0 引言

    需求是指對(duì)用戶需要解決的問題的整體描述，是軟件實(shí)現(xiàn)之源。根據(jù)1995年美國斯坦迪申咨詢公司對(duì)美國365位信息技術(shù)高層經(jīng)理人員管理的8380個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)查研究結(jié)果表明：項(xiàng)目失敗的原因與需求過程相關(guān)的原因占了45％；Sheldno所研究的美國空軍項(xiàng)目顯示，根據(jù)錯(cuò)誤的來源劃分，需求錯(cuò)誤是所發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤中41％的來源，因此，有效的需求能減少軟件開發(fā)中的錯(cuò)誤，縮短開發(fā)時(shí)間，從而降低軟件開發(fā)成本，提高軟件質(zhì)量，促進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施成功。

    在軟件需求分析階段經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下問題：用戶不清楚自己的需求、開發(fā)人員與用戶交流不充分誤解需求、需求經(jīng)常變動(dòng)等問題影響需求的正確性，為了解決這些問題，進(jìn)行有效的需求分析，軟件行業(yè)提出了需求分析方法。

    但UML等建模工具只是解決了調(diào)研過程中調(diào)研人員與用戶之間溝通的問題，并沒有解決獲取需求過程中的問題，例如在調(diào)研過程中，用戶往往會(huì)比較忙，不能抽出時(shí)間與需求調(diào)研人員討論需求的詳細(xì)問題；在需求調(diào)研階段過于依賴調(diào)研人員的經(jīng)驗(yàn)與領(lǐng)域知識(shí)，調(diào)研人員經(jīng)驗(yàn)不足也會(huì)造成需求分析不充分的情況；我國航天企業(yè)信息化起步比較晚，企業(yè)對(duì)于信息化的需求并不明確，在調(diào)研過程中用戶不清楚自己需求與需求變動(dòng)的情況更是經(jīng)常出現(xiàn)，增加了需求分析的難度。

    為了解決以上問題，實(shí)現(xiàn)MES系統(tǒng)在航天企業(yè)的快速實(shí)施，本文結(jié)合ERP等軟件的企業(yè)參考模型與在航天企業(yè)MES項(xiàng)目實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，提出一種面向航天企業(yè)的參考模型，并提出了基于參考模型的需求建模方法。

1 參考模型與需求建模

1.1 MES參考模型體系結(jié)構(gòu)

    為了描述企業(yè)的組織、過程和信息等情況，提高企業(yè)建模的標(biāo)準(zhǔn)化程度，ERP、MRP II、SCM等軟件建立了一套全方位、多層次考察和分析問題的方法和模型，其中比較著名的有歐共體ESPRIT計(jì)劃中的計(jì)算機(jī)集成制造開放系統(tǒng)體系CIM—OSA，德國Saarland大學(xué)A．W．Scheer教授提出的集成信息系統(tǒng)體系A(chǔ)RIS，普渡大學(xué)企業(yè)參考體系PERA等。CIM-OSA參考模型體系采用三圍矩陣對(duì)模型進(jìn)行逐步細(xì)化，首先定義需求，再根據(jù)特定行業(yè)需求進(jìn)行細(xì)化，最后具體化為特定企業(yè)的需求。ARIS參考模型以組為單位進(jìn)行細(xì)化，共分為5組，每一組都能夠按照具有標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)結(jié)構(gòu)的參考模型推導(dǎo)得到。BAAN參考模型根據(jù)不同行業(yè)建立特定行業(yè)模型字庫，并根據(jù)生產(chǎn)模式做進(jìn)一步分類。

    這些參考模型體系在軟件系統(tǒng)分析、業(yè)務(wù)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等階段得到了應(yīng)用并取得了良好的效果，縮短了ERP等軟件的實(shí)施周期，同時(shí)還可以為企業(yè)尋找自身不足，明確改進(jìn)方向提供參考。

    制造業(yè)不同行業(yè)之問例如流程行業(yè)與離散行業(yè)，同行業(yè)的不同企業(yè)之間，甚至一個(gè)企業(yè)的不同車間的生產(chǎn)流程都不一致，都有各自的特點(diǎn)，對(duì)MES系統(tǒng)都有自己特殊需求，無法建立通用的MES參考模型，只能針對(duì)某一特定行業(yè)建立參考模型。

    由于MES軟件的行業(yè)差異性，在進(jìn)行企業(yè)參考模型建模時(shí)需要考慮不同企業(yè)之間MES系統(tǒng)的共性與差異性，因此參考BAAN的ERP系統(tǒng)參考模型體系，按照生產(chǎn)模式對(duì)領(lǐng)域進(jìn)行建模，形成領(lǐng)域一生產(chǎn)模式的二維體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 MES系統(tǒng)參考模型體系結(jié)構(gòu)

    航天企業(yè)生產(chǎn)模式為多品種小批量生產(chǎn)，可以進(jìn)一步劃分為批次生產(chǎn)、局部小流水生產(chǎn)、半流水生產(chǎn)、流水生產(chǎn)四種生產(chǎn)模式，因此按照這四種生產(chǎn)模式對(duì)MES常見的功能如計(jì)劃、調(diào)度、在制品管理等進(jìn)行建模，生成參考模型庫。

    企業(yè)參考模型分為功能參考模型、組織參考模型、過程參考模型、信息參考模型等幾個(gè)方面，本文主要介紹與需求關(guān)系較為密切的功能與過程參考模型。

1.2 基于參考模型需求建模過程

    基于參考模型需求建模過程如圖2所示。

圖2 需求建模過程

    MES參考模型建立后，在調(diào)研過程中將需求分為領(lǐng)域、功能、特征、關(guān)鍵詞等幾個(gè)層次，分別依據(jù)這幾個(gè)層次檢索參考模型庫，最終得到需求模型，具體過程在后面幾個(gè)小節(jié)詳細(xì)進(jìn)行描述。

2 MES參考模型庫

2.1 參考模型庫結(jié)構(gòu)

    依據(jù)ISA95標(biāo)準(zhǔn)及航天企業(yè)的實(shí)際情況，將MES劃分為計(jì)劃、調(diào)度、數(shù)據(jù)采集、在制品管理、監(jiān)控五個(gè)領(lǐng)域，領(lǐng)域與功能之間的關(guān)系如圖3所示。

圖3 領(lǐng)域與功能輪圖

    按照領(lǐng)域?qū)��?yīng)的功能將MES系統(tǒng)分為任務(wù)管理、月計(jì)劃、批次計(jì)劃、生產(chǎn)準(zhǔn)備、詳細(xì)作業(yè)計(jì)劃、實(shí)時(shí)排程、調(diào)度、領(lǐng)活、完工、工序檢驗(yàn)、總檢、在制品管理、監(jiān)控等13個(gè)模塊，計(jì)劃制定、派工、領(lǐng)活與完工、生產(chǎn)準(zhǔn)備、不合格品處理、動(dòng)態(tài)調(diào)度等6個(gè)流程，按照不同生產(chǎn)模式分別進(jìn)行模型成功能參考模型與流程參考模型。

    模型業(yè)務(wù)特征代表了在參考模型庫中具體模型的業(yè)務(wù)屬性信息，將模型賦予業(yè)務(wù)特征后可以將模型發(fā)布到參考模型庫進(jìn)行管理與檢索；參考模型具有兩類業(yè)務(wù)特征，第一類是領(lǐng)域特征，這類特征值可以縮小模型檢索范圍，例如參考模型所屬領(lǐng)域，所屬功能模塊等，第二類是功能特征，在檢索時(shí)起定位作用，依據(jù)功能特征可以找到需要的參考模型，例如功能模型的業(yè)務(wù)名稱、范圍、輸入輸出等，流程模型的流程名稱、范圍、規(guī)則、輸入輸出等。

    功能參考模型庫結(jié)構(gòu)如表1所示。其中△、○、口、☆分別代表針對(duì)不同生產(chǎn)模式所集成的參考模型。

表1 功能參考模型庫結(jié)構(gòu)

    流程參考模型庫結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 流程參考模型庫結(jié)構(gòu)

2.2 功能參考模型

    2.2.1 功能參考模型元模型

    如圖4所示，功能元模型描述了功能建模最基本的建模元素，定義如下：①Domin(領(lǐng)域)：功能的基本屬性，代表功能所處于的業(yè)務(wù)領(lǐng)域；②Name(名稱)：功能的基本特性，代表功能能夠完成的操作；③Activity(活動(dòng))：功能所包含的活動(dòng)，功能通過活動(dòng)實(shí)現(xiàn)其操作；④Rules(規(guī)則)：功能實(shí)現(xiàn)中需要遵循的規(guī)則及限制；⑤Actor(操作者)：操作者代表功能的使用者，由誰來操作功能的實(shí)現(xiàn)；⑥I／O(輸入輸出)：輸入輸出指在功能實(shí)現(xiàn)過程中對(duì)所操作對(duì)象的改變，輸入為操作對(duì)象，輸出為改變后的對(duì)象。

圖4 功能參考模型元模型

    2.2.2 功能參考模型表示方法

    為了方便與用戶交流，避免對(duì)需求的錯(cuò)誤理解，采用UML用例圖進(jìn)行功能建模，圖5為毛坯生產(chǎn)準(zhǔn)備用例圖。

圖5 毛坯生產(chǎn)準(zhǔn)備用例圖

2.3 流程參考模型

    2.3.1 流程參考模型元模型

    如圖6所示，流程元模型描述流程建模最基本的建模元素，定義如下：①Domin(領(lǐng)域)：流程所屬領(lǐng)域，一個(gè)流程只能屬于一個(gè)領(lǐng)域；②Activity(活動(dòng))：流程所包含的功能及活動(dòng)，一個(gè)流程對(duì)應(yīng)多個(gè)功能或活動(dòng)；③I/O(輸入輸出)：輸入輸出指流程對(duì)操作對(duì)象的改變，一個(gè)流程對(duì)應(yīng)多個(gè)輸入與輸出；④Rules(規(guī)則)：流程執(zhí)行過程中需要遵循的規(guī)則及活動(dòng)執(zhí)行的先后順序等，一個(gè)流程對(duì)應(yīng)多個(gè)規(guī)則。

圖6 流程模型特征

    2.3.2 流程參考模型表示方法

    采用UML中的活動(dòng)圖進(jìn)行流程建模，圖7為針對(duì)月計(jì)劃的毛坯生產(chǎn)準(zhǔn)備流程。

圖7 月計(jì)劃毛坯準(zhǔn)備流程

2.4 參考模型分類方法與特征值

    參考模型分類方法有樹結(jié)構(gòu)分類法、關(guān)鍵詞分類法、分類編碼方法等，這幾種方法都具有自己的特點(diǎn)與不足，樹結(jié)構(gòu)分類法具有很好的可擴(kuò)展性，但在參考模型數(shù)量很多的情況下使用不便；關(guān)鍵詞分類法可以建立跨行業(yè)的參考模型庫并進(jìn)行檢索，但整體結(jié)構(gòu)不清晰，不利于添加參考模型入庫；分類編碼方法通過用戶填寫的關(guān)鍵詞表單就可以檢索符合用戶要求的參考模型，但檢索結(jié)果不理想，檢索出的參考模型并不都是用戶所需要的；由于本文提出的MES參考模型是針對(duì)航天企業(yè)的，模型數(shù)量并不是很多，并要求具有良好的可擴(kuò)展性，在使用過程中實(shí)現(xiàn)參考模型的積累，因此采用樹結(jié)構(gòu)分類法進(jìn)行分類，樹結(jié)構(gòu)按照功能一業(yè)務(wù)特征的順序進(jìn)行展開，分類方式圖8所示。

圖8 MES參考模型庫樹結(jié)構(gòu)

    樹結(jié)構(gòu)中每一個(gè)最末端的節(jié)點(diǎn)都代表了一套具有自己特征值的參考模型，為了方便對(duì)特征值進(jìn)行描述與對(duì)參考模型庫進(jìn)行檢索，本文通過關(guān)鍵詞來描述參考模型的特征值，關(guān)鍵詞矩陣如表3所示。

    下面以生產(chǎn)準(zhǔn)備為例說明參考模型的特征關(guān)鍵詞取值，如表4所示。

表3 關(guān)鍵詞矩陣

表4 特征關(guān)鍵詞取值

3 需求建模

3.1 基于需求的參考模型檢索

    在需求建模過程中，如何在參考模型庫中檢索出需要的模型是基于參考模型需求建模的關(guān)鍵技術(shù)，由于在參考模型庫建立過程中已經(jīng)將參考模型賦予了領(lǐng)域、功能、關(guān)鍵詞等特征，因此本文將領(lǐng)域特征用于參考模型的檢索，提出了基于領(lǐng)域特參考模型檢索方法，按照生產(chǎn)模式、領(lǐng)域、領(lǐng)域三個(gè)層次進(jìn)行檢索，方法如圖9所示。

圖9 參考模型檢索過程

    具體步驟為：①選擇生產(chǎn)模式；②根據(jù)選定產(chǎn)模式檢索出其對(duì)應(yīng)的領(lǐng)域功能；③選擇需要需求建模的功能；④選擇選中功能的業(yè)務(wù)特征；上面四步的選擇結(jié)果為條件檢索參考模型庫；示檢索到的參考模型。

    例如在調(diào)研過程中獲取如下需求：對(duì)月計(jì)劃下毛坯生產(chǎn)準(zhǔn)備單，要考慮毛坯生產(chǎn)或購買時(shí)間，可以按照如下條件與順序檢索參考模型庫：①領(lǐng)域：計(jì)劃；②功能：生產(chǎn)準(zhǔn)備；③目標(biāo)：月計(jì)劃；④準(zhǔn)備內(nèi)容：毛坯生產(chǎn)準(zhǔn)備；⑤準(zhǔn)備形式：有生產(chǎn)準(zhǔn)備單；⑥有無提前期：有。

3.2 實(shí)現(xiàn)

    在應(yīng)用了參考模型進(jìn)行需求分析后，我公司信息化室MES系統(tǒng)實(shí)施周期大大縮短，在公司數(shù)控車間僅用了一個(gè)月時(shí)間完成了調(diào)研、設(shè)計(jì)及開發(fā)工作并開始上線實(shí)施。經(jīng)過實(shí)施過程驗(yàn)證，軟件與車間需求符合度為90％，剩下的10％中大部分是關(guān)于操作習(xí)慣等軟件使用方面的需求，軟件功能與流程完全符合車間現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)狀。

4 結(jié)論

    本文提出了一種基于參考模型的MES需求建模方法，為不同生產(chǎn)模式的航天企業(yè)建立了參考模型庫并通過領(lǐng)域特征進(jìn)行分類，在獲取了企業(yè)需求后，基于需求領(lǐng)域特征對(duì)參考模型庫的檢索，得到符合需求的需求模型，有效利用了在MES實(shí)施過程中積累的知識(shí)，能夠更加準(zhǔn)確、有效地建立MES需求模型。參考模型庫也在實(shí)施過程中不斷得到完善，為以后的開發(fā)與實(shí)施提供更加全面的支持。最后，該方法在我公司數(shù)控車間的MES系統(tǒng)實(shí)施中得到了驗(yàn)證，取得了良好的效果。

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/

本文標(biāo)題：基于參考模型的制造業(yè)MES/ERP需求建模

本文網(wǎng)址：http://www.ezxoed.cn/html/consultation/1082009166.html