0 引言
傳統的制造企業正在從單一生產車間向多功能的生產中心過渡。由于競爭環境日趨激烈，制造企業僅有充足的生產能力是遠遠不能夠適應市場快速變化的需求。在某種意義上，制造企業應該能夠預測不斷變化的市場，生產制造的概念正在從強調生產到強調過程控制轉變；生產制造概念的提出，就是找到一種方法，從過去的企業強調生產能力的充足到現在的注重生產過程控制。作為一種成熟的解決方案，MES已經得到廣泛應用。目前已經開展了很多旨在挖掘對MES部署具有影響因素的研究工作。減輕文檔工作的負載是MES帶給工業領域的顯著的優勢之一。因此，影響MES部署和實施的因素成為許多研究人員一直以來努力研究的熱點話題。
有關如何生成用于描述MES部署所需文檔是非常重要的關鍵因素。目前，IEM概念能夠很好地描述MES的部署，而且有些公司已經采用了這個概念，并已在其業務中使用相應的軟件IEM／M02GO。然而，使用當前版本的IEM／M02GO并不能對一個相對復雜的MES部署模型作很好的描述。由于對圖形文件格式(目前只支持JPEG格式)的支持有限，文檔中的一些關于MES部署過程視圖可讀性不強。通常情況下，在信息流中定義的元素已經具備了更多更細致的信息，但卻沒有有效的方法來獲取這些信息，并把它生成到文檔中。為了處理上述情況，本文將闡述如何通過生成SVG格式的視圖，并將它們鏈接在一起用于展示整個MES部署過程。
1 研究現狀
在制造企業之間的競爭日趨激烈的今天，制造企業更希望他們的生產線與市場同步，需要有一種方法或工具來實現這一要求。制造執行系統(MES)是能夠輔助管理工廠制造流程，實現生產線與市場同步的信息技術系統，它能夠提高企業的市場競爭力和生產效率，現已得到廣泛應用。因此，有很多的建模方法用于模擬制造執行系統的實施部署過程，集成化企業建模(IEM)就是其中之一。集成化企業建模是由弗勞恩霍夫研究所(IPK)開發，該研究所主要從事生產系統和設計技術的研究。
1992年，總部位于波士頓的AMR研究所，對制造應用企業的執行層提出了制造執行系統的概念。這個概念存在于企業與控制系統之間，是為了提供可視性和控制功能。后來的定義來自于1997年MESA(制造執行解決方案協會)，其中指出“制造執行系統提供從訂單到成品的優化生產的活動信息。使用現有準確的數據，制造執行系統能夠指導，啟動，響應以及生成工廠活動的報告。這樣的結果能夠反映不斷變化的條件，有助于減少非增值活動，有效地推動工廠運營和管理。制造執行系統提高了經營性資產的回報，準時交貨率，存貨周轉率，毛利率和現金流量。制造執行系統提供有關企業和供應鏈通過雙向通信活動的關鍵信息。”MESA國際標準對制造執行系統功能有11種描述：資源分配和狀態、操作和詳細調度、調度生產單位、文檔控制、數據收集和采集、勞動管理、質量管理、過程管理、維修管理、產品跟蹤和譜系以及性能分析。
ISA-95標準將企業應用程序定義分成三個識別層：實驗室信息管理系統(LIMS)、倉庫管理系統(WMS)和計算機化維護管理系統(CMMS)。另一種關于制造執行系統解釋更為自然，能夠貼近于部署制造執行系統的過程。這個定義也將企業應用功能分成三個層次：“頂層被稱為商業規劃和物流”，“底層的功能適用于有關具體過程中的批次，連續和離散控制活動”和“位于上述兩個功能層之間生產經營管理層，相當于現代的制造執行系統”。
生成制造業使用制造執行系統來幫助企業設計他們的生產線已有十多年的歷史了。鑒于制造執行系統解決方案覆蓋范圍之廣泛，一些技術已在不同的領域發生了變化。雖然制造執行系統概念的主要內容仍然存在，但是上述變化將帶來對未來的制造執行系統解決方案的影響。這些領域包括：精益生產(LEAN)、過程分析技術(PAT)、移動設備、企業應用集成(EAI)、生物識別、射頻識別。
集成化企業建模的概念是用多視圖模型的方法來描述制造企業的信息流和產品流。此外，這個概念還支持不依賴現有的組織結構的業務流程分析。
集成化企業建模(IEM)分析了“面向對象的方法”并將其用于企業建模這一概念。IEM概念定義了業務流程中的四個基本要素。使用這四個基本要素，IEM可以描述“通用模型”基本結構。IEM／M02GO系統可以模擬應用集成化企業建模(IEM)這一概念的建模過程，同時提供多種方法分析模型。例如在某些行業信息系統的規劃或實施。
基于IT系統實施部署的調查，IT實施的文檔作為影響IT項目管理的重要因素之一已經被多次直接或間接地指出，對II項目的最終實施有重大影響。MES部署作為IT系統實施部署的特例尤其需要文檔支持。因此，一個有特色的文檔生成工具將對MES實施部署具有很大的幫助。
2 圖形生成
2.1 MES部署過程
圖形生成模塊將實現，以矢量圖和位圖的視圖來描述MES部署過程模型。
位圖格式文件如JPEG、GIF和PNG常用于當前的辦公軟件中。位圖文件十分便于存儲、壓縮和作為圖表形式插入其他文件中。雖然位圖格式文件容易處理，如Java能夠很容易地生成JPEG文件，但是位圖文件的一些缺點并不適合本項目，如對圖像放大或是縮小都會破壞文件的質量。這樣將不適合本項目，因為多數情況下，生成圖像將被數倍放大于原尺寸。
因此，基于以上分析，向量圖形文件將更適合。矢量圖形，如點、線、曲線和形狀，或多邊形，它們都是基于數學方程，代表在計算機圖形圖像的幾何圖元。這些特性恰好適合該項目的需求，但這種文件格式的兼容性不太好，像通常用戶需要插入圖形到Microsoft Omce辦公軟件，由于SVG和EMF自身的限制，有時圖形不能正確顯示。因此位圖格式的圖形仍然是這個項目的備份計劃。
圖形生成模塊提供兩種方式用以生成描述MES部署過程的圖形文檔：位圖和矢量圖。對各功能模塊描述具體如下：對于使用IEM／M02GO客戶端編輯過的MES部署過程模型，此系統將提供如下功能：生成選擇元素視圖，若視圖文件為JPEG，系統提供在內存中拷貝功能；生成若干視圖描述整個MES部署過程，如果視圖中存在邏輯關系，需將其關聯。如上功能詳細描述如下：
(1)生成選擇元素視圖
生成選擇元素視圖實現如下功能：對于在IEM／M02GO客戶端編輯過的MES部署過程模型，本系統可以輸出位于同一層的含有被選定元素的最小矩形視圖。視圖文件格式支持SVG，EMF，JPEG。
(2)生成若干視圖描述整個MES部署過程
生成若干視圖描述整個MES部署過程實現如下功能：對于在IEM／M02GO客戶端編輯過的MES部署過程模型，如果MES模型包括若干層，即模型中的Action存在細化描述，則本系統可以以SVG的格式輸出所有層。并且使用SVG中鏈接的特性，將子層與父層鏈接。可以在支持SVG的瀏覽器中通過單擊Action的圖形區域實現對子層的瀏覽。每個模塊的要求簡要介紹如表1所示。
表1 圖形模塊的詳細功能列表
2.2 SVG矢量圖
矢量圖文件格式如SVG是一種以可擴展標記語言(XML)為基礎的文件格式，它可以十分方便地轉化成其他圖像格式。由于SVG是基于XML的文件格式，所以SVG可能嵌入到超文本標記語言(HTML)中，成為在線文檔生成的一部分。“SVG格式圖形可以在任何文本編輯器中創建和編輯”。
SVG是一個相對新的矢量圖形文件格式。它是一種基于XML的文件格式的，用于描述二維靜態或是動態矢量圖形一個語言族群。今天，SVG仍然是一個無專利的、公開的和正在進行的項目。坦率地說，SVG是這樣一種通用的文件格式：“SVG難以歸類在一個簡單的定義中”。最重要的是，SVG是看被作一個繪圖解決方案，正因為如此，SVG是囊括了所有基本的矢量圖形通用的繪圖方法的系統。
所有當今主流Web瀏覽器至少在一定程度上支持SVG矢量圖形，其中包括Microsoft Intemet Explorer 9，Mozilla Firefox，Google Chrome和Apple Safari。然而，沒有更早期版本的如Microsoft Intemet Explorer(IE)支持的SVG矢量圖。“2010年8月31日，谷歌宣布索引SVG內容的Web，SVG的文件無論在獨立的文件或嵌入在HTML中都將會被索引。用戶開始看到SVG內容在其搜索結果中列出。“2010年12月8日，谷歌圖片搜索也開始索引SVG文件”114 3。2011年1月28日，“谷歌開始允許僅限于SVG圖片文件搜索結果。此功能于2011年2月11日正式公布。
如上所述，batik是用于Java應用程序中繪制SVG圖形的開發工具。它可以被看作是一個Graphics2D的Java解決方案，以DOM樹結構組織所有繪畫元素。SVG圖形可以很容易地顯示在Web瀏覽器和嵌入HTML中，有很多鼠標動作在SVG圖形中得到支持，鏈接就是其中之一。
2.3 SVG視圖生成
SVG的模塊包含兩個子模塊：Selected Elements子模塊和All Layers子模塊。
SVG視圖生成子模塊(Selected Elements子模)塊將為這個系統中的大部分功能模塊提供非常基本的服務。它以一個Action實例作為輸入，輸出只包含選定的元素圖形視圖。圖1顯示了這個模塊的結構。Selected Elements子模塊的核心是LayerSVG，它聚合zeichenflaeche類和SVGGraphics2D類；它依賴于PaintFNS接口關聯與MComponent類。Linie類和Rechteck類是PaintFNS接口的實現。
圖1 selected elements子模塊系統類圖
Selected Elements子模塊的算法
實現生成選定的元素的SVG格式視圖文件的邏輯十分自然。由于IEM／M02GO客戶端已定義了元素的顏色，形狀，默認的字體風格，和元素尺寸，根據用戶喜歡顯示比例，該功能模塊將元素的絕對位置轉換成顯示位置，該功能模塊中有一個標志位，指示元素是否選中(高亮)。所有這些信息都是密封在MComponent類中。因此，整個繪畫過程將開展如下：
S1找到所有選定的MComponents，并將它們保存在一個列表中。
S2因為每一個MComponent有一個新的顯示位置和顯示比例，這樣不難找到的包含所有選定MComponent的最小面積。
S3設置背景顏色。
S4設置新的原始點(通常在左上角)，顯示比例(縮放因子)，把所有MComponents位置轉換到新位置。
S5生成每MComponent的圖形。這里MComponent需要分解成基本部分來繪制。例如它可以分解成線、矩形和非圖形(如一個元素的名稱)，然后用各自的方法來繪制它們。
2.4 MES部署過程模型視圖生成
MES部署過程模型視圖生成子模塊(All Layers子模)塊將產生MES部署過程的所有layers的SVG格式視圖。這一模塊將采用輸出文件路徑和存有MComponent的數組作為輸入，并生成一個文件夾，其中包括描述MES部署模型的所有Layers的SVG格式的視圖文件。LayerSVGAll類聚合zeichenflaeche類和SVGGraphics2D類；它依賴于ActionElementsAll類和MComponent類；它有一個PaintFNS類的接口。
(1)All Layers子模塊的算法
由于IEM／M02GO客戶端框架限制，實現這一模塊不能直接使用Selected Elements子模塊。因為只有在當前操作窗口的元素才能被系統初始化，那些沒有在當前操作窗口中顯示的元素沒有被初始化(如定義的顏色，形狀，例如，設置新的坐標)。但是因為當IEM／M02GO客戶端打開任何文件時，它總是可以顯示一個root下面的一個Layer(層)，而所有的層之間的關系是Action聯系起來的。任何IEM定義下得模型都服從服這個概念，可以找到所有帶有子層的Action，放在其一個列表中。考慮所有帶有子層的Action可以在上級層預覽，如圖2所示。因此，應用這個邏輯于所有子層。(用戶預覽子層時，IEM／M02GO客戶端會初始化在這個子層的元素，但坐標是負值)所有子層可以在這種方式生成。之后，此系統需要將它們連接在一起。除頂層外，所有圖層命名其Action的GUID。當這個系統生成一個層的視圖文件時，它會找到在這一層內有子層的所有Action。根據它們的坐標，該系統將新生成SVG格式文件根據其Action的坐標把他們鏈接起來并保存在一個新的文件夾中。IEM模型中的所有元素都可視為根的子節點。IEM模型中每層元素也可視為存儲在相應深度樹的某節點。如一個Action的子層，則該子層內的元素可視為Action的子節點。圖3顯示的IEM模型的數據結構。
圖2 all layers子模塊類圖
圖3 IEM模型數據結構示意圖
我們使用基于DFS算法遍歷IEM數據來得到所有Actions，
流程圖見圖4，具體算法的偽代碼如下：
getRepresentation(temporaryList，resultlAst){
get the first elememt from temporaryList
remove the first element from temporaryList
add to resultList
if(the element has sublayer){
add results in temporaryList
getRepresentation(temporaryList，resultList)
}
}else if(the size of temporaryList bigger than zero)
getRepresentation(temporaryList，resultList)
}
return resultList；
}
圖4 DFS算法在本系統應用的程序流程圖
4 系統測試
對于SVG的模塊，由于Office Word中不支持SVG格式，因此測試結果不能顯示在Office Word。鑒于在對系統功能測試的同時考慮到系統應用的一般性，故所選是示例為IPK提供的描述MES部署過程的模型。該模型中含有108個Actions，其中13個Actions有子層。
圖5是SVG模塊中“All Layers”功能模塊在生成結果截圖。從這個截圖中，可以看出，pic0.svg過程模型的頂層，如果用戶把鼠標浮在Action“Acquisition”之上，將會有如圖6所示信息，這個圖形將鏈接到文件“pic{6EOD4F44-18E0-4E86-A686-57988003918B}.SVG”對應與圖5。這是使用SVG的一個特性來展現完整MES部署過程模型。
圖5 Au Layer功能模塊文檔生成結果
系統的功能測試基本遵循黑盒測試，鑒于部分測試結果無法在Office Word展示，所以功能測試章節沒有展示全部測試結果。本系統不僅在系統功能層面完全滿足系統設計需求，而且其提供的功能能夠描述當前MES部署過程模型。
圖6 SVG鏈接功能在IE9中的展示
5 結語
本文提出了圖形化的方法來展示MES部署過程。借用SVG模塊，用戶可以自動生成MES部署過程中的任何視圖，并且可以利用生成一系列鏈接在一起的視圖文件描述完整的MES部署過程。本方法的優點之一就是降低了MES部署模型的文檔生成時間。通常來說，當制造公司部署MES系統的期間，往往需要花費6周到8周的時間來部署一個新系統，本文提出的方法可以縮短這個時間。而本文提出的標準適合于當前的MES部署。對于將來的MES系統，隨著IT和制造業的發展，描述MES部署過程將會出現不同于現在的觀點。
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