CAPP系統(tǒng)的IDEFX集成化建模_圖文

1、第37卷第6期2004年6月天津大學(xué)學(xué)報(bào)Journal of Tianjin U niversity V ol.37N o.6Jun.2004CAPP 系統(tǒng)的IDEFX 集成化建模楊天劍1,汪波1,郭偉2,趙艷彬3(1.天津大學(xué)管理學(xué)院,天津300072;2.天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,天津300072;3.天津師范大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,天津300074摘要:根據(jù)集成化的建模思想,利用CI MS 2OS A 開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)架,并且結(jié)合使用I DEFX 建模方法,對(duì)制造型企業(yè)C APP (com puter aided process planning 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了深入分析,詳細(xì)描述了C APP 系

2、統(tǒng)各方面的信息特征,討論了C APP 系統(tǒng)模型的共性提取問題,得到了一些可以快速建模的通用性模型.本模型的建模方法結(jié)合了UM L(unified markup language ,具有強(qiáng)大的實(shí)體描述能力,具有廣泛的適用性和構(gòu)件的重用性.關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì);參考體系結(jié)構(gòu);I DEF ;建模方法中圖分類號(hào):N94;TH16文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):049322137(20040620553206I ntegrated Modeloing Method of CAPP System with IDEFX and UMLY ANG T ian 2jian 1,W ANG Bo 1,G UO W

3、ei 2,ZH AO Y an 2bin 3(1.School of Management ,T ianjin University ,T ianjin 300072,China ;2.School of Mechanical Engineering ,T ianjin University ,T ianjin 300072,China ;3.School of Management ,T ianjin N ormal University ,T ianjin 300074,China Abstract :By combining m odel CIMS 2OS A ,IDEF method

4、,an integrated method which can be used to analyze com 2plex systems like C APP systems is put forward in this paper.Using the method ,C APP system is discussed thorough 2ly ,and some general m odels that can be reused to set up com plex m odels for different C APP systems in order to finish a com p

5、licated C APP m odel quickly are obtained.As some UM L (unified markup language m odels are em ployed ,the method can save significant time in deploying a new C APP system and can be used in alm ost all manu facturing facto 2ries.K eyw ords :C APP ;CIMS 2OS A ;IDEF ;UM L制造企業(yè)是一個(gè)非常復(fù)雜的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和物理系統(tǒng),在企業(yè)圍繞產(chǎn)

6、品開發(fā)進(jìn)行的工作中,涉及到了復(fù)雜的信息活動(dòng).所以,有必要發(fā)展集成的企業(yè)建模方法與工具,以支持建立企業(yè)信息系統(tǒng)的描述.C APP 系統(tǒng)是連接PDM 和ERP 的橋梁.由于企業(yè)的產(chǎn)品工藝過程和設(shè)備種類復(fù)雜,所以對(duì)C APP 系統(tǒng)進(jìn)行分析是復(fù)雜系統(tǒng)分析的典型例子.本文描述了將CI MS 2OS A 模型和I DEF 建模方法相結(jié)合的集成化建模的運(yùn)用方法,分析了企業(yè)中的工藝設(shè)計(jì)活動(dòng)過程,建立了企業(yè)C APP 信息系統(tǒng)模型,全方位地反映了C APP 系統(tǒng)各個(gè)方面的信息,構(gòu)造了企業(yè)信息系統(tǒng)集成模型,并進(jìn)一步討論了C APP 系統(tǒng)的個(gè)性與共性.1CAPP 系統(tǒng)及CIMS 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)根據(jù)“863”CI M

7、S 專家組的最新定義1,CI MS (con 2tem porary integrated manufacturing system 計(jì)算機(jī)集成制造是一種新的思想方法,而不是現(xiàn)成的軟件產(chǎn)品,因此,每個(gè)企業(yè)必須通過對(duì)自己企業(yè)的分析,根據(jù)自己的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)、開發(fā)相應(yīng)的CI MS 系統(tǒng).C APP 系統(tǒng)是對(duì)計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行研究的CI MS 環(huán)節(jié).C APP 系統(tǒng)反映的是產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)過程,前端是設(shè)計(jì)過程,后端是制造過程.為了科學(xué)地對(duì)工藝設(shè)計(jì)過程進(jìn)行分析,加快建模速度,就應(yīng)該盡量利用已有的CI MS 建模方法和體系結(jié)構(gòu),充分利用現(xiàn)有的結(jié)果和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),利用標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行組合.所以筆者對(duì)收稿日期:2

8、003201220;修回日期:2003206225.作者簡(jiǎn)介:楊天劍(1976,男,博士研究生.C APP 系統(tǒng)建模的技術(shù)路線就是采用CI MS 2OS A 、I DEFX與面向?qū)ο蟮腢M L 相結(jié)合的集成化建模思想,形成與工藝設(shè)計(jì)過程相對(duì)應(yīng)的模型,最后再形成實(shí)際的物理模型,如圖1所示.近年來,C APP 系統(tǒng)出現(xiàn)了一些新發(fā)展.由于供應(yīng)鏈和企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的出現(xiàn),它已經(jīng)由單個(gè)企業(yè)的內(nèi)部發(fā)展到企業(yè)間的協(xié)同制造模式,C APP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的建模方法需要有相應(yīng)的強(qiáng)化,才可以分析日益復(fù)雜化的C APP 系統(tǒng).因此,本文轉(zhuǎn)向集成化的建模方法,對(duì)C APP 進(jìn)行分析.簡(jiǎn)單地講,CI MS 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系就是一組

9、代表整個(gè)CI MS 系統(tǒng)各個(gè)方面的多視圖、多層次的模型集合,是用于企業(yè)信息集成的決策支持工具和方法的集合,它描述企業(yè)內(nèi)部與產(chǎn)品開發(fā)過程相關(guān)的信息活動(dòng)和信息流,以及參與信息活動(dòng)的各種組織、資源和設(shè)備的相互關(guān)系,為提高企業(yè)環(huán)境中信息系統(tǒng)的運(yùn)行效率提供幫助.目前,企業(yè)集成建模的理論和實(shí)踐研究已取得了很大的進(jìn)展,比較成熟的有歐共體ESPRIT 的CI MS 開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)CI MS 2OS A (CI MS 2open system architec 2ture ,它具有全面性、完整性、開放性、標(biāo)準(zhǔn)化和形式化等優(yōu)點(diǎn),已成為歐洲MS 體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn).此外,還提出了以I DEF 方法、G RAI/GI

10、M 方法、ARIS 方法和PERA 方法等為代表的企業(yè)集成建模方法.由于CI MS 2OS A 并沒有提出實(shí)際可行的建模方法,但是提供了強(qiáng)大的建模結(jié)構(gòu),所以本文將I DEF 、UM L 方法與之結(jié)合,提出集成化的建模體系結(jié)構(gòu).本集成化的建模體系結(jié)構(gòu)可以適用于任何復(fù)雜系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì) .圖1CAPP 建模過程Fig.1CAPP modeling process2CIMS 2OSA 體系結(jié)構(gòu)和I DEF 建模方法為了克服建模體系的不足,全面地提供對(duì)企業(yè)建模的支持,在對(duì)CI MS 2OS A 進(jìn)行深入研究和引入了I DEF0、I DEF1X 和I DEF3方法后,筆者把兩種建模方法相結(jié)合使用,產(chǎn)生了

11、能反映系統(tǒng)各方面信息的比較完整的集成化建模體系結(jié)構(gòu).本建模體系結(jié)構(gòu)保留了CI MS 2OS A 的生命周期維、多模型維、通用性層次維組成的三維立方體結(jié)構(gòu),著重討論了多模型維各視圖與I DEF 方法相結(jié)合的方法.表1產(chǎn)品X 的ERP 管理用資源表實(shí)例T ab.1S ample of the ERP resource table in ERP 產(chǎn)品工藝過程資源多方案Parents C om ponentsReferenceNumber per unitAlternativeX 10 2.3N X 20 2.6N X 30 2.1N 10111N 1011A 1Y 1012N 1013N 20215

12、N 2021A 5Y 30317N 3031A 7Y 3032N2.2功能模型在參考組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,用I DEF0方法或DFD工具建立功能結(jié)構(gòu)模型,對(duì)最底層的功能單元增加定義標(biāo)志.由于在過程模型沒有完成定義前,企業(yè)的活動(dòng)、數(shù)據(jù)、控制流信息還沒有建立,因此,所建立的組織模型中的角色還不能進(jìn)行定義.同樣,由于功能結(jié)構(gòu)模型也主要反映企業(yè)的功能分解結(jié)構(gòu),所以也不能建立455天津大學(xué)學(xué)報(bào)第37卷第6期連接不同功能之間的控制流和信息流的關(guān)系.在上述3個(gè)視圖模型建成后,開始建立過程模型.這里所說的功能模型是指I DEF0中類似的功能模型.2.3綜合模型綜合視圖是對(duì)組織、資源、信息、功能4個(gè)視圖內(nèi)容的綜合,

13、加上對(duì)工作時(shí)序先后關(guān)系的描述,從而建立貼近企業(yè)實(shí)際運(yùn)行方式的模型.綜合視圖可以有兩種形式:以過程為核心的模型,叫做過程模型;以對(duì)象為核心的模型,叫面向?qū)ο蟮哪Ｐ?功能模型是與時(shí)序無關(guān)的模型,它表達(dá)了系統(tǒng)的功能單元和它們之間的關(guān)系.它主要有3個(gè)優(yōu)點(diǎn):首先,它不考慮系統(tǒng)具體的實(shí)施方式,可以最大程度地發(fā)揮系統(tǒng)分析員的創(chuàng)造性;其次,通過將系統(tǒng)做什么和如何做分離開來,減少了遺漏用戶功能需求的風(fēng)險(xiǎn);第三,可以使系統(tǒng)開發(fā)人員以非技術(shù)語(yǔ)言或盡可能少的技術(shù)語(yǔ)言與最終用戶進(jìn)行交流.所以,功能分析模型對(duì)形成產(chǎn)品的需求規(guī)格說明書具有很大的指導(dǎo)意義.過程模型與功能模型的側(cè)重點(diǎn)不同,它要完成兩項(xiàng)工作:對(duì)功能模型、組織模型

14、、資源模型的綜合;對(duì)企業(yè)系統(tǒng)的活動(dòng)、活動(dòng)的順序進(jìn)行明確的分析.功能模型與過程模型在視圖的集成中存在著相互映射關(guān)系.從正向轉(zhuǎn)化上來說,可以在活動(dòng)的屬性定義中有3個(gè)為實(shí)現(xiàn)集成而定義的數(shù)據(jù)項(xiàng),分別是與組織視圖關(guān)聯(lián)的角色、與資源視圖關(guān)聯(lián)的所需資源以及與功能視圖員底層功能單元關(guān)聯(lián)的活動(dòng)配置項(xiàng).每個(gè)活動(dòng)中定義的角色,通過瀏覽的方式定義它所處的組織單元,并在活動(dòng)的屬性中記錄相應(yīng)組織單元的I D;同樣,可以完成過程視圖中活動(dòng)所需要的資源與資源視圖中資源單元的連接,并在活動(dòng)的屬性中記錄相應(yīng)資源單元;通過將功能結(jié)構(gòu)模型中的每個(gè)活動(dòng)分配到過程模型的底層功能單元中,實(shí)現(xiàn)功能單元到過程模型的配置,并在活動(dòng)屬性中記錄相應(yīng)

15、功能單元的I D.相對(duì)而言,組織模型、資源模型到過程模型的映射需要比較全面地了解各個(gè)視圖的內(nèi)容,即在組織模型中,把過程模型中定義的角色增加到相應(yīng)的組織單元中,在相應(yīng)的資源單元中標(biāo)明需要使用該資源的活動(dòng)名稱和類型等基本信息,從而為設(shè)計(jì)階段的建模提供進(jìn)一步的信息.在反向轉(zhuǎn)化上,過程模型到功能模型的映射,是將過程視圖中所有活動(dòng)之間的行為單元和相應(yīng)的人員、資源(包括活動(dòng)中定義的組織信息和資源信息,與功能模型中功能單元大體對(duì)應(yīng)的過程.這一過程實(shí)際上是正向過程的校驗(yàn),需要認(rèn)真檢查,以避免出現(xiàn)建模錯(cuò)誤及在軟件編制時(shí)造成返工的巨大損失.過程模型的建模方法通常有兩種:面向?qū)ο蟮慕：兔嫦蜻^程的建模.面向過程的建

16、模建議采用I DEF3方法.它通過PFN(process flow netw ork過程流網(wǎng)絡(luò)和OST N(obiect state transition netw ork diagram對(duì)象狀態(tài)轉(zhuǎn)移網(wǎng),對(duì)過程前后的順序關(guān)系和對(duì)象狀態(tài)的變遷進(jìn)行準(zhǔn)確描述,把各個(gè)視圖中的內(nèi)容聯(lián)系起來,最終起到所有視圖的靈魂作用.面向?qū)ο蠼２捎肬M L(uni2 fied markup language方法,類圖(class diagram和順序圖(sequence diagram反映了信息和功能等多方面的綜合信息.因?yàn)槊嫦蜻^程的建模比較復(fù)雜,所以本文實(shí)例采用后者進(jìn)行建模.這種模型更加貼近人們的思維方式,而且易于

17、擴(kuò)充和建立龐大的程序.2.4信息模型信息模型又稱數(shù)據(jù)庫(kù)建模,是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義的一種描述.數(shù)據(jù)模型可以分為兩個(gè)層次:一個(gè)是概念數(shù)據(jù)模型,另一個(gè)是結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型.概念數(shù)據(jù)模型描述了數(shù)據(jù)的屬性和語(yǔ)義,而不強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中是如何表示的,常用I DEFlX或E2R實(shí)體關(guān)系模型表示.結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型則直接描述了數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu),例如層次模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷?2.5對(duì)各種類型制造企業(yè)的適用性本模型能否適用于所有制造類型企業(yè)的分析,取決于具體建模方法局限性的大小.筆者在建模過程中,采用了I DEF和UM L相結(jié)合的建模方法.在功能分析和信息模型建立方面,I DEF早已被ClMS工程界的實(shí)踐證明是行

18、之有效的通用方法,加上UM L更是面向?qū)ο蠼７椒ㄈ罅髋珊喜⒔y(tǒng)一而成的最新標(biāo)準(zhǔn)方法,因而被廣泛應(yīng)用于各種軟件的開發(fā)過程.它們的聯(lián)合運(yùn)用,保證了筆者建模過程的有效性和先進(jìn)性.3CAPP系統(tǒng)信息的通用性評(píng)價(jià)根據(jù)CI MS2OS A的指導(dǎo)思想,進(jìn)行高效快速企業(yè)建模的一個(gè)重要而有效的方法,是構(gòu)建不同建模階段、不同建模視圖的基本構(gòu)件,建立基本構(gòu)件模型庫(kù),并以不同行業(yè)為背景建立企業(yè)參考模型,從而形成特定的企業(yè)模型.C APP系統(tǒng)的共性,就是在對(duì)工藝編制過程進(jìn)行建模之后,對(duì)不同企業(yè)(制造環(huán)境的C APP模型5552004年6月楊天劍等:C APP系統(tǒng)的I DEFX集成化建模尋找共性的結(jié)果.所以,以集成化企

19、業(yè)建模方法為手段,以軟件工程的模塊化思想為指導(dǎo),在分析C APP 系統(tǒng)的共性下,就可以進(jìn)一步研究C APP 的工具系統(tǒng).一般采用矩陣統(tǒng)計(jì)方法對(duì)功能模型進(jìn)行共性分析.例如以ERP 接口的功能模型分析為例,由于企業(yè)制造環(huán)境的多樣性,對(duì)于信息模型的共性分析,往往需要通過信息的標(biāo)準(zhǔn)化工作和不斷豐富的信息模型來完成(形式如圖5所示.而對(duì)于綜合模型的共性分析,需要流程重組規(guī)范化的支持,對(duì)于不同行業(yè)形成不同的流程樣板.這些樣板或者是典型示范企業(yè)的,或者是某個(gè)行業(yè)的通行業(yè)務(wù)流程.對(duì)功能模型的共性分析見表2.建模的過程如圖2所示.本過程是根據(jù)集成化建模的企業(yè)分析工具,循環(huán)地對(duì)企業(yè)工藝過程進(jìn)行設(shè)計(jì),對(duì)某個(gè)行業(yè)各個(gè)

20、企業(yè)的模型進(jìn)行綜合,從而提取各個(gè)行業(yè)的通用模型構(gòu)件形成模型庫(kù)和程序構(gòu)件庫(kù).當(dāng)進(jìn)行C APP 開發(fā)時(shí),可以用構(gòu)件組合,從而將實(shí)例簡(jiǎn)化為相應(yīng)的系統(tǒng),最終解決C APP 軟件的通用性問題.表2制造業(yè)CAPP 功能單元的共性分析T ab.2Common function analysis of CAPPin m achining industry功能單元樹型結(jié)構(gòu)企業(yè) A 企業(yè)B 共性ERP接口生成制造BOM部件檢索規(guī)劃子物料信息輸出輸出E BOM 信息輸出工藝信息信息讀回物料字典信息××成本信息××圖2CAPP 系統(tǒng)共性提取以及類庫(kù)空間Fig.2CAPP com

21、mon function refining and class library4基于集成建模的CAPP 工具系統(tǒng)實(shí)例基于以上的討論,筆者遵循Boehm 提出的螺旋型建模過程,周而復(fù)始地對(duì)資源、組織、功能、信息 、綜合5個(gè)視圖進(jìn)行漸進(jìn)設(shè)計(jì).在天津市多個(gè)CI MS 示范工程中分析并且完成了對(duì)C APP 系統(tǒng)的建模,并結(jié)合面向?qū)ο蠓椒?gòu)建了完整的軟件,如圖3所示.下面以C APP 系統(tǒng)的ERP 接口模塊的分析為例進(jìn)行簡(jiǎn)單分析.設(shè)計(jì)步驟如下:步驟1風(fēng)險(xiǎn)分析,即對(duì)接口的功能進(jìn)行主次歸類,先對(duì)生成制造BOM 、規(guī)劃BOM 子物料和生成接口文件等主要功能進(jìn)行建模,以降低軟件設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn);步驟2功能模型分析,鑒于

22、CI MS 2OS A 沒有圖形化方法,采用自頂向下的圖形化分析方法I DEF0,從功能的角度上描述了C APP 系統(tǒng)與ERP 系統(tǒng)進(jìn)行電子數(shù)據(jù)交換(E Dl 的過程,如圖4所示;步驟3建立工藝過程信息模型,如圖5所示;圖3T DSY 2CAPP 系統(tǒng)機(jī)加工編制模塊Fig.3T DSY 2CAPP system655天津大學(xué)學(xué)報(bào)第37卷第6期 圖4CAPP 系統(tǒng)ERP 接口子系統(tǒng)功能模型Fig.4Function model of the interface betw een CAPP and ERP圖5使用I DEF1X 分析的CAPP 生產(chǎn)系統(tǒng)Fig.5I DEF1X model of C

23、APP system7552004年6月楊天劍等:C APP 系統(tǒng)的I DEFX 集成化建模5 5 8 天 37 卷 6 期 津 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 第 步驟 4 利用名詞辨識(shí)法 ( noun identification 辨別 構(gòu)成系統(tǒng)的類 ,完成 CRC Cards ( class responsibilities col2 laborations ,并且完成類模塊視圖分析 ; 步驟 5 建立工藝過程的時(shí)序模型 , 雖然 IDEF0 模型的輸入輸出確定了每個(gè)活動(dòng)所產(chǎn)生的信息 , 但并 未定義活動(dòng)的先后順序 . 從而利用 UML 面向?qū)ο蠼y(tǒng)一 建模語(yǔ)言畫出系統(tǒng)的順序圖 ( sequence

24、diagram , 完成 系統(tǒng)類的消息調(diào)用分析 ,見圖 6. 圖中的 4 個(gè)方框分別 是 CAPP 操作員對(duì)象類 、 BOM 樹操作對(duì)象類 、 BOM 樹 對(duì)象類和文件打印對(duì)象類 ; 步驟 6 進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià) , 檢查是否還有次要功能 沒有進(jìn)行建模 , 如果有則轉(zhuǎn)步驟 2 , 如果無 , 驗(yàn)證已有 模型 ,并轉(zhuǎn)步驟 7 ; 步驟 7 使用任何一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言編寫 代碼 ,并且進(jìn)行測(cè)試 ; 步驟 8 轉(zhuǎn)步驟 1 , 對(duì)另外同一行業(yè)的 3 4 家新 企業(yè)采樣 ,進(jìn)行建模 ; 步驟 9 進(jìn)行模塊的共性個(gè)性評(píng)價(jià) , 詳見表 2 , 本 實(shí)例 對(duì) 共 性 單 元 利 用 VB. Net 組 建 命

25、名 空 間 ( name space ,進(jìn)行 DLL 類庫(kù)的開發(fā) ,邏輯模型見圖 2 ; 步驟 10 完成 CAPP 工具系統(tǒng)構(gòu)件庫(kù)的開發(fā) . 此 后 ,對(duì)任何 CAPP 系統(tǒng)的開發(fā)可以采用搭積木的方式 , 進(jìn)行 CAPP 靈活配置與快速開發(fā) . 原型系統(tǒng)見圖 3. 圖6 接口系統(tǒng)順序圖 Fig. 6 Sequence diagram of the interface subsystem ogy , 1994 ,3 (4 :1 4. 5 結(jié) 語(yǔ) 4 Faruk G,Constantin C. An IT view on perspectives of computer aided proces

26、s planning researchJ . Computer in Industry , 1997 , 129 :1 6. 5 Jiang T ongqiang. Solution of Computer Information System the2 ory , method and practice M . Beijing : Science Press , 1999 ( in UML 面向?qū)ο蟮慕７椒▽?duì) CAPP 的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分 析 ,提出 CAPP 工具系統(tǒng)的方法 . 多項(xiàng) CAPP 工程的實(shí) 際應(yīng)用證明 ,此建模方法對(duì)于分析企業(yè)模型十分有效 , 全面反映了企業(yè)的關(guān)鍵問題 , 指導(dǎo)了 CAPP 工具系統(tǒng) 的組建工作 ,在實(shí)踐中取得了良好效果 . 參考文獻(xiàn) : 1 Stevens , Pooley. Using UML Software Engineering with Ob jects print of Pearson Education ,2000. M . SY BEX Inc ,2000. 2