ERP技術(shù)與管理課件：制造業(yè)信息化的建模方法

制造業(yè)信息化的建模方法2.制造業(yè)信息化的建模方法CONTENTSPAGE2.1制造業(yè)信息化建模體系結(jié)構(gòu)2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法2.3制造業(yè)信息化中的常用模型2.1制造業(yè)信息化建模體系結(jié)構(gòu)CIM-OSACIM-OSA（計(jì)算機(jī)集成制造開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，OpenSystemArchitectureforComputerIntegratedManufacturing）是歐共體ESPRIT計(jì)劃CIM領(lǐng)域五個(gè)重點(diǎn)研究項(xiàng)目中最重要的一個(gè)，其目標(biāo)是為制造業(yè)的CIMS開(kāi)發(fā)和實(shí)施提供一套適用的參考結(jié)構(gòu)，同時(shí)還開(kāi)發(fā)出集成的企業(yè)環(huán)境和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以支持CIMS的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)施。2.1制造業(yè)信息化建模體系結(jié)構(gòu)CIM-OSA的體系結(jié)構(gòu)參見(jiàn)下圖。（1）垂直方向（推導(dǎo)過(guò)程）描述了按階段劃分的三個(gè)描述層次：需求定義層、設(shè)計(jì)說(shuō)明層和實(shí)施描述層。（2）在水平方向（具體化過(guò)程），概念被逐步具體化。首先，定義基本需求（通用的需求），然后根據(jù)專用的需求（部分通用的需求）對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化。在第三步中，部分通用的需求被具體化為特定企業(yè)的需求（專用的需求）。（3）第三個(gè)方向是“生成過(guò)程”，分別從“功能視圖”、“信息視圖”、“資源視圖”和“組織視圖”來(lái)考察一個(gè)企業(yè)?！肮δ芤晥D”主要是關(guān)于功能模塊的描述；“信息視圖”涉及的是信息模型或?qū)ο蟮亩x；“資源視圖”描述了信息系統(tǒng)和生產(chǎn)資源；“組織視圖”則描述了分層的組織結(jié)構(gòu)。2.1制造業(yè)信息化建模體系結(jié)構(gòu)ARISARIS是由德國(guó)Saarland大學(xué)A.W.Scheer教授于1992年提出的。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐和發(fā)展，目前已成為國(guó)際上最具影響力的企業(yè)建模體系結(jié)構(gòu)?；贏RIS思想開(kāi)發(fā)的支持工具ARISToolset已被廣泛使用。ARIS由五個(gè)視圖、三個(gè)階段構(gòu)成，稱為ARIS房式模型。2.1制造業(yè)信息化建模體系結(jié)構(gòu)ARIS的五個(gè)視圖分別是：（1）組織視圖。描述系統(tǒng)各組織單元之間的聯(lián)系。（2）功能視圖。描述系統(tǒng)各功能模塊之間靜態(tài)的聯(lián)系（如構(gòu)成關(guān)系）。（3）數(shù)據(jù)視圖。描述系統(tǒng)環(huán)境信息，以及觸發(fā)功能或被功能觸發(fā)的消息。（4）控制視圖（也稱為過(guò)程視圖）。著重體現(xiàn)各視圖之間的聯(lián)系，并對(duì)過(guò)程進(jìn)行完整的描述，還體現(xiàn)了功能模塊之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系。（5）產(chǎn)品與服務(wù)視圖。包括所有物質(zhì)（產(chǎn)品）的和非物質(zhì)（服務(wù)）的輸入及輸出。2.1制造業(yè)信息化建模體系結(jié)構(gòu)2.制造業(yè)信息化的建模方法CONTENTSPAGE2.1制造業(yè)信息化建模體系結(jié)構(gòu)2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法2.3制造業(yè)信息化中的常用模型2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法UML建模方法UML（UnifiedModelingLanguage）是面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)中一種通用的圖形化建模語(yǔ)言，它定義良好、易于表達(dá)、功能強(qiáng)大且普遍適用。面向?qū)ο蟮姆治鲋饕诩訌?qiáng)對(duì)問(wèn)題空間和系統(tǒng)任務(wù)的理解、各方交流、與需求保持一致和支持軟件重用等四個(gè)方面表現(xiàn)出更佳，成為主流的系統(tǒng)分析方法。UML改變了數(shù)十種面向?qū)ο蟮慕ＵZ(yǔ)言相互獨(dú)立且各有千秋的局面，使得面向?qū)ο蟮姆治黾夹g(shù)有了空前發(fā)展。它本身成為現(xiàn)代軟件工程環(huán)境中對(duì)象分析和設(shè)計(jì)的重要工具，被視為面向?qū)ο蠹夹g(shù)的重要成果之一。2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法UML建模，就是用模型元素來(lái)組建整個(gè)系統(tǒng)的模型。模型元素包括系統(tǒng)中的類、類和類之間的關(guān)聯(lián)、類的實(shí)例相互配合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為等。UML提供了多種圖形可視化描述模型元素，同一個(gè)模型元素可能會(huì)出現(xiàn)在多個(gè)圖中對(duì)應(yīng)多個(gè)圖形元素，人們可以從多個(gè)視圖來(lái)考察模型。2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法UML建模主要分為結(jié)構(gòu)建模、動(dòng)態(tài)建模和模型管理建模三個(gè)方面。（1）結(jié)構(gòu)建模。從系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和靜態(tài)角度來(lái)描述系統(tǒng)的，在靜態(tài)視圖、用例視圖、實(shí)施視圖和配置視圖中適用，采用了類圖、用例圖、組件圖和配置圖等圖形。（2）動(dòng)態(tài)建模。從系統(tǒng)中對(duì)象的動(dòng)態(tài)行為和組成對(duì)象間的相互作用、消息傳遞來(lái)描述系統(tǒng)的，在狀態(tài)機(jī)視圖、活動(dòng)視圖和交互視圖中適用，采用了狀態(tài)機(jī)圖、活動(dòng)圖、順序圖和合作圖等圖形。（3）模型管理建模。描述如何將模型自身組織到高層單元，在模型管理視圖中適用，采用的圖形是類圖。建模的工作集中在前兩方面，而且并非所有圖形元素都適用或需要采用。2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法UML的定義包括UML語(yǔ)義和UML表示法兩個(gè)部分。（1）UML語(yǔ)義。描述基于UML的精確元模型定義。元模型為UML的所有元素在語(yǔ)法和語(yǔ)義上提供了簡(jiǎn)單、一致、通用的定義性說(shuō)明，使開(kāi)發(fā)者能在語(yǔ)義上取得一致，消除了因人而異的表達(dá)方法所造成的影響。（2）UML表示法。定義UML符號(hào)的表示法，為開(kāi)發(fā)者或開(kāi)發(fā)工具使用這些圖形符號(hào)和文本語(yǔ)法提供了標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言UML的重要內(nèi)容可以由下列5類圖來(lái)定義：2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法1）用例圖（UseCaseDiagram）。用例圖符號(hào)表示如圖1所示，用例圖例子如圖2所示。圖1用例圖符號(hào)表示圖2用例圖例子2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法2）靜態(tài)圖（StaticDiagram）。包括類圖、對(duì)象圖和包圖；類圖例子如圖1所示，對(duì)象圖例子如圖2所示。圖1類圖例子圖2對(duì)象圖例子2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法3）行為圖（BehaviorDiagram）。包括狀態(tài)圖和活動(dòng)圖：狀態(tài)圖例子如圖1所示，活動(dòng)圖例子如圖2所示。圖1狀態(tài)圖例子（左：電梯；右：門）圖2活動(dòng)圖例子狀態(tài)圖對(duì)一個(gè)單獨(dú)對(duì)象的行為建模，指明對(duì)象在它的整個(gè)生命周期里，響應(yīng)不同事件時(shí)，執(zhí)行相關(guān)事件的順序。2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法如圖1所示為以泳道表示的活動(dòng)圖例子，如圖2所示為以流程圖表示的活動(dòng)圖。圖2-8活動(dòng)圖例子圖1以泳道表示的活動(dòng)圖圖2以流程圖表示的活動(dòng)圖2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法4）交互圖（InteractiveDiagram）。包括順序圖和合作圖；順序圖例子如圖1所示，合作圖例子如圖2所示。圖2合作圖例子2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法5）實(shí)現(xiàn)圖（ImplementationDiagram）。包括組件圖和配置圖。組件圖例子如圖1所示，配置圖例子如圖2所示。2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法IDEF建模方法集成定義方法（IntegrationDEFinitionMethod，簡(jiǎn)稱IDEF）是美國(guó)空軍在ICAM（集成計(jì)算機(jī)輔助制造，IntegratedComputerAidedManufacturing）工程中以結(jié)構(gòu)化分析方法為基礎(chǔ)發(fā)展形成的一套系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方法。根據(jù)用途，可以把IDEF方法分成兩類：第一類IDEF方法的作用是溝通系統(tǒng)集成人員之間的信息交流。主要有：IDEF0、IDEF1、IDEF3、IDEF5。第二類IDEF方法的重點(diǎn)是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的設(shè)計(jì)部分。目前有兩種IDEF設(shè)計(jì)方法：IDEF1X可以輔助語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)；IDEF4可以產(chǎn)生面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)方法所需的高質(zhì)量的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。2.制造業(yè)信息化的建模方法CONTENTSPAGE2.1制造業(yè)信息化建模體系結(jié)構(gòu)2.2面向軟件開(kāi)發(fā)的建模方法2.3制造業(yè)信息化中的常用模型2.3制造業(yè)信息化中的常用模型制造業(yè)信息化模型的形式有圖形化；文檔化；多媒體等多種形式，目前主要是前面兩種形式，其中圖形化描述最為常用，多媒體描述方法是未來(lái)的發(fā)展方向。圖形化描述：一般采用多種視圖從不同角度進(jìn)行描述。最常用的視圖有功能、組織、過(guò)程/控制、信息（數(shù)據(jù)）、知識(shí)、產(chǎn)品/服務(wù)、資源視圖等。2.3制造業(yè)信息化中的常用模型不同視圖模型的關(guān)系如圖所示2.3制造業(yè)信息化中的常用模型下圖描述了過(guò)程/控制視圖與其他模型視圖的集成關(guān)系。2.3制造業(yè)信息化中的常用模型（1）功能模型。功能是系統(tǒng)的外在表現(xiàn)。功能可以進(jìn)一步分解為一些子功能，因此，功能模型主要采用“樹(shù)結(jié)構(gòu)”形式加以描述。功能模型的主要作用是：描述系統(tǒng)各組成部分的功能以及功能之間的聯(lián)系；在功能模型的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步進(jìn)行組織、過(guò)程和信息模型的設(shè)計(jì)；根據(jù)功能模型進(jìn)行企業(yè)重組。（2）組織模型。組織模型的主要作用是：對(duì)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)范化描述，表現(xiàn)組織機(jī)構(gòu)應(yīng)該如何活動(dòng)；在功能和組織模型基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步進(jìn)行過(guò)程和信息模型的設(shè)計(jì)；根據(jù)組織模型進(jìn)行企業(yè)組織重組和優(yōu)化。2.3制造業(yè)信息化中的常用模型（3）過(guò)程模型。過(guò)程模型的主要作用是：描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性，描述系統(tǒng)內(nèi)部事件之間的因果關(guān)系；描述過(guò)程中系統(tǒng)的功能，反映信息流的情況；在功能、組織和過(guò)程模型的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步進(jìn)行信息模型的設(shè)計(jì)；根據(jù)過(guò)程模型進(jìn)行企業(yè)過(guò)程重組和改善。（4）信息模型。信息模型的主要作用是：從軟件設(shè)計(jì)的角度描述系統(tǒng)的信息流，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)和軟件模塊的設(shè)計(jì)；根據(jù)信息模型設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)；由信息模型轉(zhuǎn)化為信息系統(tǒng)。2.3制造業(yè)信息化中的常用模型（5）知識(shí)模型。知識(shí)模型的主要作用是：從知識(shí)重用的角度描述企業(yè)中知識(shí)的分布、程度以及知識(shí)流等情況；根據(jù)知識(shí)模型設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)及知識(shí)管理系統(tǒng)；基于知識(shí)模型進(jìn)行知識(shí)重用。2.3制造業(yè)信息化中的常用模型組織模型企業(yè)由部門組成，功能由部門實(shí)現(xiàn)，為了了解部門、功能之間的關(guān)系，需要繪制一張組織圖。這就是所謂企業(yè)組織模型的圖形化。由于一個(gè)組織機(jī)構(gòu)中各對(duì)象元素之間往往都是隸屬關(guān)系，相互之間的關(guān)系比較簡(jiǎn)單，所以組織模型的表示相對(duì)而言是比較簡(jiǎn)單的。組織模型常常采用與功能樹(shù)圖結(jié)構(gòu)相似的組織結(jié)構(gòu)圖表示，但也可以采用其他更形象的方法加以描述。2.3制造業(yè)信息化中的常用模型功能模型建立功能模型的目的是為了清晰地反映企業(yè)中各項(xiàng)業(yè)務(wù)之間的邏輯關(guān)系。典型的功能建模方法有：功能樹(shù)圖、功能輪圖、IDEF0、UML建模方法中的用例圖、數(shù)據(jù)流程圖（DataFlowDraft，DFD）法等2.3制造業(yè)信息化中的常用模型功能樹(shù)圖：企業(yè)模型中的功能是指在實(shí)現(xiàn)企業(yè)目標(biāo)的過(guò)程中，針對(duì)某一信息對(duì)象的一項(xiàng)業(yè)務(wù)、一個(gè)操作或一個(gè)活動(dòng)，所以功能一定是用一個(gè)動(dòng)詞來(lái)描述的。功能樹(shù)圖又叫層次圖或H圖，它以逐層分解的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)功能的表示。對(duì)功能樹(shù)有如下要求：（1）功能樹(shù)的所有節(jié)點(diǎn)全部用動(dòng)詞性質(zhì)的短語(yǔ)表示，在整個(gè)模型體系中名稱要簡(jiǎn)練、唯一；（2）功能樹(shù)中，同層功能之間是并列關(guān)系，上層功能對(duì)下層功能是包容關(guān)系；（3）功能樹(shù)圖中的節(jié)點(diǎn)是可以不斷展開(kāi)的。2.3制造業(yè)信息化中的常用模型功能輪圖：功能輪圖實(shí)際上是以極坐標(biāo)形式描述的功能樹(shù)圖，在結(jié)構(gòu)上比較緊湊。例如，美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)（SME）提出的CIMS總體結(jié)構(gòu)，就是采用功能輪圖描述的。IDEF0圖：功能樹(shù)圖描述了系統(tǒng)的功能，并沒(méi)有表示出各功能之間的信息聯(lián)系，目前國(guó)內(nèi)外常采用IDEF0圖，以克服功能樹(shù)圖所描述的信息量太少的問(wèn)題。IDEF0方法是一套結(jié)構(gòu)化的圖形建模方法。用IDEF0方法建立的模型是一套嚴(yán)格編碼的模型集，每一個(gè)模型表示一個(gè)較大功能塊所分解的若干個(gè)子功能及其相互聯(lián)系。每個(gè)子功能又可以進(jìn)一步分解為下一級(jí)子功能，這樣形成了一組按遞階層次分解的圖形。IDEF0的基本圖形是帶有多種箭頭的長(zhǎng)方形盒子，它可以代表任何一種功能活動(dòng)，如下頁(yè)圖。CIMS的組成2.3制造業(yè)信息化中的常用模型盒子上、下、左、右各有若干個(gè)箭頭，分別表示功能的“控制”、“支撐機(jī)制”、“輸入”和“輸出”。這些用名詞表示的事務(wù)（如人、財(cái)、物、制度等），也可以是抽象的數(shù)據(jù)或信息等。箭頭表示盒子所代表的功能活動(dòng)與外界的聯(lián)系，所謂功能就是在“控制”的指導(dǎo)和約束下，在“機(jī)制”的支撐下，將“輸入”變換為“輸出”的過(guò)程。2.3制造業(yè)信息化中的常用模型功能樹(shù)圖與IDEF0圖之間的比較：（1）功能樹(shù)圖簡(jiǎn)單易懂，一張圖中可以包含多個(gè)層次；IDEF0圖考慮了系統(tǒng)的所需支撐機(jī)制、控制約束、輸入以及輸出，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，規(guī)定嚴(yán)格，一張圖中只反映功能的一個(gè)層次；（2）功能樹(shù)圖是面向純功能的；IDEF0圖是面向過(guò)程的功能模型，可以描述簡(jiǎn)單的過(guò)程，另外，IDEF0圖還反映了企業(yè)中的部分組織、資源、數(shù)據(jù)等信息。2.3制造業(yè)信息化中的常用模型過(guò)程模型過(guò)程是人們?yōu)閷?shí)現(xiàn)某一既定目標(biāo)所執(zhí)行的一系列步驟。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO9000將“過(guò)程”定義為“一組將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的相互關(guān)聯(lián)或相互作用的活動(dòng)”。“過(guò)程”是由起始事件和終止事件定義的。過(guò)程的對(duì)象可以是物質(zhì)的轉(zhuǎn)變過(guò)程，也可以是信息的轉(zhuǎn)變過(guò)程。而“程序”則是“為進(jìn)行某項(xiàng)活動(dòng)所規(guī)定的途徑”。從而將“過(guò)程”與“程序”加以區(qū)別。（1）任何過(guò)程都要有輸入。輸入的可能是人力、物力資源，也可能是信息資源。總之，沒(méi)有輸入的過(guò)程是不存在的。（2）輸入不是目的，輸入要轉(zhuǎn)化為輸出。輸出的可能是物質(zhì)實(shí)體，也可能是某種信息。它們都可被視為產(chǎn)品。（3）將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的過(guò)程，也是對(duì)輸入資源的消耗過(guò)程或轉(zhuǎn)換過(guò)程，轉(zhuǎn)換的目的是要使之增值，或者使輸出的產(chǎn)品價(jià)值提高，或者使輸出的信息更有意義。否則，轉(zhuǎn)換就成為毫無(wú)意義的活動(dòng)。2.3制造業(yè)信息化中的常用模型過(guò)程模型的建立是為了清晰地反映企業(yè)中各項(xiàng)業(yè)務(wù)之間的邏輯關(guān)系。過(guò)程建模是最為復(fù)雜的，因?yàn)檫^(guò)程模型中包含的信息元素與其他視圖的模型相比要多得多，同時(shí)還要反映出其中的邏輯關(guān)系。典型的過(guò)程建模圖形化方法有擴(kuò)展的事件驅(qū)動(dòng)過(guò)程鏈圖（eEPC）、過(guò)程圖、Petri網(wǎng)等。2.3制造業(yè)信息化中的常用模型信息模型在企業(yè)信息化中常用的信息建模方法有實(shí)體關(guān)系模型（E-R）、IDEF1X等。其中E-R描述的是信息實(shí)體及其聯(lián)系，語(yǔ)義比較簡(jiǎn)單，能清晰而細(xì)致地表達(dá)、共享信息的內(nèi)容和關(guān)系，且有成熟的建模方法，應(yīng)用很廣泛。IDEF1X是IDEF系列方法中IDEF1的擴(kuò)展版本，其在E-R模型基礎(chǔ)上，增加了一些嚴(yán)格的建模規(guī)則，改善了圖形表述能力，豐富了語(yǔ)義。2.3制造業(yè)信息化中的常用模型E-R模型中的一些基本概念如下：（1）實(shí)體、關(guān)系、數(shù)量關(guān)系。在E-R模型中，有相同特征的信息對(duì)象被集合成為一個(gè)類，稱為實(shí)體（用矩形表示）；實(shí)體之間的連接反映了實(shí)體之間的關(guān)系（用菱形表示）；實(shí)體之間還存在一定的數(shù)量