制造执行系统(MES)主要针对车间的全部生产过程进行生产管理。在ERP／MES／PCS三层架构中，MES是ERP和PCS之间的信息纽带，他对ERP制定的生产计划进行分解，并根据PCS反馈的生产现场实时信息对PCS做出调度指令，将生产过程中有关的资源利用、动态成本核算等方面信息及时地提供给ERP系统。
焊管生产是混合型过程工业，生产中各工序连续，工序之间衔接离散。各工序生产都由自动化设备完成，而这些设备在使用过程中必然会由于磨损等原因发生故障，维修不可避免，也有些处于常规维护。为了恢复设备的性能和精度，保障生产顺畅运行，就需要用相应的备件替换旧件。然而从经济上考虑，备件储备占用的资金是企业流动资金的一部分，是定额流动资金中的储备资金。因而降低库存备件占用资金，对企业的资金周转意义很大。除了对备件出入库等常规管理之外，还需要根据生产状况、设备维护计划及当前库存制定合适的备件采购策略，优化备件管理，使库存保持在合理水平。
UML(统一建模语言)是通用的、标准的建模语言，为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持，包括由需求分析到规格、构造和配置。UML建模系统包括需求模型、对象模型和体系结构模型。应用各种UML图从不同层次、不同角度分析设计直至实现系统，是一个复杂的过程。目前UML的应用还只是一些简单的系统，企业计算机管理系统开发中应用UML建模相对较少，他的使用价值还没有得到应有的发挥。笔者以焊管MES备件管理系统为例，论述UML在需求模型、对象模型、体系结构模型建模中的具体应用。
1 焊管生产备件管理需求分析
焊管生产备件管理中涉及到的人员有系统管理员、备件库管理员和采购决策人员。系统管理员应能够对备件管理系统进行初始设置，为使用系统的人分配相应权限，进行系统的日常维护。备件库管理员需根据库房情况对库位进行设置，对采购入库的备件记录其详细信息，包括备件自身信息(编号、名称、规格、材质等)、备件采购信息(供货商、采购日期、价格等)和备件入库信息(入库单号、入库日期、入库数量、库位等)；备件出库时需记录备件出库数量、出库去向、领用人等信息，当备件在库房之间或在库内变动时，需及时更新备件信息，定期或不定期地对备件进行盘点，核实备件实际库存与管理系统中库存是否一致，然后将核实的结果向上级反映并做相应处理，除此之外备件库管理员还要能够对备件各方面的信息进行查询，根据需要打印各种报表。采购决策人员需要做好备件库存优化工作，包括从备件管理系统中提取信息进行分析，对库存进行预测，制定好备件采购计划，包括采购时间和采购量等。
2 系统需求模型
UML需求模型包括静态模型(用例图)和动态模型(活动图)。用例图描述外部的执行者与系统提供的用例之间的关系，活动图描述系统中各种活动的执行顺序。
2.1 用例图
备件管理系统的顶层用例图如图1所示。
与系统交互的参与者为系统管理员、备件库管理员、采购决策人员。用例图是后续建模和实际开发的重要依据。
图1 备件管理系统顶层用例图
系统管理员负责系统的硬件环境和软件需求、日常维护、初始设置。初始设置指系统管理员录入备件库管理员信息并为其分配使用权限，同时对系统进行数据初始化。
备件库管理员负责库房管理事务：出入库、盘库移库、库位设置等，备件库管理员库房管理用例图如图2所示。当初始备件入库时，先核实入库备件信息，无误后录入并给备件分配相应的库位，同种备件下次再入库时，系统自动为其分配库位。备件出库时库房管理员记录出库数量、时间、去向、领用部门及领用人等信息。当备件在库房位置发生变动，需及时更新备件库位信息，做移库处理，便于内部信息与库房实际信息相符。备件库管理员还需定期盘点库房，更加全面有效地掌握整个库房信息。当库房盘点时，禁止备件出入库房，确保盘点的正确性。盘点完成后对盘盈盘亏的备件做记录，并将盈亏信息上报有关部门，经其审核后做相应处理。
图2 备件库管理员库房管理用例图
采购决策人员根据当前库存、生产状况和设备维修计划，从系统中提取必要的信息进行分析决策，最终确定库存量和采购需求。对备件进行ABC分类，计算备件的安全库存，根据备件历史消耗统计记录及当前库存对备件下一时段的库存预测，并给出采购计划，包括采购时间和采购数量等。
2.2 活动图
活动图描述了需要做的活动和其执行顺序，包括活动、系统状态、执行活动条件等。备件入库活动图如图3所示。本系统包括很多业务活动，如出入库、移库盘点、库存优化等。当需要入库时，库管员需要结合入库单进行核实，当无误时入库。登录验证正确后进人入库管理界面，录入入库备件基础信息，为其分配库位时，系统将检查库房状况，包括盘点及库位占用情况，如果未盘库且未超过该库位的数量限制，那么就确定库位，系统自动更新库存，入库成功。如果库房正在盘点则不能人库。如果选定的库位超过了库位数量限制，信息提示选择其他合适库位，确保最终入库成功。
图3 备件入库活动图
3 系统对象模型
系统对象模型包括静态模型和动态模型。静态模型通过类图、对象图、包图描述系统中对象之间的关系；动态模型通过顺序图、合作图、状态图描述对象之间的交互关系。分别以类图和顺序图进行论述。
3.1 类图
类图定义了类的内部结构，如类属性与操作等；还包括类之间的关系，如关联、依赖、聚合等。备件管理的业务内容包括用户管理、入库管理、出库管理、盘点管理等，可以从中找出系统实体类，如用户管理类、备件入库类、备件出库类、备件盘点类等。对于关系数据库而言，通常每个实体类映射数据库中相应的一个二维表，实体类中的属性对应该表中的字段，而每个对象就是该表中的一条记录。在备件管理系统中，定义的各个类之间一般都有关系发生。如一个备件库管理员可以对多条备件入库记录操作，而一条入库记录一般由一个备件库管理员操作。用户管理同备件入库之间是1对多(*)的关系。备件管理系统类图如图4所示。
图4 备件管理系统类图
3.2 顺序图
顺序图描述了交互对象间的交互方式、完成某项行为的对象和这些对象之间传递消息的时间顺序。他是UML业务过程分析中非常重要的一种图，是对整个系统工作流程的一个过程反映，直接影响系统将来是否和实际系统相符合。备件入库用例顺序图如图5所示。当备件需要入库时，备件库管理员请求登录备件入库界面，经过用户管理进行身份验证并返回确认信息后，备件库管理员进人备件入库界面。备件库管理员向备件入库界面发出备件入库请求，通过备件入库界面录入备件信息和库位，录入的信息存人数据库相应的表中，最后在备件入库界面显示备件入库成功的信息。
图5 备件入库用例顺序图
4 系统体系结构模型
系统体系结构模型包括构件图和部署图，用于建立系统的实现模型，使用构件图描述业务过程，使用部署图描述业务过程中的组织机构和资源。
4.1 构件图
构件图用来描述程序代码的组织结构，说明各个构件之间的依赖关系，从而便于人们分析和发现当修改某个构件时可能对哪些构件产生影响，以便对他们做相应的修改或更新。备件管理系统库房管理部分的构件图如图6所示。
图6 备件管理系统库房管理部分构件图
4.2 部署图
部署图描述的是系统运行时的结构，展示了硬件的配置及其软件如何部署到网络结构中。图7为备件管理系统部署图。备件管理系统包括数据库服务器、初始设置、库房管理和库存优化4个节点。初始设置节点、库房管理节点和库存优化节点都是通过以太网方式与数据库服务器连接。
图7 备件管理系统部署图
以焊管MES备件管理系统开发为背景，在需求分析基础上结合UML建模机制，分别从需求模型、对象模型、体系结构模型对系统进行建模。
(1)需求模型中通过建立用例图来描述用户希望系统支持的特征，为后续建模和开发奠定基础；通过建立活动图来描述系统在执行某一用例时的具体步骤。
(2)对象模型中建立了类图来描述系统的架构，指导程序员编码；建立顺序图来说明类的对象是如何交互实现用例功能。
(3)体系结构模型中通过建立构件图来描述代码构件的物理结构以及各种构件之间的依赖关系；通过建立部署图来描述系统的物理部署。
从不同层次、不同角度细致地描述了系统，方便了系统分析、设计、开发及实施时的信息交流与沟通，降低了系统的开发难度，缩短了开发时间。用UML建模指导开发的备件管理系统现已成功应用于焊管生产现场，取得了良好的应用效果。
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