本文是一篇生產管理論文，筆者利用UML建模技術實現對系統功能以及車間數據的建模。通過用例圖對系統管理、計劃管理、數據管理以及生產管理進行功能建模分析，為系統的后續開發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，我國電力系統在裝機容量、電網規模以及電力調度控制等方面的發展已經名列前茅，但是對電力物聯網的應用仍然屬于新興階段，這將阻礙中國電網技術的可持續發展[1]。此外，歷經十幾年的發展，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的核心物資資源，具有種類復雜、數量眾多等特點，但電工裝備的質量又是電網安全穩定運行的物質基礎，所以即使電力企業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，以使得日益市場化的電力企業能真正做到提質增效。在此背景下，為了響應國家策略，國家電網等企業于2020年提出推動建設統一的電工裝備智慧物聯平臺（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，以實現跨專業的共建共享共用[2]。電工裝備智慧物聯平臺是指利用先進的電力物聯網等新興技術[3]，通過建設電纜生產物聯管理、二次設備生產物聯管理、主變生產物聯管理等子系統實現電工裝備的在線監造、制造環節訂單監控、產能調配、質量評價等功能，進而將電力系統的優化運行水平進一步提高，也可將電力系統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，電工裝備智慧物聯是落實“創新、協調、綠色、開放、共享”發展理念的重要措施，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，這也使得電力企業迫切地將電工裝備智慧物聯平臺對外延伸到電力物資供應商生產環節的質量、進度管控作業[6-8]。電纜作為最主要的電力物資之一，其生產屬于離散型的方式，且電纜車間生產的電纜線種類繁多，生產訂單變更頻繁，不利于制定生產計劃、控制設備、生產的全過程監控，從而導致電纜的生產管理成本高，生產的電纜質量不穩定等缺陷。
1.2  國內外研究現狀
1.2.1  電力物聯網研究現狀
電力物聯網是指在時間、地點都任意的情況下實現電力企業、供應商、設備、用戶等物或人之間的信息交互。電力物聯網的本質是將物聯網技術應用在電力系統中，使電力系統中所涉及的物理實體的信息可以自我標識、智能處理和動態感知。
物聯網的概念最早于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，美國能源部發布“Grid 2030”[20-21]遠景規劃，提出利用集成傳感器與控制裝置實現電工裝備等基礎設施的現代化，并對“源——網——荷”建立網絡通信連接，進而提高電力系統的安全運行以及電力企業的供電服務、資源管理水平；歐盟委員在2008年制定了“歐洲電網倡議”（European Electricity Grid Initiative，EEGI）[22]，提出把電網作為服務網連接用戶和供應商，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，進而提高電網的信息化及電工裝備的實時監測水平。
同國外相比，我國對電力物聯網的研究也在蓬勃發展。2010年，汪洋[25]等人結合物聯網的概念提出電力行業對物聯網的理解：“電力行業的物聯網作為一個網絡系統，可識別、感知、互聯和控制電網中所有物、人員和環境”；同樣在2010年，武漢大學的李勛[26]等人基于智能電網和數字電網，結合射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）等，首次提出了電力物聯網的概念：“電力系統設備與設備、人員與設備之間通過RFID裝置、全球定位系統等各種傳感設備，并與現有的數據庫技術、中間件技術及網絡技術相結合形成的一個巨大的智能網絡”；我國國家電網有限公司在2019年提出泛在電力物聯網[27]建設，希望利用現代化的信息技術、通信技術實現電力系統各個環節的移動互聯。
2  電纜生產管理系統總體方案設計
2.1  系統需求分析
本文的需求分析是通過調查實際電纜生產車間的生產管理現狀，結合電纜企業和電工裝備等用戶的功能需求，分析出電纜制造業要解決的問題，最后在此基礎上確定系統的詳細功能。
2.1.1  電纜生產業務流程分析
電纜的生產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的保護同時方便后續電纜的敷設安裝；最后是對電纜加裝保護套以防止環境因素的侵蝕，并進行成品檢測確保電纜質量合格[38]。 2.2  電纜生產管理系統總體設計
2.2.1  系統的體系結構設計
電纜生產管理系統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節對系統功能需求的分析，本文提出了一套電力物聯網背景下的電纜車間生產管理系統設計方案，如圖2.5所示： 在上圖中的電纜生產管理體系結構中，電纜車間的數據采集是用電力物聯網技術來實現實時數據感知，并將實時采集的車間人員、設備、物料、生產進度等關鍵數據，通過TCP/IP局域網上傳至生產管理系統進行處理和可視化顯示；生產管理系統與采集到的車間數據是通過關系型數據庫相互連接，這樣不僅可以擺脫人工管理車間數據導致數據傳輸滯后的缺陷，而且可以保證數據的真實有效性，成為后期對數據分析和處理的有力保障；此外電纜生產管理系統的用戶通過可視化界面可對電纜的生產進行監控、查詢、排查等操作。
3  系統功能及車間數據建模 .................................... 19
3.1  UML建模技術 ............................................. 19
3.2  電纜生產管理系統功能建模 ........................ 20
4  電力物聯網下的數據感知與交換 ..................... 40
4.1  電纜車間感知特性分析 ................................... 40
4.1.1  電力物聯網感知技術 ............................................ 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  電纜生產管理系統實現
6.1  系統運行環境
6.1.1  系統運行硬件環境
（1）網絡環境：支持TCP/IP協議企業內部局域網。
（2） 網絡服務器：可運行MySQL數據庫的工控機或服務器，CPU 2.7GHz 4核，內存32G，硬盤1T，出口網絡帶寬不低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  系統運行軟件環境
（1）操作系統和版本 服務器端為Windows Severe2012操作系統，安裝MySQL數據庫；客戶端電腦配置為Windows 10操作系統，IE7.0以上瀏覽器；PDA配置為Android5.1x系統。
（2）系統開發環境
本系統的開發環境為 win10 操作系統，開發語言采用Python語言，PyQt5 用于開發圖形界面，開發工具是PyCharm。 Python作為面向對象的解釋性編程語言，具備的優點有：不受操作系統約束，良好的可擴展性，可跨平臺運行；功能強大，數據處理速度快；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安全穩定運行的基礎，為了真正意義上實現電工裝備即電力物資管理，電力企業迫切的建設電工裝備智慧物聯平臺，希望建設電纜生產物聯管理、二次設備生產物聯管理、主變生產物聯管理等子系統從而將平臺的業務范圍對外延伸到電力物資供應商生產環節的質量、進度管控作業。本文選取電工裝備中的電纜作為管理對象，基于生產管理系統和電力物聯網在電纜行業中存在的問題和不足，結合UML建模技術以及電力物聯網技術，設計了一款電纜生產管理可視化系統，保證了電纜供應商和電工裝備用戶能夠全面實時的監控和管理電纜的生產。本文所完成的主要工作分為以下幾個部分：
（1）通過研究電力物聯網技術下的電纜生產管理系統，給出了現有研究在電纜行業的應用總結進而得到目前電纜生產管理系統的不足。詳細分析了電纜生產的業務流程，對電纜生產管理系統進行了需求分析和總體設計，包括系統對電力物聯網技術、功能以及數據感知對象的需求分析，并在需求分析的基礎上給出了系統的總體設計方案。
（2）利用UML建模技術實現對系統功能以及車間數據的建模。通過用例圖對系統管理、計劃管理、數據管理以及生產管理進行功能建模分析，為系統的后續開發提供了詳細的設計思路。通過類圖對生產環境類、工裝類、物料類、人員類、設備類、質量類以及生產類這七類數據進行數據建模分析，為后續車間數據的感知與交換建立了良好的基礎。
參考文獻（略）