制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)主要針對(duì)車間的全部生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行生產(chǎn)管理。在ERP／MES／PCS三層架構(gòu)中，MES是ERP和PCS之間的信息紐帶，他對(duì)ERP制定的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行分解，并根據(jù)PCS反饋的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息對(duì)PCS做出調(diào)度指令，將生產(chǎn)過(guò)程中有關(guān)的資源利用、動(dòng)態(tài)成本核算等方面信息及時(shí)地提供給ERP系統(tǒng)。
焊管生產(chǎn)是混合型過(guò)程工業(yè)，生產(chǎn)中各工序連續(xù)，工序之間銜接離散。各工序生產(chǎn)都由自動(dòng)化設(shè)備完成，而這些設(shè)備在使用過(guò)程中必然會(huì)由于磨損等原因發(fā)生故障，維修不可避免，也有些處于常規(guī)維護(hù)。為了恢復(fù)設(shè)備的性能和精度，保障生產(chǎn)順暢運(yùn)行，就需要用相應(yīng)的備件替換舊件。然而從經(jīng)濟(jì)上考慮，備件儲(chǔ)備占用的資金是企業(yè)流動(dòng)資金的一部分，是定額流動(dòng)資金中的儲(chǔ)備資金。因而降低庫(kù)存?zhèn)浼加觅Y金，對(duì)企業(yè)的資金周轉(zhuǎn)意義很大。除了對(duì)備件出入庫(kù)等常規(guī)管理之外，還需要根據(jù)生產(chǎn)狀況、設(shè)備維護(hù)計(jì)劃及當(dāng)前庫(kù)存制定合適的備件采購(gòu)策略，優(yōu)化備件管理，使庫(kù)存保持在合理水平。
UML(統(tǒng)一建模語(yǔ)言)是通用的、標(biāo)準(zhǔn)的建模語(yǔ)言，為軟件開(kāi)發(fā)的所有階段提供模型化和可視化支持，包括由需求分析到規(guī)格、構(gòu)造和配置。UML建模系統(tǒng)包括需求模型、對(duì)象模型和體系結(jié)構(gòu)模型。應(yīng)用各種UML圖從不同層次、不同角度分析設(shè)計(jì)直至實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。目前UML的應(yīng)用還只是一些簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，企業(yè)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中應(yīng)用UML建模相對(duì)較少，他的使用價(jià)值還沒(méi)有得到應(yīng)有的發(fā)揮。筆者以焊管MES備件管理系統(tǒng)為例，論述UML在需求模型、對(duì)象模型、體系結(jié)構(gòu)模型建模中的具體應(yīng)用。
1 焊管生產(chǎn)備件管理需求分析
焊管生產(chǎn)備件管理中涉及到的人員有系統(tǒng)管理員、備件庫(kù)管理員和采購(gòu)決策人員。系統(tǒng)管理員應(yīng)能夠?qū)浼芾硐到y(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)置，為使用系統(tǒng)的人分配相應(yīng)權(quán)限，進(jìn)行系統(tǒng)的日常維護(hù)。備件庫(kù)管理員需根據(jù)庫(kù)房情況對(duì)庫(kù)位進(jìn)行設(shè)置，對(duì)采購(gòu)入庫(kù)的備件記錄其詳細(xì)信息，包括備件自身信息(編號(hào)、名稱、規(guī)格、材質(zhì)等)、備件采購(gòu)信息(供貨商、采購(gòu)日期、價(jià)格等)和備件入庫(kù)信息(入庫(kù)單號(hào)、入庫(kù)日期、入庫(kù)數(shù)量、庫(kù)位等)；備件出庫(kù)時(shí)需記錄備件出庫(kù)數(shù)量、出庫(kù)去向、領(lǐng)用人等信息，當(dāng)備件在庫(kù)房之間或在庫(kù)內(nèi)變動(dòng)時(shí)，需及時(shí)更新備件信息，定期或不定期地對(duì)備件進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)，核實(shí)備件實(shí)際庫(kù)存與管理系統(tǒng)中庫(kù)存是否一致，然后將核實(shí)的結(jié)果向上級(jí)反映并做相應(yīng)處理，除此之外備件庫(kù)管理員還要能夠?qū)浼鞣矫娴男畔⑦M(jìn)行查詢，根據(jù)需要打印各種報(bào)表。采購(gòu)決策人員需要做好備件庫(kù)存優(yōu)化工作，包括從備件管理系統(tǒng)中提取信息進(jìn)行分析，對(duì)庫(kù)存進(jìn)行預(yù)測(cè)，制定好備件采購(gòu)計(jì)劃，包括采購(gòu)時(shí)間和采購(gòu)量等。
2 系統(tǒng)需求模型
UML需求模型包括靜態(tài)模型(用例圖)和動(dòng)態(tài)模型(活動(dòng)圖)。用例圖描述外部的執(zhí)行者與系統(tǒng)提供的用例之間的關(guān)系，活動(dòng)圖描述系統(tǒng)中各種活動(dòng)的執(zhí)行順序。
2.1 用例圖
備件管理系統(tǒng)的頂層用例圖如圖1所示。
與系統(tǒng)交互的參與者為系統(tǒng)管理員、備件庫(kù)管理員、采購(gòu)決策人員。用例圖是后續(xù)建模和實(shí)際開(kāi)發(fā)的重要依據(jù)。
圖1 備件管理系統(tǒng)頂層用例圖
系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)系統(tǒng)的硬件環(huán)境和軟件需求、日常維護(hù)、初始設(shè)置。初始設(shè)置指系統(tǒng)管理員錄入備件庫(kù)管理員信息并為其分配使用權(quán)限，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化。
備件庫(kù)管理員負(fù)責(zé)庫(kù)房管理事務(wù)：出入庫(kù)、盤(pán)庫(kù)移庫(kù)、庫(kù)位設(shè)置等，備件庫(kù)管理員庫(kù)房管理用例圖如圖2所示。當(dāng)初始備件入庫(kù)時(shí)，先核實(shí)入庫(kù)備件信息，無(wú)誤后錄入并給備件分配相應(yīng)的庫(kù)位，同種備件下次再入庫(kù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)為其分配庫(kù)位。備件出庫(kù)時(shí)庫(kù)房管理員記錄出庫(kù)數(shù)量、時(shí)間、去向、領(lǐng)用部門(mén)及領(lǐng)用人等信息。當(dāng)備件在庫(kù)房位置發(fā)生變動(dòng)，需及時(shí)更新備件庫(kù)位信息，做移庫(kù)處理，便于內(nèi)部信息與庫(kù)房實(shí)際信息相符。備件庫(kù)管理員還需定期盤(pán)點(diǎn)庫(kù)房，更加全面有效地掌握整個(gè)庫(kù)房信息。當(dāng)庫(kù)房盤(pán)點(diǎn)時(shí)，禁止備件出入庫(kù)房，確保盤(pán)點(diǎn)的正確性。盤(pán)點(diǎn)完成后對(duì)盤(pán)盈盤(pán)虧的備件做記錄，并將盈虧信息上報(bào)有關(guān)部門(mén)，經(jīng)其審核后做相應(yīng)處理。
圖2 備件庫(kù)管理員庫(kù)房管理用例圖
采購(gòu)決策人員根據(jù)當(dāng)前庫(kù)存、生產(chǎn)狀況和設(shè)備維修計(jì)劃，從系統(tǒng)中提取必要的信息進(jìn)行分析決策，最終確定庫(kù)存量和采購(gòu)需求。對(duì)備件進(jìn)行ABC分類，計(jì)算備件的安全庫(kù)存，根據(jù)備件歷史消耗統(tǒng)計(jì)記錄及當(dāng)前庫(kù)存對(duì)備件下一時(shí)段的庫(kù)存預(yù)測(cè)，并給出采購(gòu)計(jì)劃，包括采購(gòu)時(shí)間和采購(gòu)數(shù)量等。
2.2 活動(dòng)圖
活動(dòng)圖描述了需要做的活動(dòng)和其執(zhí)行順序，包括活動(dòng)、系統(tǒng)狀態(tài)、執(zhí)行活動(dòng)條件等。備件入庫(kù)活動(dòng)圖如圖3所示。本系統(tǒng)包括很多業(yè)務(wù)活動(dòng)，如出入庫(kù)、移庫(kù)盤(pán)點(diǎn)、庫(kù)存優(yōu)化等。當(dāng)需要入庫(kù)時(shí)，庫(kù)管員需要結(jié)合入庫(kù)單進(jìn)行核實(shí)，當(dāng)無(wú)誤時(shí)入庫(kù)。登錄驗(yàn)證正確后進(jìn)人入庫(kù)管理界面，錄入入庫(kù)備件基礎(chǔ)信息，為其分配庫(kù)位時(shí)，系統(tǒng)將檢查庫(kù)房狀況，包括盤(pán)點(diǎn)及庫(kù)位占用情況，如果未盤(pán)庫(kù)且未超過(guò)該庫(kù)位的數(shù)量限制，那么就確定庫(kù)位，系統(tǒng)自動(dòng)更新庫(kù)存，入庫(kù)成功。如果庫(kù)房正在盤(pán)點(diǎn)則不能人庫(kù)。如果選定的庫(kù)位超過(guò)了庫(kù)位數(shù)量限制，信息提示選擇其他合適庫(kù)位，確保最終入庫(kù)成功。
圖3 備件入庫(kù)活動(dòng)圖
3 系統(tǒng)對(duì)象模型
系統(tǒng)對(duì)象模型包括靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。靜態(tài)模型通過(guò)類圖、對(duì)象圖、包圖描述系統(tǒng)中對(duì)象之間的關(guān)系；動(dòng)態(tài)模型通過(guò)順序圖、合作圖、狀態(tài)圖描述對(duì)象之間的交互關(guān)系。分別以類圖和順序圖進(jìn)行論述。
3.1 類圖
類圖定義了類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如類屬性與操作等；還包括類之間的關(guān)系，如關(guān)聯(lián)、依賴、聚合等。備件管理的業(yè)務(wù)內(nèi)容包括用戶管理、入庫(kù)管理、出庫(kù)管理、盤(pán)點(diǎn)管理等，可以從中找出系統(tǒng)實(shí)體類，如用戶管理類、備件入庫(kù)類、備件出庫(kù)類、備件盤(pán)點(diǎn)類等。對(duì)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)而言，通常每個(gè)實(shí)體類映射數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)的一個(gè)二維表，實(shí)體類中的屬性對(duì)應(yīng)該表中的字段，而每個(gè)對(duì)象就是該表中的一條記錄。在備件管理系統(tǒng)中，定義的各個(gè)類之間一般都有關(guān)系發(fā)生。如一個(gè)備件庫(kù)管理員可以對(duì)多條備件入庫(kù)記錄操作，而一條入庫(kù)記錄一般由一個(gè)備件庫(kù)管理員操作。用戶管理同備件入庫(kù)之間是1對(duì)多(*)的關(guān)系。備件管理系統(tǒng)類圖如圖4所示。
圖4 備件管理系統(tǒng)類圖
3.2 順序圖
順序圖描述了交互對(duì)象間的交互方式、完成某項(xiàng)行為的對(duì)象和這些對(duì)象之間傳遞消息的時(shí)間順序。他是UML業(yè)務(wù)過(guò)程分析中非常重要的一種圖，是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作流程的一個(gè)過(guò)程反映，直接影響系統(tǒng)將來(lái)是否和實(shí)際系統(tǒng)相符合。備件入庫(kù)用例順序圖如圖5所示。當(dāng)備件需要入庫(kù)時(shí)，備件庫(kù)管理員請(qǐng)求登錄備件入庫(kù)界面，經(jīng)過(guò)用戶管理進(jìn)行身份驗(yàn)證并返回確認(rèn)信息后，備件庫(kù)管理員進(jìn)人備件入庫(kù)界面。備件庫(kù)管理員向備件入庫(kù)界面發(fā)出備件入庫(kù)請(qǐng)求，通過(guò)備件入庫(kù)界面錄入備件信息和庫(kù)位，錄入的信息存人數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)的表中，最后在備件入庫(kù)界面顯示備件入庫(kù)成功的信息。
圖5 備件入庫(kù)用例順序圖
4 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型
系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型包括構(gòu)件圖和部署圖，用于建立系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模型，使用構(gòu)件圖描述業(yè)務(wù)過(guò)程，使用部署圖描述業(yè)務(wù)過(guò)程中的組織機(jī)構(gòu)和資源。
4.1 構(gòu)件圖
構(gòu)件圖用來(lái)描述程序代碼的組織結(jié)構(gòu)，說(shuō)明各個(gè)構(gòu)件之間的依賴關(guān)系，從而便于人們分析和發(fā)現(xiàn)當(dāng)修改某個(gè)構(gòu)件時(shí)可能對(duì)哪些構(gòu)件產(chǎn)生影響，以便對(duì)他們做相應(yīng)的修改或更新。備件管理系統(tǒng)庫(kù)房管理部分的構(gòu)件圖如圖6所示。
圖6 備件管理系統(tǒng)庫(kù)房管理部分構(gòu)件圖
4.2 部署圖
部署圖描述的是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的結(jié)構(gòu)，展示了硬件的配置及其軟件如何部署到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。圖7為備件管理系統(tǒng)部署圖。備件管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、初始設(shè)置、庫(kù)房管理和庫(kù)存優(yōu)化4個(gè)節(jié)點(diǎn)。初始設(shè)置節(jié)點(diǎn)、庫(kù)房管理節(jié)點(diǎn)和庫(kù)存優(yōu)化節(jié)點(diǎn)都是通過(guò)以太網(wǎng)方式與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接。
圖7 備件管理系統(tǒng)部署圖
以焊管MES備件管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)為背景，在需求分析基礎(chǔ)上結(jié)合UML建模機(jī)制，分別從需求模型、對(duì)象模型、體系結(jié)構(gòu)模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模。
(1)需求模型中通過(guò)建立用例圖來(lái)描述用戶希望系統(tǒng)支持的特征，為后續(xù)建模和開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)；通過(guò)建立活動(dòng)圖來(lái)描述系統(tǒng)在執(zhí)行某一用例時(shí)的具體步驟。
(2)對(duì)象模型中建立了類圖來(lái)描述系統(tǒng)的架構(gòu)，指導(dǎo)程序員編碼；建立順序圖來(lái)說(shuō)明類的對(duì)象是如何交互實(shí)現(xiàn)用例功能。
(3)體系結(jié)構(gòu)模型中通過(guò)建立構(gòu)件圖來(lái)描述代碼構(gòu)件的物理結(jié)構(gòu)以及各種構(gòu)件之間的依賴關(guān)系；通過(guò)建立部署圖來(lái)描述系統(tǒng)的物理部署。
從不同層次、不同角度細(xì)致地描述了系統(tǒng)，方便了系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)及實(shí)施時(shí)的信息交流與溝通，降低了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度，縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。用UML建模指導(dǎo)開(kāi)發(fā)的備件管理系統(tǒng)現(xiàn)已成功應(yīng)用于焊管生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，取得了良好的應(yīng)用效果。
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本文標(biāo)題：基于UML的焊管MES/ERP備件管理系統(tǒng)建模
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