制造业信息化建模方法

1、第二章制造业信息化的建模方法制造业信息化中很重要的工作是对信息化对象进行建模，包括功能模型、组织模型、过程模型、 信息模型和知识模型的建模，其作用是帮助信息化咨询人员、开发人员和用户进行沟通和知识转移， 帮助确定信息化的需求，帮助进行信息化系统的总体设计和详细设计等。制造业信息化建模需要一 套体系结构的支持。2.1节将首先讨论制造业信息化建模方法的需求，然后介绍国际上两个著名的制造业信息化建模 体系结构，以及制造业信息化的L3型体系结构。2.2节将介绍若干制造业信息化模型设计方法，包括制造业信息化系统功能模型设计方法、社会 -技术系统模型设计方法、面向软件开发的建模方法等。2.3节将分别介绍一

2、些常用的功能、组织、过程、信息和知识模型。2.1制造业信息化建模需求和体系结构2.1.1制造业信息化建模方法的需求制造业信息化建模方法的需求主要是：不同专业技术和知识交流的需要、软件工程的需要、制 造企业间信息交流的需要。不同专业技术和知识交流的需要制造业信息化需要信息技术、管理技术、产品设计技术和制造技术的深度融合。例如，企业管 理信息系统需要熟悉信息技术和管理技术的人员协同开发；产品数据管理系统需要熟悉信息技术和 产品设计技术的人员协同开发；计算机辅助工艺设计系统需要熟悉信息技术和产品工艺技术的人员 协同开发。如果对整个企业进行信息集成，则需要熟悉信息技术、管理技术、产品设计技术和制造 技

3、术。事实上不可能每个人都熟悉各种技术。因此需要建立包括有关方面人员的项目组，在项目开 发和实施中，进行各种业务知识的交流。为此，需要有一套能够完整描述业务过程、信息系统等的 模型。软件工程的需要软件工程就是采用工程的概念、原理、技术和方法来开发与维护计算机软件系统。软件工程是 一门指导计算机软件开发和维护的工程学科。软件工程主要包括三个要素，即：方法、工具和过程。在早期计算机系统的发展过程中，计算机软件纯属一种开发人员个体单干的智力产品。没有标 准，没有规范，以致形成了各种各样的软件系统。到了 60年代中期和70年代，随着计算机应用的 飞速发展，以往靠人工作坊式开发出来的软件产品，所暴露的问题

4、越来越多，耗资几十亿美元，花 费几千人力才开发出来的软件系统，由于其所呈现的个体化特性，使得它们很难不断根据用户新的 需求，进行修改与维护。并且这种维护工作所需费用，大大超过开发时所消耗的费用，因此，迫使 一些软件系统不得不提前报废，造成了大量的人力、物力和资源浪费。这就是所谓的软件危机。为了解决软件危机，出现了软件工程，其目的是：（1）控制软件开发进度及其质量；（2）提高软件的可维护性。随着计算机技术的发展，人们逐渐认识到软件开发不是一种技巧性个体劳动，而是一个复杂的 系统工程，是管理科学和工程技术的结合，需要一套描述软件系统和业务过程的建模方法。制造企业间信息交流的需要制造企业之间的协同设

5、计和协同制造已经越来越广泛，因此制造企业间的信息交流越来越频繁。 在这种情况下也需要一套描述系统和过程的建模方法。2.1.2制造业信息化建模的体系结构研究现状本节主要介绍制造业信息化方面最著名的两个体系结构。CIM-OSA （计算机集成制造开放系统体系结构，Open System Architecture for Computer Integrated Manufacturing）CIM-OSA是欧共体ESPRIT计划CIM领域五个重点研究项目中最重要的一个，其目标是为制造业的CIMS开发和实施提供一套适用的参考结构，同时还开发出集成的企业环境和基础结构，以 支持CIMS的规划、设计和实施。C

6、IM-OSA的体系结构参见图2-1。在CIM-OSA中，立方体的三个轴分别表示三个不同的描述方面。（1）垂直方向（推导过程）描述了按阶段划分的三个描述层次：需求定义层、设计说明层和实 施描述层。（2）在水平方向（具体化过程），概念被逐步具体化。首先，定义基本需求（通用的需求）然 后根据专用的需求（部分通用的需求）对其进行进一步的细化。在第三步中，部分通用的需求被具 体化为特定企业的需求（专用的需求）。（3）第三个方向是“生成过程”，分别从“功能视图”、“信息视图”、“资源视图”和“组织视 图”来考察一个企业。“功能视图”主要是关于功能模块的描述；“信息视图”涉及的是信息模型或 对象的定义；“资

7、源视图”描述了信息系统和生产资源；“组织视图”则描述了分层的组织结构。企业建模是通过这三个过程的共同作用实现的。ARIS （集成信息系统体系结构，Architecture of Integrated Information Systems）ARIS是由德国Saarland大学A.W.Scheer教授于1992年提出的。经过多年的实践和发展，目 前已成为国际上最具影响力的企业建模体系结构。基于ARIS思想开发的支持工具ARIS Toolset已 被广泛使用。ARIS由五个视图、三个阶段构成（参见图2-2），称为ARIS房式模型。ARIS的五个视图分别是：（1）功能视图：描述系统各功能模块之间静态

8、的联系（如构成关系）；（2）组织视图：描述系统各组织单元之间的联系；（3）数据视图：描述系统环境信息，以及触发功能或被功能触发的消息；（4）产品与服务视图：包括所有物质（产品）的和非物质（服务）的输入及输出；（5）控制视图：也称为过程视图，着重体现各视图之间的联系，并对过程进行完整的描述。其 中还体现了功能模块之间的动态联系。具体化过程信息视L功能视通用需求定义构筑模块功能视 部分通用 需求定义 构筑模块信息视图=信息一Z组织视生成过叱当源视资源视组织视通用设计说明构筑模块部分通用 设计说明 构筑模块专用实施描述构筑 模块专用设计 说明构筑 模块组织视图/ 资源视图/功能视 专用需求 定义构筑

9、 模块部分通用 实施描述 构筑模块通用实施 描述构筑 模块参考结构专用结构图2-1 CIM-OSA体系结构产品与服务图2-2 ARIS房式模型2.1.3制造业信息化的L3型体系结构1. L3型体系结构的框架随着网络技术的发展、经济全球化、企业管理新理念的出现以及企业信息化的全面推广，需要 新的企业建模参考体系结构的指导。在这种背景下，需要对企业建模参考体系结构进一步发展和完 善，以帮助多层次、多角度、多方法地建立企业模型，对系统进行描述、模拟和分析；帮助企业利 用参考模型，提高企业信息化的效率和质量；将企业信息化建模的范围从面向企业内的集成扩展到 面向企业间的集成，从面向信息的集成扩展到面向知

10、识的集成，从面向功能的集成扩展到面向过程 的集成。根据现代企业的发展环境，根据人们对企业建模参考体系结构的新需求，提出了一种新的企业 建模参考体系结构，因为其图形类似于字母“LLL”，故称之为L3型体系结构，如图2-3所示。J企业间集成考行 模业 型参功能和 组织视图空 间模型视图过程和信息视图维建模方法分阶段实施信息/知识 集成过程集成第三层第二层第一层（L3）（L2）（L1）图2-3 L3型体系结构框架的三层结构时间维L3型体系结构是一个三层结构，并在每一层分为空间维和时间维：（1）第一层（L1）是企业模型的视图层（图形化表示方法）空间维主要采用功能和组织视图， 时间维主要采用过程和信息视

11、图；（2）第二层（L2）是企业模型的建模方法层，空间维主要提供行业参考模型库，时间维描述了 建模分阶段实施流程；（3）第三层（L3）是模型的应用层，涉及信息集成、知识集成、企业间集成和过程集成等。2. L3型体系结构的第一层次L1时间维图2-4 L3型体系结构的第一层次L1企业模型的视图层图2-4表示的是L3型体系结构的第一个层次，即企业模型的视图（图形化表示方法）层。（1）面向空间维的视图面向空间维的视图有功能视图、组织视图等。这是一些静态视图，主要描述企业内各项功能、 业务、人员和资源等之间的逻辑关系。（2）面向时间维的视图面向时间维的视图有过程视图、信息视图等。这是一些动态视图，主要描述

12、企业内各项业务随 时间变化的关系。知识视图中包括了面向空间维的模型和面向时间维的模型。在系统建模设计中，一般首先建立面向空间维的视图，然后建立面向时间维的视图，并由粗到 细进行建模。3. L3型体系结构的第二层次L2图2-5表示了 L3型体系结构的第二层次一一企业模型的建立方法层。制造业信息化是一项复杂 的系统工程，无论是在时间上还是在空间上的跨度都比较大，所以建立模型需要分成不同的层次和 阶段来进行。利用行业参考模型建模、需求总体详细企业系统系统以法分析设计设计重组实施评价分阶段实施图2-5 L鲤结构的第二层次L2企业模型的建立方法层时间维1）空间维的建模过程空间维建模过程的思路是：产品或业

13、务相似的企业组成了行业，相似程度不同的行业可进一步 分为行业大类、中类和小类。例如：动力机械为行业大类，汽轮机为行业中类，工业汽轮机为行业 小类。对于不同类型的行业，分别建立通用程度不同的行业参考模型。这样，企业建模就不必什么 都从头开始。企业在实施信息化时，利用行业参考模型可以快速建立起企业的专用模型。这样不仅 可以降低建模成本，缩短建模时间，而且提高了模型的质量，因为行业参考模型往往是经过实践检 验和专家反复论证的。如今较流行的企业参考体系结构（如CIM-OSA、ARIS等）都很重视企业参 考模型。图2-6描述了参考模型通用度与行业分类粒度的关系。行业分类粒度越大，参考模型的通用范 围就越

14、广，即空间越大，但对特定企业模型的适用度就越小。所以在建立企业模型时，应首先选择 自己企业所属的行业小类的参考模型，如果找不到的话，再寻找上一层行业中类的参考模型，直到 找到参考模型为止。最后，根据企业实际情况，对参考模型进行修改，得到企业的专用模型。图2-6参考模型通用度和行业分类粒度的关系2）时间维的建模过程对一个特定的企业进行建模并不是一步完成的，需要分阶段实施。在每一阶段结束后，都要对 所建模型进行评审，尽可能在建模的开始阶段就发现和解决错误。图2-5中所示的主要阶段包括需 求分析、总体设计、详细设计、企业重组、系统实施和系统评价等阶段。企业建模主要集中在前三 个阶段。在从详细设计到企

15、业重组的过程中，主要依赖人的决策。但企业模型可以用于仿真分析、ABC （基于活动的成本）分析等，帮助人们进行决策。例如，在实施企业信息化中，有以下几种实现途径：（1）按照详细设计的企业模型，选择商品化的应用软件，对应用软件进行二次开发；（2）按照详细设计的企业模型，编制专业软件，进行系统实施；（3）由详细设计的企业模型自动生成可执行的软件代码，在对企业模型进行修改后，要求能自 动重新组合或修改相应的软件系统，满足企业的需求；（4）由详细设计的企业模型自动对软件模块进行重组，以适应企业的需要。在系统评价阶段，通过系统的实际运行，根据企业需求，按照详细设计的企业模型，对系统进 行各种性能评价。4.

16、 L3型体系结构的第三层次L3图2-7表示了 L3的第三层次一一模型的应用层。模型的应用层主要是将企业模型的应用范围进 行扩展：从功能集成扩展到过程集成；从企业内的集成扩展到企业之间、企业与客户之间的集成； 从信息集成扩展到知识集成。客户关系管理J供应链 管理集成范围的拓宽知识 集成信息系统集成信息/知 袈集成办公 自动化工作流 管理产品 设计过 程管理工艺 设计过 程管理生产管理制造服务过程集成时间维图2-7 L理体系结构的第三层次L3模型的应用层空间维 企业间、与客户间的集成1）空间维的建模过程（1）信息系统集成模型在企业信息化实施中，人们将40%的时间用在信息系统集成中。因为这些信息系统

17、是由不同软 件公司在不同时期开发的，往往采用不同的编程语言。因此，信息系统的集成成为信息化中的重要 内容，第六章中将介绍与信息系统集成模型有关的内容。（2）知识集成模型知识集成模型的用途是描述知识与知识、知识与人、知识与过程的关系。知识集成模型处于发 展之中。目前人们提出或使用的知识集成模型有：知识黄页、知识地图、知识结构图、知识需求模 型等。第五章将介绍与知识集成模型有关的内容。（3）供应链管理模型目前企业间的集成管理一般采用供应链管理系统。采用供应链管理参考模型有助于提高供应链 管理的效率。第四章将介绍与供应链管理模型有关的内容。（4）客户关系管理模型目前企业与客户之间的集成管理一般采用客

18、户关系管理系统。采用基于因特网的可视化图形模 型有助于企业与客户之间的沟通。第四章将介绍与客户关系管理模型有关的内容。2）时间维的建模过程（1）企业模型与企业过程管理现代制造系统设计阶段所建模型可用于企业过程集成的管理，如：产品数据管理系统中利用过 程模型进行产品设计过程的管理；工艺设计系统中用工艺过程图对工艺进行描述，并在作业计划管 理中结合网络图对制造过程进行管理；办公自动化系统和工作流管理系统中利用过程模型进行办公 和其他业务过程的管理。（2）系统建模、仿真和优化的集成时间维的建模过程实际上是一种系统建模、仿真和优化的集成过程，其构思如图2-8所示。图 中的小循环是仿真过程，小循环外的大

19、循环是系统的实际运行和验证过程。系统建模起了连接小循 环和大循环的作用，即所建的系统模型由小循环进行仿真和优化，然后由大循环实际验证模型的可 行性，最后再将修改后的模型通过小循环进行仿真和优化。通过两个循环的交替，使模型不断得到 优化。（3）企业模型到企业计算机应用系统的转换企业模型到计算机应用系统的转换能够帮助企业快速地将模型转换为计算机应用系统，减少编 程工作量，减轻系统维护难度，并可用企业模型直接对企业应用系统进行运行控制，使得企业的管 理和决策得以迅速实现，缩短企业软件项目的开发周期。例如，GeneXus系统。2.2制造业信息化模型设计方法制造业信息化的模型设计需要系统方法论的指导，如

20、功能模型设计方法、社会一技术系统设计 方法、制造业信息化中的合理化方法等，后者在第七章中作介绍。2.2.1制造业信息化系统功能模型设计方法制造业信息化模型设计方法主要是：基于企业最高领导立场的设计；需求驱动的设计；层次考 察法；黑箱考察法；动态设计法；功能模块化设计法等。祁国宁96（1）基于企业最高领导立场的设计制造业信息化设计要站在企业最高领导的立场，即要着眼于企业的全局目标和长远目标。例如， 在信息化初始阶段虽然只开发一个局部的信息系统，但也必须从企业的全局目标和长远目标进行功 能设计，充分考虑到未来系统的集成问题。（2）需求驱动的设计建立制造业信息化功能和客户需求的相关表。然后，根据企业

21、发展战略目标，选择客户需求强 的信息化功能，优先进行设计和实施。表2-1表示了客户关系管理（CRM）系统功能与某纺织机械 企业需求的相关表。表2-1中的15分值代表客户需求和系统功能的相关度，1分表示相关度很弱，2分表示相关 度弱，3分表示相关度一般，4分表示相关度强，5分表示相关度很强。可以按列相加依次计算出 CRM系统所有功能的得分，得分最高的功能，就是对企业最有价值的功能（还可以对企业需求的重 要性进行排序，并赋予一定的系数，用于修正CRM系统功能的价值分值）。经过这一分析过程，可 以在实施CRM系统时，突出重点、分阶段实施。表2-1CRM和某纺织机械企业需求的相关表客户需求采集客户需求

22、分析客户资源管理客户服务信息 管理客户基本信息 管理及时了解客户需求54223提高企业服务水平44352帮助企业争取新客户34521帮助企业留住老客户33253帮助提高市场反应能力54322（合计得分）2017151611（3）层次考察法制造业信息化系统是一种复杂系统，层次性是制造业信息化系统的一个重要特性。在认为合理 和必要时，可以从不同角度、按不同标准来考察、划分制造业信息化功能的层次结构。利用层次考察法可以帮助人们更清楚、更有条理地了解制造业信息化系统的构成情况。由于制 造业信息化系统的层次结构是按照一定条件划分的，所以层次结构只具有相对的意义。例如，企业供应链管理流程的构成可分为不同的

23、层次，每个层次都可以用系统和有序的方法进 行分析和评估。（4）黑箱考察法在进行制造业信息化系统功能总体设计和子系统详细设计时，为了简化问题，常常有意不考虑 某些子系统的内部细节而只研究其输入输出关系。此时所关心的是该子系统将会产生或应该产生怎 样的结果，而不是产生这些结果的原因或系统内部的机制。这种考察问题的方法在控制论中被称为 黑箱考察法。（5）动态设计法与环境不断进行物质、能量、信息、人员交流的系统称为开放系统。作为一种典型的开放系统， 企业与环境有着十分密切的联系：一方面企业的环境不断发生变化，从而对企业造成各种影响；另 一方面，随着时间的推进，企业的内部状态也不断发生变化，从而反过来对

24、环境产生影响。因此， 需要用一种动态的观点对企业进行考察。（6）功能模块化设计法在功能分解中，要充分考虑以下原则：功能间的关联度要尽可能小，功能内的关联度要尽可能 大。目的是使功能间的协调和置换变得更加容易。2.2.2社会-技术系统模型设计方法制造业信息化的社会-技术系统模型制造业信息系统是一种社会-技术系统，可以采用社会-技术系统模型进行描述。社会系统包括： 企业的体制、文化、组织、管理、员工的素质和激励机制等。技术系统包括：计算机、网络、各种 信息系统等。社会技术系统模型需要充分考虑制造业信息化中社会系统和技术系统的匹配问题。例 如，当企业还不具备促使知识共享和交流的社会系统时，支持知识共

25、享和交流的工具显然无法发挥 应有的作用。社会系统和技术系统的匹配只有满意解，而不存在最优解，因为社会系统难以精确描 述，并且总是在不断发生变化。对于不同的制造业信息化系统，社会系统和技术系统所起的作用是不同的。例如，在知识管理 中，社会系统往往起主要的和决定性的作用，技术系统起次要的和支持性的作用。在产品设计信息 系统中，则技术系统往往起主要的和决定性的作用。制造业信息化的社会-技术系统模型如图2-9所示。制造业信息系统中每个环节都需要员工的参 与，只是在不同的环节中，员工间的参与程度不同而已。制造业信息化的社会-技术系统模型的设计社会-技术系统中的技术系统将在后面章节介绍。这里主要介绍社会系

26、统的设计。（1）文化尊重知识和人才的文化和机制：建立一种民主、透明、公开的决策机制，充分尊重员工的 价值。相互信任的文化：信任是实现信息和知识交流、使用与共享的前提。信任文化表现为：员 工的合作精神；每个员工主动贡献信息和知识；构建一种有利于交流的组织结构和文化氛 围，使员工之间的交流在心理上畅通无阻。自律的文化：对工作高度负责，有很强的自律性，不需要严厉的管理。创新的文化：工作主动，富有创新激情，勇于冒险，不怕失败，容忍失败。（2）制度完善的知识产权制度：既能保护知识发现者的利益，又能促进知识的交流和应用。完善的知识市场机制：以一定形式存在的知识可以作为商品进行交易。必要的管理制度：有相应的

27、业务流程和管理制度规范，将知识管理系统与员工的日常工作 紧密结合。合理的奖励制度：“论功行赏”，对积极合作，并产生效益的员工一定要给予合理的奖励。合乎人情的管理：建立以人为中心的管理制度，从而更好地发挥人的主动性、自觉性和创 造性。（3）组织管理责权利统一：让员工在工作中承担起应有的责任，并从中获得相应的报酬。自主管理：权力下放，以充分发挥员工的主动性和创造性。有效的组织激励：将工作成果与员工激励结合起来。面向过程集成的团队：消除员工之间交流与合作的障碍。社会系统信息化的d术系统主要内容交流团队、过程集成、 激励机制、企业文化、 知识市场、绩效评价、主要环节作用大小作用大小 知识管理二I（KM

28、）系统主要内容专家黄页、知识交流平台、 知识仓库、知识门户、 知识地图、知识推送知识产权、激励机制、过程集成计算机辅助创新（CAI）系统创新能力拓展平台计算机辅助创新（CAI）系统协同设计管理环境、产品设计知识共享项目组CAD系统、网络、协同设计技术环境、PDM系统协同计算管理环境、产品计算知识共享、项目组C计算机辅助工程（CAE）系统41计算机辅助标准 化（CAS）系统协同标准化管理环境、项目组、重视标准的文化计算机辅助设计（CAD）系统CAE系统、网络、协同计算技术环境、PDM系统CAS系统、网络、协同标准化 技术环境、PDM系统协同工艺设计管理环境、工艺 知识共享、项目组项目组计算机辅助

29、工艺设计（CAPP）系统14计算机辅助制造（CAM）系统匚CAPP系统、网络、协同工艺 设计技术环境、PDM系统CAM系统、网络、数控设备、PDM系统协同质量管理环境、质量管理认证一质量文化计算机辅助质量管理（CA（2）系统匚CAQ系统、网络、协同质量管理技术环境企业文化、管理制度、团队组织、合理的流程匚制造资源计划 _（ERP）系统_1供应链管理（SCM）系统SCM理念、协同管理社会环境、企业群文化客户关系管理 系统.ERP系统、网络SCM系统、网络、协同管理技 术环境CRM理念、协同管理社会环境、企业文化CRCRM系统、网络、协同管理技术环境协同管理社会环境、项目组、企业文化产品全生命周期

30、 管理（PIM）系统PLM系统、网络、协同管理技术环境图2-9制造业信息化的社会-技术系统模型在制造业信息化的社会系统的设计中，主要涉及以下问题：（1）企业领导和员工是怎样理解和认识信息化的，制造业信息化的目标是什么？（2）企业领导和员工对信息化是否充满热情？（3）企业文化是否有助于企业员工间的合作与交流？（4）企业当前的组织和激励机制能否支持制造业信息化？（5）企业当前的员工素质能否支持企业开展信息化？（6）企业当前的管理模式是否有助于推进制造业信息化？（7）在信息化的社会系统方面，企业的优势和劣势、机会和威胁是什么？社会系统部分的设计原则在信息化过程中，人是最重要的，因此需要采用以“人”为

31、中心的设计方法，主要设计原则如 下：（1）人性特点是信息化设计的根据、前提和出发点。以人为本，做到人适其所、人尽其才，使 信息化的建设配合个人能力的发展，使信息化的目标与个人的目标有机地统一起来。（2）应该全面认识员工的特点及其表现，并在信息化设计中予以体现。（3）信息化环境应有助于企业员工自由表现自己、不断创新、张扬个性，应满足企业员工希望 积极、民主地共同参与企业各种活动的需求。（4）在信息化设计中，注意满足员工的高层次需求，如自我价值的实现，工作多样化，有较多 的学习机会等。（5）在信息化设计中，特别要注意责权利相统一的原则。责权利相统一可以广泛地调动广大员 工的积极性，因为只有当人们看

32、到自己会对结果产生某种程度的影响时，才会更主动地工作，也更 愿意接受可能的变化，并和大家一起克服困难，为实现共同的目标而奋斗。2.2.3面向软件开发的建模方法面向软件开发的建模方法在一般的软件工程或软件开发基础教程中都有介绍，如数据流程图、 数据字典、信息系统流程图、处理流程图等。本书仅介绍IDEF、UML建模方法。IDEF (集成定义方法，Integration Definition Method)IDEF方法是美国空军在ICAM (集成计算机辅助制造，Integrated Computer Aided Manufacturing)工程中以结构化分析方法为基础发展形成的一套系统分析和设计方法

33、，IDEF是 ICAM DEFinition method的缩写。根据用途，可以把IDEF方法分成两类：第一类IDEF方法的作用是沟通系统集成人员之间的信息交流。主要有：IDEF0、IDEF1、IDEF3、 IDEF5。IDEF0通过对功能的分解、功能之间关系的分类(如按照输入、输出、控制和机制分类)来 描述系统功能；IDEF1用来描述企业运作过程中的重要信息；IDEF3支持系统用户视图的结构化描述； IDEF5用来采集事实和获取知识。第二类IDEF方法的重点是系统开发过程中的设计部分。目前有两种IDEF设计方法：IDEF1X 可以辅助语义数据模型的设计；IDEF4可以产生面向对象实现方法所需

34、的高质量的设计产品。UML(Unified Modeling Language)建模方法面向对象系统的统一建模语言UML建模方法也是一种面向软件开发的建模方法。UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。在UML中融入了软件工 程领域的新思想、新方法和新技术。其不仅支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始的 软件开发全过程。UML是软件重用的基础，已经被对象管理组织(OMG)采纳并成为业界标准。 利用UML和其推荐的统一建模过程(RUP，Rational Unified Process)，软件开发人员可以把复杂 的软件系统模型化，并以此为基础完成各个组件的开发。利用RO

35、SE建模工具，可以建立用UML建模的软件系统的模型，并自动生成和维护C+、JAVA、 VB、PB、ORACLE等语言和系统的代码。UML的定义包括UML语义和UML表示法两个部分。UML语义。描述基于UML的精确元模型定义。元模型为UML的所有元素在语法和语义 上提供了简单、一致、通用的定义性说明，使开发者能在语义上取得一致，消除了因人而异的表达 方法所造成的影响。UML表示法。定义UML符号的表示法，为开发者或开发工具使用这些图形符号和文本语 法提供了标准。标准建模语言UML的重要内容可以由下列5类图来定义：用例图(Use Case Diagram)；静态图(Static Diagram)，

36、包括类图、对象图和包图；行为图(Behavior Diagram)，包括状态图和活动图；交互图(Interactive Diagram)，包括顺序图和合作图；实现图(Implementation Diagram)，包括组件图和配置图。2.3制造业信息化中的常用模型制造业信息化模型的形式有图形化、文档化和多媒体等多种形式，目前主要是前面两种形式， 其中图形化描述最为常用。多媒体描述方法是未来的发展方向。在图形化描述中，考虑到制造企业的复杂性，一般采用多种视图从不同角度进行描述。最常用 的视图有功能、组织、过程/控制、信息(数据)、知识、产品/服务、资源视图等。这些视图从不同 角度描述了制造业信息

37、化系统的不同特征。不同视图模型的关系如图2-10所示。图2-11描述了过 程/控制视图与其他模型视图的集成关系。图2-10不同视图模型的关系图2-11以过程模型为核心的模型间的集成关系（1）功能模型功能是系统的外在表现。功能可以进一步分解为一些子功能，因此，功能模型主要采用“树结 构”形式加以描述。功能模型的主要作用是：描述系统各组成部分的功能以及功能之间的联系；在 功能模型的基础上，可以进一步进行组织、过程和信息模型的设计；根据功能模型进行企业重组。（2）组织模型组织模型的主要作用是：对组织结构进行规范化描述，表现组织机构应该如何活动；在功能和 组织模型基础上，可以进一步进行过程和信息模型的

38、设计；根据组织模型进行企业组织重组和优化。在本书中，组织模型主要是对系统的静态联系进行描述。（3）过程模型过程模型的主要作用是：描述系统的动态性，描述系统内部事件之间的因果关系；描述过程中 系统的功能，反映信息流的情况；在功能、组织和过程模型的基础上，可以进一步进行信息模型的 设计；根据过程模型进行企业过程重组和改善。（4）信息模型信息模型的主要作用是：从软件设计的角度描述系统的信息流，支持数据库和软件模块的设计; 根据信息模型设计信息系统；由信息模型转化为信息系统。（5）知识模型知识模型的主要作用是：从知识重用的角度描述企业中知识的分布、程度以及知识流等情况； 根据知识模型设计知识库及知识管

39、理系统；基于知识模型进行知识重用。2.3.1功能模型建立功能模型的目的是为了清晰地反映企业中各项业务之间的逻辑关系。典型的功能建模方法 有功能树图、功能轮图、IDEF0、UML建模方法中的用例图、数据流程图（Data Flow Draft, DFD） 法等，后面两种方法可参考有关文献。上述功能模型的主要差别在于它们或多或少地描述了功能之 间的相关性，当这些相关性成为系统主要关注的内容时，就成为过程模型。在企业实践中，功能建 模方法是丰富多彩的，人们喜欢用形象、简洁的方式描述较多的信息。功能树图企业模型中的功能是指在实现企业目标的过程中，针对某一信息对象的一项业务、一个操作或 一个活动，所以功能

40、一定是用一个动词来描述的。功能往往是以时间和费用为代价的，所以时间和 费用是功能的基本属性。功能树图又叫层次图或H图，它以逐层分解的方法实现对功能的表示（参 见图2-4中的功能视图）。对功能树有如下要求：（1）功能树的所有节点全部用动词性质的短语表示，在整个模型体系中名称要简练、唯一；（2）功能树中，同层功能之间是并列关系，上层功能对下层功能是包容关系；（3）功能树图中的节点是可以不断展开的。功能轮图功能轮图实际上是以极坐标形式描述的功能树图，在结构上比较紧凑。例如，美国制造工程师 协会（SME）提出的CIMS总体结构，就是采用功能轮图描述的（见图6-15和图6-16）。IDEF0 图功能树图

41、描述了系统的功能，并没有表示出各功能之间的信息联系，目前国内外常采用IDEF0 图，以克服功能树图所描述的信息量太少的问题。IDEF0方法是一套结构化的图形建模方法。用IDEF0方法建立的模型是一套严格编码的模型集， 每一个模型表示一个较大功能块所分解的若干个子功能及其相互联系。每个子功能又可以进一步分 解为下一级子功能，这样形成了一组按递阶层次分解的图形。IDEF0的基本图形是带有多种箭头的 长方形盒子，它可以代表任何一种功能活动，如图2-12。图2-12 IDEF0功能块的表示盒子上、下、左、右各有若干个箭头，分别表示功能的“控制”、“支撑机制”、“输入”和“输 出”。这些用名词表示的事务

42、（如人、财、物、制度等），也可以是抽象的数据或信息等。箭头表示 盒子所代表的功能活动与外界的联系，所谓功能就是在“控制”的指导和约束下，在“机制”的支 撑下，将“输入”变换为“输出”的过程。为了清晰地描述功能的内部情况，对复杂的功能需要进行进一步分解。功能的分解是通过盒子 的展开来实现的。功能的分解使得一项较复杂的功能变为若干个较简单的功能，同时，其输入、控 制、机制和输出也相应的展开。功能树图与IDEF0图之间的比较：（1）功能树图简单易懂，一张图中可以包含多个层次；IDEF0图考虑了系统的所需支撑机制、 控制约束、输入以及输出，结构相对复杂，规定严格，一张图中只反映功能的一个层次；（2）功

43、能树图是面向纯功能的；IDEF0图是面向过程的功能模型，可以描述简单的过程，另外， IDEF0图还反映了企业中的部分组织、资源、数据等信息。2.3.2组织模型企业由部门组成，功能由部门实现，为了了解部门、功能之间的关系，需要绘制一张组织图。 这就是所谓企业组织模型的图形化。由于一个组织机构中各对象元素之间往往都是隶属关系，相互 之间的关系比较简单，所以组织模型的表示相对而言是比较简单的。组织模型常常采用与功能树图 结构相似的组织结构图表示，但也可以采用其他更形象的方法加以描述。（a）组织模型中的组织单元（b）组织模型中的职位图2-13和图2-14采用ARIS-Toolset的组织模型及工具描述

44、。（b）组织模型中的项目组示例运输部门连接类型：属于图2-13组织模型中的组织单元和职位（a）组织模型中的职员示例图2-14组织模型中的职员示例和项目组示例组织结构图中的基本元素有：组织单元、职位、职员和项目组。（1）组织单元。组织单元是负责某项任务的一个单位实体，如图2-13（a），生产部门和销售 部门均为总部的组织单元，分别负责不同的任务。连接类型表示了总部与它们的关系。组织单元的命名要照顾行业传统和国际惯例，最好使人一听就知道这个部门的管理职能，如财 务部管钱，人事部管人，车间管生产，公关部管形象。这样便于与外界交往。（2）职位。职位是公司中最小的组织元素，对其工作职责和管理权限是有具体

45、描述的。如图 2-13（b），销售经理和销售助理是职位，连接类型表示了它们与销售部门的关系。（3）职员。职员表示某个具体的员工，具有惟一的代码。职员可以属于一个组织单元，也可以 属于一个职位。如图2-14（a）所示，高某某、李某某均是职员。（4）项目组。项目组是一群为某一特定任务而组织起来的职员集合，具有一定的时效性。如图 2-14（b）中的SAP项目工作组。2.3.3过程模型过程是人们为实现某一既定目标所执行的一系列步骤。国际标准ISO 9000将“过程”定义为“一 组将输入转化为输出的相互关联或相互作用的活动，而“程序”则是“为进行某项活动所规定的途径”。 从而将“过程”与“程序”加以区别

46、。ISO对“过程”的定义是从产品质量管理的角度给出的。因此，其含义比一般的理解更深刻、更具 体。（1）任何过程都要有输入。输入的可能是人力、物力资源，也可能是信息资源。总之，没有输 入的过程是不存在的。（2）输入不是目的，输入要转化为输出。输出的可能是物质实体，也可能是某种信息。它们都 可被视为产品。（3）将输入转化为输出的过程，也是对输入资源的消耗过程或转换过程，转换的目的是要使之 增值，或者使输出的产品价值提高，或者使输出的信息更有意义。否则，转换就成为毫无意义的活 动。过程模型的建立是为了清晰地反映企业中各项业务之间的逻辑关系。过程建模是最为复杂的， 因为过程模型中包含的信息元素与其他视

47、图的模型相比要多得多，同时还要反映出其中的逻辑关系。 典型的过程建模图形化方法有扩展的事件驱动过程链图（eEPC）、过程图、Petri网等。本节仅介绍 eEPC。扩展的事件驱动过程链图（eEPC, extended Event-driven Process Chain）是以事件作为过程 驱动器的链图模型，其基本概念如下：Scheer. 1998（1）事件eEPC模型是以事件来驱动进行的，所谓事件是一种初始状态（如订单到达）或是一个功能操 作的结果（如订单被修改）。事件中必须包含一个信息对象，并且同时包含对该对象状态改变的描述， 在eEPC模型中，事件是以一个六边形来表示的，如图2-15所示。图

48、2-15 eEP C模型中的基本元素定义（2）功能eEPC模型中事件所驱动的是功能，所谓功能是指一项具体的业务（如产品销售）或一个具体 的执行动作（如客户订单查询）。功能中必须包含一个信息对象，并且同时包含一个对该对象的操作。 在eEPC模型中，功能是以一个带圆角的矩形来表示的，如图2-15所示。（3）先后逻辑关系与其他过程模型一样，各个功能块的发生是有时间上的先后关系的，这些在不同时间发生的功 能块之间的关系被定义为先后逻辑关系，其描述比较简单，用一条连接不同功能和事件的有向线段 来表示，从而构成了一个基本的链图模型。（4）与或逻辑关系一个复杂的过程中除了较为简单的先后逻辑之外，还会包含一些

49、复杂的逻辑关系，eEPC模型 提供了三种逻辑符号，来描述过程中的这种逻辑关系，它们是“与AND）”、“或（OR）”和“异或 （XOR）”在eEPC中，由事件、功能和逻辑连接组成了模型的主干。由于功能是对数据、资源等对象的 操作和加工，所以模型中的功能实体存在着数据、资源等对象的输入和输出；同时功能是由相应的 组织完成的，所以模型中的功能对象与组织对象发生联系。这些都可以在图2-16所示的eEPC模型 中得到体现。2.3.4信息模型在企业信息化中常用的信息建模方法有实体关系模型（E-R）、IDEF1X等，其中E-R描述的是 信息实体及其联系，语义比较简单，能清晰而细致地表达、共享信息的内容和关系

50、，且有成熟的建 模方法，应用很广泛。IDEF1X是IDEF系列方法中IDEF1的扩展版本，其在E-R模型基础上，增加 了一些严格的建模规则，改善了图形表述能力，丰富了语义。E-R模型中的一些基本概念如下：（1）实体、关系、数量关系在E-R模型中，有相同特征的信息对象被集合成为一个类，称为实体（用矩形表示）；实体之 间的连接反映了实体之间的关系（用菱形表示）实体之间还存在一定的数量关系。如图2-17所示。进进货二上柜,上缴销售款图2-16 eEP C模型示例图2-17 E-R模型中的实体、关系、数量关系概念(2)实体的属性在E-R模型中实体是信息的载体，每个实体都包含一定的属性(用椭圆表示)，它

51、反映了实体 的特征和性质。而实体的属性中存在唯一标识该实体的属性或属性组称为实体主键，如图2-17。将以上模型元素正确地组织起来就构成了完整的E-R模型，如图2-18。图2-18 E-R模型示例在实际工程中，除了用E-R模型外，常用信息字典对信息模型作进一步的说明，以准确地指导企业信息化实施阶段中的数据库建立。2.3.5知识模型企业知识模型的特点企业知识模型具有以下特点：（1）可识别性。利用知识模型识别出各种不同的知识。（2）统一性。将显性知识和隐性知识以统一的方式进行建模，这样，在加强对隐性知识进行有 效管理的同时，也有利于将隐性知识转变为显性知识。（3）开放性。知识模型必须能适应各种不同类型的企业与部门，适应企