0 引言
传统的制造企业正在从单一生产车间向多功能的生产中心过渡。由于竞争环境日趋激烈，制造企业仅有充足的生产能力是远远不能够适应市场快速变化的需求。在某种意义上，制造企业应该能够预测不断变化的市场，生产制造的概念正在从强调生产到强调过程控制转变；生产制造概念的提出，就是找到一种方法，从过去的企业强调生产能力的充足到现在的注重生产过程控制。作为一种成熟的解决方案，MES已经得到广泛应用。目前已经开展了很多旨在挖掘对MES部署具有影响因素的研究工作。减轻文档工作的负载是MES带给工业领域的显著的优势之一。因此，影响MES部署和实施的因素成为许多研究人员一直以来努力研究的热点话题。
有关如何生成用于描述MES部署所需文档是非常重要的关键因素。目前，IEM概念能够很好地描述MES的部署，而且有些公司已经采用了这个概念，并已在其业务中使用相应的软件IEM／M02GO。然而，使用当前版本的IEM／M02GO并不能对一个相对复杂的MES部署模型作很好的描述。由于对图形文件格式(目前只支持JPEG格式)的支持有限，文档中的一些关于MES部署过程视图可读性不强。通常情况下，在信息流中定义的元素已经具备了更多更细致的信息，但却没有有效的方法来获取这些信息，并把它生成到文档中。为了处理上述情况，本文将阐述如何通过生成SVG格式的视图，并将它们链接在一起用于展示整个MES部署过程。
1 研究现状
在制造企业之间的竞争日趋激烈的今天，制造企业更希望他们的生产线与市场同步，需要有一种方法或工具来实现这一要求。制造执行系统(MES)是能够辅助管理工厂制造流程，实现生产线与市场同步的信息技术系统，它能够提高企业的市场竞争力和生产效率，现已得到广泛应用。因此，有很多的建模方法用于模拟制造执行系统的实施部署过程，集成化企业建模(IEM)就是其中之一。集成化企业建模是由弗劳恩霍夫研究所(IPK)开发，该研究所主要从事生产系统和设计技术的研究。
1992年，总部位于波士顿的AMR研究所，对制造应用企业的执行层提出了制造执行系统的概念。这个概念存在于企业与控制系统之间，是为了提供可视性和控制功能。后来的定义来自于1997年MESA(制造执行解决方案协会)，其中指出“制造执行系统提供从订单到成品的优化生产的活动信息。使用现有准确的数据，制造执行系统能够指导，启动，响应以及生成工厂活动的报告。这样的结果能够反映不断变化的条件，有助于减少非增值活动，有效地推动工厂运营和管理。制造执行系统提高了经营性资产的回报，准时交货率，存货周转率，毛利率和现金流量。制造执行系统提供有关企业和供应链通过双向通信活动的关键信息。”MESA国际标准对制造执行系统功能有11种描述：资源分配和状态、操作和详细调度、调度生产单位、文档控制、数据收集和采集、劳动管理、质量管理、过程管理、维修管理、产品跟踪和谱系以及性能分析。
ISA-95标准将企业应用程序定义分成三个识别层：实验室信息管理系统(LIMS)、仓库管理系统(WMS)和计算机化维护管理系统(CMMS)。另一种关于制造执行系统解释更为自然，能够贴近于部署制造执行系统的过程。这个定义也将企业应用功能分成三个层次：“顶层被称为商业规划和物流”，“底层的功能适用于有关具体过程中的批次，连续和离散控制活动”和“位于上述两个功能层之间生产经营管理层，相当于现代的制造执行系统”。
生成制造业使用制造执行系统来帮助企业设计他们的生产线已有十多年的历史了。鉴于制造执行系统解决方案覆盖范围之广泛，一些技术已在不同的领域发生了变化。虽然制造执行系统概念的主要内容仍然存在，但是上述变化将带来对未来的制造执行系统解决方案的影响。这些领域包括：精益生产(LEAN)、过程分析技术(PAT)、移动设备、企业应用集成(EAI)、生物识别、射频识别。
集成化企业建模的概念是用多视图模型的方法来描述制造企业的信息流和产品流。此外，这个概念还支持不依赖现有的组织结构的业务流程分析。
集成化企业建模(IEM)分析了“面向对象的方法”并将其用于企业建模这一概念。IEM概念定义了业务流程中的四个基本要素。使用这四个基本要素，IEM可以描述“通用模型”基本结构。IEM／M02GO系统可以模拟应用集成化企业建模(IEM)这一概念的建模过程，同时提供多种方法分析模型。例如在某些行业信息系统的规划或实施。
基于IT系统实施部署的调查，IT实施的文档作为影响IT项目管理的重要因素之一已经被多次直接或间接地指出，对II项目的最终实施有重大影响。MES部署作为IT系统实施部署的特例尤其需要文档支持。因此，一个有特色的文档生成工具将对MES实施部署具有很大的帮助。
2 图形生成
2.1 MES部署过程
图形生成模块将实现，以矢量图和位图的视图来描述MES部署过程模型。
位图格式文件如JPEG、GIF和PNG常用于当前的办公软件中。位图文件十分便于存储、压缩和作为图表形式插入其他文件中。虽然位图格式文件容易处理，如Java能够很容易地生成JPEG文件，但是位图文件的一些缺点并不适合本项目，如对图像放大或是缩小都会破坏文件的质量。这样将不适合本项目，因为多数情况下，生成图像将被数倍放大于原尺寸。
因此，基于以上分析，向量图形文件将更适合。矢量图形，如点、线、曲线和形状，或多边形，它们都是基于数学方程，代表在计算机图形图像的几何图元。这些特性恰好适合该项目的需求，但这种文件格式的兼容性不太好，像通常用户需要插入图形到Microsoft Omce办公软件，由于SVG和EMF自身的限制，有时图形不能正确显示。因此位图格式的图形仍然是这个项目的备份计划。
图形生成模块提供两种方式用以生成描述MES部署过程的图形文档：位图和矢量图。对各功能模块描述具体如下：对于使用IEM／M02GO客户端编辑过的MES部署过程模型，此系统将提供如下功能：生成选择元素视图，若视图文件为JPEG，系统提供在内存中拷贝功能；生成若干视图描述整个MES部署过程，如果视图中存在逻辑关系，需将其关联。如上功能详细描述如下：
(1)生成选择元素视图
生成选择元素视图实现如下功能：对于在IEM／M02GO客户端编辑过的MES部署过程模型，本系统可以输出位于同一层的含有被选定元素的最小矩形视图。视图文件格式支持SVG，EMF，JPEG。
(2)生成若干视图描述整个MES部署过程
生成若干视图描述整个MES部署过程实现如下功能：对于在IEM／M02GO客户端编辑过的MES部署过程模型，如果MES模型包括若干层，即模型中的Action存在细化描述，则本系统可以以SVG的格式输出所有层。并且使用SVG中链接的特性，将子层与父层链接。可以在支持SVG的浏览器中通过单击Action的图形区域实现对子层的浏览。每个模块的要求简要介绍如表1所示。
表1 图形模块的详细功能列表
2.2 SVG矢量图
矢量图文件格式如SVG是一种以可扩展标记语言(XML)为基础的文件格式，它可以十分方便地转化成其他图像格式。由于SVG是基于XML的文件格式，所以SVG可能嵌入到超文本标记语言(HTML)中，成为在线文档生成的一部分。“SVG格式图形可以在任何文本编辑器中创建和编辑”。
SVG是一个相对新的矢量图形文件格式。它是一种基于XML的文件格式的，用于描述二维静态或是动态矢量图形一个语言族群。今天，SVG仍然是一个无专利的、公开的和正在进行的项目。坦率地说，SVG是这样一种通用的文件格式：“SVG难以归类在一个简单的定义中”。最重要的是，SVG是看被作一个绘图解决方案，正因为如此，SVG是囊括了所有基本的矢量图形通用的绘图方法的系统。
所有当今主流Web浏览器至少在一定程度上支持SVG矢量图形，其中包括Microsoft Intemet Explorer 9，Mozilla Firefox，Google Chrome和Apple Safari。然而，没有更早期版本的如Microsoft Intemet Explorer(IE)支持的SVG矢量图。“2010年8月31日，谷歌宣布索引SVG内容的Web，SVG的文件无论在独立的文件或嵌入在HTML中都将会被索引。用户开始看到SVG内容在其搜索结果中列出。“2010年12月8日，谷歌图片搜索也开始索引SVG文件”114 3。2011年1月28日，“谷歌开始允许仅限于SVG图片文件搜索结果。此功能于2011年2月11日正式公布。
如上所述，batik是用于Java应用程序中绘制SVG图形的开发工具。它可以被看作是一个Graphics2D的Java解决方案，以DOM树结构组织所有绘画元素。SVG图形可以很容易地显示在Web浏览器和嵌入HTML中，有很多鼠标动作在SVG图形中得到支持，链接就是其中之一。
2.3 SVG视图生成
SVG的模块包含两个子模块：Selected Elements子模块和All Layers子模块。
SVG视图生成子模块(Selected Elements子模)块将为这个系统中的大部分功能模块提供非常基本的服务。它以一个Action实例作为输入，输出只包含选定的元素图形视图。图1显示了这个模块的结构。Selected Elements子模块的核心是LayerSVG，它聚合zeichenflaeche类和SVGGraphics2D类；它依赖于PaintFNS接口关联与MComponent类。Linie类和Rechteck类是PaintFNS接口的实现。
图1 selected elements子模块系统类图
Selected Elements子模块的算法
实现生成选定的元素的SVG格式视图文件的逻辑十分自然。由于IEM／M02GO客户端已定义了元素的颜色，形状，默认的字体风格，和元素尺寸，根据用户喜欢显示比例，该功能模块将元素的绝对位置转换成显示位置，该功能模块中有一个标志位，指示元素是否选中(高亮)。所有这些信息都是密封在MComponent类中。因此，整个绘画过程将开展如下：
S1找到所有选定的MComponents，并将它们保存在一个列表中。
S2因为每一个MComponent有一个新的显示位置和显示比例，这样不难找到的包含所有选定MComponent的最小面积。
S3设置背景颜色。
S4设置新的原始点(通常在左上角)，显示比例(缩放因子)，把所有MComponents位置转换到新位置。
S5生成每MComponent的图形。这里MComponent需要分解成基本部分来绘制。例如它可以分解成线、矩形和非图形(如一个元素的名称)，然后用各自的方法来绘制它们。
2.4 MES部署过程模型视图生成
MES部署过程模型视图生成子模块(All Layers子模)块将产生MES部署过程的所有layers的SVG格式视图。这一模块将采用输出文件路径和存有MComponent的数组作为输入，并生成一个文件夹，其中包括描述MES部署模型的所有Layers的SVG格式的视图文件。LayerSVGAll类聚合zeichenflaeche类和SVGGraphics2D类；它依赖于ActionElementsAll类和MComponent类；它有一个PaintFNS类的接口。
(1)All Layers子模块的算法
由于IEM／M02GO客户端框架限制，实现这一模块不能直接使用Selected Elements子模块。因为只有在当前操作窗口的元素才能被系统初始化，那些没有在当前操作窗口中显示的元素没有被初始化(如定义的颜色，形状，例如，设置新的坐标)。但是因为当IEM／M02GO客户端打开任何文件时，它总是可以显示一个root下面的一个Layer(层)，而所有的层之间的关系是Action联系起来的。任何IEM定义下得模型都服从服这个概念，可以找到所有带有子层的Action，放在其一个列表中。考虑所有带有子层的Action可以在上级层预览，如图2所示。因此，应用这个逻辑于所有子层。(用户预览子层时，IEM／M02GO客户端会初始化在这个子层的元素，但坐标是负值)所有子层可以在这种方式生成。之后，此系统需要将它们连接在一起。除顶层外，所有图层命名其Action的GUID。当这个系统生成一个层的视图文件时，它会找到在这一层内有子层的所有Action。根据它们的坐标，该系统将新生成SVG格式文件根据其Action的坐标把他们链接起来并保存在一个新的文件夹中。IEM模型中的所有元素都可视为根的子节点。IEM模型中每层元素也可视为存储在相应深度树的某节点。如一个Action的子层，则该子层内的元素可视为Action的子节点。图3显示的IEM模型的数据结构。
图2 all layers子模块类图
图3 IEM模型数据结构示意图
我们使用基于DFS算法遍历IEM数据来得到所有Actions，
流程图见图4，具体算法的伪代码如下：
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；
}
图4 DFS算法在本系统应用的程序流程图
4 系统测试
对于SVG的模块，由于Office Word中不支持SVG格式，因此测试结果不能显示在Office Word。鉴于在对系统功能测试的同时考虑到系统应用的一般性，故所选是示例为IPK提供的描述MES部署过程的模型。该模型中含有108个Actions，其中13个Actions有子层。
图5是SVG模块中“All Layers”功能模块在生成结果截图。从这个截图中，可以看出，pic0.svg过程模型的顶层，如果用户把鼠标浮在Action“Acquisition”之上，将会有如图6所示信息，这个图形将链接到文件“pic{6EOD4F44-18E0-4E86-A686-57988003918B}.SVG”对应与图5。这是使用SVG的一个特性来展现完整MES部署过程模型。
图5 Au Layer功能模块文档生成结果
系统的功能测试基本遵循黑盒测试，鉴于部分测试结果无法在Office Word展示，所以功能测试章节没有展示全部测试结果。本系统不仅在系统功能层面完全满足系统设计需求，而且其提供的功能能够描述当前MES部署过程模型。
图6 SVG链接功能在IE9中的展示
5 结语
本文提出了图形化的方法来展示MES部署过程。借用SVG模块，用户可以自动生成MES部署过程中的任何视图，并且可以利用生成一系列链接在一起的视图文件描述完整的MES部署过程。本方法的优点之一就是降低了MES部署模型的文档生成时间。通常来说，当制造公司部署MES系统的期间，往往需要花费6周到8周的时间来部署一个新系统，本文提出的方法可以缩短这个时间。而本文提出的标准适合于当前的MES部署。对于将来的MES系统，随着IT和制造业的发展，描述MES部署过程将会出现不同于现在的观点。
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