工业设备维护程序技术方案

工业设备维护程序技术方案

一、技术架构设计

采用分层架构 与模块化设计，核心架构如下：

[UI层] ↔ [业务逻辑层] ↔ [数据访问层] ↔ [设备驱动层]

关键技术栈：

• .NET 6：跨平台支持
• WPF：MVVM模式实现
• Prism框架：模块化开发支持
• OPC UA：工业通信协议
• Modbus TCP：设备通信协议
• Entity Framework Core：数据持久化

二、软件分层设计

1. 设备驱动层

// 抽象设备接口
public interface IDeviceDriver
{
    bool Connect(string ip);
    bool CalibrateSensor(int sensorId, double value);
    bool TuneActuator(int actuatorId, params double[] parameters);
    DeviceStatus ReadStatus();
}

// Modbus实现示例
public class ModbusDriver : IDeviceDriver
{
    public bool CalibrateSensor(int sensorId, double value)
    {
        // 使用Modbus协议写入校准值
        byte[] command = BuildCalibrationCommand(sensorId, value);
        return SendCommand(command);
    }
}

2. 数据访问层

public class DeviceRepository
{
    private readonly AppDbContext _context;
    
    public void SaveCalibrationData(CalibrationRecord record)
    {
        _context.CalibrationRecords.Add(record);
        _context.SaveChanges();
    }
    
    public List<DeviceProfile> GetDeviceProfiles()
    {
        return _context.DeviceProfiles.ToList();
    }
}

3. 业务逻辑层

public class DeviceService
{
    private readonly IDeviceDriver _driver;
    private readonly DeviceRepository _repository;

    public CalibrationResult CalibrateSensor(int sensorId, double targetValue)
    {
        try {
            if(_driver.CalibrateSensor(sensorId, targetValue))
            {
                var record = new CalibrationRecord(sensorId, targetValue);
                _repository.SaveCalibrationData(record);
                return CalibrationResult.Success;
            }
            return CalibrationResult.Failure;
        }
        catch (DeviceException ex) {
            Logger.Log(ex);
            return CalibrationResult.Error;
        }
    }
}

4. UI层（MVVM模式）

<!-- 标定界面示例 -->
<Grid>
    <StackPanel>
        <TextBlock Text="传感器ID:"/>
        <TextBox Text="{Binding SensorId}"/>
        <TextBlock Text="目标值:"/>
        <TextBox Text="{Binding TargetValue}"/>
        <Button Command="{Binding CalibrateCommand}" Content="执行标定"/>
        <ProgressBar Value="{Binding Progress}" Visibility="{Binding IsCalibrating}"/>
    </StackPanel>
</Grid>

// ViewModel实现
public class CalibrationViewModel : BindableBase
{
    private readonly IDeviceService _deviceService;
    
    public ICommand CalibrateCommand => new DelegateCommand(ExecuteCalibration);
    
    private async void ExecuteCalibration()
    {
        IsCalibrating = true;
        var result = await _deviceService.CalibrateSensor(SensorId, TargetValue);
        // 处理结果...
        IsCalibrating = false;
    }
}

三、通信驱动设计

1. 协议抽象层：

   • 创建统一的IDeviceProtocol接口
   • 实现Modbus TCP、OPC UA等适配器

2. 通信管理：

   public class ComManager
   {
       private readonly ConcurrentDictionary<string, IDeviceConnection> _connections;
       
       public IDeviceConnection GetConnection(string deviceId)
       {
           return _connections.GetOrAdd(deviceId, id => CreateConnection(id));
       }
   }

3. 实时数据处理：

   // 使用ReactiveX处理数据流
   devices.ObserveOn(Scheduler.Default)
          .Throttle(TimeSpan.FromMilliseconds(100))
          .Subscribe(UpdateDeviceStatus);

四、UI界面设计要点

1. 工业级界面特性：

   • 高对比度配色方案
   • 实时数据可视化
   • 操作过程动画反馈
   • 多语言支持

2. 核心界面模块：

   • 设备监控仪表盘
   • 传感器标定向导
   • 执行器参数调试面板
   • 历史数据查询系统

3. 动态UI生成：

   <ContentControl Content="{Binding CurrentModule}"/>
   
   // 基于设备类型动态加载界面
   public UserControl CreateControlForDevice(DeviceType type)
   {
       return _container.Resolve<DeviceTemplates[type]>();
   }

五、性能优化策略

1. 异步通信：

   public async Task<DeviceStatus> ReadStatusAsync()
   {
       return await Task.Run(() => _driver.ReadStatus());
   }

2. 数据缓存：

   private readonly MemoryCache _statusCache = new MemoryCache();
   
   public DeviceStatus GetCachedStatus(string deviceId)
   {
       return _statusCache.GetOrCreate(deviceId, entry => {
           entry.AbsoluteExpiration = DateTime.Now.AddSeconds(2);
           return ReadStatus(deviceId);
       });
   }

3. 界面虚拟化：

   <ListBox VirtualizingStackPanel.IsVirtualizing="True"
            VirtualizingStackPanel.VirtualizationMode="Recycling"/>

六、学习曲线规划

1. 基础阶段（1-2周）：

   • WPF数据绑定与模板
   • MVVM模式实践
   • Prism模块化开发

2. 进阶阶段（2-3周）：

   • 工业通信协议（Modbus/OPC UA）
   • 多线程与异步处理
   • 性能优化技巧

3. 高阶阶段（持续）：

   • 领域驱动设计应用
   • 自动化测试框架
   • 跨平台迁移准备

七、示例系统架构图

[用户界面]
  ↓ (命令)
[视图模型层] → [事件聚合器] ← [设备服务模块]
  ↓ (调用)                ↑ (事件)
[应用服务层] → [领域模型]
  ↓ (操作)
[基础设施层]
  ├─[设备驱动适配器]
  ├─[数据库访问]
  └─[网络通信]

八、扩展建议

1. 插件系统：

   public interface IDevicePlugin
   {
       string PluginName { get; }
       void Execute(DeviceContext context);
   }

2. 配置热更新：

   public static void ReloadConfiguration()
   {
       var newConfig = ConfigLoader.Load("config.json");
       ServiceLocator.UpdateConfig(newConfig);
   }

3. 远程诊断：

   public void StartRemoteDiagnosis()
   {
       var session = RemoteSessionFactory.Create();
       session.StartScreenSharing();
       session.AllowControl();
   }

本方案通过分层解耦实现高内聚低耦合，采用现代WPF开发模式，确保系统具备：

1. 毫秒级实时响应能力
2. 多协议设备兼容性
3. 可维护的代码结构
4. 直观的用户操作体验
5. 可持续演进的技术架构