CN106815719A - 制造企业柔性erp系统可视化开发平台的设计与实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造企业柔性ERP系统可视化开发平台的设计与实现方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：由静态结构建模和动态结构建模组合而成的领域建模过程；步骤2：领域建模得到聚类基础数据，通过层次聚类方法得到理论构件，完成构件的提取；步骤3：将得到的构件转换为与可视化平台相关的构件模型，将业务构件拆分，逐级分解；步骤4：采用可视化开发工具完成构件，并提供多粒度构件的组装；步骤5：完成构件库、案例库和ERP原型参考系统，使企业自主构建、维护适合本企业自身业务流程的ERP系统。解决了现有技术中应用构件技术过分依赖语义和结构化的问题，克服了完全依赖计算机编程人员或专门软件公司来开发企业ERP的弊端。

Description

制造企业柔性ERP系统可视化开发平台的设计与实现方法

技术领域

本发明属于面向行业及企业信息化的应用系统技术领域，具体涉及一种制造企业柔性ERP系统可视化开发平台的设计与实现方法。

背景技术

随着经济全球化的飞速发展，制造型企业正面临着日益激烈的国际竞争环境。信息化是发展先进制造技术的前提和牵引，而企业资源计划(Enterprise ResourcePlanning，ERP)则是最有代表性的制造业核心软件系统和使能技术之一。然而，ERP在我国制造业的实施效果并不理想。研究者们发现，ERP系统应用实施出现问题且成功率不高的原因不仅在系统应用一方，更主要的是在系统开发一方，主要表现在：ERP系统柔性和可重构性较差，流程相对固化，无法快速响应企业用户需求的变化，也无法动态地支持企业业务流程重组，与此同时，应用人员的软件水平不高，过分依赖软件公司，不能自主构建贴合企业业务需求的ERP系统。

市场初期采取构件技术来解决ERP软件的复用问题，以提高ERP系统的柔性与开发效率。一方面，开发方提供的软构件仍是基于代码的方式，造成企业非专业人员应用难度较大；另一方面，企业开发人员应用现有的基于代码的ERP构件库进行开发时，不能自主修改及动态地组装应用系统，无法实质性解决企业自主构建ERP系统的需要。可视化开发平台的图形化编程方式提供了企业自主构建ERP系统的新思路，图形化编程降低了开发人员的开发难度，同时使得构件的自主修改与动态开发成为可能。但由于在可视化开发平台中，开发工作必须从底层起步，导致了开发效率过低，开发周期过长的问题，使得ERP软件开发平台不能被大范围地推广使用。

我国制造企业ERP应用中的突出问题是：企业过分依赖专业软件公司，开发平台的通用性差、开发效率低，无法满足中小型制造企业自主快速构建所需ERP系统的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造企业柔性ERP系统可视化开发平台的设计与实现方法，解决了现有ERP系统开发平台的可重构性差、流程固化、无法快速响应企业用户需求的变化、开发周期长、开发成本高、开发难度大等问题。

本发明所采用的技术方案是一种制造企业柔性ERP系统可视化开发平台的设计与实现方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：由静态结构建模和动态结构建模组合而成的领域建模过程；

步骤2：领域建模得到聚类基础数据，通过层次聚类方法得到理论构件，完成构件的提取；

步骤3：将得到的构件转换为与可视化平台相关的构件模型，将业务构件拆分，逐级分解；

步骤4：采用可视化开发工具完成构件，并提供多粒度构件的组装；

步骤5：完成构件库、案例库和ERP原型参考系统，使企业自主构建、维护适合本企业自身业务流程的ERP系统。

本发明的特点还在于：

步骤1采用一种基于构件定性与定量双层描述模型反向分类聚类重构，搭建原子操作构件、组合活动构件、功能模块构件三层粒度递增的构件体系，满足不同层次的构件粒度要求。

步骤2根据业务活动节点的动态行为模型和静态结构模型特征，确定各活动节点间的动态关联度和静态关联度，以总关联度为输入，采用模糊聚类算法，划分出高内聚、低耦合的业务构件。

步骤3采用构件分层思想对业务构件进行分析与设计，根据服务对业务构件进行横向分解，得到平台相关型软件构件，即操作构件、数据构件和界面构件。

步骤4根据若干业务构件按照功能组合，形成模块构件，构造出系统构件和领域构件，从而完成多粒度层的构件库结构。

步骤5采用图形化开发语言，借助多粒度构件库、原型库、案例库可以使非计算机的企业管理人员自主搭建企业所需的ERP系统。

本发明的有益效果是：本发明研发的柔性ERP系统开发平台是一种面向企业经营运作全流程的，面向产品生命周期的构件的集合，同时采用可视化技术，实现一种制造企业自主构建、自我维护的应用软件开发平台。企业无需专业软件人员及组织架构师，无需编写程序代码，由制造企业信息、管理、技术人员，就可以应用该开发平台提供的构件库、案例库和ERP原型参考系统，自主构建、维护适合本企业自身业务流程的ERP系统。即应用本发明的方法设计的制造企业柔性ERP系统可视化开发平台，可以大大节省企业开发与使用ERP系统的费用、大大降低开发、实施周期和难度，迅速提升制造业企业的信息化管理水平，特别是对我国中小型制造企业信息化具有广泛的应用前景。该平台的核心是基于通用可视化平台进行二次开发的构件库，实现后的ERP系统可视化开发平台无需编写代码，只需利用本发明设计实现的开发平台构件库以及通用可视化平台底层插件，通过图形化编程即可实现用户自主对既有ERP系统的修改与添加，或创建新的ERP系统。同时，根据此方法，企业在今后的生产过程中，可根据企业业务流程的变化动态构建适应的ERP系统，无需过分依赖软件公司。

附图说明

图1是企业全业务流程结构分析图；

图2是本发明建模过程示意图；

图3是本发明业务构件识别过程图；

图4是本发明构件库组织示意图；

图5是企业MES系统的结构示意图；

图6是MES系统加工生产调度功能流程图；

f1为登录，f2为获取生产计划，f3为指定排产工件，f4为确定加工工序，f5为确定加工设备，f6为确认加工时间，f7为调度计算，f8为生成甘特图，f9为生成车间作业计划，f10为生成派工单，f11为打印派工单；

图7是加工生产调度功能顺序图；

图8是加工生产调度功能实体图；

图9是排产订单业务构件分解图；

图10是排产订单界面构件交互图；

图11是排产订单数据构件交互图；

图12是构件库组织架构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

以图5的MES系统中生产作业调度的加工作业调度为例，说明本发明方法。

本发明制造企业柔性ERP系统可视化开发平台的设计与实现方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：由静态结构建模和动态结构建模组合而成的领域建模过程；采用一种基于构件定性与定量双层描述模型反向分类聚类重构，搭建原子操作构件、组合活动构件、功能模块构件三层粒度递增的构件体系，满足不同层次的构件粒度要求。

参照图1，分析企业组织结构，获取企业经营运作的业务流程，采用从上到下的分层思想，从业务领域到业务子系统，到业务功能模块，再到最底层的业务流程。采用静态结构建模和动态结构建模组合的领域建模过程建模。

参照图2，获取领域需求。通过分析特定领域的业务流程和数据流程模型，得到领域的功能模型，采用USE CASE用例框图描述领域的需求视图，得到系统的功能模型其次，描述动态行为视图。系统用例功能可以进一步分解为子用例功能，通过分析特定领域内的子用例需求，使用活动图描述子用例功能的具体实现过程，并通过顺序图描述每个行为的实现顺序；

最后，抽象静态结构视图。通过分析USE CASE用例框图和顺序图，从中识别参与功能的业务实体，并使用实体图来反映业务实体之间的关系，从而描述系统功能的静态结构视图。

步骤2：领域建模得到聚类基础数据，通过层次聚类方法得到理论构件，完成构件的提取；根据业务活动节点的动态行为模型和静态结构模型特征，确定各活动节点间的动态关联度和静态关联度，以总关联度为输入，采用一模糊聚类算法，划分出高内聚、低耦合的业务构件。

参照图2，业务构件识别过程为：

方法输入：业务活动节点集合{X_n}，与{X_n}相关的静态结构模型、动态行为模型。

方法输出：{X_n}的划分集合。

方法描述：

Step1：根据业务流程活动图，确定业务活动节点集合{X_n}；

Step2：通过分析实际业务流程，建立业务静态结构模型和动态行为模型，以此为依据，确定任意两个业务活动节点之间静态关联度和动态关联度，将其标记为Q_ij和D_ij；

Step3：确定业务活动节点间的总关联度矩阵E_ij＝Q_ij+D_ij；

Step4：采用模糊聚类算法，选定合理的阈值，作为将业务活动节点聚合在一起放入一个业务构件的判定依据。

通过模糊聚类分析方法，对业务活动节点进行关联度聚类。得到所需业务构件。

步骤3：将得到的构件转换为与可视化平台相关的构件模型，将业务构件拆分，逐级分解；采用构件分层思想对业务构件进行分析与设计，根据服务对业务构件进行横向分解，得到平台相关型软件构件，即操作构件、数据构件和界面构件。

参照图4将得到的构件转换为与可视化平台相关的构件模型，结合可视化无代码开发平台本身特点，其MVC的设计思想，可以将业务构件拆分为基于横向的界面构件、操作构件、数据构件等。

步骤4：采用可视化开发工具完成构件，并提供多粒度构件的组装；根据若干业务构件按照功能组合，形成模块构件，构造出系统构件和领域构件，从而完成多粒度层的构件库结构。

根据图3的业务构件分解图，横向分解出平台相关的原子构件，存入构件库中相应的操作构件、数据构件和界面构件。若干业务构件根据功能组合，形成模块构件，同理，构造出系统构件和领域构件，从而完成多粒度层的构件库结构。

步骤5：完成构件库、案例库和ERP原型参考系统，使企业自主构建、维护适合本企业自身业务流程的ERP系统。区别于传统的基于代码的开发方式，采用图形化开发语言，借助多粒度构件库、原型库、案例库可以使非计算机的企业管理人员自主搭建企业所需的ERP系统。

下面以MES系统中生产调度功能为实例说明聚类过程。生产调度子功能是以主生产计划为导入，指定需要排产的工件，以工件的加工工序、加工设备和加工时间为约束，利用生产调度自身的排产功能，生成制造执行调度方案，并进一步生成派工单，最后下达到指定车间的不同工位，车间工作人员以此为依据指导其作业的生产调度活动，据此业务功能，提取出图6、图7、图8分别为活动图、顺序图和实体图。

确定各节点间静态关联度X_ij

以静态结构视图为基础，根据流程各节点间权限的关联关系G₁和各节点间被操作业务实体的关联关系G₂来确定，即

X_ij＝G₁+G₂ (1)

建立权限关系关联矩阵

在业务流程各节点被操作过程中，一般情况下同一个节点f_φ(φ表示节点数)由一个人操作，或者比使用者权限更高的人，即功能的权限是一种向上兼容的模式。不同权限的使用者将限制功能模块的聚合度，体现了信息系统功能与权限分离的设计思想。本文用m阶方阵G₁＝(u_ij)_mxm(i,j＝1,2,...,m)表示权限关联矩阵，其中m表示活动节点的个数。设定：

得到矩阵G1：

建立被操作的业务实体间关联矩阵

由于各业务活动节点都关联着业务实体，因此，确定各业务实体的关联关系至关重要，其关联关系如下：泛化关联是指通过业务实体直接α_i或者在考虑其他业务实体α_k基础上得到α_j，同时α_i相对于α_j占主导地位，这种关联最为紧密；组合关联是指由α_i综合其他业务实体α_k基础上得到α_j，但α_i对α_j的关联占从属地位；有向关联是指业务实体α_i和α_j之间相隔一个以上的业务实体，且方向一致；无关联是指业务实体α_i和α_j无关联。本文用m阶方阵G₂＝(n_ij)_mxm(i,j＝1,2,...,m)表示业务实体关联矩阵。其中m表示节点的个数。设定：

得到矩阵G2：

确定各节点间动态关联度Y_ij

以动态行为模型为输入，根据各节点间信息的流动G₃和交互关系G₄来确定各节点间的动态关联度。

Y_ij＝G₃+G₄ (4)

建立节点之间的交互邻接矩阵

根据活动节点间信息交互建立邻接矩阵图，当流程节点与其余节点有信息交互T时输出1，没有信息交互时输出0，将活动模型中m个节点以及节点与节点之间的连接关系转换为矩阵模型关系，用m阶方矩阵G₃＝(v_ij)_mxm(i,j＝1,2,3,...,m)表示邻接矩阵，其中m表示流程中节点的个数。

得到矩阵G3：

业务实体与业务活动节点间关联矩阵

判断业务实体与各活动节点之间的关系，建立业务实体、节点关联度矩阵P_zr，z∈Z，Z为业务活动节点集合，r∈n,n为业务实体集合，根据公式D_ij＝∑(P_zr·P_zs)，s∈n，将业务实体、节点关联度矩阵转化为活动节点关联度矩阵。用m阶方阵G₄＝(w_ij)_mxm(i,j＝1,2,3,...,m)表示邻接矩阵，其中m表示流程中节点的个数。

总关联度E_ij计算：

E_ij＝X_ij+Y_ij＝G₁+G₂+G₃+G₄ (7)

即总关联度＝静态关联度+动态关联值

得到总关联度矩阵E_ij

采用模糊聚类算法，以业务模型映射的数学模型E_ij为输入，使用MATLAB软件进行生产调度活动节点聚类，得到不同阈值k下，业务构件的聚类结果。下面为取阈值k，k∈[0，1]，k步长为0.1，业务活动节点的聚类结果。

当阈值k＝：

0

业务活动节点聚类结果：

当阈值k＝：

0.1000

业务活动节点聚类结果：

当阈值k＝：

0.2000

业务活动节点聚类结果：

当阈值k＝：

0.3000

业务活动节点聚类结果：

当阈值k＝：

0.4000

业务活动节点聚类结果：

当阈值k＝：

0.5000

业务活动节点聚类结果：

当阈值k＝：

0.6000

业务活动节点聚类结果：

当阈值k＝：

0.7000

业务活动节点聚类结果：

当阈值k＝：

0.8000

业务活动节点聚类结果：

当阈值k＝：

0.9000

业务活动节点聚类结果：

当阈值k＝：

1

业务活动节点聚类结果：

采用模糊聚类算法，得到不同阈值k的业务构件聚类结果如下：

当阈值k＝0，0.1，0.2时，聚类结果为所有流程节点聚类为一个业务构件；

当阈值k＝0.3，0.4，0.5时，聚类结果为{f1}和{f2,f3,f4,f5,f6,f7,f8,f9,f10,f11}两个业务构件；

当阈值k＝0.6，0.7，0.8时，聚类结果为{f1}、{f2,f3,f4,f5,f6}、{f7,f8}、{f9}和{f10,f11}五个业务构件；

当阈值k＝0.9，1.0时，聚类结果为{f1}、{f2,f3}、{f4,f5,f6}、{f7,f8}、{f9}和{f10,f11}六个业务构件。

由模糊聚类结果可以得出，随着阈值的逐渐增大，业务构件的划分随之变细，其粒度逐渐减小，复用度增加，从而更容易适应不同领域；但业务构件粒度减小的同时，其所包含的功能变少，复用效率从而降低。反之，逐渐减小阈值，业务构件的粒度随之增大，复用效率升高，但复用度降低，适用范围也减小。因此，在确定阈值时，可以以业务需求和信息化条件为标准进行权衡，选取粒度适中的业务构件。

综合分析，选择阈值k＝0.9，1.0时的聚类结果符合软件构件思想，阈值k＝0.9，1.0时，将生产调度功能活动节点聚为6类业务构件功能，即：{f1}、{f2,f3}、{f4,f5,f6}、{f7,f8}、{f9}和{f10,f11}分别为登陆构件、排产订单构件、加工目标构件、调度计算构件、车间作业计划构件、派工单构件。

参照图9、10、11，对业务构件相关性划分，业务构件中的排产订单业务构件分解、界面构件交互、数据构件交互逐级分解。

参照图1、9、10、11、开发出构件管理系统。图12是构件库组织架构图。

本发明的工作原理是：通过业务构件识别，将制造企业ERP系统所有可能的构件识别出来，然后通过模糊聚类分析，将有用构件提取出来，并规划出业务流程，通过图形化编程技术开发出制造企业柔性ERP系统开发平台。

本发明的发明点：采用一种基于构件定性与定量双层描述模型反向分类聚类重构，搭建原子操作构件、组合活动构件、功能模块构件三层粒度递增的构件体系，满足不同层次的构件粒度要求。使用图形化技术开发ERP系统，无需依赖计算机编程人员，企业业务人员，根据自身需求即可自主开发ERP系统。按照本发明的方法为案例企业开发主生产计划管理信息系统，与该公司代码编程人员开发时间对比，节约一半的时间，开发效率提高一倍。与采用非可视化构件技术开发对比，也具有较大的优势，缩短了开发周期，提高开发效率，大大减少企业开发成本。

本发明弥补不懂计算机编程的业务人员无法开发系统的不足，企业业务人员只需懂得图形化的功能，并掌握业务流程即可开发自身所需的功能模块。

Claims (6)

1.制造企业柔性ERP系统可视化开发平台的设计与实现方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：由静态结构建模和动态结构建模组合而成的领域建模过程；

步骤2：领域建模得到聚类基础数据，通过层次聚类方法得到理论构件，完成构件的提取；

步骤3：将得到的构件转换为与可视化平台相关的构件模型，将业务构件拆分，逐级分解；

步骤4：采用可视化开发工具完成构件，并提供多粒度构件的组装；

步骤5：完成构件库、案例库和ERP原型参考系统，使企业自主构建、维护适合本企业自身业务流程的ERP系统。

2.根据权利要求1所述的制造企业柔性ERP系统可视化开发平台的设计与实现方法，其特征在于，所述步骤1采用一种基于构件定性与定量双层描述模型反向分类聚类重构，搭建原子操作构件、组合活动构件、功能模块构件三层粒度递增的构件体系，满足不同层次的构件粒度要求。

3.根据权利要求1所述的制造企业柔性ERP系统可视化开发平台的设计与实现方法，其特征在于，所述步骤2根据业务活动节点的动态行为模型和静态结构模型特征，确定各活动节点间的动态关联度和静态关联度，以总关联度为输入，采用模糊聚类算法，划分出高内聚、低耦合的业务构件。

4.根据权利要求1所述的制造企业柔性ERP系统可视化开发平台的设计与实现方法，其特征在于，所述步骤3采用构件分层思想对业务构件进行分析与设计，根据服务对业务构件进行横向分解，得到平台相关型软件构件，即操作构件、数据构件和界面构件。

5.根据权利要求1所述的制造企业柔性ERP系统可视化开发平台的设计与实现方法，其特征在于，所述步骤4根据若干业务构件根据功能组合，形成模块构件，构造出系统构件和领域构件，从而完成多粒度层的构件库结构。

6.根据权利要求1所述的制造企业柔性ERP系统可视化开发平台的设计与实现方法，其特征在于，所述步骤5采用图形化开发语言，借助多粒度构件库、原型库、案例库可以使非计算机的企业管理人员自主搭建企业所需的ERP系统。