基于功能建模及過(guò)程建模制造系統(tǒng)的建模框架與方法的論文
《基于功能建模及過(guò)程建模制造系統(tǒng)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(guò)程建模兩種制造系統(tǒng)建模框架與方法,分析了軟件對(duì)象技術(shù)、組件技術(shù)和代理技術(shù)的不同特點(diǎn)提出了基于多代理的制造系統(tǒng)建模框架,它由對(duì)象自治性層次維、代寫(xiě)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(shí)現(xiàn)方法,開(kāi)發(fā)了基于多代理的制造系統(tǒng)軟件與軟件對(duì)象和組件相比,智能代理具有更強(qiáng)的自治性和智能性,能夠滿(mǎn)足復(fù)雜制造系統(tǒng)對(duì)分布式數(shù)據(jù)和分散控制的要求,為制造系統(tǒng)過(guò)程集成提供了新的途徑
關(guān)鍵詞: 代理; 建模框架; 制造系統(tǒng); 軟件工程;多代理系統(tǒng);業(yè)務(wù)過(guò)程建模
制造系統(tǒng)建模內(nèi)容豐富、覆蓋面廣,其體系結(jié)構(gòu)是由一組活動(dòng)、方法和工具組成,從不同角度對(duì)制造系統(tǒng)模型進(jìn)行描述利用面向?qū)ο蠹夹g(shù),制造系統(tǒng)建模采用抽象、分解和封裝的策略把整個(gè)系統(tǒng)模型分解為一組對(duì)象的集合,各對(duì)象之間應(yīng)用交互機(jī)制協(xié)作完成各部分功能組件技術(shù)作為對(duì)象技術(shù)高層抽象性對(duì)象,被越來(lái)越多地應(yīng)用于大型復(fù)雜分布式異構(gòu)環(huán)境的應(yīng)用系統(tǒng)而代理技術(shù)比對(duì)象技術(shù)具有更強(qiáng)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(tǒng)建模框架,并實(shí)現(xiàn)了多代理系統(tǒng)軟件方法
1．制造系統(tǒng)建模方法
經(jīng)國(guó)內(nèi)外研究人員多年努力,已形成許多有影響的制造系統(tǒng)建模方法和建模工具系統(tǒng),主要有基于功能建模和基于過(guò)程建模的兩大類(lèi)建模方法
1.1 基于功能的建模方法
20世紀(jì)90年代初,制造系統(tǒng)建模方法主要由基于功能的建模方法所主導(dǎo),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(tǒng)各個(gè)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(tǒng)一的活動(dòng)單元來(lái)描述整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)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(dòng)單元模型無(wú)法表達(dá)豐富的建模語(yǔ)義,難以滿(mǎn)足制造系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜模型描述的要求
1.2 基于過(guò)程的建模方法
針對(duì)功能分解法的不足,許多學(xué)者提出了基于過(guò)程的制造系統(tǒng)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(guò)程模型為核心,建立由多個(gè)活動(dòng)交互形成的系統(tǒng)運(yùn)行的業(yè)務(wù)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?qū)ο蠓椒ń⒅圃煜到y(tǒng)多個(gè)視圖的模型,包括組織視圖、數(shù)據(jù)視圖、產(chǎn)品/服務(wù)視圖和功能視圖,并用控制視圖來(lái)描述這些視圖的邏輯關(guān)系和約束規(guī)則由于核心過(guò)程跨越組織和部門(mén),能夠更好地描述業(yè)務(wù)過(guò)程,支持制造系統(tǒng)集成,適應(yīng)系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)變化。
2. 基于多代理的制造系統(tǒng)建模方法
2.1 多代理技術(shù)
代理技術(shù)是在對(duì)象技術(shù)和組件技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的自治性主體面向?qū)ο蠹夹g(shù)為實(shí)體描述提供了一種抽象對(duì)象被定義為具有狀態(tài)集和對(duì)狀態(tài)集操作的方法集所組成的封裝實(shí)體,通過(guò)與其他對(duì)象進(jìn)行消息傳遞的通信機(jī)制調(diào)用對(duì)象的方法,改變對(duì)象的狀態(tài)對(duì)象邊界能夠保護(hù)狀態(tài)數(shù)據(jù),使其不受或很少受到對(duì)象外部的影響,因而對(duì)象具有較高的封裝性和獨(dú)立性,具有很好的模塊化特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)象重用和軟件重用
組件技術(shù)為對(duì)象引用提供對(duì)象管理服務(wù)對(duì)象管理服務(wù)體系結(jié)構(gòu)[5]提供公共對(duì)象服務(wù)、通用設(shè)施、領(lǐng)域接口和應(yīng)用接口,為分布計(jì)算提供通用平臺(tái)通過(guò)遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用或?qū)ο笠脵C(jī)制,實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)資源的透明互操作和協(xié)同計(jì)算,適用于傳統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定的制造系統(tǒng)環(huán)境和企業(yè)應(yīng)用程序組件之間通過(guò)接口進(jìn)行交互,并主動(dòng)提供服務(wù),具有可重構(gòu)性,可擴(kuò)展性和半自治性的特點(diǎn)
代理技術(shù)進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)象的自治性,還具有反應(yīng)性、能動(dòng)性、自學(xué)習(xí)性和社會(huì)性等特點(diǎn)[6,7]自治性是代理最基本的特性自治性使代理一旦啟動(dòng)運(yùn)行,無(wú)需用戶(hù)直接干預(yù)能獨(dú)立執(zhí)行代理控制著自己的外部行為和內(nèi)部狀態(tài)管理者通過(guò)授權(quán)可以使代理進(jìn)行決策,完成事務(wù)處理反應(yīng)性使代理能感知和作用所處的環(huán)境,如物理實(shí)體、用戶(hù)圖形接口或其他的代理集等,并對(duì)環(huán)境改變及時(shí)做出響應(yīng),遇到例外情況時(shí)可以及時(shí)采取措施
能動(dòng)性使代理以目標(biāo)為導(dǎo)向,不是被動(dòng)地接受指令要求,而是采取主動(dòng),不斷地探測(cè)環(huán)境,根據(jù)目標(biāo)導(dǎo)向來(lái)調(diào)整策略,適時(shí)地對(duì)自身系統(tǒng)行為做出調(diào)整,而不是等待環(huán)境的變化通過(guò)能動(dòng)性,系統(tǒng)只是接受高層次的要求,決定如何滿(mǎn)足目標(biāo)和協(xié)調(diào)策略,使系統(tǒng)能動(dòng)地對(duì)環(huán)境變化做出快速響應(yīng),提高系統(tǒng)的敏捷性
自學(xué)習(xí)性使代理能夠從過(guò)去的執(zhí)行情況中不斷學(xué)習(xí),以指導(dǎo)未來(lái)的行為代理能從大量歷史數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)用戶(hù)的需求或系統(tǒng)狀態(tài)
社會(huì)性使代理與其他代理通信協(xié)調(diào),積極參與合作,在目標(biāo)導(dǎo)向下協(xié)作完成一些復(fù)雜任務(wù)從而形成代理社會(huì)這種社會(huì)性大大地分散了系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)和控制邏輯,系統(tǒng)具有更加開(kāi)放的性能
2.2 基于多代理的制造系統(tǒng)建模框架
在基于過(guò)程的建模方法基礎(chǔ)上,結(jié)合多代理技術(shù),筆者提出基于多代理的制造系統(tǒng)建模框架。該框架采用了3個(gè)不同維度來(lái)描述基于多代理的制造系統(tǒng)模型,它們分別是對(duì)象自治性層次維、軟件生命周期維和視圖模型組維對(duì)象自治性層次維分為被動(dòng)對(duì)象、主動(dòng)對(duì)象和智能代理3種類(lèi)型軟件生命周期維分為需求定義、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)3個(gè)不同階段視圖模型組維采用面向?qū)ο蟮姆椒ń⒍鄠�(gè)視圖模型,例如數(shù)據(jù)視圖、功能視圖、資源視圖和組織視圖等并以目標(biāo)視圖為導(dǎo)向,以過(guò)程模型為核心,用過(guò)程模型來(lái)描述這些視圖的邏輯關(guān)系和約束規(guī)則
該模型還有以下顯著特點(diǎn):
①增加了對(duì)象自治性層次維,整個(gè)系統(tǒng)是由多個(gè)對(duì)象、組件和智能代理組成的集合被動(dòng)對(duì)象是指封裝狀態(tài)集和方法集而沒(méi)有自我控制線程的抽象實(shí)體,通常表現(xiàn)為簡(jiǎn)單對(duì)象主動(dòng)對(duì)象是指封裝狀態(tài)集和方法集并具有自我控制線程的對(duì)象,通常表現(xiàn)為服務(wù)端或Web服務(wù)(Web Service),以及基于對(duì)象引用的各類(lèi)組件智能代理是指智能的自治性對(duì)象
②視圖維中增加了目標(biāo)視圖:目標(biāo)視圖利用目標(biāo)層次結(jié)構(gòu)樹(shù),描述制造系統(tǒng)的.目標(biāo)層次,并通過(guò)細(xì)化,達(dá)到目標(biāo)策略控制的目的由于多個(gè)代理以目標(biāo)導(dǎo)向來(lái)指導(dǎo)自己的行為,并與其他代理協(xié)調(diào)完成共同目標(biāo),所以目標(biāo)視圖在多代理系統(tǒng)中的作用尤為突出
③生命周期維中保證構(gòu)件的一致性:在建模工具系統(tǒng)中,模型的分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3個(gè)生命周期階段的構(gòu)件(artifact)必須保證在上一階段表達(dá)的每個(gè)構(gòu)件語(yǔ)義在下一階段能夠找到相應(yīng)的語(yǔ)義表達(dá),從而維持各個(gè)構(gòu)件在分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)階段中模型的一致性
④系統(tǒng)建模框架獨(dú)立于軟件實(shí)現(xiàn)方法和實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言
2.3 多代理軟件實(shí)現(xiàn)
基于上述框架,在應(yīng)用開(kāi)發(fā)中采用了多代理軟件實(shí)現(xiàn)方法[8~10],其系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)如圖3所示
此方法的主要步驟說(shuō)明如下:
①根據(jù)制造系統(tǒng)實(shí)際需求分析確定應(yīng)用系統(tǒng)的總體目標(biāo),進(jìn)行目標(biāo)分解,建立目標(biāo)層次結(jié)構(gòu)樹(shù)
②由需求分析確定系統(tǒng)邊界,建立應(yīng)用系統(tǒng)的高層用例,并用用例的交互圖來(lái)描述
③細(xì)化應(yīng)用用例,明確各個(gè)用例涉及的角色和對(duì)象之間的交互
④采用多層體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng),平衡各層功能,分析被動(dòng)對(duì)象、主動(dòng)對(duì)象和智能代理,以此建立類(lèi)層次結(jié)構(gòu)
⑤對(duì)各個(gè)類(lèi)進(jìn)行精化,建立相應(yīng)的協(xié)議圖、過(guò)程圖和交互圖
⑥組裝各個(gè)對(duì)象,建立系統(tǒng)的應(yīng)用框架
⑦應(yīng)用特定平臺(tái)和編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)各個(gè)構(gòu)件
3． 結(jié) 語(yǔ)
在基于多代理的制造系統(tǒng)建模框架中,智能代理具有比對(duì)象和組件更強(qiáng)的自治性和智能性,能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用的分散控制和智能控制目標(biāo)視圖能夠協(xié)調(diào)多個(gè)代理共同完成任務(wù)而基于代理的軟件實(shí)現(xiàn)提供為制造系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了新的途徑
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