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# CNC机床数据采集分析系统 - 完整需求规格说明书
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## 一、项目概述
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本系统用于对多台不同品牌CNC机床进行统一化、分布式、自动化数据采集，实现设备状态监控、零件产量自动统计、加工过程分析、人员与设备绑定管理，并通过BI大屏实时展示生产数据。
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系统基于 **.NET Framework 4.0 WebForm** 开发，本地IIS部署，MariaDB数据库，单角色权限管理。
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## 二、总体约束
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1. **开发框架**
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- 前端：Vue.js
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- 后端：.NET Framework 4.0 WebForm
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- 数据库：MariaDB（本地部署，双库分离）
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- 部署：Windows Server + IIS
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2. **权限模式**
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- 单角色管理模式，无需多角色、分级权限控制
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3. **数据特性**
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- CNC接口仅返回实时数据，无历史数据
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- 采集间隔远小于程序切换间隔，确保程序切换可被捕获
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- 产量统计依赖前后两次采集数据差分计算
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4. **真实数据格式约束（发那科标准）**
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- 采集返回为JSON数组，包含多台设备数据
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- 每台设备结构：`device`、`desc`、`tags`数组
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- 数据项包含：`id`、`desc`、`quality`、`value`、`time`
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- 关键字段通过`id`匹配（如Tag5、Tag8、_io_status）
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- 每次采集`time`时间戳自动更新
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- 产量、程序名、状态均在`tags`数组内，无顶层字段
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## 三、核心功能模块
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### 1. CNC品牌模板配置系统
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1. 支持多品牌CNC（发那科、三菱、西门子、新代、广数等）统一接入
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2. 适配发那科JSON结构：
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- 设备列表为JSON数组
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- 数据存储在`tags`数组中
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- 通过`id`定位关键字段
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3. 提供JSON字段映射模板，将不同品牌原始字段映射为系统标准字段
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4. 后台可可视化配置：
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- NC程序名：匹配`tags.id=Tag5`的`value`
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- 加工累计数量：匹配`tags.id=Tag8`的`value`
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- 设备状态：匹配`tags.id=_io_status`的`value`
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- 运行状态：匹配`tags.id=Tag9`的`value`
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- 主轴/进给/负载/时间等扩展字段自动解析
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5. 模板支持新增、编辑、删除、启用/禁用
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6. 模板修改后无需重新编译发布，实时生效
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7. 支持字段类型转换、数值清洗、去尾缀处理
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### 2. 分布式设备数据采集架构
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1. 每台CNC独立配置：
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- IP地址（用于Ping检测）
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- HTTP采集接口地址
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- 采集间隔（秒）
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- 绑定品牌模板
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- 设备可用/不可用状态
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2. 采集触发规则：
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- 设备必须Ping通
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- 设备状态必须为可用
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- 两者同时满足才执行采集
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3. 不采集场景：
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- Ping失败
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- 设备标记为不可用
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- 采集任务暂停/手动关闭
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4. 采集机制：
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- 定时轮询采集
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- 采集失败自动重试3次，每次间隔30秒
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- 连续5次采集失败记录异常日志，不改变设备在线状态
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- 网络恢复后自动恢复采集
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5. 数据解析规则（发那科专用）：
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- 从`tags`数组遍历，按`id`匹配关键字段
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- 自动提取`device`设备编号、`desc`设备描述
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- 自动提取采集时间`time`作为时间戳
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- 自动去除`.00000`尾缀，转换为数值/字符串
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### 3. 零件产量自动统计（核心）
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#### 3.1 基础规则
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- 以NC程序名（Tag5.value）作为零件唯一识别依据
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- 按自然日00:00–23:59统计产量
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- 支持跨天加班时段归属配置
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#### 3.2 关键字段来源（发那科JSON）
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- NC程序名：`tags.id=Tag5 → value`
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- 当前加工累计数：`tags.id=Tag8 → value`
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- 设备标识：`device`字段
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- 采集时间：各tag自带`time`字段
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#### 3.3 关键约束
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- CNC接口只能获取当前累计值，无历史数据
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- 采集间隔 < 程序切换间隔，确保程序变更必被捕获
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- 仅程序切换会重置计数起点，设备重启不重置
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- 每次切换程序（包括切回旧程序）均视为新加工开始
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#### 3.4 差分统计逻辑
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1. **同一程序连续加工**
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本次产量 = MAX(0, 当前累计数 − 上次累计数)
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1. **程序切换（A → B）**
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程序A当日产量锁定不再变化；程序B以当前累计数为新起点
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1. **切回历史程序（B → A）**
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视为程序A重新开始，增量累加到当日总产量
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1. **跨天处理**
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0点自动重置；新日期以首次采集累计值为起点
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1. **异常值保护**
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累计数跳变、负数、突变过大时自动忽略并告警
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### 4. 统计规则动态配置
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1. 后台可配置统计指标、计算公式、分组维度
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2. 支持自定义统计字段：
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- 产量（Tag8）
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- 运行时间（Tag23）
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- 切削时间（Tag24）
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- 循环时间（Tag25）
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- 主轴负载、倍率、速度等
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3. 支持自定义表达式/简单公式计算
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4. 支持分组维度：设备、员工、日期、NC程序
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5. 配置实时生效，无需修改代码
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### 5. 设备状态监控体系
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1. **在线/离线状态**
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- 仅由Ping结果判断
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- 与HTTP采集成功与否无关
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2. **可用性状态**
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- 可用/不可用（人工设置）
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- 不可用设备不参与采集
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3. **运行状态来源（发那科）**
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- 设备状态：`_io_status.value`
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- 运行状态：`Tag9.value`
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- 操作模式：`Tag11.value`
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- 加工状态：`Tag26.value`
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4. **展示项**
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- 在线/离线、可用/不可用
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- 当前NC程序
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- 当日产量
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- 最后采集时间、距离上次采集时长
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### 6. 数据存储与清理策略
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1. **双数据库架构（同一MariaDB实例）**
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- 业务库：设备、员工、模板、产量、配置
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- 日志库：原始采集JSON、系统日志、异常日志
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2. 每次采集：
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- 原始JSON完整存入日志库
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- 解析后结构化数据存入业务库
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3. 自动清理机制：
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- 后台配置日志保留天数
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- 每日自动清理过期日志
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- 业务统计数据永久保留
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4. 数据安全：
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- 采集记录可追溯审计
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- 支持原始数据回放校验
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### 7. 后台管理系统功能
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#### 7.1 设备管理
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- 设备增删改查、批量导入/导出
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- 按状态筛选（在线/离线/可用/不可用）
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- 绑定品牌模板、配置采集间隔/Ping间隔
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- 查看采集历史与异常记录
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#### 7.2 CNC品牌模板管理
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- 模板增删改查
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- JSON路径可视化配置（支持tags数组、id匹配）
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- 关键字段指定（NC程序名、计数、状态等）
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- 模板复制、数值清洗规则配置
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#### 7.3 员工与设备分配
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- 员工信息管理
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- 员工与机床绑定（默认2–3台/人，可调整）
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- 绑定记录可追溯、可修改
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- 按员工查看负责设备与产量
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#### 7.4 统计规则配置
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- 自定义统计指标
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- 计算公式配置
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- 分组条件配置
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- 统计周期配置
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#### 7.5 系统全局配置
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- Ping检测间隔
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- 采集重试次数与间隔
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- 日志保留天数
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- BI大屏刷新频率
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- 系统默认参数
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#### 7.6 数据查询与导出
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- 多维度产量查询（设备/员工/日期/程序）
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- 原始采集JSON查看
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- 系统日志、异常日志查询
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- 数据导出Excel
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#### 7.7 告警管理
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- 采集失败告警
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- 设备长时间离线告警
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- 产量异常跳变告警
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- 告警列表与标记已处理
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### 8. BI数据大屏
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1. 实时可视化展示
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2. 支持后台自定义展示指标
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3. 支持图表：折线图、柱状图、饼图、设备状态卡片
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4. 刷新频率后台可配置
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5. 支持全屏展示
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6. 支持按车间/班组筛选视图
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### 9. 容错与稳定性机制
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- HTTP采集失败重试3次，间隔30秒
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- 连续5次采集失败仅记录日志
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- 网络中断恢复后自动接续采集
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- 设备重启不影响产量统计连续性
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- 数据库异常自动重试
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- 采集服务异常自动记录
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## 四、非功能需求
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1. **性能**
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- 单服务器支持 ≥ 100台CNC同时采集
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- 采集响应延迟 < 3秒
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- 大屏刷新无卡顿
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2. **可靠性**
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- 7×24小时稳定运行
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- 日志不丢失
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- 产量统计100%可追溯
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3. **可维护性**
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- 所有配置页面化，无需改代码
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- 日志清晰，便于排查
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- 代码规范、注释完整
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4. **兼容性**
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- 兼容主流品牌CNC HTTP/JSON接口
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- 支持IE11 / Edge / Chrome
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## 五、数据库设计要点
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### 业务库cnc_business
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- 品牌模板表（JSON路径、tags匹配规则）
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- 设备信息表
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- 员工信息表
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- 员工-设备绑定表
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- 产量日统计表
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- 采集快照表（差分计算用）
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- 系统配置表
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- 告警记录表
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### 日志库cnc_log
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- 原始采集JSON表（完整tags结构）
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- 系统操作日志表
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- 采集异常日志表
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- 自动清理事件任务
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### 索引优化
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- 设备ID + 时间 联合索引
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- 日期 + 设备 + 程序 联合索引
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- 日志表按时间分区
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## 六、接口与采集规范（发那科标准）
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1. 接口返回格式：JSON数组
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2. 设备结构：`device`、`desc`、`tags`
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3. 数据项：`id`、`desc`、`quality`、`value`、`time`
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4. 关键字段匹配：按id精确匹配
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5. 数值处理：自动去除`.00000`尾缀
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6. 采集失败返回空值，不抛异常
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7. 所有采集行为必须记录日志
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## 七、交付物
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1. 需求规格说明书（本文档）
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2. 数据库设计文档
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3. 后台管理系统
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4. BI数据大屏
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5. Windows采集服务
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