微締MES制造執行系統框架的領域分析

制造執行系統MES（Manufacturing Execution System）作為聯系計劃層和控制層之間的紐帶，越來越受到企業的重視。在設計和開發MES時，軟件開發者有時重復研究、開發相同或相似的MES系統。開發人員不能把精力集中到業務和流程等主要方面。因此把軟件復用技術應用到MES系統的設計和開發上，提高軟件生產效率。使得軟件設計和開發人員能夠更專注于業務的優化與流程重組。顯得尤為重要。

軟件復用技術包括代碼、設計以及分析復用，以框架為代表的較高層次的軟件復用能夠帶來更大的經濟效益?？蚣苁钦麄€或部分系統的可復用設計，表現為一組抽象構件及構件實例間交互的方法；另一種定義認為，框架是可被應用開發者定制的應用骨架。前者是從應用方面而后者是從目的方面給出的定義?？蚣芊椒ㄔ诤艽蟪潭壬辖梃b了硬件技術發展的成就。它是構件技術、軟件體系結構研究和應用軟件開發三者發展結合的產物。框架為實現特定領域的軟件復用提供了很好的技術支持，它不僅實現了代碼的復用。而且使設計和分析也能復用。 

1. 框架的領域分析

與傳統類庫相比，框架與領域密切相關，它定義了特定領域應用系統的公共結構。而類的復用并沒有領域相關的限制。類是一種小粒度的可復用資源。而框架則提供了系統級的可復用性。支持系統的、全面的軟件復用，是一種大粒度的可復用資源。

框架總是面向特定領域的，是對特定領域中一組應用系統的共性進行的抽象表達。開發人員只有掌握相關領域的知識。對該領域的具體應用系統進行全方位的了解，才能開發出針對該領域的框架?？蚣艿拈_發需要得到領域知識，而領域知識的獲取離不開領域工程技術。框架的設計需要提煉出構件并提供集成機制。實現后的框架又反作用于相應的領域。為該領域系統軟件的開發提供支持。

 MES從生產計劃下達到生產排產、組織、執行、控制，直至生產出合格的產品。它貫穿生產管理全過程。MES以生產計劃為主線，以調度為核心，通過合理的組織和安排，調動各種生產資源，達到企業生產成本最小化、效益最大化的目的。通過將各種資源進行合理配置與管理，通過產品需求與企業資源有機地結合，既滿足用戶及市場要求，又使企業資源得到充分合理的利用。 

 MES在企業系統的三層結構中起著承上啟下，填補計劃層和控制層之間的空白的作用。MES本身也是各種生產管理的功能軟件集合，包括：工序詳細調度、資源分配和狀態管理、生產單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、質量管理、文檔控制、產品跟蹤和產品清單管理、性能分析和數據采集等十一個功能模塊。

由此可見，MES系統有很多的子系統、子模塊，各個系統之間關系錯綜復雜。因此建立多層次信息處理平臺、深層次實現各相關部門的信息交換并為相關部門和領導決策層提供高效、準確的輔助決策支持平臺。這不僅有助于加強生產活動的綜合管理，深化經營理念，也有助于大大提升公司系統的生產管理工作和績效水平。MES系統具有普通MIS系統的特點。

其主要任務是完成行業日常結構信息處理任務，包括對基礎數據進行嚴格管理；確定信息處理過程標準化；同一數據和報表標準格式；對數據進行加工和處理；支持信息管理和決策工作等。

概括起來，MES系統具有以下幾個特點：

①MES系統是一種分布式應用系統，表現為系統資源的分布性和客戶的分布性；

②MES系統是一種有較高安全要求的應用系統。由于系統涉及的使用人員和維護人員級別不一，系統應杜絕未經授權的任何操作；

③MES系統中許多子系統都涵蓋、對應多種數據類型的大數據量的數據，要求考慮數據獲取、處理、分析等復雜性；

④MES系統需要與車間層操作控制系統SFC（Shop Floor Control）之間進行通訊，涉及到從實時系統讀取數據，這就要求通信的實時性。以及將實時數據按一定的要求進行采集、實時準確的轉存到相應的系統數據庫中；

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

⑥由于企業的需求會有變動，所以設計系統時要充分考慮到系統的通用性和擴展性，以滿足企業的不同需求。因此，系統要在設計時充分考慮到系統的可擴展性、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

經過框架的領域分析。抽象出的共性模塊有：

（1）數據操作通用模塊。MES系統通常采用面向對象技術進行程序開發，而關系型數據庫是持久化數據存儲的成熟解決方案。開發MES時通常同時使用這兩種技術。在面向對象的分析設計中使用實體（Entity）來表示系統的抽象概念。分析模型中的實體在設計中需要考慮存儲，常常又被稱之為數據對象（Data Object）。

但關系數據庫并非Object-Oriented（至少目前來說，對象數據庫OODBMS還未成為商用系統的主流），因此常常需要考慮如何在設計中應用面向對象的設計思想來處理數據的持久化問題。數據操作通用模塊采用目前流行的O／R映射框架（帆Mapping Framework）技術來讓開發者減少編寫增加、修改、刪除、和查詢數據庫代碼的工作量。

O／R框架顧名恩義就是進行Object（對象）到Rational（關系型數據存儲）的映射。O／R框架通過某種方式定義實體，屬性到數據表，字段的映射?？蚣芙o開發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。對于底層數據的訪問將由O／R映射框架來完成。

（2）實時數據通信模塊。MES可以采集設備、儀表的狀態數據，以實時監控底層設備的運行狀態，再經過分析、計算、處理，從而方便、可靠地將控制系統、信息系統整合在一起。并將生產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。沒有MES則存在著管理、控制的斷層，就會使現場的一個個自控系統各自為政。導致自動化孤島的存在。車間的實時信息的掌握、反饋是制造執行系統對上層計劃系統正常運行的保證。車間的生產管理是制造執行系統的根本任務，而對底層控制的支持則是制造執行系統的特色。因此實時數據通信具有重要的意義。

（3）緩存服務模塊。在面向對象應用中，開發人員創建對象作為業務實體模型：通過創建和使用這些業務對象，來完成應用的一項服務。創建太多的對象會消耗額外的計算資源。很多情況下。

創建一個對象并不僅僅是使用一條new語句這樣簡單。為了創建業務對象開發人員經常需要獲得很多附加參數。而獲得這些參數和創建對象本身是完全不同的過程。要求消耗另外的計算資源。為了消除重新創建對象的開銷。進而也消除相關的附屬開銷。

一種辦法是只創建對象一次，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、數據庫或者Web服務端點。應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。這種技術被稱為緩存技術。它可以減少業務對象的創建次數從而起到提高系統效率，節省資源的作用。

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