现代制造系统(v4.1)9 企业模型

现代制造系统
第9章 制造企业的建模与分析（1-3） 东北大学秦皇岛分校 黄亮 n-xyz@
第9章 制造企业的建模与分析
z 为了清楚地描述企业的组织、过程和信息等情 况，使具有不同背景的人能相互沟通，需要一套 全方位、多层次考察和分析问题的方法和模型， 这就是企业建模体系结构，其中又包含建模方法 和建模工具。 z 目前的企业模型仅能描述企业运营的主要信息， 还不能对企业状况进行详细地模拟，主要用于支 持企业管理信息系统的开发。
（1）美国制造工程师协会（SME）的轮式结构： z 上世纪80年代提出 的版本主要表现了 设计和制造功能， 体现以技术为中心 的思想，没有考虑 到实施自动化之前 的简化和企业用户、 供应商间的交互作 用的重要性。
z 美国制造工程师协会（SME）的轮式结构： z 1993年推出的新版 本，以用户为核心， 体现了CIMS设计与实 践过程中，从技术中 心思想过渡到以人为 中心的思想，充分表 明了CIMS的中心任务 是赢得用户、赢得竞 争，比以用户为中 心，CIMS成功的关键 是满足其需求。
z 逐步推导过程是从企业需求到企业实施的逐步进 行过程。推导过程用设计说明层的视图来重构用 户的各种需求视图，进而得到与实施系统更加相 关的说明视图。
z CIM-OSA体系结构的四种视图：
{ <1>功能视图描述了满足企业目标的功能结构和相关的 控制结构。控制结构定义了控制顺序的规则或企业内 部的活动流以及基本经营过程的规则。 { <2>信息视图描述了每个功能所需的信息。 { <3>资源视图描述了资源、资源与功能和控制结构的关 系以及资源和组织的关系。 { <4>组织视图描述了企业的组织结构，即功能和控制结 构的职责，信息与资源的职责。
{ （11）美国软件开发商提出的SADT（Structured Analysis & Design Technique），上世纪80年代并入 IDEF体系； { （12）法国波尔多（Bordeaux）第一大学GRAI实验室提 出的GRAI-GIM，之后其实验室又参与了欧共体ESPRIT计 划中的一个子项目IMPACS，提出新的多层多层次体系结 构，有的文献将上述两者合并成为GIM/ IMPACS； { （13）国际信息处理联合会（IFIP）8.1工作组开发的 ISM（信息系统方法论，information system methodology）； { （14）国际自动控制联合/国际信息处理联合会 （IFAC/IFIP）等组织联合提出的GERAM，综合了CIM-OSA、 PERA等先前提出的体系结构；
z 以上方法提出的时间较早，体系相对片面，已不是当 前最主流的方法。
z 其次是面向系统全局的体系结构：
{ （4）欧共体ESPRIT计划中的CIM-OSA（计算机集成制 造开放系统体系结构，open system architecture for computer integrated manufacturing）； { （5）PERA（普杜大学企业参考体系结构，Purdue enterprise reference architecture）； { （6）IDEF（美国空军提出的集成定义方法， integration definition method）； { （7）德国萨尔（Saarland）大学的谢尔（A. W. Scheer）教授提出的ARIS（集成信息系统体系结构， architecture of integrated information systems）； { （8）美国系统工程专家霍尔（A. D. Hall）提出的 “三维结构方法”；
（3）多层多级控制结构：
z 多层多级控制结构中的每一级都有三个层次： {<1>适应层是多层控制模块中的最高层，它从其 上级的调节层接受有时间限制的任务单和其他有 关工作，其功能是： z① 在有限时间内完成新任务的生产计划； z② 考虑下级未预测到的问题，更新现有计划。 {<2>优化层用来完成三项功能： z① 评价适应层提出的计划； z② 为下级生成一个符合时间限制的任务单； z③ 解决由调节层所确定的当前调度中的各种 矛盾和问题。
需求定义层 设计说明层 实施描述层
CIM-OSA体系结构
CIM-OSA 参考结构
z CIM-OSA体系结构三个层次的逐步抽取：
{ <1>通用层是CIM－OSA基本结构构成成份（通用结构模 块）的一种参考目录，包括元件、约束、规则、术语、 服务和协议等，该层所描述的结构成份广泛应用于 CIMS中。 { <2>部分通用层包含一组适用于多类特殊制造企业的部 分通用模型。部分通用模型包括按照工业类型、企业 规模、国别等不同分类的各类典型结构。 { <3>专用层仅适用于一个特定企业，一个企业CIMS只能 通过一种专用结构来描述，该结构包含了企业所必需 的所有知识，可以直接用来描述企业物理元件和信息 技术的集成元件。
z 目前存在多种企业建模体系，并且每种体系的内 容又十分庞杂。本节按照以下顺序对该研究领域 进行简介： {首先，介绍19种主流的企业建模体系结构； {其次，介绍7种常见的企业建模方法； {最后，对企业建模中主要的4种视图分别介绍 3-4种常用的建模工具。
第9章 制造企业的建模与分析
z 9.1 企业建模体系结构 z 9.2 企业建模方法 z 9.3 企业建模工具
z 每类视图都有若干种工具进行描述，本节将在后 面进行介绍。
z CIM－OSA体系结构的特点： {<1>面向系统全生命周期。 {<2>规划设计与当前运行分离。 {<3>标准化、规范化和开放性。 {<4>结构化的规划设计方法。 {<5>具有计算机可执行性。 {<6>其应用范围是进行生产监控和管理的工厂。 {<7>已被国际标准化组织ISO认定为预标准。
（5）PERA体系结构： z 由美国工业界和普杜大学联合于1989年至1992年 期间开发。其主要特点为 {<1>面向系统全生命周期。 {<2>采用非形式化描述，易被未受计算机科学 教育的用户理解。 {<3>考虑了人的因素。 {<4>规划设计与当前运行分离。 {<5>具有结构化设计方法特点，有一定的规范 性。 {<6>具有很强的可扩展性。
9.1 企业建模体系结构
z 首先是面向系统局部的体系结构：
{ （1）美国制造工程师协会（Society of Manufacturing Engineers，SME）于上世纪80年代提出的计算集成制造 （CIMS）轮式结构，并于1993年提出了新版本； { （2）美国国家标准局（National Bureau of Standards， NBS），现更名为美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology, NIST），于 1980年提出的递阶控制模型； { （3）起源于对象管理组织（Object Management Group， OMG）的多层多级控制结构；
（2）美国国家标准局（NBS）提出的递阶控制模型： z规划：企业将生产什 么，需要什么资源， 如何将产品推销到市 场中去，并确定企业 长期目标和近期任务。 z监督管理：对生产活 动进行监督，按照生 产计划对实际的生产 活动进行评价，并对 实际的生产活动发出 控制命令。
z 美国国家标准局（NBS）提出的递阶控制模型： {递阶控制结构的特点是 {<1>把复杂系统“纵向”分解为分层控制，减少 了全局控制和开发的难度。 {<2>每层将上一层的命令分解成在该层执行的 指令或分解成子命令发往下面的层。 {<3>分层控制结构限定了每层各要素的职责和 权限。 {<4>复杂的计划是在较高级做出的，命令是逐 级从上往下发，速度慢，且最新的信息发生在 最底层，从最底层向高层逐渐反馈速度也慢。
z 面向系统全局的体系结构还有：
{ （9）IBM员工John A. Zachman提出的企业架构框架 （Framework for Enterprise Architecture），也有文 献直接称为Zachman框架； { （10）对象管理组织（OMG）参考Zachman框架提出的开 放组体系结构框架（The Open Group Architecture Framework，TOGAF）。
（4）CIM-OSA体系结构： z CIMS－OSA是由欧洲CIM体系结构委员会AMICE研 究组在ESPRIT项目中开发的，该项目开始于1984 年。 z CIMS－OSA为制造企业提供了一种参考体系结构 （包括通用层和部分通用层），根据这些参考体 系结构可以推导出满足特定企业需求的专门CIMS 结构（即专用层）。 z CIM－OSA定义了通用层、部分通用层和专用层三 个结构通用性层次，每一层包含了三个建模阶段 和四个视图。
z 逐步抽取过程是只企业建模过程中逐步明确建模 对象的特点，从通用层到专用层的过程逐步细化 建模所依据的模板的过程。
z CIM-OSA体系结构三个阶段的逐步推导：
{ <1>需求定义建模层是描述一个企业做什么和怎样做的 建模层次，这是用户企业需求的定义阶段，是及其重 要的一个阶段，用来为设计说明层和实施描述层的系 统设计和实施提供选择方案。 { <2>设计说明建模层用来构造和优化由用户根据全局经 营和系统约束来定义的经营需求，属于系统组织和设 计的范畴。 { <3>实施描述建模层阐明了有效地实现企业运行的一套 必须的组成元件，属于决策和系统实施的范畴。
具体化过程织视图 组织视图 组织视图 资源视图 资源视图 资源视图 信息视图 信息视图 信息视图 功能视图 功能视图 功能视图 专用需求 定义模型
通用需求 部分通用 定义建造 需求定义 块 模型
推 导 过 程
通用设计 部分通用 专用设计 说明建造 设计说明 说明模型 块 模型 通用实施 部分通用 描述建造 实施描述 块 模型 专用实施 描述模型