基于MDA的车间生产管理应用开发技术

文/段成

1　车间业务建模技术

当前制造业的趋势是客户需求的个性化，产品的多品种、小批量、研制和生产高度并行，这就需要车间生产管理系统能够快速的适应产品结构、产品类型、工艺路线、管理流程等诸多的变化。传统的车间生产管理系统普遍缺乏灵活性和柔性，业务模型的变化往往会导致大量的系统更改，并且具有开发工作量大、成本高、响应速度慢、质量把控难度大等问题，难以满足现实的需求。通过模型驱动的开发方法能够较好的解决上述问题。

1.1　基于MDA的开发方法

基 于 MDA（ModelDriven Architecture）的开发方法是由OMG（Object Management Group）提出，旨在实现业务逻辑与技术实现的分离，其核心理论是将PIM（Platform Independent Models）平台无关的模型转换为PSM（Platform Specific Model）平台相关的模型，并且最终将PSM模型生成相关的代码。

1.2　ISA-95标准

ISA-95标准是由美国国家标准局（ANSI）及仪表、系统和自动化学会（ISA）发布的，其刻画了生产对象模型以及生产制造运行过程的通用活动模型，适用于工厂/车间业务建模，众多的知名厂商已在其成熟产品中采用了ISA-95标准。车间业务模型构建可在ISA-95标准通用模型基础上再进行扩展与个性化定制。

1.3　基于EMF的建模框架

EMF（Eclipse Modeling Framework）是Eclipse平台中自带的建模框架，也是许多开源建模框架的基础，一些开源框架可实现基于UML（Unified Modeling Language）统一建模语言的图形化的模型构建，模型的转换及验证、模型数据存储集成、代码乃至用户操作界面生成等功能，能够极大帮助减少软件开发的工作量，提高开发的效率。

2　基于NoSQL的模型持久化存储技术

随着云计算、大数据、物联网、人工智能等技术的发展与应用，车间生产管理在信息获取能力，计算能力、数据挖掘能力、信息的预测能力等方面得到了极大的提升，车间生产管理也正朝着“平台+APP”的开发应用模式转变，具有轻量化、智能化、服务化的特点。传统数据模型的存储与管理多是采用关系型数据库，比如将ISA-95对象模型关系化。传统关系型数据库虽然在产品成熟度、ACID特性、安全性以及标准化等方面具有优势，但面对新形势下模型的持久化存储需求已显得力不从心，相比NoSQL数据库，传统关系型数据库的劣势主要体现在以下几个方面：

（1）传统的关系型数据库在面向对象的开发时需要在对象模型与关系模型之间相互转换或映射，造成了模型使用的不便；

（2）传统的关系型数据库在模型查询时可能会涉及到多表的连接，当大数据量或复杂查询时难以满足大规模模型查询对时效性的高要求；

（3）传统的关系型数据库数据模型的开放性与可扩展性不强，难以应对需求的不断变化。

此时NoSQL数据库成为了新的选择，NoSQL数据库产品种类众多，可分为键值模式、文档模式、对象模式、图模式等多种模式，不同类型的NoSQL数据库具有各自优势，比如图模式在表达复杂模型的关系及操作与查询大规模模型等方面具有较为明显的优势，典型的工业互联网平台GE predix和PTC Thingworx都开展了图数据库进行模型存储与管理的尝试。总体而言在车间生产管理应用中探索使用NoSQL数据库尚处于起步阶段，随着NoSQL技术的发展与成熟，相关的应用也会越来越多。在模型驱动应用开发领域，研究机构也开展了从EMF模型到NoSQL数据库（如Hbase、Neo4j等等）的模型持久化存储及大规模模型处理技术的研究，并已经取得了较为突出的成果，NeoEMF框架是其中的典型代表。

3　基于表单的UI快速开发技术

在传统的桌面型及富客户端应用方面，基于EMF模型快速开发基于表单的UI已有较为成熟的技术比如EMF Forms框架。当前Web应用及移动应用成为主流，复杂的Web业务应用程序也可被开发为基于JavaScript框架的单页面Web应用程序，研究机构开展了基于表单的Web UI快速开发框架的研究比如JSON Forms框架，用户无需编写复杂的前端代码就能方便的生成UI界面，可通过Restful服务接口连接到后端，将大大降低以数据为中心的Web应用程序的开发难度，显著提高开发效率，相信不久此类框架也会变得成熟。

4　结束语

模型驱动的应用开发使得工作重心转向模型的抽象与构建，有利于提高软件开发效率，有利于领域知识的积累与复用，同时还能提高应用软件的可维护性和柔性。随着相关技术框架的发展与成熟，模型驱动的应用开发技术在车间生产管理领域将拥有良好的应用前景。