微締MES制造執(zhí)行系統(tǒng)框架的領(lǐng)域分析

制造執(zhí)行系統(tǒng)MES（Manufacturing Execution System）作為聯(lián)系計(jì)劃層和控制層之間的紐帶，越來(lái)越受到企業(yè)的重視。在設(shè)計(jì)和開發(fā)MES時(shí)，軟件開發(fā)者有時(shí)重復(fù)研究、開發(fā)相同或相似的MES系統(tǒng)。開發(fā)人員不能把精力集中到業(yè)務(wù)和流程等主要方面。因此把軟件復(fù)用技術(shù)應(yīng)用到MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)上，提高軟件生產(chǎn)效率。使得軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)人員能夠更專注于業(yè)務(wù)的優(yōu)化與流程重組。顯得尤為重要。

軟件復(fù)用技術(shù)包括代碼、設(shè)計(jì)以及分析復(fù)用，以框架為代表的較高層次的軟件復(fù)用能夠帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。框架是整個(gè)或部分系統(tǒng)的可復(fù)用設(shè)計(jì)，表現(xiàn)為一組抽象構(gòu)件及構(gòu)件實(shí)例間交互的方法；另一種定義認(rèn)為，框架是可被應(yīng)用開發(fā)者定制的應(yīng)用骨架。前者是從應(yīng)用方面而后者是從目的方面給出的定義。框架方法在很大程度上借鑒了硬件技術(shù)發(fā)展的成就。它是構(gòu)件技術(shù)、軟件體系結(jié)構(gòu)研究和應(yīng)用軟件開發(fā)三者發(fā)展結(jié)合的產(chǎn)物?？蚣転閷?shí)現(xiàn)特定領(lǐng)域的軟件復(fù)用提供了很好的技術(shù)支持，它不僅實(shí)現(xiàn)了代碼的復(fù)用。而且使設(shè)計(jì)和分析也能復(fù)用。 

1. 框架的領(lǐng)域分析

與傳統(tǒng)類庫(kù)相比，框架與領(lǐng)域密切相關(guān)，它定義了特定領(lǐng)域應(yīng)用系統(tǒng)的公共結(jié)構(gòu)。而類的復(fù)用并沒(méi)有領(lǐng)域相關(guān)的限制。類是一種小粒度的可復(fù)用資源。而框架則提供了系統(tǒng)級(jí)的可復(fù)用性。支持系統(tǒng)的、全面的軟件復(fù)用，是一種大粒度的可復(fù)用資源。

框架總是面向特定領(lǐng)域的，是對(duì)特定領(lǐng)域中一組應(yīng)用系統(tǒng)的共性進(jìn)行的抽象表達(dá)。開發(fā)人員只有掌握相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)。對(duì)該領(lǐng)域的具體應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行全方位的了解，才能開發(fā)出針對(duì)該領(lǐng)域的框架?？蚣艿拈_發(fā)需要得到領(lǐng)域知識(shí)，而領(lǐng)域知識(shí)的獲取離不開領(lǐng)域工程技術(shù)。框架的設(shè)計(jì)需要提煉出構(gòu)件并提供集成機(jī)制。實(shí)現(xiàn)后的框架又反作用于相應(yīng)的領(lǐng)域。為該領(lǐng)域系統(tǒng)軟件的開發(fā)提供支持。

 MES從生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)到生產(chǎn)排產(chǎn)、組織、執(zhí)行、控制，直至生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。它貫穿生產(chǎn)管理全過(guò)程。MES以生產(chǎn)計(jì)劃為主線，以調(diào)度為核心，通過(guò)合理的組織和安排，調(diào)動(dòng)各種生產(chǎn)資源，達(dá)到企業(yè)生產(chǎn)成本最小化、效益最大化的目的。通過(guò)將各種資源進(jìn)行合理配置與管理，通過(guò)產(chǎn)品需求與企業(yè)資源有機(jī)地結(jié)合，既滿足用戶及市場(chǎng)要求，又使企業(yè)資源得到充分合理的利用。 

 MES在企業(yè)系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)中起著承上啟下，填補(bǔ)計(jì)劃層和控制層之間的空白的作用。MES本身也是各種生產(chǎn)管理的功能軟件集合，包括：工序詳細(xì)調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、過(guò)程管理、人力資源管理、維護(hù)管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集等十一個(gè)功能模塊。

由此可見(jiàn)，MES系統(tǒng)有很多的子系統(tǒng)、子模塊，各個(gè)系統(tǒng)之間關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。因此建立多層次信息處理平臺(tái)、深層次實(shí)現(xiàn)各相關(guān)部門的信息交換并為相關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)決策層提供高效、準(zhǔn)確的輔助決策支持平臺(tái)。這不僅有助于加強(qiáng)生產(chǎn)活動(dòng)的綜合管理，深化經(jīng)營(yíng)理念，也有助于大大提升公司系統(tǒng)的生產(chǎn)管理工作和績(jī)效水平。MES系統(tǒng)具有普通MIS系統(tǒng)的特點(diǎn)。

其主要任務(wù)是完成行業(yè)日常結(jié)構(gòu)信息處理任務(wù)，包括對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格管理；確定信息處理過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化；同一數(shù)據(jù)和報(bào)表標(biāo)準(zhǔn)格式；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理；支持信息管理和決策工作等。

概括起來(lái)，MES系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

①M(fèi)ES系統(tǒng)是一種分布式應(yīng)用系統(tǒng)，表現(xiàn)為系統(tǒng)資源的分布性和客戶的分布性；

②MES系統(tǒng)是一種有較高安全要求的應(yīng)用系統(tǒng)。由于系統(tǒng)涉及的使用人員和維護(hù)人員級(jí)別不一，系統(tǒng)應(yīng)杜絕未經(jīng)授權(quán)的任何操作；

③MES系統(tǒng)中許多子系統(tǒng)都涵蓋、對(duì)應(yīng)多種數(shù)據(jù)類型的大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)，要求考慮數(shù)據(jù)獲取、處理、分析等復(fù)雜性；

④MES系統(tǒng)需要與車間層操作控制系統(tǒng)SFC（Shop Floor Control）之間進(jìn)行通訊，涉及到從實(shí)時(shí)系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)，這就要求通信的實(shí)時(shí)性。以及將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)按一定的要求進(jìn)行采集、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)存到相應(yīng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中；

⑤由于MES系統(tǒng)在制造企業(yè)信息化體系中起到一個(gè)集線器的作用，與ERP等系統(tǒng)集成對(duì)MES系統(tǒng)具有重要的意義，所以設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到系統(tǒng)的可集成性；

⑥由于企業(yè)的需求會(huì)有變動(dòng)，所以設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)要充分考慮到系統(tǒng)的通用性和擴(kuò)展性，以滿足企業(yè)的不同需求。因此，系統(tǒng)要在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可集成性要求。并且盡量采用符合開放式標(biāo)準(zhǔn)，健壯的平臺(tái)。

2. 共性模塊

經(jīng)過(guò)框架的領(lǐng)域分析。抽象出的共性模塊有：

（1）數(shù)據(jù)操作通用模塊。MES系統(tǒng)通常采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)進(jìn)行程序開發(fā)，而關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)是持久化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的成熟解決方案。開發(fā)MES時(shí)通常同時(shí)使用這兩種技術(shù)。在面向?qū)ο蟮姆治鲈O(shè)計(jì)中使用實(shí)體（Entity）來(lái)表示系統(tǒng)的抽象概念。分析模型中的實(shí)體在設(shè)計(jì)中需要考慮存儲(chǔ)，常常又被稱之為數(shù)據(jù)對(duì)象（Data Object）。

但關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)并非Object-Oriented（至少目前來(lái)說(shuō)，對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)OODBMS還未成為商用系統(tǒng)的主流），因此常常需要考慮如何在設(shè)計(jì)中應(yīng)用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想來(lái)處理數(shù)據(jù)的持久化問(wèn)題。數(shù)據(jù)操作通用模塊采用目前流行的O／R映射框架（帆Mapping Framework）技術(shù)來(lái)讓開發(fā)者減少編寫增加、修改、刪除、和查詢數(shù)據(jù)庫(kù)代碼的工作量。

O／R框架顧名恩義就是進(jìn)行Object（對(duì)象）到Rational（關(guān)系型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）的映射。O／R框架通過(guò)某種方式定義實(shí)體，屬性到數(shù)據(jù)表，字段的映射。框架給開發(fā)人員提供對(duì)象訪問(wèn)接口來(lái)操作對(duì)象的增加、修改、刪除、和查詢，而不是使用SQL。對(duì)于底層數(shù)據(jù)的訪問(wèn)將由O／R映射框架來(lái)完成。

（2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信模塊。MES可以采集設(shè)備、儀表的狀態(tài)數(shù)據(jù)，以實(shí)時(shí)監(jiān)控底層設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)分析、計(jì)算、處理，從而方便、可靠地將控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)整合在一起。并將生產(chǎn)狀況及時(shí)反饋給計(jì)劃層。

 同時(shí)，MES還可以將計(jì)劃層的指令傳遞給底層控制系統(tǒng)。沒(méi)有MES則存在著管理、控制的斷層，就會(huì)使現(xiàn)場(chǎng)的一個(gè)個(gè)自控系統(tǒng)各自為政。導(dǎo)致自動(dòng)化孤島的存在。車間的實(shí)時(shí)信息的掌握、反饋是制造執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)上層計(jì)劃系統(tǒng)正常運(yùn)行的保證。車間的生產(chǎn)管理是制造執(zhí)行系統(tǒng)的根本任務(wù)，而對(duì)底層控制的支持則是制造執(zhí)行系統(tǒng)的特色。因此實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信具有重要的意義。

（3）緩存服務(wù)模塊。在面向?qū)ο髴?yīng)用中，開發(fā)人員創(chuàng)建對(duì)象作為業(yè)務(wù)實(shí)體模型：通過(guò)創(chuàng)建和使用這些業(yè)務(wù)對(duì)象，來(lái)完成應(yīng)用的一項(xiàng)服務(wù)。創(chuàng)建太多的對(duì)象會(huì)消耗額外的計(jì)算資源。很多情況下。

創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象并不僅僅是使用一條new語(yǔ)句這樣簡(jiǎn)單。為了創(chuàng)建業(yè)務(wù)對(duì)象開發(fā)人員經(jīng)常需要獲得很多附加參數(shù)。而獲得這些參數(shù)和創(chuàng)建對(duì)象本身是完全不同的過(guò)程。要求消耗另外的計(jì)算資源。為了消除重新創(chuàng)建對(duì)象的開銷。進(jìn)而也消除相關(guān)的附屬開銷。

一種辦法是只創(chuàng)建對(duì)象一次，并把它放在“某處”。這里的“某處”代表很多不同的含義，它可以是私有字段、數(shù)據(jù)庫(kù)或者Web服務(wù)端點(diǎn)。應(yīng)用可以在從該處取出這個(gè)對(duì)象。并在任何需要它的時(shí)候訪問(wèn)該對(duì)象的服務(wù)。這種技術(shù)被稱為緩存技術(shù)。它可以減少業(yè)務(wù)對(duì)象的創(chuàng)建次數(shù)從而起到提高系統(tǒng)效率，節(jié)省資源的作用。

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