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)系計劃層和控制層之間的紐帶，越來越受到企業(yè)的重視。在設(shè)計和開發(fā)MES時，軟件開發(fā)者有時重復(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)計和開發(fā)上，提高軟件生產(chǎn)效率。使得軟件設(shè)計和開發(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)用能夠帶來更大的經(jīng)濟效益。框架是整個或部分系統(tǒng)的可復(fù)用設(shè)計，表現(xiàn)為一組抽象構(gòu)件及構(gòu)件實例間交互的方法；另一種定義認為，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?？蚣転閷崿F(xiàn)特定領(lǐng)域的軟件復(fù)用提供了很好的技術(shù)支持，它不僅實現(xiàn)了代碼的復(fù)用。而且使設(shè)計和分析也能復(fù)用。 

1. 框架的領(lǐng)域分析

與傳統(tǒng)類庫相比，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，是對特定領(lǐng)域中一組應(yīng)用系統(tǒng)的共性進行的抽象表達。開發(fā)人員只有掌握相關(guān)領(lǐng)域的知識。對該領(lǐng)域的具體應(yīng)用系統(tǒng)進行全方位的了解，才能開發(fā)出針對該領(lǐng)域的框架。框架的開發(fā)需要得到領(lǐng)域知識，而領(lǐng)域知識的獲取離不開領(lǐng)域工程技術(shù)?？蚣艿脑O(shè)計需要提煉出構(gòu)件并提供集成機制。實現(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)計劃下達到生產(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)管理全過程。MES以生產(chǎn)計劃為主線，以調(diào)度為核心，通過合理的組織和安排，調(diào)動各種生產(chǎn)資源，達到企業(yè)生產(chǎn)成本最小化、效益最大化的目的。通過將各種資源進行合理配置與管理，通過產(chǎn)品需求與企業(yè)資源有機地結(jié)合，既滿足用戶及市場要求，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，填補計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：工序詳細調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、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)采集等十一個功能模塊。

由此可見，MES系統(tǒng)有很多的子系統(tǒng)、子模塊，各個系統(tǒng)之間關(guān)系錯綜復(fù)雜。因此建立多層次信息處理平臺、深層次實現(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、準確的輔助決策支持平臺。這不僅有助于加強生產(chǎn)活動的綜合管理，深化經(jīng)營理念，也有助于大大提升公司系統(tǒng)的生產(chǎn)管理工作和績效水平。MES系統(tǒng)具有普通MIS系統(tǒng)的特點。

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)，包括對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行嚴格管理；確定信息處理過程標準化；同一數(shù)據(jù)和報表標準格式；對數(shù)據(jù)進行加工和處理；支持信息管理和決策工作等。

概括起來，MES系統(tǒng)具有以下幾個特點：

①MES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人員級別不一，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）之間進行通訊，涉及到從實時系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)，這就要求通信的實時性。以及將實時數(shù)據(jù)按一定的要求進行采集、實時準確的轉(zhuǎn)存到相應(yīng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中；

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

⑥由于企業(yè)的需求會有變動，所以設(shè)計系統(tǒng)時要充分考慮到系統(tǒng)的通用性和擴展性，以滿足企業(yè)的不同需求。因此，系統(tǒng)要在設(shè)計時充分考慮到系統(tǒng)的可擴展性、可集成性要求。并且盡量采用符合開放式標準，健壯的平臺。

2. 共性模塊

經(jīng)過框架的領(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)進行程序開發(fā)，而關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是持久化數(shù)據(jù)存儲的成熟解決方案。開發(fā)MES時通常同時使用這兩種技術(shù)。在面向?qū)ο蟮姆治鲈O(shè)計中使用實體（Entity）來表示系統(tǒng)的抽象概念。分析模型中的實體在設(shè)計中需要考慮存儲，常常又被稱之為數(shù)據(jù)對象（Data Object）。

但關(guān)系數(shù)據(jù)庫并非Object-Oriented（至少目前來說，對象數(shù)據(jù)庫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)計中應(yīng)用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想來處理數(shù)據(jù)的持久化問題。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)來讓開發(fā)者減少編寫增加、修改、刪除、和查詢數(shù)據(jù)庫代碼的工作量。

O／R框架顧名恩義就是進行Object（對象）到Rational（關(guān)系型數(shù)據(jù)存儲）的映射。O／R框架通過某種方式定義實體，屬性到數(shù)據(jù)表，字段的映射。框架給開發(fā)人員提供對象訪問接口來操作對象的增加、修改、刪除、和查詢，而不是使用SQL。對于底層數(shù)據(jù)的訪問將由O／R映射框架來完成。

（2）實時數(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)，以實時監(jiān)控底層設(shè)備的運行狀態(tài)，再經(jīng)過分析、計算、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)狀況及時反饋給計劃層。

 同時，MES還可以將計劃層的指令傳遞給底層控制系統(tǒng)。沒有MES則存在著管理、控制的斷層，就會使現(xiàn)場的一個個自控系統(tǒng)各自為政。導(dǎo)致自動化孤島的存在。車間的實時信息的掌握、反饋是制造執(zhí)行系統(tǒng)對上層計劃系統(tǒng)正常運行的保證。車間的生產(chǎn)管理是制造執(zhí)行系統(tǒng)的根本任務(wù)，而對底層控制的支持則是制造執(zhí)行系統(tǒng)的特色。因此實時數(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)建對象作為業(yè)務(wù)實體模型：通過創(chuàng)建和使用這些業(yè)務(wù)對象，來完成應(yīng)用的一項服務(wù)。創(chuàng)建太多的對象會消耗額外的計算資源。很多情況下。

創(chuàng)建一個對象并不僅僅是使用一條new語句這樣簡單。為了創(chuàng)建業(yè)務(wù)對象開發(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)建對象本身是完全不同的過程。要求消耗另外的計算資源。為了消除重新創(chuàng)建對象的開銷。進而也消除相關(guān)的附屬開銷。

一種辦法是只創(chuàng)建對象一次，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)庫或者Web服務(wù)端點。應(yīng)用可以在從該處取出這個對象。并在任何需要它的時候訪問該對象的服務(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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