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基于MES的工厂实验室信息管理软件系统设计与实现

时间:2018-05-02 21:23来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇软件工程论文,软件工程是一门研究用工程化方法构建和维护有效的、实用的和高质量的软件的学科。它涉及到程序设计语言,数据库,软件开发工具,系统平台,标准。
本文是一篇软件工程论文,软件工程是一门研究用工程化方法构建和维护有效的、实用的和高质量的软件的学科。它涉及到程序设计语言,数据库,软件开发工具,系统平台,标准,设计模式等方面。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇软件工程论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪 论
 
1.1 研究背景
我们每个人的生活都被数字化的世界所改变着,从早期单纯的使用计算机上网到现在各种可穿戴产品的应运而生,我们体会到了科技给我们带来的极大便利。数字家庭、智慧医疗、智慧城市等各种信新名词我们耳熟能详并参与其中,为改变世界做出自己的贡献。日常生活如此便利,传统制造业、流程工业同样也需要智能化的生产和管理以适应当今社会的市场竞争,才能与时俱进跟上时代的步伐。九十年代以来,制造执行系统 MES(Manufacturing Execution System)得到迅速发展。因为车间作为制造企业的物化中心,它既是制造计划的具体执行者,也是制造信息的反馈者,同时也是大量实时制造信息的集散地。所以车间层的生产管理与信息资源集成对企业生产系统显得尤为重要。车间生产及管理自动化是实施企业计算机集成制造系统(CIMS)整体解决方案的共性核心关键技术,车间生产管理的能力以及信息系统的敏捷成都在很大程度上决定着整个企业的敏捷性。MES 位于企业上层生产计划和底层工业控制之间的执行层,是面向车间层的生产管理技术与实时信息系统[1]。目前 MES 技术正朝着标准化、专业化、平台化、智能化的方向发展,MES 产品的覆盖范围也更广。随着制造企业信息化应用的不断深入,MES 的需求将越来越广泛,在中国企业的应用也将更加广泛。从行业来看,国内 MES 的应用在流程行业已经较为成熟。实验室信息管理系统[2]LIMS(Laboratory Information Management System)是集现代化管理思想与基于计算机的高速数据处理技术、海量数据存储技术、宽带传输网络技术、自动化仪器分析技术为一体,用于实验室信息管理和控制的高效集成系统[3]。通过它,实验室可以达到自动化运行、信息化管理和无纸化办公的目的,对提高实验室工作效率、降低运行成本起到至关重要的作用。同时,经过严格质量认证的 LIMS 系统的应用,可保证实验室的质量体系在严格控制下运行,从而能使实验室的最终产品即所有的检测或管理数据、信息均符合相关的质量标准或规范[4]。目前国内企业中 LIMS 的普及率较低,如何能有效的降低成本,在企业现有的技术平台下搭建适应自身应用的 LIMS 系统是当前所要解决的实际问题。
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1.2 国内外研究状况及发展趋势
20 世纪 60 年代末,美国一些高等院校、研究所以及化学公司开始研究和使用大型计算机和局域网系统处理分析化学数据,可以认为是 LIMS 的雏形。这时期的 LIMS 的主要功能有:仪器控制、数据采集和处理、结果的打印输出。此时期的 LIMS 是专门定做的一套软件,不能被其他的实验室所采用,多采用集中式结构,且系统投资大、开发难度大,要求有很高的维护技巧。对 LIMS 的深入研究是从 20 世纪 80 年代开始的,在这个时期出现了商品化的 LIMS 产品,这标志着 LIMS 研究走出了理论和小范围应用的狭窄区域,有了更广泛的空间和商业价值。国内对于 LIMS 的研究工作相对于发达国家是滞后的,这也与国内 LIMS 应用相对滞后有关。从 20 世纪 90 年代中后期以来,国内出现了比较成熟的 LIMS 产品,并成功地应用于石化等多个领域。目前,国内的 LIMS 研究已经从最初学习和借鉴国外产品和技术,发展到了结合国内实验室的实际情况和具体需求的专门研究,涉及到 LIMS 标准规范、质量控制、开发技术和商业价值等多个方面,并取得了一些不错的成绩[5]。在以“物联网”和“云计算”为代表的新一轮技术变革的推动下,基于物联网技术的LIMS 能够实现对实验室物资实时的自动化监管,从而为实验室提供全方位、智能化的管理。LIMS 的未来发展值得期待。
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第 2 章 MES 应用及 LIMS 技术标准
 
2.1 MES
MES 是制造执行系统(Manufacturing Execution System)的简称,是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统,可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块,为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台[8]。以石化企业为例,MES 总体架构图如下图所示:目前国外知名企业应用 MES 系统已经成为普遍现象,国内许多企业为了解决过程控制层与计划层之间信息断档的问题,也逐渐开始采用这项技术来增强自身的核心竞争力。我国制造业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下”按计划生产[10],简单的说是从计划层到生产控制层:企业根据订单或市场等情况制定生产计划—生产计划到达生产现场—组织生产—产品派送[11]。企业管理信息化建设的重点也大都放在计划层,以进行生产规划管理及一般事务处理。如 ERP 就是位于企业上层计划层,用于整合企业现有的生产资源,编制生产计划。在下层的生产控制层,企业主要采用自动化生产设备、自动化检测仪器、自动化物流搬运储存设备等解决具体生产的生产瓶颈,实现生产现场的自动化控制[12]。
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2.2 LIMS
实验室信息管理系统 LIMS(Laboratory Information Management System)是集现代化管理思想与基于计算机的高速数据处理技术、海量数据存储技术、宽带传输网络技术、自动化仪器分析技术为一体[13],用于实验室信息管理和控制的高效集成系统,是专门针对一个实验室的整体环境而设计的。该系统采用科学的管理思想和行之有效的管理方式,先进的数据库、流程控制、样品识别、计算机存储和快速数据处理技术[14]。通过它,实验室可以达到自动化运行、信息化管理和无纸化办公的目的,对提高实验室工作效率、降低运行成本起到至关重要的作用。同时,经过严格质量认证的 LIMS 系统的应用,可保证实验室的质量体系在严格控制下运行,从而能使实验室的最终产品即所有的检测或管理数据、信息均符合相关的质量标准或规范。随着工厂设备的更新换代,智能仪器仪表的应用得到了普及,这也推动了化验数据自动采集技术的发展和应用。在网络通讯技术和工作流控制等技术的配合下,实验室样品分析数据的采集、录入、处理、审核、判定、存储、传输、共享、报告发布的过程处于自动和受控的状态。实验室内部人员(如采样员、分析员、分析班长)和所在机构工作人员(如质量工程师、系统管理员)在一个统一的平台上工作,并且所有操作流程以工作流为核心,这不但改进和提升了实验室的工作方式,还为实验室及其所在企业或机构的各个环节实现全面量化评价和质量管理奠定了基础。
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第 3 章 LIMS 设计方案......... 11
3.1 需求分析 ....11
3.1.1 行业选择 ..........11
3.1.2 客户需求分析............11
3.2 技术方案 ....13
3.2.1 总体设计原则............13
3.2.2 LIMS 系统整体架构............14
3.2.3 主要功能 ..........15
3.2.4 系统集成方案............16
3.2.5 总体技术架构............16
第 4 章 基于 MES 的 LIMS 设计与实现........19
4.1 岗位(角色)划分与检测流程定义......19
4.2 资源管理模块......21
4.3 样品检测模块......34
4.4 报告发布模块......41
4.5 综合查询模块......42
4.6 质量控制模块......43
第 5 章 LIMS 系统测试与应用实例 ......44
5.1 测试方案 ....44
5.1.1 冒烟测试设计............44
5.1.2 模拟业务场景设计....45
5.2 应用实例 ....47
 
第 5 章 LIMS 系统测试与应用实例
 
5.1 测试方案
本次测试方案是在单元测试和模块功能测试完成的基础上设计和执行的,涉及 LIMS的所有业务流程。技术手段包括冒烟测试和业务场景模拟。
 
5.1.1 冒烟测试设计
冒烟测试是对软件基本的功能进行测试,测试的对象是每一个新编译的需要正式测试的软件版本,目的是确认软件基本的功能正常,保证软件系统能跑的起来,可以进行后续的正式测试工作。如果最基本的测试都有问题,测试工作立即终止并修复代码。所以正式测试之前软件必须首先通过冒烟测试的考验。场景测试的目的是站在用户的角度,以用户的使用逻辑及操作习惯为出发点,结合功能用例的设计方法,使用例设计更符合用户使用逻辑更具有可执行性,从而最大程度上覆盖用户需求。软件的流程控制基本上是由事件触发来完成的,不同的触发事件形成了不同的场景,同一件事件不同的触发顺序和处理结果便形成了事件流。在测试工程师设计测试用例时,这种在软件设计方面的思想便被引入到软件测试中,同时测试用例也跟容易的得到理解和执行,从而最大程度上覆盖用户需求。这就是通常所说的基于场景的测试方法。从技术上说,就是在模拟场景的基础上进行测试,通过执行测试场景或与需求以及系统可操作的流程相关的测试用例来验证系统的功能。首先必须要做的就是对被测系统进行建模,分析其可行输入和预期结果,其次就是模拟用户在各种场景下使用被测系统。要注意的是,一个测试用例只能测试一个应用随着科研场景。LIMS 系统的业务核心是样品检测流程,涉及到的模块包括:留样管理、标准溶液管理、计量器具管理、材料管理、质量控制、仪器设备管理、权限管理。下面将分别对各模块定义测试场景。
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结论
 
随着科学技术和生产力的不断发展,人们对实验室的化验分析在样品种类、数量、分析周期以及检测流程方面提出了更高的标准,同时在数据准确性方面也提出了更高的要求。为此,以计算机信息管理系统来替代传统的人工管理模式势在必行。在这一背景下,国际上提出了实验室信息管理系统的概念,使得 LIMS 成为集现代化管理思想与计算机技术为一体的用于各行业实验室管理和控制的一项崭新的应用技术。这一技术的诞生标志着国际上相关实验室均已开始朝网络化管理的方向发展。本文研究的目的就是要设计并实现与 MES 高度集成的实验室信息管理系统,在降低企业成本、提高部署能力的同时最大限度的保障分析数据的准确性和及时性,从而确保实验化验结果的准确性,并提升实验室的整体业务能力,提高工作效率。此次设计从需求分析开始,根据实际情况,对企业人员进行具体的调研,了解其工作性质、业务模式、工作流审核机制,根据其业务需求制定相关的岗位类别与角色属性。总体设计时,参考 SampleManager 在实验室信息管理系统方面的经验,学习相关资料,在充分需求调研的基础上进行模块设计,以更好的使各个模块相互关联,又能够做到职责划分清晰。另外,对需要进行计算的分析项目提供计算公式组态模块。在 LIMS 的设计和实现过程中,主要承担并完成了以下工作:(1)分析 LIMS 国内外研究现状及前景,提出基于 MES 的 LIMS 设计方案;(2)通过调研以及对 IOS/IEC17025 标准和 SampleManager 平台的研究学习,制定本次设计的总体技术架构;(3)收集行业和用户需求,定义样品检测业务流程,设计和实现的功能模块包括资源管理模块、样品检测模块、报告发布模块、综合查询模块和质量控制模块;(4)设计并实施 LIMS 系统测试方案,并通过两个典型应用实例对系统进行了验证。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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