1.CIM-OSA体系结构

计算机集成制造开放系统（CIM-OSA）体系结构是由欧盟欧洲CIM体系结构委员会AMICE研究组在ESPRIT项目中开发的。CIM-OSA为制造业企业提供了一种参考体系结构，根据这种参考体系结构可以推导出满足特定企业需求的专用计算机集成制造系统结构。

计算机集成制造系统是一个集产品设计、制造、经营和管理为一体的复杂的大系统。所以为了更好地分析企业的现状，逐步改造企业成为具有实力的计算机集成制造系统，就需要从系统工程的观点出发提出一个合理而有效的计算机集成制造系统体系结构和一套指导计算机集成制造系统设计、实施及运行的有效方法。而对于不同的行业和部门而言，并不存在一个放之四海而皆准的计算机集成制造系统体系结构，大多数体系结构只着重描述计算机集成制造系统需要些“什么”的问题，只有很少几种计算机集成制造系统体系结构说明了企业“如何”继承以及需要些“什么”的问题。但是，从目前国内外公开的资料来看，尚无一种体系结构就必需的能力而言是完备的体系结构。目前影响较大、企业仍在继续开发和扩展的是面向系统全局的计算机集成制造系统体系结构——CIM-OSA。

目前，该方法已经成功应用于解决多种领域的问题。例如，针对ASP（动态服务器页面）模式应用服务系统的建模特性，引入CIM-OSA作为系统建模过程的参考体系结构，同时扩展了一个结构视图。借鉴了统一软件开发过程（RUP）框架模型，结合CIM-OSA建模体系框架的功能、过程、组织、信息和资源领域分析方法，提出了基于UML（统一建模语言）的动态建模体系框架模型。通过对CIM-OSA体系结构的改进，建立了支持ERP快速实施的企业模型体系和企业建模方法。下面对CIM-OSA的总体框架以及建模环境等进行介绍。

（1）CIM-OSA的总体框架。CIM-OSA的总体框架包括三个坐标轴：逐步抽取（Stepwise In-stantiation）、逐步推导（Stepwise Derivation）和逐步生成（Stepwise Generation）。具体而言，由三个垂直的列表示的三个通用层次（通用层、部分通用层和专用层）、水平的行描述的三个建模层次以及四个不同的视图组成，如图21-6所示。

图21-6 CIM-OSA的总体框架

1）逐步抽取。逐步抽取是指一个由一般到特殊的发展过程，它描述了从形成通用层建造模块到建立用于各种类型工业的部分通用模型，再到最后建立特定企业的专用模型的建模过程和知识形成过程。其中，通用层是包含元件、约束、规则、术语、服务和协议等的可以广泛应用于计算机集成制造系统的一种参考目录；部分通用层是指包含一组适用于多类特殊制造业企业的部分通用模型，主要针对汽车、航天和航空等不同行业，进而形成有行业针对性的参考模型；专用层是针对一个特殊的企业开发的模型，通常一个企业计算机集成制造系统只能通过一种专用结构来描述，该结构包含了企业所必需的所有知识，可以直接用来描述企业物理元件和信息技术的集成元件。

2）逐步推导。逐步推导是指在系统开发的整个生命周期中，从需求定义到设计说明到实施描述的三个阶段，每一个阶段都有适合其需要和特点的模型。其中，需求定义建模层是描述一个企业做什么和怎么做的建模层次，用来为设计说明建模层和实施描述建模层的系统设计和实施提供选择方案；设计说明建模层是构建满足用户需求的系统实现方式，确定需求定义如何在技术层面上得以实现，属于系统组织和设计的范畴；实施描述建模层是阐明有效地实现企业运行的一套必需的组成元件，属于决策和系统实施的范畴。

3）逐步生成。逐步生成是指从收集功能需求开始，以相互迭代优化的方式生成所有的视图：功能视图、信息视图、资源视图和组织视图。而每个视图又包括三个通用层次和三个建模层次。这四个视图必须相互联系在一起，共同给出整个系统的描述。其中，功能视图描述了满足企业目标的功能结构和相关的控制结构，而控制结构定义了控制顺序的规则或企业内部的活动流以及基本经营过程的规则；信息视图描述了每个功能所需要的信息；资源视图描述了资源、资源与功能和控制结构的关系以及资源和组织结构的关系；组织视图描述了企业的组织结构，即功能和控制结构的职责、信息和资源的职责。

（2）CIM-OSA的建模环境。在实际应用中，人们关注的是从CIM-OSA的总体框架中，如何将通用结构模块和部分通用模块用于创建企业的专用结构，为此AMICE研究组提出了一组内部集成环境，如图21-7所示。

图21-7 CIM-OSA的集成环境概貌

CIM-OSA主要包括三部分：

1）CIM-OSA的参考结构。由CIM-OSA体系结构中的通用结构模块（通用层）和部分通用结构模块（部分通用层）组成。它可以确定系统整个生命周期中共同的数据和框架，从而创建企业通用模型，并交付给各具体企业作为参考，进而去创建各自的专用模型。同时，企业生命周期中的数据被存入集成的数据处理环境中，作为共享资源供集成环境下的其他子系统所用。

2）集成的企业工程环境。依据集成基础结构提供的服务和支持，在集成企业工程环境中，结合本企业系统特点，细致地分析本企业对计算机集成制造系统的需求，进行初步设计和详细设计。该过程活动的结果可构造出企业的专用结构，提交本企业计算机集成制造系统实施描述模型、经营活动模型以及企业运行使用模型。

3）集成的企业运行环境。依据集成基础结构提供的服务和支持，在集成企业运行环境中，执行交付运行的专用实施模型，它包含企业运行所要求的经营活动模型和企业运行使用模型，以及相应的功能、信息、资源和组织视图。此外，每一个集成环境由集成基础结构、实际的物理系统和交付运行的实施描述模型组成。

（3）CIM-OSA的特点和挑战。CIM-OSA的体系结构具有以下几个特点：①面向系统全生命周期；②规划设计与当前运行分离；③标准化、规范化与开放性；④结构化的规划设计方法；⑤具有计算机可执行性；⑥其应用范围是进行生产监控和管理的工厂。(www.daowen.com)

目前CIM-OSA体系结构已受到国内外高度的关注，并且是各种体系结构中研究充分且最广泛发表的一种，但是在应用过程中仍存在一些不足，为此要使CIM-OSA发展为完备的体系结构，仍面临较大的挑战，如需增强计算机的可执行性、提供实用的方法体系以及消除CIM-OSA用于离散系统的限制，将它扩展到各种工业企业系统中。

2.普渡体系结构

普渡体系结构（Purdue Enterprise Reference Architecture，PERA）是由美国工业界——普渡大学联合集团于1989～1992年期间开发的一套能同时适用于各种类型工业企业的参考体系结构。近年来的调查表明，国际上设计和实施计算机集成制造系统的企业多数未能达到预期的效果和目标。究其原因，70%以上的障碍来自于人的因素。而普渡体系结构就是在总结离散和过程两大类型制造业实施计算机集成制造系统经验的基础上，明确表述了人在实施计算机集成制造系统中的作用和影响，更完整地讨论了整个计算机集成制造系统生命周期各阶段的功能、任务和设计分析方法。

目前，该方法得到了广泛的应用和发展。例如，普渡体系结构方法的概念在不同行业中的应用、普渡体系结构的扩展等。下面对普渡体系结构的框架及内容进行简要介绍。

（1）普渡体系结构的框架。普渡体系的总体结构框架如图21-8所示。由图可以看出，普渡体系结构在系统开发的生命周期方面，提出了概念、定义、设计、构造和安装以及运行五个阶段；在系统分解方面，可以分为信息体系结构和制造体系结构两部分，进入说明层或实施视图后则看做是信息系统体系结构、人和组织体系结构以及制造设备体系结构三部分。整个项目采用层次结构划分，可以清楚地看到企业的使命、远景蓝图和价值观，以及相关的管理需求转化为设计、开发、建造和运行的完整的企业计算机集成制造系统。

（2）普渡体系结构的特点和挑战。普渡体系结构具有以下特点：

1）面向系统生命周期，指导用户从最初概念经使用直到最后企业废弃过程的企业集成过程的所有阶段的非形式化描述。

2）非形式化描述有助于用户的理解，并且开发层次以图形表示，相关方法体系完备。

3）考虑人的因素，整个体系结构划分为三部分：信息系统、人与组织和制造设备。

4）规划设计与当前运行分离。

5）具有结构化设计方法特点，有一定的规范性。

6）具有很强的可扩展性。

但是，在实际应用中，普渡体系结构仍存在一些不足之处，为了更好地推广应用，还需解决以下两个方面的问题：

1）妥善解决形式化问题。因为形式化是普渡体系结构进一步发展的第一需求，只有解决好形式化问题，才能获得体系结构的最终可执行性，同时也有助于深入地研究人的因素的影响。

2）研究必要数学建模技术以用于计算机模拟。

图21-8 普渡体系的总体结构框架