制造執行系統(MES)主要針對車間的全部生產過程進行生產管理。在ERP／MES／PCS三層架構中，MES是ERP和PCS之間的信息紐帶，他對ERP制定的生產計劃進行分解，并根據PCS反饋的生產現場實時信息對PCS做出調度指令，將生產過程中有關的資源利用、動態成本核算等方面信息及時地提供給ERP系統。
焊管生產是混合型過程工業，生產中各工序連續，工序之間銜接離散。各工序生產都由自動化設備完成，而這些設備在使用過程中必然會由于磨損等原因發生故障，維修不可避免，也有些處于常規維護。為了恢復設備的性能和精度，保障生產順暢運行，就需要用相應的備件替換舊件。然而從經濟上考慮，備件儲備占用的資金是企業流動資金的一部分，是定額流動資金中的儲備資金。因而降低庫存備件占用資金，對企業的資金周轉意義很大。除了對備件出入庫等常規管理之外，還需要根據生產狀況、設備維護計劃及當前庫存制定合適的備件采購策略，優化備件管理，使庫存保持在合理水平。
UML(統一建模語言)是通用的、標準的建模語言，為軟件開發的所有階段提供模型化和可視化支持，包括由需求分析到規格、構造和配置。UML建模系統包括需求模型、對象模型和體系結構模型。應用各種UML圖從不同層次、不同角度分析設計直至實現系統，是一個復雜的過程。目前UML的應用還只是一些簡單的系統，企業計算機管理系統開發中應用UML建模相對較少，他的使用價值還沒有得到應有的發揮。筆者以焊管MES備件管理系統為例，論述UML在需求模型、對象模型、體系結構模型建模中的具體應用。
1 焊管生產備件管理需求分析
焊管生產備件管理中涉及到的人員有系統管理員、備件庫管理員和采購決策人員。系統管理員應能夠對備件管理系統進行初始設置，為使用系統的人分配相應權限，進行系統的日常維護。備件庫管理員需根據庫房情況對庫位進行設置，對采購入庫的備件記錄其詳細信息，包括備件自身信息(編號、名稱、規格、材質等)、備件采購信息(供貨商、采購日期、價格等)和備件入庫信息(入庫單號、入庫日期、入庫數量、庫位等)；備件出庫時需記錄備件出庫數量、出庫去向、領用人等信息，當備件在庫房之間或在庫內變動時，需及時更新備件信息，定期或不定期地對備件進行盤點，核實備件實際庫存與管理系統中庫存是否一致，然后將核實的結果向上級反映并做相應處理，除此之外備件庫管理員還要能夠對備件各方面的信息進行查詢，根據需要打印各種報表。采購決策人員需要做好備件庫存優化工作，包括從備件管理系統中提取信息進行分析，對庫存進行預測，制定好備件采購計劃，包括采購時間和采購量等。
2 系統需求模型
UML需求模型包括靜態模型(用例圖)和動態模型(活動圖)。用例圖描述外部的執行者與系統提供的用例之間的關系，活動圖描述系統中各種活動的執行順序。
2.1 用例圖
備件管理系統的頂層用例圖如圖1所示。
與系統交互的參與者為系統管理員、備件庫管理員、采購決策人員。用例圖是后續建模和實際開發的重要依據。
圖1 備件管理系統頂層用例圖
系統管理員負責系統的硬件環境和軟件需求、日常維護、初始設置。初始設置指系統管理員錄入備件庫管理員信息并為其分配使用權限，同時對系統進行數據初始化。
備件庫管理員負責庫房管理事務：出入庫、盤庫移庫、庫位設置等，備件庫管理員庫房管理用例圖如圖2所示。當初始備件入庫時，先核實入庫備件信息，無誤后錄入并給備件分配相應的庫位，同種備件下次再入庫時，系統自動為其分配庫位。備件出庫時庫房管理員記錄出庫數量、時間、去向、領用部門及領用人等信息。當備件在庫房位置發生變動，需及時更新備件庫位信息，做移庫處理，便于內部信息與庫房實際信息相符。備件庫管理員還需定期盤點庫房，更加全面有效地掌握整個庫房信息。當庫房盤點時，禁止備件出入庫房，確保盤點的正確性。盤點完成后對盤盈盤虧的備件做記錄，并將盈虧信息上報有關部門，經其審核后做相應處理。
圖2 備件庫管理員庫房管理用例圖
采購決策人員根據當前庫存、生產狀況和設備維修計劃，從系統中提取必要的信息進行分析決策，最終確定庫存量和采購需求。對備件進行ABC分類，計算備件的安全庫存，根據備件歷史消耗統計記錄及當前庫存對備件下一時段的庫存預測，并給出采購計劃，包括采購時間和采購數量等。
2.2 活動圖
活動圖描述了需要做的活動和其執行順序，包括活動、系統狀態、執行活動條件等。備件入庫活動圖如圖3所示。本系統包括很多業務活動，如出入庫、移庫盤點、庫存優化等。當需要入庫時，庫管員需要結合入庫單進行核實，當無誤時入庫。登錄驗證正確后進人入庫管理界面，錄入入庫備件基礎信息，為其分配庫位時，系統將檢查庫房狀況，包括盤點及庫位占用情況，如果未盤庫且未超過該庫位的數量限制，那么就確定庫位，系統自動更新庫存，入庫成功。如果庫房正在盤點則不能人庫。如果選定的庫位超過了庫位數量限制，信息提示選擇其他合適庫位，確保最終入庫成功。
圖3 備件入庫活動圖
3 系統對象模型
系統對象模型包括靜態模型和動態模型。靜態模型通過類圖、對象圖、包圖描述系統中對象之間的關系；動態模型通過順序圖、合作圖、狀態圖描述對象之間的交互關系。分別以類圖和順序圖進行論述。
3.1 類圖
類圖定義了類的內部結構，如類屬性與操作等；還包括類之間的關系，如關聯、依賴、聚合等。備件管理的業務內容包括用戶管理、入庫管理、出庫管理、盤點管理等，可以從中找出系統實體類，如用戶管理類、備件入庫類、備件出庫類、備件盤點類等。對于關系數據庫而言，通常每個實體類映射數據庫中相應的一個二維表，實體類中的屬性對應該表中的字段，而每個對象就是該表中的一條記錄。在備件管理系統中，定義的各個類之間一般都有關系發生。如一個備件庫管理員可以對多條備件入庫記錄操作，而一條入庫記錄一般由一個備件庫管理員操作。用戶管理同備件入庫之間是1對多(*)的關系。備件管理系統類圖如圖4所示。
圖4 備件管理系統類圖
3.2 順序圖
順序圖描述了交互對象間的交互方式、完成某項行為的對象和這些對象之間傳遞消息的時間順序。他是UML業務過程分析中非常重要的一種圖，是對整個系統工作流程的一個過程反映，直接影響系統將來是否和實際系統相符合。備件入庫用例順序圖如圖5所示。當備件需要入庫時，備件庫管理員請求登錄備件入庫界面，經過用戶管理進行身份驗證并返回確認信息后，備件庫管理員進人備件入庫界面。備件庫管理員向備件入庫界面發出備件入庫請求，通過備件入庫界面錄入備件信息和庫位，錄入的信息存人數據庫相應的表中，最后在備件入庫界面顯示備件入庫成功的信息。
圖5 備件入庫用例順序圖
4 系統體系結構模型
系統體系結構模型包括構件圖和部署圖，用于建立系統的實現模型，使用構件圖描述業務過程，使用部署圖描述業務過程中的組織機構和資源。
4.1 構件圖
構件圖用來描述程序代碼的組織結構，說明各個構件之間的依賴關系，從而便于人們分析和發現當修改某個構件時可能對哪些構件產生影響，以便對他們做相應的修改或更新。備件管理系統庫房管理部分的構件圖如圖6所示。
圖6 備件管理系統庫房管理部分構件圖
4.2 部署圖
部署圖描述的是系統運行時的結構，展示了硬件的配置及其軟件如何部署到網絡結構中。圖7為備件管理系統部署圖。備件管理系統包括數據庫服務器、初始設置、庫房管理和庫存優化4個節點。初始設置節點、庫房管理節點和庫存優化節點都是通過以太網方式與數據庫服務器連接。
圖7 備件管理系統部署圖
以焊管MES備件管理系統開發為背景，在需求分析基礎上結合UML建模機制，分別從需求模型、對象模型、體系結構模型對系統進行建模。
(1)需求模型中通過建立用例圖來描述用戶希望系統支持的特征，為后續建模和開發奠定基礎；通過建立活動圖來描述系統在執行某一用例時的具體步驟。
(2)對象模型中建立了類圖來描述系統的架構，指導程序員編碼；建立順序圖來說明類的對象是如何交互實現用例功能。
(3)體系結構模型中通過建立構件圖來描述代碼構件的物理結構以及各種構件之間的依賴關系；通過建立部署圖來描述系統的物理部署。
從不同層次、不同角度細致地描述了系統，方便了系統分析、設計、開發及實施時的信息交流與溝通，降低了系統的開發難度，縮短了開發時間。用UML建模指導開發的備件管理系統現已成功應用于焊管生產現場，取得了良好的應用效果。
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