1.5 制造系統的建模方法論

制造系統的構建不僅涉及如何通過學習提高對制造哲理的理解，如何在體制與組織機構改革的實踐中逐步實現相應的制造系統，而且還需要企業建模理論、工程開發周期和實施過程等工程項目建模方法論的指導。

1.5.1 企業建模理論與方法

1．企業建模的基本概念

企業建模是對企業中的事務功能、事務數據和事務循環以及其他有益于描述企業狀況的模型進行抽象化表達的過程。企業模型為企業建模人員與執行事務功能的人員之間達成共識提供基礎，以便對企業的事務動作過程和資源進行確認。通過企業模型，一方面能夠分析與評價現行企業動作的效能；另一方面，可以在分析與評價的基礎上，按照新的管理理論對企業模型進行優化，以獲得符合精益生產、并行工程、敏捷制造和智能制造等新型管理方式的新企業模型。在對這個新模型進行分析與評價后，可以采用業務流程再造(Business Process Re-engineering，BPR)等手段根據新模型對企業進行改造，然后再進行集成，就能夠實現提高產品質量、降低成本、縮短產品設計與開發周期以及快速響應市場變化等目標。因此，經確認的企業模型將是企業實施制造系統的后續步驟的基礎和極其寶貴的信息源、知識源。模型是實際事物、實際系統的抽象。它是針對需要了解和解決的問題，抽取其主要因素和主要矛盾，忽略一些不影響基本性質的次要因素，形成對實際系統的表示方法。模型的表示形式可以多種多樣，可以是數學表達式、物理模型或圖形文字描述等。總之，只要能回答所需研究問題的實際事物或系統的抽象表達式，都可以稱為模型。在企業模型研究中，由于企業實際問題的復雜性、不確定性和人的因素、主觀因素的存在，應用更多的是圖形模型和文字描述模型。

企業建模是企業診斷和優化的基礎，是企業集成的基礎，為分析現有企業問題，找出差距，提供描述和分析手段，并支持進行具體實現。企業建模分析已經滲透制造系統的各個方面，為提高企業的競爭力，就必須優化企業的人力、設備配置以及各種過程，而優化的基礎是建模。供應鏈模型則有助于優化企業和供應商以及用戶之間的關系和過程，因此可以說，包括信息集成在內的整個系統集成和優化的基礎就是企業建模。

2．參考體系結構

對企業進行集成所需的集成信息流與組織系統的開發面臨3個主要問題。第一，如果沒有任何經驗就進行開發，開發的費用（風險）會很高。第二，用戶組織中通常不具備進行集成項目所需的全部技能。第三，如果不采用市場上針對企業的通用技術，那么開發出來的新的組織和信息結構將是不可行的，而且很脆弱。開發企業參考體系結構的出發點是：因為對各種類型的企業來說，集成項目的大部分實際上是相同的或是相似的。因此，可以獲取這些共同點，進行標準化并投入應用，以避免從頭做起進行開發。一旦標準化后，將會有各種工具、方法和大量的兼容產品支持被廣泛接受的體系結構，從而在時間上和費用上獲益。下面是一些基本概念。

1）企業參考體系結構

企業參考體系結構有狹義的和廣義的兩種定義。狹義的企業參考體系結構在一個通用的層次上描述集成企業，是從各個視角描述將要投入運行的企業的模型系統。廣義的企業參考體系結構描述企業開發的各個階段，而且每個階段都從各個視角描述。先前的系統是后來生成系統的一部分。

如圖1-11所示，參考體系結構中的功能實體細化為可以實現的功能部件，同時細化功能部件之間的交互方式，就可以構成體系結構。而將體系結構中的功能部件及其交互方式實現、組裝、測試之后，就可以構成實際系統。反之，從實際系統、體系結構到參考體系結構的構建過程，屬于逆向工程的過程，主要用于系統的故障檢測、維護，以及功能擴展。

2）建模方法和工具

建模方法和工具用來對上述建模進行創建、開發和分析。它們不一定要與特定的參考體系結構或方法論關聯。

3）方法論

方法論是用戶為了實現企業集成戰略并在該戰略下完成集成項目時可以遵循的一組“已得到驗證的”指導方針、技術、步驟，實際上就是一系列實施指南。方法論通常與參考體系結構一起開發。

4）集成基礎設施

集成基礎設施是一個企業集成所必需的、以通信功能為基礎的系統。

企業參考體系架構是一種由多種具有關聯關系的模型工具共同構成的模型庫。作為一個集成化有機整體，企業參考體系架構不僅能夠從不同角度、不同層次對企業系統加以描述，形成若干獨立模型，而且這些獨立模型之間也因存在著呼應關系而不孤立。企業參考體系架構為企業解決集成中的what&how問題。一般企業參考體系架構具有3個基本特點：系統性、包容性和實用性。

（1）系統性——提供設計功能、組織、數據、資源等多方面因素及概念、邏輯、物理多種抽象的方法體系結構，為進一步實現企業系統開發和改造過程的標準畫、統一化，甚至自動化創造條件。

（2）包容性——能夠將眾多的系統開發方法和工具集在企業參考體系框架下加以統一，使它們彼此聯系、相互溝通，既可促進各方法在實用中的有效結合，也有利于使用不同方法的開發人員的協調合作。

（3）實用性——能夠在企業模型體系理論的指導下，輔助以實用化軟件支持環境，為實際企業系統的建模、分析和評價提供計算機支持。有的甚至提供典型行業的企業參考模型，作為建立客戶化企業應用結構的基礎。

3．體系結構

制造系統是一個復雜的大系統，企業實施制造系統是一個復雜的系統工程。為了保證系統的實施能夠得到良好的效果，除了需要實施者有良好的理論、技術和豐富的實施經驗外，還需要有先進實施方法論的指導和工具系統的支持。

如圖1-11所示，制造系統的體系結構是制造企業參考體系結構的功能實體細化，是研究制造系統各部分組成及相關關系的技術科學，反映描述系統的各個組成部分及其相互關系的一組模型，是系統實施方法和工具系統的基礎。研究制造系統的體系結構也就是為企業研究一種從系統設計到實施的具有較高規范程度和參考價值的參考結構，以及利用此參考結構較快又較優地規劃、設計和實施制造系統的方法、工具及集成基礎結構。制造系統體系結構的特點除了有一般企業模型體系具有的系統性、包容性和實用性外，還要求企業模型具有整體性、一致性和開放性。

（1）整體性——能夠完整、全面地反映企業各個組成部分在全生命周期的各個階段中的靜態特征和運作流程，為企業的整體集成優化提供參考。

（2）一致性——能夠保證模型體系的各個維及各層次的視圖在數據、事件、功能以及相關屬性等方面一致。這種一致性是保證信息流通、轉換及共享的基本條件。

（3）開放性——包括空間上的開放性、時間上的開放性和時空上的開放性。

空間上的開放性使系統的各組成部分在空間上能夠有效地集成起來；時間上的開放性能保持制造系統有盡可能長的生命周期；時空上的開放性則可保證系統在進行技術改造時，能盡可能多地利用原有系統中的組成部分，而對那些需要改造的部分，又能簡易地、有效地被替代，需要增添的部分也能簡易地被集成入原有系統，在時間上和空間上使這些新舊組成部分具有良好的相容性。

4．企業建模方法

企業建模方法，是指基于一定研究目的，提出對研究對象的知識的表示法，以便在研究過程中有一種共同語言，能毫不含糊地進行分析研究和交流。先有明確的目標，并針對這一目標和研究對象的某一“方面”選取合適的建模方法（表示方法），然后對這些表示方法進行明確的格式化，就能根據研究的“方面”的概念，建立起這“方面”的模型。

1.5.2 工程項目開發的生命周期

本節僅簡要地從系統科學和軟件工程的角度講述制造系統應用工程開發生命周期的主要步驟以及各階段的主要任務和工作內容。

根據國內外開發制造系統的實踐，參照方法論中關于規模大、周期長、任務繁重、結構復雜，又往往投入巨資大系統的開發過程，工程項目開發的生命周期要經歷若干個結構化進程。例如，CIMS應用工程開發的生命周期就劃分為以下5個階段。

1）可行性論證階段

可行性論證階段的主要任務是：了解企業的戰略目標及內外現實環境；確定CIMS的總體目標和主要功能；擬訂集成的總體方案和實施的技術路線，并從技術、經濟和社會條件等方面論證技術方案的可行性；制訂投資規劃和開發計劃；完成可行性論證。該階段的工作內容有：了解市場環境、經營目標和采取的策略；調查和分析企業當前的狀況；明確需求，確定CIMS的目標及主要功能；擬訂CIMS的集成方案和采取的技術路線；擬訂系統開發計劃；投資概算初步成本效益分析以及編寫可行性論證報告等。

2）初步設計階段

初步設計階段的主要任務是：確定制造系統需求；建立目標系統的功能模型；確定信息模型的實體和聯系；提出制造系統實施的主要技術方案。該階段的工作內容有：需求分析；總體結構設計；性能指標設計；確定信息模型；接口要求；方法和技術路線；關鍵技術；系統配置；實施進度計劃；規劃CIMS環境下的組織機構；經費預算；效益分析以及編寫設計報告等。

3）詳細設計階段

詳細設計階段的主要任務是：對初步設計產生的系統方案進一步完善和細化；數據庫系統的概念、邏輯和物理結構設計；應用系統的軟件結構、算法、代碼編寫說明；硬件施工安裝設計；確定組織機構、人員配置和培訓計劃。該階段的工作內容有：確定系統的詳細需求；應用軟件系統設計；數據庫系統設計；系統資源設計；系統組織機構的調整與確定；確定技術標準；擬訂系統實施計劃；投資預算及資金規劃以及編寫詳細設計報告等。

4）工程實施階段

工程實施階段將詳細設計的內容進行物理實現，產生一個可運行的系統。它的主要任務是：數據庫、網絡及生產設備的安裝調試；應用軟件編碼、安裝、調試；組織機構落實、人員定崗。該階段的工作內容有：數據庫系統實施；應用系統實施；生產設備及計算機資源實施和組織機構實施等。

5）系統運行與維護階段

系統運行與維護階段的主要任務是：對投入運行的CIMS進行調整和修改；改正在開發階段產生而在調試階段又未發現的錯誤，并使系統適應外界環境的變化；實現功能的擴充和性能的改善；對系統的運行效果進行評價。該階段的工作內容有：操作規程；維護手冊；人員培訓；運行狀況記錄；軟件維護；數據庫和數據文件維護；硬件資源維護；機構和人員的調整以及系統評價等。

1.5.3 系統的實施方法

制造系統的實施是一個復雜的特大型系統工程。制造系統的開發要以系統工程和軟件工程的方法論為指導，既要保證系統的實用有效，又要保證系統的集成。因此，必須采取總體規劃、分步實施的開發路線。分步實施將分解對資金和技術力量的需求，減輕企業的壓力，更重要的是，可以分階段見效、鼓舞士氣、堅定信心，使企業增強經濟實力，為下一階段的開發積蓄力量。分步實施應貫徹效益驅動的思想，根據企業的總目標和生產經營瓶頸解決企業急需，實現重點突出。

實施過程中強調人的作用。計算機及各種先進的自動化設備固然有其優點，但只能代替人的部分體力勞動和腦力勞動。即使將來技術再發展，也不可能全部代替人。因此，制造系統實際上是一個復雜的人機系統，即部分工作由計算機等完成，部分工作由人完成。人將永遠是制造系統中一個重要的組成部分。

實施后，綜合評價制造系統工程的全部價值。應該把全部項目效益（貨幣效益、戰略效益、特征效益）和影響項目成功的全部因素（技術、經濟、組織、環境方面的風險因素）集成起來，綜合評價制造系統的工程價值。