本文是一篇生產(chǎn)管理論文，筆者利用UML建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功能以及車間數(shù)據(jù)的建模。通過用例圖對(duì)系統(tǒng)管理、計(jì)劃管理、數(shù)據(jù)管理以及生產(chǎn)管理進(jìn)行功能建模分析，為系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)提供了詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路。
1  緒論
1.1  研究背景及意義
在當(dāng)今世界，我國電力系統(tǒng)在裝機(jī)容量、電網(wǎng)規(guī)模以及電力調(diào)度控制等方面的發(fā)展已經(jīng)名列前茅，但是對(duì)電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用仍然屬于新興階段，這將阻礙中國電網(wǎng)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展[1]。此外，歷經(jīng)十幾年的發(fā)展，中國的電工裝備不再依賴外國進(jìn)口，但從總體上看，電工裝備制造的科學(xué)化、精益化、智能化等水平有待進(jìn)一步提高。由于電工裝備作為電力企業(yè)的核心物資資源，具有種類復(fù)雜、數(shù)量眾多等特點(diǎn)，但電工裝備的質(zhì)量又是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)，所以即使電力企業(yè)在電力物資管理方面存在難點(diǎn)，也應(yīng)該建立精細(xì)化的電力物資管理系統(tǒng)，以使得日益市場(chǎng)化的電力企業(yè)能真正做到提質(zhì)增效。在此背景下，為了響應(yīng)國家策略，國家電網(wǎng)等企業(yè)于2020年提出推動(dòng)建設(shè)統(tǒng)一的電工裝備智慧物聯(lián)平臺(tái)（EIP），致力于在輸變電、客戶側(cè)、供應(yīng)鏈等領(lǐng)域都能夠得到實(shí)用化的效果，以實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)的共建共享共用[2]。電工裝備智慧物聯(lián)平臺(tái)是指利用先進(jìn)的電力物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)[3]，通過建設(shè)電纜生產(chǎn)物聯(lián)管理、二次設(shè)備生產(chǎn)物聯(lián)管理、主變生產(chǎn)物聯(lián)管理等子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電工裝備的在線監(jiān)造、制造環(huán)節(jié)訂單監(jiān)控、產(chǎn)能調(diào)配、質(zhì)量評(píng)價(jià)等功能，進(jìn)而將電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行水平進(jìn)一步提高，也可將電力系統(tǒng)的角色從單一電能供應(yīng)商轉(zhuǎn)向?yàn)橹腔劬C合服務(wù)提供商[4-5]。作為平臺(tái)的核心，電工裝備智慧物聯(lián)是落實(shí)“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”發(fā)展理念的重要措施，推動(dòng)著供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革并提高核心競(jìng)爭(zhēng)力。
隨著平臺(tái)的建設(shè)，平臺(tái)在智能采購、智慧物流、全景質(zhì)控等方面基本具備智慧應(yīng)用功能，但對(duì)于電力物資供應(yīng)商生產(chǎn)制造領(lǐng)域及深度交互依舊缺乏有力平臺(tái)支撐，這也使得電力企業(yè)迫切地將電工裝備智慧物聯(lián)平臺(tái)對(duì)外延伸到電力物資供應(yīng)商生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量、進(jìn)度管控作業(yè)[6-8]。電纜作為最主要的電力物資之一，其生產(chǎn)屬于離散型的方式，且電纜車間生產(chǎn)的電纜線種類繁多，生產(chǎn)訂單變更頻繁，不利于制定生產(chǎn)計(jì)劃、控制設(shè)備、生產(chǎn)的全過程監(jiān)控，從而導(dǎo)致電纜的生產(chǎn)管理成本高，生產(chǎn)的電纜質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷。
1.2  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1  電力物聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀
電力物聯(lián)網(wǎng)是指在時(shí)間、地點(diǎn)都任意的情況下實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)、供應(yīng)商、設(shè)備、用戶等物或人之間的信息交互。電力物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，使電力系統(tǒng)中所涉及的物理實(shí)體的信息可以自我標(biāo)識(shí)、智能處理和動(dòng)態(tài)感知。
物聯(lián)網(wǎng)的概念最早于1991年被美國麻省理工學(xué)院的Kevin Ash-ton教授提出，希望在任何時(shí)間都可以實(shí)現(xiàn)物品和人的連接或它們各自之間的連接；在2003年，美國能源部發(fā)布“Grid 2030”[20-21]遠(yuǎn)景規(guī)劃，提出利用集成傳感器與控制裝置實(shí)現(xiàn)電工裝備等基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化，并對(duì)“源——網(wǎng)——荷”建立網(wǎng)絡(luò)通信連接，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行以及電力企業(yè)的供電服務(wù)、資源管理水平；歐盟委員在2008年制定了“歐洲電網(wǎng)倡議”（European Electricity Grid Initiative，EEGI）[22]，提出把電網(wǎng)作為服務(wù)網(wǎng)連接用戶和供應(yīng)商，利用先進(jìn)的通信技術(shù)結(jié)合電力終端將可再生能源裝置進(jìn)行整合；日本、韓國等國家則強(qiáng)調(diào)要深度融合電力——信息網(wǎng)絡(luò)，例如日本“Digital Grid”[23]以及韓國“綠色電力IT”[24]項(xiàng)目，都提議在發(fā)電、輸電、變電、配電及用電方面全面集成傳感器，進(jìn)而提高電網(wǎng)的信息化及電工裝備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水平。
同國外相比，我國對(duì)電力物聯(lián)網(wǎng)的研究也在蓬勃發(fā)展。2010年，汪洋[25]等人結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的概念提出電力行業(yè)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的理解：“電力行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可識(shí)別、感知、互聯(lián)和控制電網(wǎng)中所有物、人員和環(huán)境”；同樣在2010年，武漢大學(xué)的李勛[26]等人基于智能電網(wǎng)和數(shù)字電網(wǎng)，結(jié)合射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）等，首次提出了電力物聯(lián)網(wǎng)的概念：“電力系統(tǒng)設(shè)備與設(shè)備、人員與設(shè)備之間通過RFID裝置、全球定位系統(tǒng)等各種傳感設(shè)備，并與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫技術(shù)、中間件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合形成的一個(gè)巨大的智能網(wǎng)絡(luò)”；我國國家電網(wǎng)有限公司在2019年提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)[27]建設(shè)，希望利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)、通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的移動(dòng)互聯(lián)。
2  電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
2.1  系統(tǒng)需求分析
本文的需求分析是通過調(diào)查實(shí)際電纜生產(chǎn)車間的生產(chǎn)管理現(xiàn)狀，結(jié)合電纜企業(yè)和電工裝備等用戶的功能需求，分析出電纜制造業(yè)要解決的問題，最后在此基礎(chǔ)上確定系統(tǒng)的詳細(xì)功能。
2.1.1  電纜生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程分析
電纜的生產(chǎn)過程大致由以下三個(gè)階段組成：拉絲工段、時(shí)效工段、絞線工段，其具體生產(chǎn)工藝流程如圖2.1所示。首先通過對(duì)銅、鋁桿材單絲拉制，使其截面減小、長(zhǎng)度增加、強(qiáng)度提高；然后以再結(jié)晶的方式實(shí)現(xiàn)單絲退火，增加單絲的韌性、降低單絲的強(qiáng)度；之后為了將電纜的柔軟度提高，導(dǎo)電線芯采取多根單絲絞合而成；接著是對(duì)電纜進(jìn)行絕緣處理，以確保人身安全以及電氣設(shè)備與線路的安全運(yùn)行；絕緣處理后要按照一定的規(guī)則把絕緣線芯進(jìn)行絞合，即成纜處理；成纜后的工藝是對(duì)電纜進(jìn)行裝鎧操作，即對(duì)絕緣層進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)同時(shí)方便后續(xù)電纜的敷設(shè)安裝；最后是對(duì)電纜加裝保護(hù)套以防止環(huán)境因素的侵蝕，并進(jìn)行成品檢測(cè)確保電纜質(zhì)量合格[38]。 2.2  電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.2.1  系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該以保證可擴(kuò)展性、安全性和通用性為原則[41]。結(jié)合2.1.3節(jié)對(duì)系統(tǒng)功能需求的分析，本文提出了一套電力物聯(lián)網(wǎng)背景下的電纜車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，如圖2.5所示： 在上圖中的電纜生產(chǎn)管理體系結(jié)構(gòu)中，電纜車間的數(shù)據(jù)采集是用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)感知，并將實(shí)時(shí)采集的車間人員、設(shè)備、物料、生產(chǎn)進(jìn)度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，通過TCP/IP局域網(wǎng)上傳至生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行處理和可視化顯示；生產(chǎn)管理系統(tǒng)與采集到的車間數(shù)據(jù)是通過關(guān)系型數(shù)據(jù)庫相互連接，這樣不僅可以擺脫人工管理車間數(shù)據(jù)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸滯后的缺陷，而且可以保證數(shù)據(jù)的真實(shí)有效性，成為后期對(duì)數(shù)據(jù)分析和處理的有力保障；此外電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)的用戶通過可視化界面可對(duì)電纜的生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控、查詢、排查等操作。
3  系統(tǒng)功能及車間數(shù)據(jù)建模 .................................... 19
3.1  UML建模技術(shù) ............................................. 19
3.2  電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)功能建模 ........................ 20
4  電力物聯(lián)網(wǎng)下的數(shù)據(jù)感知與交換 ..................... 40
4.1  電纜車間感知特性分析 ................................... 40
4.1.1  電力物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù) ............................................ 40
4.1.2  電纜制造車間的感知屬性及感知量分析 ................................. 41
5  系統(tǒng)的可視化表達(dá)方法 .............................. 58
5.1  可視化技術(shù) ......................................... 58
5.2  可視化對(duì)象模型的構(gòu)建 ............................... 58
6  電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
6.1  系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境
6.1.1  系統(tǒng)運(yùn)行硬件環(huán)境
（1）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：支持TCP/IP協(xié)議企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)。
（2） 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器：可運(yùn)行MySQL數(shù)據(jù)庫的工控機(jī)或服務(wù)器，CPU 2.7GHz 4核，內(nèi)存32G，硬盤1T，出口網(wǎng)絡(luò)帶寬不低100Mbit/s。
（3）客戶端電腦：CPU 2.1GHz 4核，內(nèi)存8G，硬盤空間500G，連接到桌面網(wǎng)絡(luò)帶寬不低于100M/s。
（4）PDA：CPU 1.2 GHz4核，內(nèi)存RAM為1G，ROM為8G。
（5）激光打印機(jī)、條碼掃描器。
6.1.2  系統(tǒng)運(yùn)行軟件環(huán)境
（1）操作系統(tǒng)和版本 服務(wù)器端為Windows Severe2012操作系統(tǒng)，安裝MySQL數(shù)據(jù)庫；客戶端電腦配置為Windows 10操作系統(tǒng)，IE7.0以上瀏覽器；PDA配置為Android5.1x系統(tǒng)。
（2）系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境
本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為 win10 操作系統(tǒng)，開發(fā)語言采用Python語言，PyQt5 用于開發(fā)圖形界面，開發(fā)工具是PyCharm。 Python作為面向?qū)ο蟮慕忉屝跃幊陶Z言，具備的優(yōu)點(diǎn)有：不受操作系統(tǒng)約束，良好的可擴(kuò)展性，可跨平臺(tái)運(yùn)行；功能強(qiáng)大，數(shù)據(jù)處理速度快；具有豐富的標(biāo)準(zhǔn)庫，支持面向過程和面向?qū)ο缶幊獭１疚能浖O(shè)計(jì)的開發(fā)工具采用的PyCharm是由JetBrains公司打造的一款Python IDE，PyCharm除了具備一般IDE有的基礎(chǔ)功能，還具有分析代碼、編碼協(xié)助、對(duì)項(xiàng)目代碼導(dǎo)航、Python重構(gòu)等多種便捷的編程功能。
7  總結(jié)與展望
7.1  全文總結(jié)
電工裝備的質(zhì)量是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，為了真正意義上實(shí)現(xiàn)電工裝備即電力物資管理，電力企業(yè)迫切的建設(shè)電工裝備智慧物聯(lián)平臺(tái)，希望建設(shè)電纜生產(chǎn)物聯(lián)管理、二次設(shè)備生產(chǎn)物聯(lián)管理、主變生產(chǎn)物聯(lián)管理等子系統(tǒng)從而將平臺(tái)的業(yè)務(wù)范圍對(duì)外延伸到電力物資供應(yīng)商生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量、進(jìn)度管控作業(yè)。本文選取電工裝備中的電纜作為管理對(duì)象，基于生產(chǎn)管理系統(tǒng)和電力物聯(lián)網(wǎng)在電纜行業(yè)中存在的問題和不足，結(jié)合UML建模技術(shù)以及電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款電纜生產(chǎn)管理可視化系統(tǒng)，保證了電纜供應(yīng)商和電工裝備用戶能夠全面實(shí)時(shí)的監(jiān)控和管理電纜的生產(chǎn)。本文所完成的主要工作分為以下幾個(gè)部分：
（1）通過研究電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)，給出了現(xiàn)有研究在電纜行業(yè)的應(yīng)用總結(jié)進(jìn)而得到目前電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)的不足。詳細(xì)分析了電纜生產(chǎn)的業(yè)務(wù)流程，對(duì)電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析和總體設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)對(duì)電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、功能以及數(shù)據(jù)感知對(duì)象的需求分析，并在需求分析的基礎(chǔ)上給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。
（2）利用UML建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功能以及車間數(shù)據(jù)的建模。通過用例圖對(duì)系統(tǒng)管理、計(jì)劃管理、數(shù)據(jù)管理以及生產(chǎn)管理進(jìn)行功能建模分析，為系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)提供了詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路。通過類圖對(duì)生產(chǎn)環(huán)境類、工裝類、物料類、人員類、設(shè)備類、質(zhì)量類以及生產(chǎn)類這七類數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)建模分析，為后續(xù)車間數(shù)據(jù)的感知與交換建立了良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)（略）