的组织及结构说明如下：

　　第一部分介绍研究背景、研究意义、研究现状及发展趋势（工程机械自动化生产现状描述、工程机械自动化生产管理现状描述、自动化生产发展趋势、工程机械商品物流管理研究情况、工程机械商品物流应用情况）。

　　第二部分是本文相关的理论基础及技术支持。软件开发工具和开发语言方面介绍了 ASP.NET 程序开发语言、ADO.NET 数据库访问技术及 SQLserver 数据库；自动化生产及物流技术方面介绍了检测技术简介、传感器、PLC 技术、条形码技术及 FRID 技术等。

　　第三部分是系统的需求分析。首先分析系统的总体建设原则，并分析应用系统中存在的问题及拟解决方案；接着从用户角度分析系统的用户需求，从自动化生产及物流两个方面分析各类操作者的用例；然后对系统的业务进行分析，根据业务特点重构业务流程；最后完成系统的需求性需求分析与非功能性需求分析。

　　第四部分是系统的设计。首先完成系统的架构设计，包括系统整体架构设计、应用层架构设计及网络架构设计；接着分析系统的数据业务，并从基础数据、生产数据及物流数据三个角度完成数据库模型设计及数据库表结构设计；然后从功能模块的角度设计各个模块下的业务类模型、方法及操作时序模型；最后设计系统的算法模型，主要包括生产线优化模型和运输调度优化模型。

　　第五部分是系统的实现及测试，而在实现及测试之前，对系统的服务器及开发环境进行配置。在系统实现过程中，主要选取各个功能模块下的代表性功能进行展示，展示的内容包括前端界面、前端代码、后端代码、返回数据等；在系统测试过程中，通过测试用例的设计与执行来验证功能性测试，通过在 LoadRunner工具中执行模拟脚本来完成系统性能测试。

　　第 2 章 相关技术概述

　　2.1 系统开发技术

　　2.1.1 ASP.NET 技术

　　2.1.2 ADO.NET 数据访问技术

　　2.1.3 SQLServer 数据库

　　2.2 生产及物流相关技术

　　2.2.1 检测技术简介

　　2.2.2 传感器简介

　　2.2.3 PLC 技术简介

　　2.2.4 条形码技术

　　2.2.5 FRID 技术

　　2.3 小结

　　第 3 章 系统需求分析

　　3.1 系统建设概述

　　3.2 系统用户分析

　　3.2.1 生产用户需求分析

　　3.2.2 物流用户需求分析

　　3.3 系统业务需求分析

　　3.3.1 生产过程分析

　　3.3.2 物流过程分析

　　3.4 系统功能需求分析

　　3.4.1 系统总体功能模型

　　3.4.2 系统核心功能模块

　　3.5 系统非功能需求分析

　　3.6 小结

　　第 4 章 系统设计

　　4.1 系统架构设计

　　4.1.1 系统总体架构设计

　　4.1.2 应用层架构

　　4.1.3 系统网络架构

　　4.2 数据库设计

　　4.2.1 系统基础数据设计

　　4.2.2 系统生产数据设计

　　4.2.3 系统物流数据设计

　　4.3 系统功能模块设计

　　4.3.1 系统设置模块设计

　　4.3.2 基础数据模块设计

　　4.3.3 生产设置模块设计

　　4.3.4 生产过程模块设计

　　4.3.5 物流管理模块设计

　　4.4 生产优化及物流调度设计

　　4.4.1 生产线优化模型设计

　　4.4.2 运输调度模型设计

　　4.5 小结

　　第 5 章 系统实现及测试

　　5.1 系统开发前提

　　5.1.1 系统服务器

　　5.1.2 系统安装与配置

　　5.2 系统实现

　　5.2.1 系统设置模块实现

　　5.2.1.1 用户登录实现

　　5.2.1.2 用户角色管理实现

　　5.2.2 基础数据模块实现

　　5.2.2.1 线路信息查询实现

　　5.2.2.2 线路信息修改实现

　　5.2.3 生产设置模块实现

　　5.2.3.1 班次管理实现

　　5.2.3.2 工位管理实现

　　5.2.4 生产过程模块实现

　　5.2.4.1 自动化生产优化实现

　　5.2.4.2 自动化测试实现

　　5.2.5 物流管理模块实现

　　5.2.5.1 物流跟踪实现

　　5.2.5.2 物流调度实现

　　5.3 系统测试

　　5.3.1 系统测试概述

　　5.3.2 系统功能测试

　　5.3.3 性能测试

　　5.4 小结

结 论

　　工程机械企业的经营过程中，生产和物流是其两个重要的组成部分。随着经济快速发展，经济全球化和产业的转型升级，工程机械企业对生产管理和物流管理提出了更高的要求。目前，工程机械生产及物流系统通常是一个封闭的、单一用途、以硬件为中心的系统，无法解决行业数据分散、运营混乱等问题。另一方面，现有的程机械生产及物流系统的用户界面复杂，功能有限，操作困难，只能完成有限的功能，远远不能满足企业的要求。机械工程生产及运输涉及到国家重点工业的发展，好的管理系统不仅可以提高生产效率，还能充分地利用已有的资源，从而提高整个生产及物流过程的效率。随着计算机技术的飞速发展，结合先进的生产模型及物流调度算法，来重构机械工程生产及物流系统变得没有那么困难。本文正是在些背景下研究企业工程机械自动化生产及物流管理过程，其主要工作如下：

　　（1）课题调研：首先，分析国内外自动化生产及物流管理系统的研究背景与开发意义，总结研究现状及其存在的不足，从而理解课题理论意义与实际应用。

　　接着确定课题开展路线，深入学习并理解系统开发过程中所涉及的计算机技术如ASP.NET、ADO.NET、C#、PLC、条形码及 FRID 等。最后根据调研结果确定系统的业务及功能，将系统分成系统设置、基础数据、生产设置、生产过程及物流管理五个功能模块。

　　（2）系统模型建立：系统模型主要从业务、架构、数据、逻辑及算法五个方面展开，从而得到系统的系统原型。业务模型是从系统用户、生产流程、物流流程的基础上，建立相关的用户模型和流程模型。架构模型主要包括结合相关技术架构总体框架和应用层次、根据系统部署要求设计网络模型。数据模型主要从基础数据、生产数据及物流数据三个角度建立数据库 PDM 模型，并设计相关的数据表结构的内容。逻辑模型是在系统架构的基础上完成各个功能模块的业务类、业务类关系、业务类属性、业务类方法、业务操作逻辑。算法方面，为了提高自动化生产效率，提出了产品基于有向图的工位、生产线模型，并通过全局搜索算法优化生产过程；为了提高物流运输效率，提出了基于基于狄克斯特拉算法的多约束物流调试模型。

　　（3）在搭建系统开发环境的基础上，完成系统开发的原型系统，并依次完成系统的前端代码、业务逻辑代码及持久层代码。为了验证本系统的工作效率，验证其是否满足开发需求，系统测试已成必然。系统测试通过传统的功能点测试，设计各个模块的功能用例；另一方面，通过性能测试，如资源占用率、、吞吐率、响应时间等来测试系统的性能。系统测试结果表明，本文设计并实现的自动化生产及物流系统满足性能要求与应用需求。

　　本论文所开发的系统可以跟踪生产过程的各个方面，采集并记录实时生产和测试数据，从而让信息伴随着产品在生产过程流动。系统打通了企业内部的信息孤岛，使得"人机料法环"成为一个有机整体。在实际使用过程中，生产跟踪的操作便捷，可视化显示的效果得到了肯定，展示出更丰富的生产运营细节，帮助发现生产流程中的薄弱环节，提升生产工艺水平，减少材料浪费，提高生产效率，从而进一步降低企业的总体运营成本。在当下物流需求越来越高的实际情况下，本文物流管理还不能够达到不断提高的工程机械生产水平的要求，当下增长的需求也对物流系统的开发提出了更高更苛刻的要求。虽然该系统不能达到快速增长的物流需求，但是在系统设计和开发的流程中却提出了对各个技术模块的需求和思考，并且加入了自身的实践和测试环节，积累从设计模板工程转化为实际应用的宝贵经验。

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致 谢

　　转眼之间，在湖南大学求学的生涯在此时此刻将划上圆满的句号，执笔于此，感慨万千。三年的时间，我经历了几多挫折与困难，但有你们的陪伴，给予我力量与勇气。在论文完稿之际，谨对在本论文的撰写过程中，给予我帮忙的导师和亲爱的家人，表示深深的感谢！首先，感谢我的导师，是您让我明白：我们能从失败中汲取教训，在困难中积聚力量，在黑暗中寻找光明。老师在生活工作中给人的感觉是生活朴素，工作认真负责，是一位十分称职的老师。

　　感谢我的同门朋友，感谢你们陪我闯过那些风雨，感谢在我最无助的时候有你们的鼓励。亲爱的朋友，想说真得很谢谢你们陪我走过人生那么久那么长。

　　感谢和我一起工作的小伙伴们。你们灵活考虑问题的方式，严谨的解决问题的态度；你们扎实的专业知识功底，认真的科研态度都给我留下了深刻印象。

　　感谢我父母的养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。

　　人生道路漫漫，从上天赋予我们生命开始不断地探索、找寻，最终到达一个又一个的目标，其实一路上并不会一帆风顺，会经历几多风雨。在伤心、痛苦时，有你们陪在身边，与我一起分担；在开心、幸福时，有你们陪在身边，与我一起分享。

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