基于EtherNet/IP协议的实验室维修管理ERP系统构建
——以宁波大红鹰学院机电学院为例

文/刘敬　李向阳　丁嘉

1　背景介绍

宁波大红鹰学院机电学院建设有实验教学中心和机电工程中心，其中实验教学中心建成专业实验室9个，包括机械基础（含机械原理与设计、工程力学、工程材料与热处理、互换性与技术测量、液压与气动5个分室）、模具设计（含注塑模具、压铸模具、冲压模具3个分室）、电工电子技术（含电工技术、电子技术2 个分室）、机械制造技术、快速成型、先进加工技术（caxa，3D打印）、数控综合、自动控制（含自控原理、单片机技术、PLC、传感器与检测技术、电机与拖动、电气控制技术6 个分室）等实验室；另外机电工程中心建有金工车间、数控车间和数控仿真机房等多个实习车间，实验用房5000多平米，设备总值合计2000 余万元。

实验设备仪器按学科可分为3大类，包括机械部分、电气部分和工业设计部分。在管理上存在下面情况：

（1）分布方面集中和分散并存，仪器设备主要分布在3幢大楼，每栋大楼内部设备相对集中，但整体又相对分散；

（2）专业管理人员和非专业人员并存，既有专门的实验管理人员，负责部分实验室管理和实验设备的维护，还有部分实验室由任课老师兼职管理；

（3）高利用率设备和低利用率设备并存。部分设备使用非常频繁，需要经常更换元器件，但价值相对低。部分设备非常精密，价值高昂，使用频率不高，故障率低，但一旦出现故障损失严重，且维修周期长；

（4）课内使用和开放使用并存，大部分实验室的设备是课内使用，但还有一部分实验室是开放使用，比如创新实验室，供学生科创、毕业设计或竞赛使用，使用时并无老师指导。

2　实验室维修管理ERP系统主要功能

为了实现全方位实时管理，提高工作效率，设计了实验室维修管理ERP系统。系统提供了角色管理、员工权限管理、库存管理、耗材库名称维护、合作仪器公司信息维护、设备资源管理等功能。软件界面设计简洁，美观，人性化软件流程，使普通用户不需培训也能很快掌握软件操作使用方法。

2.1　角色管理功能

操作人员点击“角色管理”按钮，系统自动弹出“角色管理”窗口，角色管理窗口可进行添加新角色、编辑角色、删除角色等操作，如图1所示。操作人员在此窗口中可以查看到角色的ID、角色名称等信息。

点击“编辑角色信息”按钮，系统自动弹出“编辑角色窗口”，如图2所示。

操作人员在编辑角色窗口中可以查看编辑角色ID、角色名称等信息，编辑完成后点击“保存并关闭”按钮即可。

2.2　员工权限管理功能

操作人员点击“员工权限”按钮，系统自动弹出“员工权限”窗口，如图3所示。

操作人员在此窗口中可以查看选择员工姓名、操作权限等信息。

操作人员可以选择任意权限，如1、录入，2、查看，3、修改，4、删除，5、导出，6、打印。编辑选择完成后，点击“保存”按钮即可。

2.3　库存管理功能

操作人员点击“库存管理”按钮，系统自动弹出“库存管理”窗口，如图4所示。

操作人员在此窗口中可以查看到产品的ID、名称、规格、期初数量、类型、单位、数量、编号、结余数量、备注、操作、时间等等信息。

点击“入库”按钮，系统自动弹出原材料入库窗口，如图5所示。

操作人员在原材料入库窗口中可以查看编辑产品名称、规格、单位、入库数量、编号、备注等等信息。编辑完成后点击“入库”按钮即可。

图1：系统角色管理功能界面

图2：编辑角色窗口

点击“出库”按钮，操作人员可编辑出库信息；点击“盘点报表”按钮，系统自动弹出“盘点报表”信息。

2.4　耗材库名称维护功能

操作人员点击“耗材库名称维护”按钮，系统自动弹出“耗材库名称维护”窗口，如图6所示。操作人员在此窗口中可以查看到耗材库信息，如ID、大类、名称、规格等等信息。

点击“添加”按钮，操作人员可添加新的耗材信息；点击“删除”按钮，操作人员可删除任意耗材信息。

2.5　仪器维修公司信息维护功能

仪器维修公司分为2类，一类是实验室所购置仪器的销售和制造公司，负责对应的仪器保修。另一种是和机电学院实验室有合作协议的专业维修公司，可以针对较多仪器进行维修，或对超过保修期的仪器进行维修，以节省成本。操作人员点击“合作仪器维修公司”按钮，系统自动弹出“合作仪器维修公司”窗口，如图7和图8所示。图中2家公司是与机电学院合作过的两家公司，从其购进过示波器和福禄克万用表等设备。

操作人员在此窗口中可以编辑客户名称、类别、代码、助记码、地址、手机、电话、联系人等等信息。

图3：员工权限管理功能界面

图4：库存管理功能界面

图5：原材料入库窗口

图6：耗材库名称维护功能界面

点击“新增”按钮，操作人员可增加一名新的客户信息；点击“确定”按钮，系统自动保存当前客户信息；点击“取消”按钮，系统对当前的客户信息重置；点击“上一个”按钮，操作人员可查看上一名客户信息；点击“下一个”按钮，操作人员可查看下一名客户信息。

点击“其他信息”按钮，系统自动跳转至“其他信息”界面，如图9所示。

2.6　设备资源管理功能

实验室管理人员点击“设备资源管理”按钮，系统自动弹出“设备资源管理”窗口，如图10所示。

实验室管理人员在此窗口中可以查看到设备的ID、设备名称、设备型号、内部名称、购进日期、合同号等等信息。

点击“添加”按钮，系统自动弹出如图11所示的“添加新设备”界面。

3　特殊实验室设备实时监控系统设计

图7：维修公司1信息维护界面

图8：维修公司2信息维护界面

图9：仪器维修公司信息功能中的“其他信息”界面

图10：设备资源管理功能界面

3.1　实验室管理中存在的特殊情况

对于大部分的仪器设备，是通过管理人员线下采集数据录入ERP系统，从而进行维修和管理，成本较为低廉。在我校机电学院实验室中，还存在一些特殊情况，并不适合线下采集数据进行管理，具体有以下3类：

（1）贵重的仪器设备，比如我院3D打印实验室的3D打印设备，非常精密，价格昂贵，如果使用过程中出现问题，会造成严重损失。

（2）高压设备，比如我院PLC实验室的过程与控制系统，电工实习室的电机控制设备，工作电压高，使用时如果出现问题，会严重危害学生的人生安全，可能产生严重的安全事故。所以问题一定要第一时间发现，并做针对性处理。

（3）开放实验设备，我院创新实验室的仪器不属于贵重仪器，但朝学生开放。可以用于学科竞赛、毕业设计、创新创业等等，其使用时并无老师现场指导监管，供学生课下使用，所以存在监管不到位和一些未知的危险。与开放实验设备存在类似问题的有，我院部分实验室供其他学院老师和团队管理，存在各种各样的问题。

以上存在的问题，比如仪器故障原因不明，仪器故障情况难以及时掌握，维修权责不清晰，外来人员和开放实验室难以监管等，通过传统的EEP系统较难解决。

3.2　特殊实验室设备实时监控系统构成

为了解决现有实验室存在的一些通过普通ERP系统不好解决的问题，与企业合作，对于前述3类实验室或设备，共同开发了一套特殊实验室设备实时监控系统。

下面以某贵重仪器为例，如图12所示，介绍此系统构成：

（1）安装摄像头，可以实时采集设备的信息，通过视频推流到服务器，再转发到管理员客户端，以达到实时监控的目的；

（2）在仪器上安装一些安全监测模块，如果模块监测到异常，会通过串口转以太网接口，向服务器发送对应数据，管理员客户端的EPR系统收到后可及时做出处理；

（3 通过串口协议的拟定，在ERP系统中的控制界面可以向此仪器发送控制信号，仪器收到后，执行对应操作。

网络基于Ethernet/IP工业以太网，应用层、表示层和会话层采用控制与信息协议CIP；传输层的视频流部分采用UDP协议，保证视频传输的快速性；信令部分采用TCP协议，保证信令传输的准确性，网络层采用传统的IP协议，数据传输层由以太网介质访问控制，物理层由以太网构成。

CIP一方面提供实时通信，另一方面实现信息的对等传输，其控制部分用来实现实时通信，信息部分用来实现非实时的信息交换。

4　结语

我校机电学院实验室和实验设备构成复杂，存在分布方面集中和分散并存，专业管理人员和非专业人员并存，高利用率设备和低利用率设备并存，课内使用和开放使用并存等特点，针对此设计了一套实验室维修管理ERP系统，通过管理人员线下采集数据录入ERP系统，从而进行维修和管理，成本较为低廉。我校机电学院实验室中，还存在一些特殊情况，比如贵重的仪器设备，高压设备，开放实验设备等，并不适合线下采集数据，对监控和管理的实时性要求较高，针对此开发了一套特殊实验室设备实时监控系统，其关键技术有摄像头推流、异常检测模块以及应用层的开发，可较好保证此类实验室和仪器的安全性。

图11：添加新设备界面

图12：贵重仪器实时监控系统构成图