（机械制造及其自动化专业论文）基于uml的特钢企业生产计划管理系统设计与实现.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 特钢企业生产呈现多品种，小批量的趋势，由于生产工艺复杂，使得生产计划制定 的难度增大。东北特钢集团大连金牛股份有限公司正在运行的信息系统利用计算机辅助 生产计划的制定，使与生产相关的合同、工艺、标准、计划、物料以及质量等信息实现 集成和共享。为了生产管理人员在制定生产计划过程中更方便地获取相关指导信息，企 业提出了在系统平台原有功能的基础上，利用图形化技术对生产计划进行仿真这一新的 需求。 针对企业的上述需求，本文结合特钢企业生产特点，对生产管理相关基础理论进行 了研究，提出了在m r p i i l i t 集成生产计划模式下，对特钢企业生产计划管理系统进行 优化设计的方案，本方案利用生产计划仿真功能辅助生产计划的编制，借助生产数据统 计功能为生产组织的决策提供支持。在系统分析与优化设计过程中，对原系统进行了全 面系统地分析，利用u m l 建模技术建立了系统优化功能模型、信息模型，对扩展的功 能模块与原系统模块的集成关系进行了详细设计。本文通过对基于b s 模式的图形化仿 真、数据提取转换等关键技术进行的大量研究，在原有的系统架构基础上，对系统功能 进行了扩展，使优化模块得到成功实施。 优化后的特钢企业生产计划管理系统更加贴近企业实际生产计划管理需求，使生产 计划制定更加科学、合理，生产数据得到有效利用，基于w e b 的图形化显示将表单数 据转化为直观简洁的图形，使系统界面更加友好。以上工作为企业生产管理和生产组织 决策提供了大力支持，提高了企业生产计划管理水平及企业竞争力。 关键词：u m l ；特钢企业；生产计划管理；仿真 基于u m l 的特钢企业生产计划管理系统设计与实现 d e s i g n i n g a n di m p l e m e n t a t i o no f t h ep r o d u c t i o np l a n n i n gm a n a g e m e n t s y s t e mo fs p e c i a l s t e e le n t e r p r i s eb a s e d o nu m l a b s t r a c t t h ep r o d u c t i o no fs p e c i a l s t e e le n t e r p r i s es h o w sat e n d e n c yo fm u l t i - v a r i e t ya n d s m a l l - b a t c h b e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t yo ft h ep r o d u c t i o np r o c e s s ，p r o d u c t i o np l a n n i n g b l o m e sm o r ed i f f i c u l t t h ei n f o r m a t i o ns y s t e mw h i c hi sr u n n i n gi nd a l i a nj i n n i uc o ，l t d o fd o n g b e is p e c i a l - s t e e lg r o u p ，a i d sp r o d u c t i o np l a n n i n gb yc o m p u t e r s ，a n dm a k e st h e c o n t r a c t , p r o c e s s s t a n d a r d , p l a n , m a ：t e r i a la n dq u a l i t yi n f o r m a t i o ni n t e g r a t e da n d s h a r e a b l e i n o r d e rt oh e l pt h ep r o d u c t i o na d m i n i s t r a t o rt oa c q u i r eg u i d i n gi n f o r m a t i o nm o r ec o n v e n i e n t l y w h e nm a k i n gp r o d u c t i o np l a n s an e wr e q u i r e m e n ti sp u tf o r w a r d ：b a s e do nt h eo r i g i n a l f u n c t i o n so ft h es y s t e m , g r a p h i ct e c h n o l o g yi sn e e d e dt oa i dt h es i m u l a t i o no fp r o d u c t i o n p l a n s a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n ta n df e a t u r e so ft h es p e c i a l s t e e le n t e r p r i s e ，i nt h i sp a p e r , s o m et h e o r i e sr e l a t e dt ot h ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n ta r es t u d i e d , a n das o l u t i o ni sp u tf o r w a r d ： u n d e rt h em r pi i j i ti n t e g r a t e d p r o d u c t i o np l a n n i n gm o d e t h ep r o d u c t i o np l a n n i n g m a n a g e m e n ts y s t e mn e e d sa no p t i m i z a t i o nd e s i g n i nt h es o l u t i o n , t h ep r o d u c t i o np l a n n i n gi s a i d e db yp r o d u c t i o np l a ns i m u l a t i o nf u n c t i o n , a n dt h ed e c i s i o n - m a k i n go ft h ep r o d u c t i o ni s s u p p o r t e db yp r o d u c t i o nd a t as t a t i s t i cf u n c t i o n d u r i n gt h ep r o c e s so fs y s t e m i ca n a l y s i sa n d o p t i m i z a t i o nd e s i g n , t h eo r i g i n a ls y s t e mi sf u l l ya n a l y z e d w i t ht h eh e l po f u m l t h ef u n c t i o n m o d e la n dt h ei n f o r m a t i o nm o d e la r ee s t a b l i s h e d a f t e rt h a t , t h ee x t e n d e dm o d u l e sa n dt h e i r i n t e g r a t i o nw i t ht h eo r i g i n a lm o d u l e sa r ed e s i g n e d a c c o r d i n gt oa b u n d a n ts t u d i e so nt h ek e y t e c h n o l o g i e s ，s u c ha sd a t ac o l l e c t i o n - t r a n s f o r m a t i o na n dg r a p h i cs i m u l a t i o nb a s e do nb s m o d e ，t l l ；f u n c t i o n o ft h e s y s t e mi se x t e n d e d , w h i l et h eo p t i m i z a t i o nm o d u l e s a r e i m p l e m e n t e ds u c c e s s f u l l y t h eo p t i m i z e dp r o d u c t i o np l a n n i n gm a n a g e m e n ts y s t e mo ft h es p e c i a l - s t e e le n t e r p r i s ei s c l o s e rt ot h ep r a c t i c a lr e q u i r e m e n to ft h ep r o d u c t i o np l a n n i n gm a n a g e m e n t ，w h i c hm a k e st h e p r o d u c t i o np l a nn l o r es c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l e a n dm a k e st h ep r o d u c t i o nd a t ae f f i c i e n t l y u s e d t h ei n t e r f a c e so ft h es y s t e ma r ef r i e n d l ya st h ed a t ai nt a b l e sh a v eb e e nc o n v e r t e dt o s i m p l ea n dv i s u a lg r a p h i c sw i t ht h eh e i po fw e b - b a s e dg r a p h i cd i s p l a y t h ew o r k sa b o v e s u p p o r tt h ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n ta n dd e c i s i o n - m a k i n gs om u c h , a n de n h a n c et h el e v e lo f p r o d u c t i o np l a n n i n gm a n a g e m e n ta n dt h ec o m p e t i t i v e n e s so f t h ee n t e r p r i s e 大连理工大学硕士学位论文 k e yw o r d s ：u m ls p e c i a l - s t e e le n t e r p r i s e ；p r o d u c t i o np l a n n i n gm a n a g e m e n t ： s i m u l a t i o n 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：睦主日期： 钐o o6 j z z z 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名 邛尔永 靳弥幺一 ， 兰竺! 年上三月旦曰 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 特钢企业生产管理的特点与现状 特殊钢( 以下简称“特钢”) 是钢铁材料的重要组成部分，相对普通钢而言，特殊钢 一般指有特殊化学成份，特殊的形状规格和性能，满足特殊需要的钢种。它广泛应用于 航空航天、军工、石化、电力、机电制造、轻工、食品、医药卫生等经济部门，主要为 合金钢。其中包括：碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高温工具钢、 不锈钢、轴承钢、弹簧钢等( 简称八大类) 【l 】。 中国特殊钢行业经历5 0 多年的发展与建设，从无到有，不断壮大，为国民经济， 国防建设和高新技术产业的发展做出了重大贡献。在世界经济信息化，全球化迅猛突进 的新世纪中，世界各国各企业间的生存与竞争环境发生了深刻的变化，中国特殊钢的可 持续发展将面临对资源、能源、环境、品种、质量、成本、服务等诸多方面的严峻挑战 【2 】。 1 1 1 特钢企业生产管理的特点 特钢企业生产一般分为冶炼、浇铸和轧制三个阶段，它是一种混合型行业，冶炼到 浇铸阶段，生产保持连续，呈现流程型特点，而轧制阶段则可根据生产需要，进行间断 的计划安排，呈现离散型特点。特钢行业生产管理特点为： ( 1 ) 综合性管理模式 特钢企业主要采用面向订单( m a k et oo r d e r ，m t o ) 的管理模式，同时兼顾面向库存 ( m a k et os t o c k ，m t s ) 。当订单饱和时，采用m t o 管理模式，订单不饱和，可根据市 场预测结合库存情况进行一些订单外生产，形成一定量产品库存，这样既可以解决由生 产任务不足造成的设备、人员等生产资源闲置的问题，又可以应对由于订单突增而生产 短期无法满足市场需求的情况。 ( 2 ) 多品种、小批量 钢铁行业本来以大规模批量生产见长，但是随着钢铁行业市场环境的变化，客户对 特钢产品的需求呈现出多品种、小批量、临时合同多的趋势。客户对特钢产品的钢号、 规格、性能要求各异，购来的特钢产品的用途也各不相同，所以对交货状态等其它工艺 特殊要求也各异。上述特钢产品需求多品种、小批量的特点加大了生产组织的难度。 ( 3 ) 金字塔型生产模式 有别于组装式的制造企业，特钢企业生产模式表现为金字塔型1 3 1 。组装式制造企业 生产模式是“倒金字塔”型，由多种原材料、半成品组合成单一的产品；而特钢企业冶 基于u m l 的特钢企业生产计划管理系统设计与实现 炼出的某成份钢水，经过铸锭、轧制和成材，得到多种生产成品，在这样的生产模式下， 根据成品的合同量进行排产难度大。 ( 4 ) 生产流程长、工艺复杂 特钢生产冶炼阶段，主要发生的是化学变化，废钢、生铁以及铁合金的配比决定了 冶炼出的钢种的成份。而冶炼出的钢水浇注后，还要进行后续开坯轧制，成材轧制以及 表面处理，这些阶段伴随着形状和性能的改变，而经过各阶段加工获得的实际形状、性 能又有可能反作用于后续加工工艺，造成生产工艺路线的改变，所以特钢企业生产计划 调度的复杂性高。特钢生产对温度的控制要求高，有些工序，如加热、退火和缓冷对时 间控制的要求严格，因此生产计划制定要充分考虑设备的合理调配使用。 ( 5 ) 能源消耗高 钢铁工业是能源密集型行业，能源消耗高【4 】。特钢企业很多生产设备如电炉、加热 炉、轧机以及一些运输设备对能源的消耗多，为了节约能源，生产计划安排要考虑满炉 冶炼以及成批轧制等提高设备能源利用的重要途径。 ( 6 ) 关键设备的维护要求高 特钢企业关键设备的生产能力对特钢产品产量有着重要影响。而生产线上设备的作 业环境恶劣，温度高，冲击强度大，所以对关键设备的维护非常重要。一旦维护不利， 关键设备生产过程中出现故障可能造成整个生产线的瘫痪，会给整个企业生产带来非常 不利的影响。 ( 7 ) 原材料对产品成本影响大 特钢企业原材料为废钢、生铁和铁合金，采购费用高，对成本影响较大。而且随着 特钢行业的发展，特钢产量的增加，中国特钢原料增产难以满足企业的需求，原材料供 给不足造成原材料价格不断攀升，限制了企业生产【5 】，故合理利用原材料，减少浪费， 可以有效降低生产成本。 由以上生产管理特点看出，特钢企业生产计划管理需要兼顾合同、时间、设备、能 源和物料等诸多方面，其制定和作业调度的复杂性很高。 1 1 2 钢铁企业生产管理的现状 ( 1 ) 国外钢铁企业生产管理现状 2 0 0 6 年，据国际钢铁统计局o s s b ) 称，全球钢产量可能将上升至1 2 亿吨 6 1 ，预计 2 0 0 6 年世界其他地区( 不包括中国) 钢产量的平均增幅将会达到4 钡在过去的四五年里， 中国钢产量年增幅高达2 0 2 5 ) 。 大：j 奎理工大学硕士学位论文 国外从七十年代开始从事钢铁企业信息化的研究，日本的新日铁和意大利的多伦多 钢厂、澳大利亚b h p 钢厂、韩国的光阳钢铁厂先后在7 0 ，8 0 年代花了巨额投资建立计 算机集成制造系统；尽管出现得比较晚，最近这几年钢铁企业e r p 的应用也是如火如 荼，具代表性的是s a p 公司在德国蒂森克虏伯公司实施的e r p 。通过e r p 系统建立客 户关系管理，蒂森克虏伯转移到面向客户订单型生产，实现了柔性客户化生产；通过物 料清单柔性管理，大大减少了传统钢铁炼制过程中的余料、废料。这些系统投入使用后， 取得了巨大的经济效益【_ ”。 ( 2 ) 国内钢铁企业生产管理现状 新中国成立5 0 多年来，我国特殊钢行业由小到大，尤其是改革开放以来的建设和 改造，使得特殊钢行业在工艺装备、生产技术、品种开发、提高质量、企业管理等方面 都取得了长足的进步。现己形成布局基本合理，品种、质量基本上能满足国民经济各部 门需要的行业，为国民经济建设做出了重要的贡献。 我国特殊钢行业( 以棒材为主的企业) 的发展，大致经历以下几个阶段： 旧中国遗留下来的建国后列为重点特殊钢企业有：大钢、本溪、抚钢、重特、 太钢。 建国后至大跃进时期改建和新建的重点特殊钢企业有：大冶、北满、上五、首 特。 三线建设时期迁建的重点特殊钢企业有：长城、西宁、陕西、贵阳。 改革开放以来，特别是近年来，一些钢铁联合企业经技术改造，产品进入特殊 钢领域。以兴澄为代表的合资企业和民企介入特殊钢行业，发展异常迅速，再加上地方 特殊钢企业的崛起，2 0 0 3 年我国特殊钢产量己达2 0 0 0 万吨，占全国钢产量的8 4 8 ， 仅次于日本( 2 2 1 8 万吨) 位居世界第二【“。 据国际钢铁协会( i t s d 布鲁塞尔7 月1 9 日消息，2 0 0 6 年6 月份，世界6 2 个国家上 报到国际钢铁协会的粗钢产量合计1 0 3 8 亿吨，同比增长1 2 7 ；上半年，世界6 2 个国 家租钢产量累计达到5 9 5 7 亿吨，比2 0 0 5 年同期提高7 9 。中国粗钢产量继续快速增 长，上半年中国粗钢产量占全球粗钢总量的比例达到并首次超过三分之一【8 】。 然而，与“世界第一钢铁大国”身份所不相称的，却是国内许多钢铁企业面临“亏 损”这一严峻的现实。“大而不强、多而不优”，成为我国钢铁企业的通病。目前，世 界钢铁业集中度不断提高，而中国钢铁业的集中度还相对偏低，一轮并购重组的高潮迫 在眉睫，竞争将进一步加剧。我国的钢铁产业虽然在总量上已经世界第一，但在一些高 端产品和技术工艺上，与发达国家还有较大差距。所有这些，都需要企业进一步提高自 身的核心竞争力，优化供应链，实现精细化的价值管理，从而获得竞争优势。 基于u m l 的特钢企业生产计划管理系统设计与实现 在经济全球化的今天，越来越多的国内钢铁企业意识到，要想摆脱困境、应对全球 挑战，信息化是一条必由之路。很多中国钢铁企业不约而同地开始了大规模的信息化建 设工程。截止2 0 0 5 年底，包括宝钢、首钢、邯钢、太钢、鞍钢、攀钢、本钢、马钢、 上海克虏伯不锈钢、东北特钢等共有3 2 家主要钢铁企业成功实现或正在实施企业信息 化，这些企业的钢铁产量之和占中国钢铁总产量的百分之五十【9 】。这是中国钢铁企业应 对巨变的一种必然选择。因为，目前钢铁企业的发展方向是规模扩大，品种多，自动化 程度高；管理层次减少，业务流程力求科学高效；整个企业要求能对上下游市场进行快 速响应并提高客户满意度。而要有效地构建和驾驭这样一个企业，传统的以人工管理或 孤岛型信息化系统为手段的管理方式已无法适应形势了。因此，一个全面、集成的信息 化管理系统已成为钢铁企业应对巨变不可缺少的利器。 对大型钢铁联合集团型企业，如宝钢( 信息化很早起步) 、太钢、首钢、邯钢等企业 进行了全面信息化选型或建设，内容覆盖硬件网络平台建设、企业资源计划( e r p ) 、制 造执行系统( m e s ) 、企业计质量系统、基础自动化和过程自动化改造等。对大中型钢铁 企业，如邢钢、通钢、湘钢、杭钢、南钢等企业，包括诸多新兴民营企业，进行了以企 业资源计划c a m ) 为中心，包括计质量系统、部分制造执行系统( m e s ) 和基础自动化改造 的信息化建设，有重点的阶段性推进。 近2 0 年来，国内的重点钢铁企业在信息化方面已投入相当大的人力物力，并已形 成了很多应用系统，为钢铁企业开展电子商务提供了坚实的基础。从2 0 世纪8 0 年代自 己研发管理信息系统( m i s ) ，到9 0 年代开始切入管控一体化系统、集成制造系统( c i m s ) 及企业资源计划c a m , ) 的应用，重点钢铁企业已初步建成了体现e r p 思想的整体产销系 统。目前，国内6 0 的重点钢铁企业已建成办公自动化系统，5 8 的重点钢铁企业已应 用了管理信息系统；8 2 的重点钢铁企业实施了财务管理系统，5 2 的重点钢铁企业销 售管理实现了计算机化。更进一步，许多重点钢铁企业还应用了计划管理、生产调度管 理、设备管理、原材料管理、劳动人事管理、经理查询系统、库存管理、质量管理、能 源管理等软件l l o l 。 1 2 课题的背景 本论文来源于大连理工大学c 订s 中心与东北特钢集团合作的信息化二期工程。东 北特钢集团是生产特殊钢的国有大型企业，由原大连钢铁集团、抚顺特钢集团、北满特 钢集团资产重组而成的。该工程的开发和实施是为了满足东北特钢集团企业信息化的需 要，提高其生产经营管理水平和产出效益。信息化一期工程实现了包括财务管理系统、 销售管理系统、物资供应管理系统、领导查询系统等模块的e m 系统。在此基础上企 r 4 - 大连理工大学硕士学位论文 业需要一个能够提高生产效率和管理水平的生产管理系统，c i m s 中心在对企业详细调 研的基础上，实施信息化二期工程，开发符合企业需求的生产经营管理系统，包括生产 计划管理系统、物料管理系统、质量管理系统、基础数据管理系统和成本管理系统。本 论文在信息化二期工程生产计划管理系统平台基础上，根据企业对系统功能的新需求， 对其进行了研究、优化设计以及开发应用工作。 1 3 论文的主要工作 本论文主要工作如下； ( 1 ) 特钢企业生产管理的特点与现状：对特钢企业生产管理的特点和现状做了详细 分析和研究。 ( 2 ) 基于u m l 的系统建模技术的研究：对u m l 建模技术的特点、用途及建模机制 进行了研究与论述，并选取了r a t i o n a lr o s e 2 0 0 2 作为系统优化设计的主要分析和建模工 具，u m l 应对变动业务需求能力强，为系统的优化设计提供了有力支持。 ( 3 ) 特钢企业生产计划管理系统的研究：对m r pi i j 1 t 集成生产计划组织模式、特 钢企业生产管理模式、系统中“基于物料属性的虚拟生产号模型”和“基于炉号和生产 批次的物料跟踪模型”进行了详细研究，它们是对生产计划管理系统进行优化设计的基 础。 ( 4 ) 基于u m l 的特钢企业生产计划管理系统设计：系统总体优化设计部分，采用 u m l 建模技术对特钢企业生产计划管理系统进行了新的需求分析，建立了优化后系统 功能模型、信息模型，并对其工作流程进行了设计。系统详细设计部分，对生产计划仿 真模块和生产数据统计模块进行了设计。首先借助u m l ，对原系统主要功能模块进行 分析，接着对月生产计划仿真和日生产计划仿真进行设计，并对优化模块及原系统模块 的集成关系做了设计；生产数据统计模块设计部分对各子功能进行了分析设计，并阐述 了利用数据库视图实现的统计方法。优化功能模块详细设计之后，对系统架构进行了详 细研究。最后为了在b s 模式下实现优化设计部分与原系统的全面集成，本文对基于 b s 模式的图形化关键技术进行全面研究，包括图形化报表中间件j f r e e c h a r t 关键技术、 从数据库到图形数据集的数据转换技术和基于b s 模式的图形化仿真技术。 ( 5 ) 基于u m l 的特钢企业生产计划管理系统实现：首先对系统实现需要的软件开 发环境做了介绍，然后对经过集成扩展，开发实施的生产计划管理系统界面进行了展示， 最后对优化后的生产计划管理系统实施结果进行了评估分析，针对开发实施过程进行了 经验总结。 基于u m l 的特钢企业生产计划管理系统设计与实现 2 基于u m l 的系统建模技术的研究 2 1u m l 简介 u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，统一建模语言1 承袭面向对象分析与设计( o o a d ， o b j e c to r i e n t e da n a l y s i sa n dd e s i g n ) 的方法，是一种用来描述系统蓝图的标准模式语言。 它是由三位面向对象方法领域著名的方法学家g r a d yb o o t h ，j a m e sr u m b a u g h 和i v a r j a c o b s o n 提出，结合了他们以及其它众多优秀方法和思想，得到了世界知名公司如 m i c r o s o f t ，i i p ，i b m ，r a t i o n a l 等的使用和支持，并于1 9 9 7 年l1 月被o m g ( o b j e c t m a n a g e m e n tc r o u p ) 组织采纳作为基于对象技术的标准建模语言。它融入了软件工程领 域的新思想、新方法和新技术，不仅支持面向对象的分析和设计，还支持从需求开始的 软件开发过程，是近十年来最具有划时代意义的软件技术之一。它是一种可以应用于任 何软件开发过程的标记法和语义语割1 1 】。作为对软件解决方案的业务领域进行描述的事 实上的标准，u m l 是第一个获得大多数从业者、软件厂商和学术界认识一致认同的表 示洲12 1 。 l r m l 是一个通用的可视化建模语言，用于对软件进行描述、可视化处理、构造和 建立软件系统制品的文档。它记录了对必须构造的系统的决定和理解，可用于对系统的 理解、设计、浏览、配置、维护和信息控制。u m l 适用于各种软件开发方法、软件生 命周期的各个阶段、各种应用领域以及各种开发工具，是一种总结了以往建模技术的经 验并吸收当今优秀成果的标准建模方法。u m l 包括概念的语义，表示法和说明，提供 了静态、动态、系统环境及组织结构的模型。它可被交互的可视化建模工具所支持，这 些工具提供了代码生成器和报表生成器。u m l 标准并没有定义一种标准的开发过程， 但它适用于迭代式的开发过程。它是为支持大部分现存的面向对象开发过程而设计的。 u m l 描述了一个系统的静态结构和动态行为。u m l 将系统描述为一些离散的相互 作用的对象并最终为外部用户提供一定功能的模型结构。静态结构定义了系统中重要对 象的属性和操作以及这些对象之间的相互关系。动态行为定义了对象的时间特性和对象 为完成目标而相互进行通信的机制。从不同但相互联系的角度对系统建立的模型可用于 不同的目的。 u m l 还包括可将模型分解成色的结构组件，以便于软件小组将大的系统分解成易 于处理的块结构，并理解和控制各个包之间的依赖关系，在复杂的开发环境中管理模型 单元。它还包括用于显示系统实现和组织运行的组件【1 3 1 。 6 一 大连理工大学硕士学位论文 2 2u m l 的特点与用途 2 2 1u m l 的特点 ( 1 ) 统一标准 u m l 融合了当前一些流行的面向对象开发方法的主要概念和技术，成为一种面向 对象的标准化的统一建模语言，结束了以往各种方法的建模语言的不一致和差别。 u m l 提供了标准的面向对象的模型元素的定义和表示法，以及对模型的表示法的 规定，使得对系统的建模有章可循，有标准的语言工具可用，有利于保质保量地建立起 软件系统模型。 u m l 己经成为工业标准化组织o m g 的正式标准，o m g 将负责语言标准的进一步 的开发。u m l 在统一和标准化方面的努力，将有利于建模语言本身的发展，也有利于 工业化应用。 ( 2 ) 面向对象 u m l 支持面向对象技术的主要概念。u m l 提供了一批基本的模型元素的表示图形 和方法，能简洁明了地表达面向对象的各种概念和模型元素。 ( 3 ) 可视化、表示能力强大 u m l 是一种图形化语言，系统的逻辑模型或实现模型都能用u m l 的模型图形清晰 地表示。u m l 不只是堆图形符号，在每一个u m l 的图形表示符号背后，都有良好定 义的语义。u m l 还可以处理与软件的说明和文档有关的问题，包括需求说明、体系结 构、设计、源代码、项目计划、测试、原型、发布等。u m l 提供了语言的扩展机制， 用户可以根据需求增加定义自己的构造型、标记值和约束等。 ( 4 ) 独立于过程 u m l 是系统建模语言，独立于开发过程。虽然u m l 与r a t i o n a l 统一过程配合使用， 将发挥强大的效用，但是u m l 也可以在其他面向对象的开发过程中使用，甚至在常规 的软件生命周期法中使用。 ( 5 ) 容易掌握使用 u m l 的概念明确，建模表示法简洁明了，图形结构清晰，容易掌握使用。学习u m l 应着重学习它的三方面的主要内容：u m l 的基本模型元素，把这些模型元素组织在一 起的规则，u m l 语言中的公共机制。只要具备一定的软件工程和面向对象技术的基础 知识，通过运用u m l 建立实际问题的系统模型的实践，很快就能掌握和熟悉u m l 。 基于u m l 的特钢企业生产计划管理系统设计与实现 2 2 2u m l 的用途 使用u m l 进行软件系统的分析与设计，能够加速软件开发的进程，提高代码的质 量，支持变动的业务需求。u m l 适用于各种大小规模的软件系统项目，能促进软件复 用，方便地集成已有的系统软件资源。使用u m l 将有助于处理软件开发中的各种风险。 u m l 的这些特点和优点使它获得了计算机业界和越来越多的软件人员的青睐， u 舭不是一个独立的软件工程方法，而是面向对象软件工程方法中的一个部分。 u m l 只是一种标准的系统分析和设计的语言，用于系统的建模。u m l 适用于对各类软 件系统的建模，从应用系统到计算机系统的支持软件，从一般的企业的信息管理系统到 基于w e b 的分布式应用系统，甚至实时系统。 u m l 不是一门程序设计语言，但可以使用代码生成器工具将u m l 模型转换为多种 程序设计语言代码，或使用反向生成工具将程序源代码转换为u m l 。u m l 不是一种可 用于定理证明的高度形式化的语言，这样的语言有很多种，但它们通用性较差，不易理 解和使用。u m l 是一种通用建模语言。对于一些专门领域，例如用户图形界面( g u d 设 计、超大规模集成电路( v l s i ) 设计、基于规则的人工智能领域，使用专门的语言和工具 会更适合些。u m l 是一种离散的建模语言，不适合对诸如工程和物理学领域中的连续 系统建模。它是一个综合的通用建模语言，适合对诸如由计算机软件、固件或数字逻辑 构成的离散系统建模【l l 】。 2 3u m l 建模机制的研究 u m l 的定义包括u m l 语义和u m l 表示法两个部分。 u m l 语义：描述基于u m l 的精确元模型定义。元模型为u m l 的所有元素在语法 和语义上提供了简单、一致、通用的定义性说明，使开发者能在语义上取得一致，消除 了因人而异的最佳表达方法所造成的影响。此外u m l 还支持对元模型的扩展定义。 u m l 表示法：定义u m l 符号的表示法，为开发者或开发工具使用这些图形符号和 文本语法提供了基础，为系统建模提供了标准。这些图形符号和文字所表达的是应用级 的模型，在语义上它是u m l 模型的实例。 u m l 中视图非常丰富，主要可分为用例图、静态图、行为图、交互图和实现图5 类，通过这几类视图可以全面描述一个数据库应用系统。其中静态图包括类图、对象图 和包图；行为图包括状态图和活动图；交互图包括时序图和协作图；实现图包括组件图 和部署图。下面对上述图进行一一介绍： 一8 一 大连理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 用例图 用例图的主要口的是帮助开发团队以一种可视化的方式理解系统的功能需求，是高 层次的系统功能图【1 4 1 。用例模型用于需求分析阶段，它的建立是系统开发者和用户反复 讨论的结果，表明了开发者和用户对需求规格定义达成的共识。它描述了待开发系统的 功能需求，从外部参与者的角度来理解系统，驱动了需求分析之后各阶段的开发工作， 不仅在开发过程中保证了系统所有功能的实现，而且被用于验证和检测所开发的系统是 否满足系统需求，从而影响到开发工作的各个阶段和u m l 的各个模型。在u m l 中， 一个用例模型由若干个用例图描述，用例图的主要包括下述3 部分：参与者，用例，关 系。它描述了系统的静态用例视，在组织系统行为并为之建模时，用例图的使用尤其重 要。 ( 2 ) 类图 类图表达一组对象类和它们的联系。在类图中，一方面描述各个类本身的组成，即 类的属性，操作和对象类的约束；另一方面描述系统中类之间的各种静态的联系。类图 是一种静态结构图，它描述了类、接口、协作以及它们之间的关系。类图是在面向对象 系统建模中最常用的图，描述了系统的静态设计视或静态过程视。 ( 3 ) 对象图 对象图表示一组对象和它们之间的联系。对象图是一个系统的详细状态在某一时刻 的快照。对象图实质上是对象类图的实例，或者是交互图的静态部分的实例，对象图有 时也称为实例图。 ( 4 ) 交互图 交互图包括时序图和协作图，这两个图被用于为系统的动态方面建模。交互图描述 了交互作用，由对象、对象间的关系组成，并包含在对象间传递的消息。时序图和协作 图以不同的方式表达了类似的信息，时序图描述了消息的时间顺序，适合于描述实时系 统和复杂的脚本，协作图描述了对象间的关系。 ( 5 ) 状态图 状态图描述了一个状态机，由状态、跃迁、事件和活动组成。它描述某个实体所处 的不同状态和基于事件反应的动态行为【圳。状态图主要用于为接口、类或协作的行为建 模和对实时系统或响应系统建模，状态图强调了对象的按事件排序的行为。 ( 6 ) 活动图 活动图类似于流程图，用来为工作流程建模，它是一种特殊的状态图，描述了系统 中从活动到活动的控制流。在眦中，活动图常用来做用例分析，图解用例的动态行 一9 一 基于u m l 的特钢企业生产计划管理系统设计与实现 为。活动图中的一个主要概念是活动，用4 个圆角矩形表示，各个活动通过实线连接到 一起就构成用例的整个流程。 ( 7 ) 组件图 组件图描述了组成系统的组件之间的组织结构和依赖关系，是在比较高的层次上描 述系统的静态视图。一般来说，软件组件就是一个实际文件，可以是源代码文件、二进 制文件或可执行文件等。可以用来说明编译、链接或执行时组件之间的依赖关系。组件 图与类图有关，因为一个组件可以映射到一个或多个类、接口或协作。 ( 8 ) 部署图 部署图描述了运行处理节点和运行其上的组件的部署。部署图是用来为面向对象系 统的物理方面建模的两种图之一。它被用来模拟系统的静态部署。静态部署主要描述了 构成物理系统的组成部分的分布和安装。在极大程序上，部署图模拟了运行系统的硬件 拓扑，本质上，部署图是着眼于系统的节点的类图，它为系统中物理节点、节点之间的 关系的静态方面建立了可视化的模型，并规定了构造的细节。部署图主要包括节点、依 赖和关联关系。部署图可以含有组件，每个组件必须存在于某个节点上【1 5 】。 尽管上述u m l 中图的种类很多，但并不是每个项目都会用到所有的图。例如，许 多项目不需要状态图。状态图用来对某个类实例的生命周期进行建模，只用于那些呈现 出复杂或有趣的动态行为的类。这样的类在嵌入式实时应用中普遍存在，但是在面向业 务的应用程序并不常见。如果需要对用例或类操作中的复杂步骤进行建模，活动图很有 用1 1 2 1 。有些图为同一件事情提供了互补的视图，例如时序图和协作图。实际上，许多可 视化建模工具允许从时序图创建协作图。 本论文在系统设计时主要使用用例图、类图、活动图和时序图。 2 4u m l 建模工具的选取 建模工具可以方便我们对系统进行高效的设计，目前支持u m l 建模的软件也很多， 例如s y s t e ma r c h i t e c t ，t o g e t h e r ，m i c r o s o f tv i s i o ，o b j e c t e e r i n gu m l ，m a g i c d r a w 等， 但是最受广大程序开发者欢迎的u m l 建模工具是r a t i o n a lr o s e 。r a t i o n a lr o s e 具有良 好的可用性和扩展性。值得一提的是，u m l 语言正是由r a t i o n a l 公司的三位世界级面 向对象技术专家g r a d yb o o c h ，i v a rj a c o b s o n 和j i mr u m b a u g h 通过对早期面向对象研究 的设计方法的进一步扩展而得来的，为可视化建模软件奠定了坚实的理论基础。r o s e 支持八种不同类型的u m l 框图：u s ec a s e 框图、a 甜、，i t y 框图、s e q u e n c e 框图、 c o l l a b o r a t i o n 框图、c l a s s 框图、s t a t e c h a r t 框图、c o m p o n e n t 框图和d e p l o y m e n t 框图： r a t i o n a lr o s e 可视化开发工具与多种开发环境无缝集成，目前所支持的开发语言包括： 大连理工大学硕士学位论文 v i s u a lb a s i c ，j a v a ，p o w e r b u i l d e r ，c + + ，a d a ，s m a l l t a l k ，f o r t 等；强有力的正反向建 模工作：支持j 2 e e 部署，支持e n t e r p r i s ej a v a b e a n s f e j b ) 逆向工程；保证模型与代码之 间转化的一致性【1 6 1 。 本系统设计选取的u m l 建模工具是r a t i o n a lr o s e 2 0 0 2 。 2 5 本章小结 本章首先对u m l 做了总体介绍，然后详细论述了u m l 的特点以及其用途。接着 对u m l 建模机制进行了研究，包括u m l 语意和u m l 表示法，以及u m l 的8 种视图 功能特点分析，其中本文在系统建模设计中用到了用例图、类图、活动图和时序图。本 章最后对u m l 建模工具r a t i o n a lr o s e 进行了简要介绍。 基于u m l 的特钢企业生产计划管理系统设计与实现 3 特钢企业生产管理系统的研究 本章首先对特钢企业生产管理的生产计划组织模式进行深入研究，然后对贯穿生产 计划管理系统的模型做了论述，包括基于物料属性的虚拟生产号模型，基于炉号和生产 批次的物料跟踪模型，它们也是生产计划仿真模型的基础，最后对于本系统优化设计重 点生产计划仿真模型进行了详细分析设计。 3 1m r p i i d l t 集成生产计划模式的研究 建立生产计划管理系统必须依托于具体的生产计划模式。m r p i i ( $ u 造资源计划) 和 j i t ( 准时制生产1 是两种不同的生产管理模式，这两种生产管理模式下的生产计划模式也 各有特色。m r pi i 是以物料需求计划( m a t e r i a lr e q u i r e m e n t sp l a n n i n g ，m r p ) 为核心的闭 环生产计划与控制系统，它是在m r p 的基础上发展起来的【1 7 d 8 】。下面对m r p 模式， m r p i i 模式和j i t 模式进行研究与探讨。 3 1 1 物料需求计划模式 制造业经营生产活动中，一方面，要合理储备原材料，辅助材料和半成品，以提高 用户的服务水平；另一方面原材料，辅助材料和在制品的库存又占有大量的资金，对加 快企业的资金周转，提高资金的利用率不利。为了减少库存资金，又要设法降低各类物 品库存，这是一对矛盾。理想的情况是：对于原材料，辅助材料和半成品，在需要的时 候，以需要的数量供给使用者而没有多余的库存。这正是m r p 的基本目标与实质精神。 m r p 适用于多品种，小批量生产的制造业。m r p 产生分时间段的采购计划和制造 计划，它的主要功能是回答； ( 1 ) 采购或制造什么，采购或制造多少。 ( 2 ) 何时开始采购或制造。 ( 3 ) 何时完成采购或制造。 m r p 的主要输入信息为主生产计划、独立需求、物料清单和库存信息。 对于特钢企业，主生产计划为销售部门和客户签订的月产品订单减库存的差，独立 需求一般为炼钢原料和钢坯，生产原料、钢坯和辅助材料则相当于离散行业的物料清单， 库存信息则是企业各分厂原材料，半成品以及成品的库存。 特钢企业m r p 处理过程如图3 1 所示： 大连理工大学硕士学位论文 图3 1 特钢企业m r p 处理过程 f i g 3 1m r pp r o c e s so f s p e c i a l - s t e e le n t e r p r i s 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