ERP技术与管理课件：制造业信息化的建模方法

制造业信息化的建模方法2.制造业信息化的建模方法CONTENTSPAGE2.1制造业信息化建模体系结构2.2面向软件开发的建模方法2.3制造业信息化中的常用模型2.1制造业信息化建模体系结构CIM-OSACIM-OSA（计算机集成制造开放系统结构，OpenSystemArchitectureforComputerIntegratedManufacturing）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。2.1制造业信息化建模体系结构CIM-OSA的体系结构参见下图。（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。2.1制造业信息化建模体系结构ARISARIS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ARISToolset已被广泛使用。ARIS由五个视图、三个阶段构成，称为ARIS房式模型。2.1制造业信息化建模体系结构ARIS的五个视图分别是：（1）组织视图。描述系统各组织单元之间的联系。（2）功能视图。描述系统各功能模块之间静态的联系（如构成关系）。（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）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，还体现了功能模块之间的动态联系。（5）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。2.1制造业信息化建模体系结构2.制造业信息化的建模方法CONTENTSPAGE2.1制造业信息化建模体系结构2.2面向软件开发的建模方法2.3制造业信息化中的常用模型2.2面向软件开发的建模方法UML建模方法UML（UnifiedModelingLanguage）是面向对象开发中一种通用的图形化建模语言，它定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用。面向对象的分析主要在加强对问题空间和系统任务的理解、各方交流、与需求保持一致和支持软件重用等四个方面表现出更佳，成为主流的系统分析方法。UML改变了数十种面向对象的建模语言相互独立且各有千秋的局面，使得面向对象的分析技术有了空前发展。它本身成为现代软件工程环境中对象分析和设计的重要工具，被视为面向对象技术的重要成果之一。2.2面向软件开发的建模方法UML建模，就是用模型元素来组建整个系统的模型。模型元素包括系统中的类、类和类之间的关联、类的实例相互配合实现系统的动态行为等。UML提供了多种图形可视化描述模型元素，同一个模型元素可能会出现在多个图中对应多个图形元素，人们可以从多个视图来考察模型。2.2面向软件开发的建模方法UML建模主要分为结构建模、动态建模和模型管理建模三个方面。（1）结构建模。从系统的内部结构和静态角度来描述系统的，在静态视图、用例视图、实施视图和配置视图中适用，采用了类图、用例图、组件图和配置图等图形。（2）动态建模。从系统中对象的动态行为和组成对象间的相互作用、消息传递来描述系统的，在状态机视图、活动视图和交互视图中适用，采用了状态机图、活动图、顺序图和合作图等图形。（3）模型管理建模。描述如何将模型自身组织到高层单元，在模型管理视图中适用，采用的图形是类图。建模的工作集中在前两方面，而且并非所有图形元素都适用或需要采用。2.2面向软件开发的建模方法UML的定义包括UML语义和UML表示法两个部分。（1）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。（2）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：2.2面向软件开发的建模方法1）用例图（UseCaseDiagram）。用例图符号表示如图1所示，用例图例子如图2所示。图1用例图符号表示图2用例图例子2.2面向软件开发的建模方法2）静态图（StaticDiagram）。包括类图、对象图和包图；类图例子如图1所示，对象图例子如图2所示。图1类图例子图2对象图例子2.2面向软件开发的建模方法3）行为图（BehaviorDiagram）。包括状态图和活动图：状态图例子如图1所示，活动图例子如图2所示。图1状态图例子（左：电梯；右：门）图2活动图例子状态图对一个单独对象的行为建模，指明对象在它的整个生命周期里，响应不同事件时，执行相关事件的顺序。2.2面向软件开发的建模方法如图1所示为以泳道表示的活动图例子，如图2所示为以流程图表示的活动图。图2-8活动图例子图1以泳道表示的活动图图2以流程图表示的活动图2.2面向软件开发的建模方法4）交互图（InteractiveDiagram）。包括顺序图和合作图；顺序图例子如图1所示，合作图例子如图2所示。图2合作图例子2.2面向软件开发的建模方法5）实现图（ImplementationDiagram）。包括组件图和配置图。组件图例子如图1所示，配置图例子如图2所示。2.2面向软件开发的建模方法IDEF建模方法集成定义方法（IntegrationDEFinitionMethod，简称IDEF）是美国空军在ICAM（集成计算机辅助制造，IntegratedComputerAidedManufacturing）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。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。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的高质量的设计产品。2.制造业信息化的建模方法CONTENTSPAGE2.1制造业信息化建模体系结构2.2面向软件开发的建模方法2.3制造业信息化中的常用模型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；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。图形化描述：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。2.3制造业信息化中的常用模型不同视图模型的关系如图所示2.3制造业信息化中的常用模型下图描述了过程/控制视图与其他模型视图的集成关系。2.3制造业信息化中的常用模型（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设计；根据组织模型进行企业组织重组和优化。2.3制造业信息化中的常用模型（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。2.3制造业信息化中的常用模型（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理系统；基于知识模型进行知识重用。2.3制造业信息化中的常用模型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。2.3制造业信息化中的常用模型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（DataFlowDraft，DFD）法等2.3制造业信息化中的常用模型功能树图：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，所以功能一定是用一个动词来描述的。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。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。2.3制造业信息化中的常用模型功能轮图：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。IDEF0图：功能树图描述了系统的功能，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，如下页图。CIMS的组成2.3制造业信息化中的常用模型盒子上、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（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。2.3制造业信息化中的常用模型功能树图与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制造业信息化中的常用模型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ISO9000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”。“过程”是由起始事件和终止事件定义的。过程的对象可以是物质的转变过程，也可以是信息的转变过程。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。（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。2.3制造业信息化中的常用模型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。2.3制造业信息化中的常用模型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，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。2.3制造业信息化中的常用模型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