基于功能建模及過程建模制造系統的建模框架與方法的論文

　　《基于功能建模及過程建模制造系統的建模框架與方法》----軟件工程論文

　　摘 要: 介紹了基于功能建模和基于過程建模兩種制造系統建模框架與方法,分析了軟件對象技術、組件技術和代理技術的不同特點提出了基于多代理的制造系統建模框架,它由對象自治性層次維、代寫博士論文軟件生命周期維和多視圖模型維組成采用基于多代理的軟件工程實現方法,開發了基于多代理的制造系統軟件與軟件對象和組件相比,智能代理具有更強的自治性和智能性,能夠滿足復雜制造系統對分布式數據和分散控制的要求,為制造系統過程集成提供了新的途徑

　　關鍵詞: 代理; 建模框架; 制造系統; 軟件工程;多代理系統;業務過程建模

　　制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,從不同角度對制造系統模型進行描述利用面向對象技術,制造系統建模采用抽象、分解和封裝的策略把整個系統模型分解為一組對象的集合,各對象之間應用交互機制協作完成各部分功能組件技術作為對象技術高層抽象性對象,被越來越多地應用于大型復雜分布式異構環境的應用系統而代理技術比對象技術具有更強自治性,為分散控制和智能控制提供新的支持,因此,筆者提出了基于多代理的制造系統建模框架,并實現了多代理系統軟件方法

　　1．制造系統建模方法

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

　　1.1 基于功能的建模方法

　　20世紀90年代初,制造系統建模方法主要由基于功能的建模方法所主導,代表方法有CIMOSA和IDEF方法其主要思想是采用功能分解法和遞階層次控制建立制造系統各個不同視圖中的模型以CIMOSA建模方法[1]為例,其視圖組包括功能視圖、信息視圖、組織視圖和資源視圖由于功能分解法采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塊,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,難以滿足制造系統對復雜模型描述的要求

　　1.2 基于過程的建模方法

　　針對功能分解法的不足,許多學者提出了基于過程的制造系統建模方法,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,建立由多個活動交互形成的系統運行的業務流,有效地集成控制流、物料流和信息流以ARIS建模方法為例,如圖1所示,采用面向對象方法建立制造系統多個視圖的模型,包括組織視圖、數據視圖、產品/服務視圖和功能視圖,并用控制視圖來描述這些視圖的邏輯關系和約束規則由于核心過程跨越組織和部門,能夠更好地描述業務過程,支持制造系統集成,適應系統組織結構變化。

　　2. 基于多代理的制造系統建模方法

　　2.1 多代理技術

　　代理技術是在對象技術和組件技術基礎上發展而來的自治性主體面向對象技術為實體描述提供了一種抽象對象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,通過與其他對象進行消息傳遞的通信機制調用對象的方法,改變對象的狀態對象邊界能夠保護狀態數據,使其不受或很少受到對象外部的影響,因而對象具有較高的封裝性和獨立性,具有很好的模塊化特點,實現對象重用和軟件重用

　　組件技術為對象引用提供對象管理服務對象管理服務體系結構[5]提供公共對象服務、通用設施、領域接口和應用接口,為分布計算提供通用平臺通過遠程過程調用或對象引用機制,實現跨平臺資源的透明互操作和協同計算,適用于傳統的相對穩定的制造系統環境和企業應用程序組件之間通過接口進行交互,并主動提供服務,具有可重構性,可擴展性和半自治性的特點

　　代理技術進一步加強了對象的自治性,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運行,無需用戶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通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、用戶圖形接口或其他的代理集等,并對環境改變及時做出響應,遇到例外情況時可以及時采取措施

　　能動性使代理以目標為導向,不是被動地接受指令要求,而是采取主動,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通過能動性,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數據中發現用戶的需求或系統狀態

　　社會性使代理與其他代理通信協調,積極參與合作,在目標導向下協作完成一些復雜任務從而形成代理社會這種社會性大大地分散了系統運行的數據和控制邏輯,系統具有更加開放的性能

　　2.2 基于多代理的制造系統建模框架

　　在基于過程的建模方法基礎上,結合多代理技術,筆者提出基于多代理的制造系統建模框架。該框架采用了3個不同維度來描述基于多代理的制造系統模型,它們分別是對象自治性層次維、軟件生命周期維和視圖模型組維對象自治性層次維分為被動對象、主動對象和智能代理3種類型軟件生命周期維分為需求定義、系統設計和系統實現3個不同階段視圖模型組維采用面向對象的方法建立多個視圖模型,例如數據視圖、功能視圖、資源視圖和組織視圖等并以目標視圖為導向,以過程模型為核心,用過程模型來描述這些視圖的邏輯關系和約束規則

　　該模型還有以下顯著特點:

　　①增加了對象自治性層次維,整個系統是由多個對象、組件和智能代理組成的集合被動對象是指封裝狀態集和方法集而沒有自我控制線程的抽象實體,通常表現為簡單對象主動對象是指封裝狀態集和方法集并具有自我控制線程的對象,通常表現為服務端或Web服務(Web Service),以及基于對象引用的各類組件智能代理是指智能的自治性對象

　　②視圖維中增加了目標視圖:目標視圖利用目標層次結構樹,描述制造系統的.目標層次,并通過細化,達到目標策略控制的目的由于多個代理以目標導向來指導自己的行為,并與其他代理協調完成共同目標,所以目標視圖在多代理系統中的作用尤為突出

　　③生命周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個生命周期階段的構件(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系統建模框架獨立于軟件實現方法和實現語言

　　2.3 多代理軟件實現

　　基于上述框架,在應用開發中采用了多代理軟件實現方法[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根據制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,并用用例的交互圖來描述

　　③細化應用用例,明確各個用例涉及的角色和對象之間的交互

　　④采用多層體系結構應用系統,平衡各層功能,分析被動對象、主動對象和智能代理,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、過程圖和交互圖

　　⑥組裝各個對象,建立系統的應用框架

　　⑦應用特定平臺和編程語言實現各個構件

　　3． 結 語

　　在基于多代理的制造系統建模框架中,智能代理具有比對象和組件更強的自治性和智能性,能夠實現系統應用的分散控制和智能控制目標視圖能夠協調多個代理共同完成任務而基于代理的軟件實現提供為制造系統應用開發提供了新的途徑

　　參考文獻:

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