本文是一篇生產(chǎn)管理論文，筆者利用UML建模技術實現(xiàn)對系統(tǒng)功能以及車間數(shù)據(jù)的建模。通過用例圖對系統(tǒng)管理、計劃管理、數(shù)據(jù)管理以及生產(chǎn)管理進行功能建模分析，為系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)提供了詳細的設計思路。
1  緒論
1.1  研究背景及意義
在當今世界，我國電力系統(tǒng)在裝機容量、電網(wǎng)規(guī)模以及電力調度控制等方面的發(fā)展已經(jīng)名列前茅，但是對電力物聯(lián)網(wǎng)的應用仍然屬于新興階段，這將阻礙中國電網(wǎng)技術的可持續(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口，但從總體上看，電工裝備制造的科學化、精益化、智能化等水平有待進一步提高。由于電工裝備作為電力企業(yè)的核心物資資源，具有種類復雜、數(shù)量眾多等特點，但電工裝備的質量又是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的物質基礎，所以即使電力企業(yè)在電力物資管理方面存在難點，也應該建立精細化的電力物資管理系統(tǒng)，以使得日益市場化的電力企業(yè)能真正做到提質增效。在此背景下，為了響應國家策略，國家電網(wǎng)等企業(yè)于2020年提出推動建設統(tǒng)一的電工裝備智慧物聯(lián)平臺（EIP），致力于在輸變電、客戶側、供應鏈等領域都能夠得到實用化的效果，以實現(xiàn)跨專業(yè)的共建共享共用[2]。電工裝備智慧物聯(lián)平臺是指利用先進的電力物聯(lián)網(wǎng)等新興技術[3]，通過建設電纜生產(chǎn)物聯(lián)管理、二次設備生產(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)能調配、質量評價等功能，進而將電力系統(tǒng)的優(yōu)化運行水平進一步提高，也可將電力系統(tǒng)的角色從單一電能供應商轉向為智慧綜合服務提供商[4-5]。作為平臺的核心，電工裝備智慧物聯(lián)是落實“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”發(fā)展理念的重要措施，推動著供給側結構性改革并提高核心競爭力。
隨著平臺的建設，平臺在智能采購、智慧物流、全景質控等方面基本具備智慧應用功能，但對于電力物資供應商生產(chǎn)制造領域及深度交互依舊缺乏有力平臺支撐，這也使得電力企業(yè)迫切地將電工裝備智慧物聯(lián)平臺對外延伸到電力物資供應商生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質量、進度管控作業(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)計劃、控制設備、生產(chǎn)的全過程監(jiān)控，從而導致電纜的生產(chǎn)管理成本高，生產(chǎn)的電纜質量不穩(wěn)定等缺陷。
1.2  國內外研究現(xiàn)狀
1.2.1  電力物聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀
電力物聯(lián)網(wǎng)是指在時間、地點都任意的情況下實現(xiàn)電力企業(yè)、供應商、設備、用戶等物或人之間的信息交互。電力物聯(lián)網(wǎng)的本質是將物聯(lián)網(wǎng)技術應用在電力系統(tǒng)中，使電力系統(tǒng)中所涉及的物理實體的信息可以自我標識、智能處理和動態(tài)感知。
物聯(lián)網(wǎng)的概念最早于1991年被美國麻省理工學院的Kevin Ash-ton教授提出，希望在任何時間都可以實現(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]遠景規(guī)劃，提出利用集成傳感器與控制裝置實現(xiàn)電工裝備等基礎設施的現(xiàn)代化，并對“源——網(wǎng)——荷”建立網(wǎng)絡通信連接，進而提高電力系統(tǒng)的安全運行以及電力企業(yè)的供電服務、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)作為服務網(wǎng)連接用戶和供應商，利用先進的通信技術結合電力終端將可再生能源裝置進行整合；日本、韓國等國家則強調要深度融合電力——信息網(wǎng)絡，例如日本“Digital Grid”[23]以及韓國“綠色電力IT”[24]項目，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，進而提高電網(wǎng)的信息化及電工裝備的實時監(jiān)測水平。
同國外相比，我國對電力物聯(lián)網(wǎng)的研究也在蓬勃發(fā)展。2010年，汪洋[25]等人結合物聯(lián)網(wǎng)的概念提出電力行業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)的理解：“電力行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)作為一個網(wǎng)絡系統(tǒng)，可識別、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，武漢大學的李勛[26]等人基于智能電網(wǎng)和數(shù)字電網(wǎng)，結合射頻識別技術（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)設備與設備、人員與設備之間通過RFID裝置、全球定位系統(tǒng)等各種傳感設備，并與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫技術、中間件技術及網(wǎng)絡技術相結合形成的一個巨大的智能網(wǎng)絡”；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，希望利用現(xiàn)代化的信息技術、通信技術實現(xiàn)電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的移動互聯(lián)。
2  電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)總體方案設計
2.1  系統(tǒng)需求分析
本文的需求分析是通過調查實際電纜生產(chǎn)車間的生產(chǎn)管理現(xiàn)狀，結合電纜企業(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，最后在此基礎上確定系統(tǒng)的詳細功能。
2.1.1  電纜生產(chǎn)業(yè)務流程分析
電纜的生產(chǎn)過程大致由以下三個階段組成：拉絲工段、時效工段、絞線工段，其具體生產(chǎn)工藝流程如圖2.1所示。首先通過對銅、鋁桿材單絲拉制，使其截面減小、長度增加、強度提高；然后以再結晶的方式實現(xiàn)單絲退火，增加單絲的韌性、降低單絲的強度；之后為了將電纜的柔軟度提高，導電線芯采取多根單絲絞合而成；接著是對電纜進行絕緣處理，以確保人身安全以及電氣設備與線路的安全運行；絕緣處理后要按照一定的規(guī)則把絕緣線芯進行絞合，即成纜處理；成纜后的工藝是對電纜進行裝鎧操作，即對絕緣層進行適當?shù)谋Ｗo同時方便后續(xù)電纜的敷設安裝；最后是對電纜加裝保護套以防止環(huán)境因素的侵蝕，并進行成品檢測確保電纜質量合格[38]。 2.2  電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)總體設計
2.2.1  系統(tǒng)的體系結構設計
電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)的設計應該以保證可擴展性、安全性和通用性為原則[41]。結合2.1.3節(jié)對系統(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)設計方案，如圖2.5所示： 在上圖中的電纜生產(chǎn)管理體系結構中，電纜車間的數(shù)據(jù)采集是用電力物聯(lián)網(wǎng)技術來實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)感知，并將實時采集的車間人員、設備、物料、生產(chǎn)進度等關鍵數(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)的真實有效性，成為后期對數(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電纜的生產(chǎn)進行監(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 ............................................. 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 ............................................ 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)的可視化表達方法 .............................. 58
5.1  可視化技術 ......................................... 58
5.2  可視化對象模型的構建 ............................... 58
6  電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)
6.1  系統(tǒng)運行環(huán)境
6.1.1  系統(tǒng)運行硬件環(huán)境
（1）網(wǎng)絡環(huán)境：支持TCP/IP協(xié)議企業(yè)內部局域網(wǎng)。
（2） 網(wǎng)絡服務器：可運行MySQL數(shù)據(jù)庫的工控機或服務器，CPU 2.7GHz 4核，內存32G，硬盤1T，出口網(wǎng)絡帶寬不低100Mbit/s。
（3）客戶端電腦：CPU 2.1GHz 4核，內存8G，硬盤空間500G，連接到桌面網(wǎng)絡帶寬不低于100M/s。
（4）PDA：CPU 1.2 GHz4核，內存RAM為1G，ROM為8G。
（5）激光打印機、條碼掃描器。
6.1.2  系統(tǒng)運行軟件環(huán)境
（1）操作系統(tǒng)和版本 服務器端為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作為面向對象的解釋性編程語言，具備的優(yōu)點有：不受操作系統(tǒng)約束，良好的可擴展性，可跨平臺運行；功能強大，數(shù)據(jù)處理速度快；具有豐富的標準庫，支持面向過程和面向對象編程。本文軟件設計的開發(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有的基礎功能，還具有分析代碼、編碼協(xié)助、對項目代碼導航、Python重構等多種便捷的編程功能。
7  總結與展望
7.1  全文總結
電工裝備的質量是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的基礎，為了真正意義上實現(xiàn)電工裝備即電力物資管理，電力企業(yè)迫切的建設電工裝備智慧物聯(lián)平臺，希望建設電纜生產(chǎn)物聯(lián)管理、二次設備生產(chǎn)物聯(lián)管理、主變生產(chǎn)物聯(lián)管理等子系統(tǒng)從而將平臺的業(yè)務范圍對外延伸到電力物資供應商生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質量、進度管控作業(yè)。本文選取電工裝備中的電纜作為管理對象，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，結合UML建模技術以及電力物聯(lián)網(wǎng)技術，設計了一款電纜生產(chǎn)管理可視化系統(tǒng)，保證了電纜供應商和電工裝備用戶能夠全面實時的監(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部分：
（1）通過研究電力物聯(lián)網(wǎng)技術下的電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)，給出了現(xiàn)有研究在電纜行業(yè)的應用總結進而得到目前電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)的不足。詳細分析了電纜生產(chǎn)的業(yè)務流程，對電纜生產(chǎn)管理系統(tǒng)進行了需求分析和總體設計，包括系統(tǒng)對電力物聯(lián)網(wǎng)技術、功能以及數(shù)據(jù)感知對象的需求分析，并在需求分析的基礎上給出了系統(tǒng)的總體設計方案。
（2）利用UML建模技術實現(xiàn)對系統(tǒng)功能以及車間數(shù)據(jù)的建模。通過用例圖對系統(tǒng)管理、計劃管理、數(shù)據(jù)管理以及生產(chǎn)管理進行功能建模分析，為系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)提供了詳細的設計思路。通過類圖對生產(chǎn)環(huán)境類、工裝類、物料類、人員類、設備類、質量類以及生產(chǎn)類這七類數(shù)據(jù)進行數(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。
參考文獻（略）