基于領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的車間詳細(xì)排產(chǎn)系統(tǒng)研究

李萬高，孫德廠，胡耀東

LI Wan-gao1, SUN De-chang2,3, HU Yao-dong1

（1.河南工程學(xué)院，鄭州 451191；2.中國科學(xué)院 沈陽自動(dòng)化研究所，沈陽 110016；3.中國科學(xué)院 研究生院，北京 100049）

0 引言

所有的企業(yè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)都是為了支持具體的企業(yè)管理與運(yùn)作流程，總是與相關(guān)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域密切相關(guān)。然而傳統(tǒng)的以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與功能實(shí)現(xiàn)為中心的軟件設(shè)計(jì)方法導(dǎo)致業(yè)務(wù)領(lǐng)域與軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)脫節(jié)，常常導(dǎo)致設(shè)計(jì)、開發(fā)偏離用戶需求。同時(shí)大量的業(yè)務(wù)規(guī)則、數(shù)據(jù)驗(yàn)證夾雜在業(yè)務(wù)對(duì)象的處理之中，業(yè)務(wù)邏輯的處理嵌入到用戶界面組件和數(shù)據(jù)庫腳本中，導(dǎo)致軟件的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性不足。領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的開發(fā)方法彌補(bǔ)了這一缺陷，在統(tǒng)一開發(fā)過程的框架下，領(lǐng)域模型貫穿整個(gè)軟件開發(fā)周期。

1 領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)（DDD）是Eric Evans在2004年提出的概念，是一種基于模型驅(qū)動(dòng)開發(fā)(Model Driven Development MDD)思想的開發(fā)方式[1]。這種方法的核心觀點(diǎn)認(rèn)為軟件項(xiàng)目的起點(diǎn)是領(lǐng)域，針對(duì)領(lǐng)域建立符合系統(tǒng)需求的模型是軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)＜?、分析系統(tǒng)分析師、架構(gòu)設(shè)計(jì)師、開發(fā)人員共同交流的平臺(tái)。在軟件開發(fā)階段，推薦使用敏捷編程方法，使分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)各環(huán)節(jié)相互反饋、促進(jìn)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)的重構(gòu)，形成良性循環(huán)，有助于軟件在滿足需求的條件下，最真實(shí)的映射領(lǐng)域業(yè)務(wù)邏輯，這是瀑布模型的方法所不具備。圖1是領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與開發(fā)模式的展示。

圖1 領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與開發(fā)模式

領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的核心是對(duì)業(yè)務(wù)領(lǐng)域建模，對(duì)象建模和基本要素包括：分層架構(gòu)、實(shí)體、值對(duì)象、服務(wù)、模塊、聚合、工廠和資源庫[2]。對(duì)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的研究工作，一些作者已經(jīng)做出了努力。王鵬等[3]使用領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的開發(fā)模式設(shè)計(jì)了基于WEB的船舶性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)，完成了該系統(tǒng)的分層架構(gòu)設(shè)計(jì)和業(yè)務(wù)領(lǐng)域建模。陳亮[4]結(jié)合動(dòng)態(tài)表單設(shè)計(jì)示例，對(duì)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行了介紹。張金松[5]針對(duì)物流系統(tǒng)，提出了一個(gè)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的實(shí)施方案：DDD+SCRUM+XP（Extreme Programming）+CI（Continuous Integration）。系統(tǒng)架構(gòu)采用輕量級(jí)的J2EE技術(shù)（Spring+Hibernate+Compass+Ajax）。丁濤[6]對(duì)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論與技術(shù)進(jìn)行全面的介紹，包括領(lǐng)域工程、領(lǐng)域建模等， 并對(duì)航務(wù)海事系統(tǒng)進(jìn)行領(lǐng)域建模、架構(gòu)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。鄭琴琴[7]對(duì)業(yè)務(wù)邏輯組織方法，史棟杰等[8]對(duì)資源庫模式設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

2 車間詳細(xì)排產(chǎn)領(lǐng)域模型

車間詳細(xì)排產(chǎn)是指在一定的計(jì)劃期內(nèi)為加工任務(wù)分配制造資源的過程[9]。計(jì)劃期指排產(chǎn)所涉及的時(shí)間范圍，企業(yè)一般采用滾動(dòng)周期的方法。加工任務(wù)指上層計(jì)劃系統(tǒng)給制造車間下達(dá)的已經(jīng)分解好的生產(chǎn)訂單，標(biāo)明有詳細(xì)的加工對(duì)象、加工數(shù)量、交付時(shí)間、工藝路線、加工工序等信息。制造資源指車間所擁有的設(shè)備、人員以及制造資源的能力。

2.1 領(lǐng)域知識(shí)

依據(jù)上述概念，要實(shí)現(xiàn)車間詳細(xì)排產(chǎn)必須對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括工作日歷、人員班組、設(shè)備工具、工藝路線、工序、物料和物料清單。為達(dá)到詳細(xì)排產(chǎn)的優(yōu)化目標(biāo)，要遵循相關(guān)的生產(chǎn)規(guī)則、滿足生產(chǎn)約束；為滿足交付時(shí)間要求必須選擇合適的計(jì)劃策略，選擇適合特定環(huán)境的算法；最后對(duì)排產(chǎn)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并發(fā)布執(zhí)行。經(jīng)過對(duì)這些要素的迭代分析，車間詳細(xì)排產(chǎn)領(lǐng)域知識(shí)如圖2所示。

圖2 車間詳細(xì)排產(chǎn)領(lǐng)域知識(shí)

2.2 業(yè)務(wù)模型

2.2.1 業(yè)務(wù)流程

車間詳細(xì)排產(chǎn)業(yè)務(wù)流程主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和排產(chǎn)執(zhí)行?；A(chǔ)數(shù)據(jù)管理主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)，以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之間關(guān)系分配，從而建立起模擬實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境的詳細(xì)排產(chǎn)模型。排產(chǎn)執(zhí)行主要包括加工任務(wù)加載、排產(chǎn)執(zhí)行、排產(chǎn)結(jié)果調(diào)整、排產(chǎn)結(jié)果發(fā)布、執(zhí)行過結(jié)果反饋。排產(chǎn)執(zhí)行流程如圖3所示。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：增加、修訂、刪除、查詢基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，確?；A(chǔ)數(shù)據(jù)完整、正確、及時(shí)的維護(hù)在系統(tǒng)中。

數(shù)據(jù)分配：增加、修訂、刪除、查詢基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分配關(guān)系，建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之間的業(yè)務(wù)規(guī)則，切實(shí)反映各排產(chǎn)要素之間的制約關(guān)系。

加工任務(wù)：在排產(chǎn)系統(tǒng)中建立加工任務(wù)，或從上層ERP系統(tǒng)下載加工任務(wù)。

排產(chǎn)運(yùn)算：在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，選擇排產(chǎn)策略、目標(biāo)，提交排產(chǎn)事務(wù)，系統(tǒng)根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立排產(chǎn)環(huán)境模型，調(diào)用合適的算法，輸出排產(chǎn)結(jié)果，并對(duì)排產(chǎn)結(jié)果評(píng)價(jià)。

結(jié)果發(fā)布：根據(jù)甘特圖、負(fù)載圖、評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)排產(chǎn)結(jié)果審查，根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)對(duì)排產(chǎn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整或優(yōu)化直至滿意，發(fā)布排產(chǎn)結(jié)果。

執(zhí)行反饋：根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)開、完工時(shí)間，生產(chǎn)進(jìn)度的反饋數(shù)據(jù)，不斷更新加工任務(wù)的狀態(tài)，從而形成生產(chǎn)過程排產(chǎn)的閉環(huán)控制。

圖3 車間詳細(xì)排產(chǎn)執(zhí)行流程

2.2.2 領(lǐng)域模型

設(shè)計(jì)完整的企業(yè)級(jí)應(yīng)用軟件，在滿足業(yè)務(wù)領(lǐng)域和業(yè)務(wù)流程的功能性要求外，還應(yīng)該包括用戶管理、權(quán)限管理、日志管理等非功能性要求以及運(yùn)算速度等性能要求。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建領(lǐng)域模型如圖4。

實(shí)體：模型中日歷時(shí)間、設(shè)備工具、人員班組、加工工序、工藝路線、生產(chǎn)產(chǎn)品、加工任務(wù)均具有唯一的標(biāo)識(shí)，這些對(duì)象均是實(shí)體對(duì)象。

圖4 車間詳細(xì)排產(chǎn)領(lǐng)域模型

值對(duì)象：模型中生產(chǎn)能力、計(jì)劃目標(biāo)、計(jì)劃結(jié)果等對(duì)象，隨系統(tǒng)運(yùn)行而變化，不具有標(biāo)識(shí)符，是值對(duì)象。

服務(wù)：模型中的數(shù)據(jù)檢查、能力核查、數(shù)據(jù)加載、模型構(gòu)建、算法調(diào)用、結(jié)果發(fā)布等均為系統(tǒng)的服務(wù)。

模塊：系統(tǒng)中實(shí)體對(duì)象的維護(hù)，以及實(shí)體對(duì)象之間關(guān)系的分配，是詳細(xì)排產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以劃分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊。加工任務(wù)、排產(chǎn)運(yùn)算、結(jié)果發(fā)布、執(zhí)行反饋是動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)，劃分為系統(tǒng)執(zhí)行管理模塊。用戶、權(quán)限、日志的管理劃分為系統(tǒng)管理模塊。

聚合：對(duì)于實(shí)體對(duì)象，擁有唯一的標(biāo)識(shí)，可以作為聚合根，進(jìn)而形成聚合體，在模型中，人員班組、設(shè)備工具、工藝路線、生產(chǎn)產(chǎn)品、加工任務(wù)作為子模型。其中加工任務(wù)和設(shè)備工具作為領(lǐng)域的核心，因?yàn)榕女a(chǎn)的結(jié)果就是要把加工任務(wù)分配到不同的設(shè)備工具上進(jìn)行加工。

工廠：在業(yè)務(wù)處理中，像工藝路線、加工任務(wù)這樣的聚合體或者生產(chǎn)能力、排產(chǎn)模型這樣的值對(duì)象，往往包含有復(fù)雜的數(shù)據(jù)及對(duì)象分配關(guān)系，為便于實(shí)現(xiàn)，需要建立構(gòu)造函數(shù)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化，這就是工廠。

資源庫：為提升系統(tǒng)的計(jì)算性能，排產(chǎn)運(yùn)算必須基于內(nèi)存運(yùn)行，需要按照排產(chǎn)執(zhí)行流程將持久化數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中。為使不同數(shù)據(jù)在內(nèi)存中可以區(qū)別開來，需要為復(fù)雜的實(shí)例化實(shí)體對(duì)象或值對(duì)象創(chuàng)建資源庫，而簡單的數(shù)據(jù)使用變量進(jìn)行存儲(chǔ)。

3 車間詳細(xì)排產(chǎn)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

通過上述領(lǐng)域模型的分析，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，通用的領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的架構(gòu)性解決方案是將軟件設(shè)計(jì)為四層：用戶界面層、應(yīng)用層、領(lǐng)域?qū)雍突A(chǔ)設(shè)施層。將領(lǐng)域模型從用戶界面層、應(yīng)用層、基礎(chǔ)設(shè)施層分離出來，專注于領(lǐng)域問題的管理、業(yè)務(wù)知識(shí)的捕獲和表達(dá)。圖5展示了車間詳細(xì)排產(chǎn)的領(lǐng)域模型。

圖5 車間詳細(xì)排產(chǎn)系統(tǒng)架構(gòu)

表示層：負(fù)責(zé)向用戶展現(xiàn)信息以及解釋用戶命令。

應(yīng)用層：用來協(xié)調(diào)應(yīng)用的活動(dòng)。它不包含業(yè)務(wù)邏輯，不保留業(yè)務(wù)對(duì)象的狀態(tài)，但保有應(yīng)用任務(wù)的進(jìn)度狀態(tài)。

領(lǐng)域?qū)樱喊P(guān)于領(lǐng)域的信息。這是業(yè)務(wù)軟件的核心所在。在這里保留業(yè)務(wù)對(duì)象的狀態(tài)，對(duì)業(yè)務(wù)對(duì)象和它們狀態(tài)的持久化被委托給了基礎(chǔ)設(shè)施層。

持久層：作為其它層的支撐庫存在。它提供了層間的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)對(duì)象的持久化，包含對(duì)用戶界面層的支撐庫等作用。

4 車間詳細(xì)排產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

依據(jù)上述領(lǐng)域模型和系統(tǒng)架構(gòu)，開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2008，數(shù)據(jù)庫為SQL Server 2005。在微軟.NET應(yīng)用平臺(tái)下，采用Windows Presentation Foundation（WPF）技術(shù)實(shí)現(xiàn)。.NET平臺(tái)很好的支持了面向?qū)ο蠹夹g(shù)，并為此專門開發(fā)了一種語言C#。新的WPF技術(shù)是.NET Framework的組成部分，WPF同時(shí)支持C/S和B/S結(jié)構(gòu)，支持界面設(shè)計(jì)與業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)的分離。界面設(shè)計(jì)采用XAML語言，可以對(duì)界面元素進(jìn)行定義和刻畫。通過數(shù)據(jù)綁定、事件響應(yīng)與業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行交互。業(yè)務(wù)邏輯層，使用C#語言開發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，分為應(yīng)用層和領(lǐng)域?qū)印?yīng)用層負(fù)責(zé)響應(yīng)事件與結(jié)果反饋。領(lǐng)域?qū)迂?fù)責(zé)各種對(duì)象模型的創(chuàng)建和管理。持久層負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)源通信，在.NET平臺(tái)下，主要使用ADO進(jìn)行連接[10]。在.NET平臺(tái)WPF技術(shù)下，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)如圖6所示。圖7和圖8為日歷和工藝路線等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。

圖6 NET平臺(tái)下系統(tǒng)架構(gòu)

圖7 日歷管理

圖8 工藝路線、工序管理

5 結(jié)論

本文首先對(duì)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的相關(guān)概念、開發(fā)模式進(jìn)行介紹，然后遵照領(lǐng)域工程模式對(duì)車間詳細(xì)排產(chǎn)的領(lǐng)域知識(shí)、業(yè)務(wù)流程進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上建立了領(lǐng)域模型。在面向復(fù)雜系統(tǒng)建模時(shí)，對(duì)模型要素識(shí)別出實(shí)體、值對(duì)象、服務(wù)等對(duì)象，并對(duì)對(duì)象關(guān)系進(jìn)行簡化，進(jìn)行模塊的劃分。 分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，使得軟件開發(fā)人員能夠在實(shí)現(xiàn)階段更多的關(guān)注領(lǐng)域模型。最后，在.NET平臺(tái)下，使用WPF技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明，領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)模式下，軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)更具有效率，軟件系統(tǒng)本身更具有較好的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性性。

[1]Evans E.著.陳大峰,張澤鑫,譯.領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)—軟件核心復(fù)雜性應(yīng)對(duì)之道[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

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