基於功能建模及過程建模製造系統的建模框架與方法的論文

　　《基於功能建模及過程建模製造系統的建模框架與方法》----軟體工程論文

　　摘要: 介紹了基於功能建模和基於過程建模兩種製造系統建模框架與方法,分析了軟體物件技術、元件技術和代理技術的不同特點提出了基於多代理的製造系統建模框架,它由物件自治性層次維、代寫博士論文軟體生命週期維和多檢視模型維組成採用基於多代理的軟體工程實現方法,開發了基於多代理的製造系統軟體與軟體物件和元件相比,智慧代理具有更強的自治性和智慧性,能夠滿足複雜製造系統對分散式資料和分散控制的要求,為製造系統過程整合提供了新的途徑

　　關鍵詞: 代理; 建模框架; 製造系統; 軟體工程;多代理系統;業務過程建模

　　製造系統建模內容豐富、覆蓋面廣,其體系結構是由一組活動、方法和工具組成,從不同角度對製造系統模型進行描述利用面向物件技術,製造系統建模採用抽象、分解和封裝的策略把整個系統模型分解為一組物件的集合,各物件之間應用互動機制協作完成各部分功能元件技術作為物件技術高層抽象性物件,被越來越多地應用於大型複雜分散式異構環境的應用系統而代理技術比物件技術具有更強自治性,為分散控制和智慧控制提供新的支援,因此,筆者提出了基於多代理的製造系統建模框架,並實現了多代理系統軟體方法

　　1．製造系統建模方法

　　經國內外研究人員多年努力,已形成許多有影響的製造系統建模方法和建模工具系統,主要有基於功能建模和基於過程建模的兩大類建模方法

　　1.1 基於功能的建模方法

　　20世紀90年代初,製造系統建模方法主要由基於功能的建模方法所主導,代表方法有CIMOSA和IDEF方法其主要思想是採用功能分解法和遞階層次控制建立製造系統各個不同檢視中的模型以CIMOSA建模方法[1]為例,其檢視組包括功能檢視、資訊檢視、組織檢視和資源檢視由於功能分解法採用統一的活動單元來描述整個系統各個遞階層次中的功能模組,因而具有較好的通用性和一致性但使用單一的活動單元模型無法表達豐富的建模語義,難以滿足製造系統對複雜模型描述的要求

　　1.2 基於過程的建模方法

　　針對功能分解法的不足,許多學者提出了基於過程的製造系統建模方法,代表方法有ARIS方法[2,3]和工作流建模方法[4]其主要思想是以過程模型為核心,建立由多個活動互動形成的系統執行的業務流,有效地整合控制流、物料流和資訊流以ARIS建模方法為例,如圖1所示,採用面向物件方法建立製造系統多個檢視的模型,包括組織檢視、資料檢視、產品/服務檢視和功能檢視,並用控制檢視來描述這些檢視的邏輯關係和約束規則由於核心過程跨越組織和部門,能夠更好地描述業務過程,支援製造系統整合,適應系統組織結構變化。

　　2. 基於多代理的製造系統建模方法

　　2.1 多代理技術

　　代理技術是在物件技術和元件技術基礎上發展而來的自治性主體面向物件技術為實體描述提供了一種抽象物件被定義為具有狀態集和對狀態集操作的方法集所組成的封裝實體,透過與其他物件進行訊息傳遞的通訊機制呼叫物件的方法,改變物件的狀態物件邊界能夠保護狀態資料,使其不受或很少受到物件外部的影響,因而物件具有較高的封裝性和獨立性,具有很好的模組化特點,實現物件重用和軟體重用

　　元件技術為物件引用提供物件管理服務物件管理服務體系結構[5]提供公共物件服務、通用設施、領域介面和應用介面,為分佈計算提供通用平臺透過遠端過程呼叫或物件引用機制,實現跨平臺資源的透明互操作和協同計算,適用於傳統的相對穩定的製造系統環境和企業應用程式元件之間透過介面進行互動,並主動提供服務,具有可重構性,可擴充套件性和半自治性的特點

　　代理技術進一步加強了物件的自治性,還具有反應性、能動性、自學習性和社會性等特點[6,7]自治性是代理最基本的特性自治性使代理一旦啟動執行,無需使用者直接干預能獨立執行代理控制著自己的外部行為和內部狀態管理者透過授權可以使代理進行決策,完成事務處理反應性使代理能感知和作用所處的環境,如物理實體、使用者圖形介面或其他的代理集等,並對環境改變及時做出響應,遇到例外情況時可以及時採取措施

　　能動性使代理以目標為導向,不是被動地接受指令要求,而是採取主動,不斷地探測環境,根據目標導向來調整策略,適時地對自身系統行為做出調整,而不是等待環境的變化透過能動性,系統只是接受高層次的要求,決定如何滿足目標和協調策略,使系統能動地對環境變化做出快速響應,提高系統的敏捷性

　　自學習性使代理能夠從過去的執行情況中不斷學習,以指導未來的行為代理能從大量歷史資料中發現使用者的需求或系統狀態

　　社會性使代理與其他代理通訊協調,積極參與合作,在目標導向下協作完成一些複雜任務從而形成代理社會這種社會性大大地分散了系統執行的資料和控制邏輯,系統具有更加開放的效能

　　2.2 基於多代理的製造系統建模框架

　　在基於過程的建模方法基礎上,結合多代理技術,筆者提出基於多代理的製造系統建模框架。該框架採用了3個不同維度來描述基於多代理的製造系統模型,它們分別是物件自治性層次維、軟體生命週期維和檢視模型組維物件自治性層次維分為被動物件、主動物件和智慧代理3種類型軟體生命週期維分為需求定義、系統設計和系統實現3個不同階段檢視模型組維採用面向物件的方法建立多個檢視模型,例如資料檢視、功能檢視、資源檢視和組織檢視等並以目標檢視為導向,以過程模型為核心,用過程模型來描述這些檢視的邏輯關係和約束規則

　　該模型還有以下顯著特點:

　　①增加了物件自治性層次維,整個系統是由多個物件、元件和智慧代理組成的集合被動物件是指封裝狀態集和方法集而沒有自我控制執行緒的抽象實體,通常表現為簡單物件主動物件是指封裝狀態集和方法集並具有自我控制執行緒的物件,通常表現為服務端或Web服務(Web Service),以及基於物件引用的各類元件智慧代理是指智慧的自治性物件

　　②檢視維中增加了目標檢視:目標檢視利用目標層次結構樹,描述製造系統的.目標層次,並透過細化,達到目標策略控制的目的由於多個代理以目標導向來指導自己的行為,並與其他代理協調完成共同目標,所以目標檢視在多代理系統中的作用尤為突出

　　③生命週期維中保證構件的一致性:在建模工具系統中,模型的分析、設計與實現3個生命週期階段的構件(artifact)必須保證在上一階段表達的每個構件語義在下一階段能夠找到相應的語義表達,從而維持各個構件在分析、設計和實現階段中模型的一致性

　　④系統建模框架獨立於軟體實現方法和實現語言

　　2.3 多代理軟體實現

　　基於上述框架,在應用開發中採用了多代理軟體實現方法[8~10],其系統分析與設計如圖3所示

　　此方法的主要步驟說明如下:

　　①根據製造系統實際需求分析確定應用系統的總體目標,進行目標分解,建立目標層次結構樹

　　②由需求分析確定系統邊界,建立應用系統的高層用例,並用用例的互動圖來描述

　　③細化應用用例,明確各個用例涉及的角色和物件之間的互動

　　④採用多層體系結構應用系統,平衡各層功能,分析被動物件、主動物件和智慧代理,以此建立類層次結構

　　⑤對各個類進行精化,建立相應的協議圖、過程圖和互動圖

　　⑥組裝各個物件,建立系統的應用框架

　　⑦應用特定平臺和程式語言實現各個構件

　　3．結語

　　在基於多代理的製造系統建模框架中,智慧代理具有比物件和元件更強的自治性和智慧性,能夠實現系統應用的分散控制和智慧控制目標檢視能夠協調多個代理共同完成任務而基於代理的軟體實現提供為製造系統應用開發提供了新的途徑

　　參考文獻:

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　　[ 9 ] Booch G, Rumbaugh J, Jacoboson I.The unified modeling language user guide[M]. Lakewood: Addison-Wesley, 1999.85-244.

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