基于MDA的車間生產(chǎn)管理應(yīng)用開發(fā)技術(shù)

文/段成

1　車間業(yè)務(wù)建模技術(shù)

當(dāng)前制造業(yè)的趨勢是客戶需求的個性化，產(chǎn)品的多品種、小批量、研制和生產(chǎn)高度并行，這就需要車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)能夠快速的適應(yīng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品類型、工藝路線、管理流程等諸多的變化。傳統(tǒng)的車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)普遍缺乏靈活性和柔性，業(yè)務(wù)模型的變化往往會導(dǎo)致大量的系統(tǒng)更改，并且具有開發(fā)工作量大、成本高、響應(yīng)速度慢、質(zhì)量把控難度大等問題，難以滿足現(xiàn)實的需求。通過模型驅(qū)動的開發(fā)方法能夠較好的解決上述問題。

1.1　基于MDA的開發(fā)方法

基 于 MDA（ModelDriven Architecture）的開發(fā)方法是由OMG（Object Management Group）提出，旨在實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯與技術(shù)實現(xiàn)的分離，其核心理論是將PIM（Platform Independent Models）平臺無關(guān)的模型轉(zhuǎn)換為PSM（Platform Specific Model）平臺相關(guān)的模型，并且最終將PSM模型生成相關(guān)的代碼。

1.2　ISA-95標(biāo)準(zhǔn)

ISA-95標(biāo)準(zhǔn)是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（ANSI）及儀表、系統(tǒng)和自動化學(xué)會（ISA）發(fā)布的，其刻畫了生產(chǎn)對象模型以及生產(chǎn)制造運行過程的通用活動模型，適用于工廠/車間業(yè)務(wù)建模，眾多的知名廠商已在其成熟產(chǎn)品中采用了ISA-95標(biāo)準(zhǔn)。車間業(yè)務(wù)模型構(gòu)建可在ISA-95標(biāo)準(zhǔn)通用模型基礎(chǔ)上再進(jìn)行擴(kuò)展與個性化定制。

1.3　基于EMF的建模框架

EMF（Eclipse Modeling Framework）是Eclipse平臺中自帶的建模框架，也是許多開源建模框架的基礎(chǔ)，一些開源框架可實現(xiàn)基于UML（Unified Modeling Language）統(tǒng)一建模語言的圖形化的模型構(gòu)建，模型的轉(zhuǎn)換及驗證、模型數(shù)據(jù)存儲集成、代碼乃至用戶操作界面生成等功能，能夠極大幫助減少軟件開發(fā)的工作量，提高開發(fā)的效率。

2　基于NoSQL的模型持久化存儲技術(shù)

隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，車間生產(chǎn)管理在信息獲取能力，計算能力、數(shù)據(jù)挖掘能力、信息的預(yù)測能力等方面得到了極大的提升，車間生產(chǎn)管理也正朝著“平臺+APP”的開發(fā)應(yīng)用模式轉(zhuǎn)變，具有輕量化、智能化、服務(wù)化的特點。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的存儲與管理多是采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，比如將ISA-95對象模型關(guān)系化。傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫雖然在產(chǎn)品成熟度、ACID特性、安全性以及標(biāo)準(zhǔn)化等方面具有優(yōu)勢，但面對新形勢下模型的持久化存儲需求已顯得力不從心，相比NoSQL數(shù)據(jù)庫，傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的劣勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在面向?qū)ο蟮拈_發(fā)時需要在對象模型與關(guān)系模型之間相互轉(zhuǎn)換或映射，造成了模型使用的不便；

（2）傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在模型查詢時可能會涉及到多表的連接，當(dāng)大數(shù)據(jù)量或復(fù)雜查詢時難以滿足大規(guī)模模型查詢對時效性的高要求；

（3）傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型的開放性與可擴(kuò)展性不強(qiáng)，難以應(yīng)對需求的不斷變化。

此時NoSQL數(shù)據(jù)庫成為了新的選擇，NoSQL數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品種類眾多，可分為鍵值模式、文檔模式、對象模式、圖模式等多種模式，不同類型的NoSQL數(shù)據(jù)庫具有各自優(yōu)勢，比如圖模式在表達(dá)復(fù)雜模型的關(guān)系及操作與查詢大規(guī)模模型等方面具有較為明顯的優(yōu)勢，典型的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺GE predix和PTC Thingworx都開展了圖數(shù)據(jù)庫進(jìn)行模型存儲與管理的嘗試。總體而言在車間生產(chǎn)管理應(yīng)用中探索使用NoSQL數(shù)據(jù)庫尚處于起步階段，隨著NoSQL技術(shù)的發(fā)展與成熟，相關(guān)的應(yīng)用也會越來越多。在模型驅(qū)動應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域，研究機(jī)構(gòu)也開展了從EMF模型到NoSQL數(shù)據(jù)庫（如Hbase、Neo4j等等）的模型持久化存儲及大規(guī)模模型處理技術(shù)的研究，并已經(jīng)取得了較為突出的成果，NeoEMF框架是其中的典型代表。

3　基于表單的UI快速開發(fā)技術(shù)

在傳統(tǒng)的桌面型及富客戶端應(yīng)用方面，基于EMF模型快速開發(fā)基于表單的UI已有較為成熟的技術(shù)比如EMF Forms框架。當(dāng)前Web應(yīng)用及移動應(yīng)用成為主流，復(fù)雜的Web業(yè)務(wù)應(yīng)用程序也可被開發(fā)為基于JavaScript框架的單頁面Web應(yīng)用程序，研究機(jī)構(gòu)開展了基于表單的Web UI快速開發(fā)框架的研究比如JSON Forms框架，用戶無需編寫復(fù)雜的前端代碼就能方便的生成UI界面，可通過Restful服務(wù)接口連接到后端，將大大降低以數(shù)據(jù)為中心的Web應(yīng)用程序的開發(fā)難度，顯著提高開發(fā)效率，相信不久此類框架也會變得成熟。

4　結(jié)束語

模型驅(qū)動的應(yīng)用開發(fā)使得工作重心轉(zhuǎn)向模型的抽象與構(gòu)建，有利于提高軟件開發(fā)效率，有利于領(lǐng)域知識的積累與復(fù)用，同時還能提高應(yīng)用軟件的可維護(hù)性和柔性。隨著相關(guān)技術(shù)框架的發(fā)展與成熟，模型驅(qū)動的應(yīng)用開發(fā)技術(shù)在車間生產(chǎn)管理領(lǐng)域?qū)碛辛己玫膽?yīng)用前景。