模具企业动态建模方法研究

　　在分析模具企业生产特点的基础上，探讨了模具企业的动态建模问题。研究了基于CIMOSA的企业模型构成与特点，特别对于建模流程和模型的动态性进行了分析，并在分析基础上，提出了一种基于CORBA体系与Agent技术的模具企业动态建模方法。

　　l引 言

　　模具技术既是先进制造技术的重要组成部分，又是先进制造技术的重要应用领域，其技术水平与先进制造技术的发展和应用密切相关。由于模具技术的特点对企业建模提出了新的要求，企业建模必须围绕着市场的需求展开，企业模型应该具有高灵活性和低风险性，既适应企业经营过程快速重组的要求，还要尽量避免或减少传统上BPR(Business process reengineering，企业经营过程重构）的高风险。因此，研究企业动态建模理论、技术、方法和应用工具，具有十分重要的意义。

　　2 基于CIMOSA的企业建模方法

　　随着企业建模理论与实践的不断发展，国内外学者提出了多种系统建模的方法（CIMOSA、PERA、ARIS、DEM、IDEF等），其中CIMOSA是目前投资量最大、系统性最强的研究成果。基于CIMOSA的企业模型如图l所示。为了简化对复杂的企业信息系统进行分析和设计的负担，可以从不同的观察角度对企业信息系统的特征和内部结构做一定的划分，形成功能、信息、过程、组织和资源等视图子模型。除了各个视图子模型内部对象的归类和内聚性联系之卜，模型之间存在的复杂的联系使上述视图子模型构成了1个集成的、完整的信息系统模型。各视图子模型之间的联系，由于在过程模型中描述了各活动调用的资源、依赖的组织、对应的企业功能、处理的信息实体和可能发生关联的产品零部件，因此过程视图在诸视图中居于核心地位。虽然CIMOSA与其它建模方法各有特色，它们从不同的角度提出了对企业这种复杂系统的理解，并各自给出了描述方法，同时也开发了相应的工具系统，但它们也分别存在不足。

　　现有企业建模方法存在的问题主要有：①现有三阶段（需求定义、设计、实施）生命周期建模方法不能满足企业持续发展的需要，仅完成了对企业信息系统的实施过程的一次描述，不能支持企业不断改进和维护信息系统的过程；②现有企业建模工具在适应性和柔性上，基本是一个结构与功能比较固定的软件系统，在软件的设计与组织上没有引入软件组件的概念和方法；③现有建模方法缺乏有效的模型性能评价指标体系，模型仿真优化功能较弱，迫切需要建立实用的模型性能评价指标体系，在此基础上进行模型的仿真分析与优化。

　　总之，激烈的市场竞争和模具企业自身客户订单驱动一次性生产特点，对企业建模理论和方法在适应性、集成化、面向全生命周期、性能优化、一体化建模与实施等方面提出了更高的要求，传统的CIMOSA企业建模已经不能满足这些需要。

　　3 企业动态建模方法

　　3．1动态建模流程

　　企业模型是由若干视图子模型按一定的顺序组成的，由于模型之间存在或强或弱的关联，如图2所示。使得这种顺序变得十分模糊，因此要进行模型间关联的消解。关联的消解方法有很多，如设计结构矩阵法，有向图破环法等，这里不再赘述。基于各种消解结果，即可确定出相应建模的路线，目前比较常用的建模方法有两种：单视图引导的建模方法和多视图并进的建模方法。单视图引导的建模方法是以某个视图作为引导视图，然后建模工作从该视图扩展到其他视图，通过多视图不断迭代来完成建模过程。过程视图、资源视图、组织视图和产品视图都可以作为引导视图。多视图并进的建模方法是产品模型、过程模型、资源模型和组织模型的建立同时在它们各自的视图中进行，但暂不建立它们之间的关联，等达到一定规模，将它们关联在一起，再由过程模型导出功能模型和信息模型。但是，这种技术路线容易产生较多的一致性问题，因此对一致性检查要求比较高。综合比较，认为单视图引导的建模方法是一种简单实用的建模方法，更加适合于复杂模型系统的设计。

　　由于资源和组织都是企业固有的要素，而且短时间内发生重大变化的可能性较小，因此资源视图和组织视图首先作为引导视图。有了资源模型和组织模型，建立过程模型时，就可以直接对它们的节点进行引用。在参考组织结构的基础上，用IDEFO方法建立功能结构模型，对最底层的功能单元增加定义。由于在过程模型没有完成定义前，企业的活动、数据、控制流信息还没有建立，因此，所建立的组织模型中的角色还不能进行定义。同样，由于功能结构模型也主要反映企业的功能分解结构，所以也不能建立连接不同功能之间的控制流和信息流的关系。在上述3个视图模型建成后，开始建立过程模型。通过过程模型中的活动，实现与组织视图、资源视图、功能视图的集成。

　　关联的消解减弱了模型之间集成的紧密程度，降低了模型的一致性。企业建模是一个循环往复、不断迭代的过程，每隔一段时间，模型的版本就更新一次，在新版本生成之前，应要求过程模型与其它模型之间存在映射关系，其它模型与过程模型之间满足引用、提取和派生关系。还应通过不断交互反馈的方法使视图的一致性得到最大程度的保证，以免给后面的工作造成更大的影响。

　　3．2 模型动态特性分析

　　深入分析企业业务活动本质特征可知，经常变化的部分主要发生在企业的业务流程方面，而基本不变的部分主要是企业的制造资源（人员、设备、物料、工具）和为完成企业业务流程所涉及的一系列有序活动功能，包括人员与其它制造资源组成的功能体和企业模型中应具备的相应功能。由于企业业务流程重组的内容是将不同的具有“自治性”和“协作性”的功能体进行有序的组合优化，因此可以根据功能体的“自治”和“协作”特征对模型动态特性进行如下分类：

　　（1）功能体内动态特性，指对底层功能体内部流程进行重组。在旧体制下，各个组织机构内的功能重叠较常见，采用面向对象方法对功能体内部进行分析抽象，将具有相近功能的、可由1个子功能体完成的功能抽象成1个子功能体，在信息系统中用l个函数描述，将多个这样的函数封装成1个组件即可描述整个功能体的所有功能。由于功能体是由多个函数组成的，因此增、删、改其中的l个函数不会影响其他函数，即子功能体的变动独立于功能体。

　　（2）功能体间动态特性，若将整个企业信息系统看成由多个功能体包或几个功能体包的变动独立于整个模型，那么企业模型一定是可以

重构的。由于每个功能体都是采用面向对象技术进行封装的，因此1个功能体的功能变动不会影响与其他功能体的接口，因此不会影响其他功能体，而且功能体的内部变动又独立于功能体自身，所以任意1个或几个功能体包的变动独立于整个企业模型。

　　基于上述分析可以看出，企业动态建模宜采用面向对象的技术标识企业中的基本功能体（Function component，在软件框架中对应于1个“组件”），构建企业的脱离于具体业务流程的视图模型。然后采用面向对象技术将每个组件进行封装，并采用分布式对象计算模型将每个组件发布到中间层事务服务器上进行整个生命周期的管理。当流程变化时，通过在中间层事务服务器上修改相关组件（这种修改独立于客户端），由客户端调用相应组件的实例，实现流程的重构。从当前关于分布对象计算的研究应用状况来看，对象管理组织OMG（0bject Manageent Croup，对象管理组织）提出的CORBA（Common object Request Broker Architecture，公共对象请求代理体系结构）规范成为分布对象技术发展的主流。

　　3．3 基于CORBA和Agent技术的企业动态建模工具

　　CORBA提供了一套分布式对象技术的标准，涉及接口、注册、通信和出错处理等方面。CORBA的核心是ORB（0bject Request Broker，对象请求代理），它作为转发消息的中间件，实现了对象间的无缝集成和互操作。其次，CORBA还提供独立于编程语言的接口定义语言（Interface Definition Language，IDL）来描述对象和操作，从而使远程分布应用通过ORB请求这些对象上的操作服务。CORBA的平台无关性使其可以跨越不同的网络、不同的机器和不同的操作系统实现分布对象之间的互操作，并提高了软件的安全性和可重用性。CORBA已经在诸如企业管理、电信等诸多领域得到了成功应用。实践已充分证明符合CORBA规范的软件产品在构造分布式计算系统中所起的作用。

　　但CORBA存在着下些固有的缺陷，最典型的是基于CORBA的实现尚未脱离代码而上升到语义的层次，无法实现应用系统在知识层次上

的重用，但由于代理是一个具有自治能力、与其它代理进行交互的社会能力、对环境变化做出响应能力和基于目的采取行动能力的自包含的问题求解实体，因此，代理（Agent）技术正好弥补了分布对象技术在这些方面的不足。代理（Agent）技术来源于人工智能，其概念在60年代就已提出来。代理技术的真正发展是在90年代，现在正向计算机领域的各方面渗透。目前，代理一般被用来指任何具有智能和一定的自治性，按用户的意愿接受和处理的软件系统。代理主要由感应输入和内部状态记录器、自身的规则，行为，承诺，知识库和推理机组成。代理有自己的变量和推理规则，推理机以感知到的内容作为输人，根据规则和自身的知识库进行推理，产生的结果或者对自身的知识库进行更正，或者通过定义的行为输出相应的动作，对环境作出影响或与其他代理进行通信、交换信息等。基于CORBA和多Agent的企业动态建模工具

　　为了支持代理，OMG还定义了公共代理设施，使CORBA成为代理协作一个理想的基础结构，基本上能满足代理独立完成工作和实现有效的交互和互操作的需要。代理系统可以使用CORBA提供的对象服务（如命名服务、事件服务、关系服务、查询服务等），或建立在CORBA之上的其它对象提供的一切服务进行代理间的交互或完成独立任务。与直接基于CORBA的应用集成相比，代理系统的优势主要源于它的访问请求可以是基于知识层次和功能描述的，而不是象CORBA那样只能是基于接口语言的。

　　企业动态建模工具的设计完成后，可在其基础上对模型进行优化与仿真以评价所建模型的性能。模型仿真以企业业务流程为核心，并将其映射为一定工作流模型，常见的方法有流程图、角色行为图、IDEF系列、事件流程图、Petri网等。以这些方法为后台支撑技术，通过对状态的控制来模拟工作流模型的运转，进一步实现对企业模型的仿真，为系统的分析与评价提供可*的信息。通过对仿真结果进行分析，发现存在的问题，以动态、可重构和优化的方法来指导企业的改进和优化，实现企业资源优化配置、生产制造过程的合理规划。

　　4 结束语

　　本文所提出的动态建模方法基于可重用软构件技术、采用面向对象方法进行开发，通过CORBA与Agent技术的优势互补，提高了动态模型建模的效率。所开发的系统具有以下几个特点：

　　（l）建模过程并行程度高。采用Agent技术保证了模型间变化的同步性，避免了单一模型变化引起模型间的数据冲突，提高了建模的并行程度。

　　（2）模型间的一致模型柔性好。通过对模型动态特性本质的分析，采用组件装配方式设计建模工具，提高了模型的柔性。

　　（3）构建方法实用性强。CORBA技术提供了良好的面向对象方法，因此非常适合于复杂企业模型的构建。

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