做座基于OAGIS的制造执行系统的研究

基于OAGIS的制造执行系统的研究

制造执行系统(Manufacturing Execution Syatem，MES)是位于工厂上层的生产计划系统(ERP)和底层的生产控制系统(DCS、PLC、DNC/NC)之间，面向车间层的生产管理和实时数据采集系统。它通过调度物料、设备、人员、流程指令等车间资源，来达到减少在制品、缩短产品制造周期，提高生产效率的目的。MES在生产计划层和底层控制层之间架起了一座桥梁，通过MES，计划层所制定的生产计划能够转化为面向底层控制系统的具体车间调度，底层控制系统的数据也能经MES收集处理后反馈回计划层。

一般MES系统由多个功能模块组成，分别用来管理车间生产活动中所涉及的设备管理、生产调度、库存、质童控制、人力资源管理、数据采集等活动。由于受到行业、生产规模、经营模式、设备等因素的影响，不同车间之间往往存在着较大的差别，因此难以开发出具有广泛适应性的MES系统，许多工厂在实施MES时，往往根据自身需求从多个开发商购买不同功能模块进行集成，由于不同开发商提供的模块之间可能存在的异构性，同时缺乏统一的数据描述规范因此在MES各个模块之间以及MES与ERP、PDM等系统之间实现集成往往比较困难。

OAGIS是一个由OAG(Open Applications Group)提出的基于XML技术的电子商务和应用集成标准，OAG是一个由企业应用软件开发商和用户所组成的组织，其成员包括Oracle、PeopleSoft、波音等公司，OAG的主要工作是建立与企业应用集成有关的开放性标准，以推动企业应用系统之间的互操作性，提高软件的即插即用能力，促进B2B电子商务的发展。OAGIS基于XML语言，其中定义了一系列业务对象及应用场景，满足OAGIS标准的系统相互之间可以很方便地实现集成。由于OAGIS对MES与ERP、PDM等系统之间的集成也制定了相关的标准，因此在MES系统的开发中可以采用OAGIS标准，以提高MES与ERP、PDM等系统之间的可集成能力。

1 基于OAGIS的企业应用集成

1.1 OAGIS标准

OAGIS是OAG组织为提高企业应用软件的可集成性而提出的标准，OAGIS的基本思想是将企业信息系统之间的集成看作是在系统之间实现业务对象文档的传递，例如在库存管理系统与财务系统之间传递的出库入库单据，PDM系统与MES系统之间传递的加工工艺数据等，OAGIS对不同系统之间的集成场景及传递的业务对象文档作出了规定。

OAGIS中定义了一系列业务对象集成场景，集成场景是对企业信息系统进行集成的一个参照模型，每个集成场景都描述了集成的目标、参与集成的系统以及系统之间交换的信息，图1是OAGIS中采购订单处理集成场景。

图1 供应商订单处理集成场景

在图1所示的集成场景中，集成的目标是实现采购订单处理的自动化，该场景包括采购销售订单自动处理和订单管理两个业务对象，以及采购订单回复、采购订单处理两个业务对象文档，采购销售订单自动处理代表需要向销售商发出采购订单的系统，订单管理代表对订单进行处理的系从1993年后10年间统。在该场景中，采购方系统向供应商发出一个采购订单处理业务对象文档，该文档包含采购方信息、采购商品类型、数量等信息，销售商系统收到业务对象文档后对其进行处理，并向采购方反馈一个采购订单回复业务对象文档，其内容包括是否接受订单，以及对订单条款的修改等。

在OAGIS标准中，业务对象文档是业务对象之间传递的XML文档，文档中封装了系统之间传递的数据以及对数据的处理要求，其结构如图2所示。

图2 业务对象文档结构

业务对象文档由应用区和数据区组成，应用区包含系统发送业务对象文档所需要的信息，如创建业务对象文档系统的标示符、逻辑位置、创建时间、身份认证信息等；数据区包含系统进行业务处理所需要的数据以及对数据的处理要求。例如图1所示的采购订单处理业务对象文档中包含了处理采购订单所需要的数据，也就是采购订单的内容，还包括对订单的处理要求，如订单审批、发送等，OAGIS针对各种集成场景一共定义了近200种业务对象文档。由于在实际应用中，用户所使用的订单、发票等文档可能与OAGI5标准中所规定的有所差异，因此OAGIS还提供了一种扩展机制，用户可以根据需要对业务对象文档的内容进行扩展。

1.2 基于OAGIS的企业应用集成架构

基于OAGIS标准的系统相互之间具有良好的可集成性。在OAGIS标准中，业务对象文档的描述采用XML语言，具有平台无关的特性，其传送可以采用SOAP、HTTP等开放协议，可以应用于异构平台环境，同时系统之间的集成采用发送和接收业务对象文档的方式实现，避免了采用函数调用集成方式可能遇到的接口不匹配的问题。

图3 基于OAGIS技术的企业应用集成架构

在图3中，业务对象代表基于OAGIS的系统，各个业务对象之间由于基于OAGIS开发的系统所具有的上述优点，因此OAGIS标准得到了越来越多的支持和应用，许多软件公司，其中包括一些有名的公司。如Oracle、PeopleSoft、IBM等的产品已经提供了对OAGIS的支持，其它采用OA-GIS标准开发的软件能够很容易地与这些公司的软件进行集成。目前满足OAGIS标准的产品已经在一些企业中得到应用，如朗讯公司、福特汽车公司、波音、洛克希德-马丁等以福特汽车公司的eHub系统为例，该系统使用Biz-Talk作为集成工具。将装配厂、供应商以及销售商的集成起来，通过该系统，供应商可以直接了解到装配厂中零部件的消耗状况，以便及时生产供应零部件，销售商也能够通过该系统了解到其定购的车辆的生产完成以及运输状态。

2 基于OAGIS的MES

2.1 基于OAGIS的MES的可行性

影响OAGIS标准在MES中应用的因素有系统开发的难度、标准的普及程度以及完善程度。OAGIS中业务对象文档的描述基于XML语言，由于目前主流的开发工具和平台都提供了对XML的支持，因此开发基于OAGIS标准的系统在技术上并不困难，影响应用的主要因素在于标准的普及和完普程度。

目前Oracle、PeopleSofl等软件公司已经在其产品中提供了对OAGIS的支持，福特、朗讯等大型企业也在其系统中应用了OAGIS标准，但目前OAGIS标准的应用离普及程度还有相当的距离。影响OAGIS标准应用的另一个因素是其完善程度，在目前最新的OAGIS 8.0中规定了MES与ERP、PDM、HRS等系统之间的集成场景，满足该标准的MES、ERP、PDM、HRS之间能够很方便地实现集成。由于车间设备种类众多，而且多数设备控制系统并不能够直接支持XML语言，因此OAG并未就MES与车间底层控制设备之间的集成作出规定。在OAGIS 8.0中，与MES相关的集成场景主要有以下这些：

(1)计划一生产集成场景——ERP系统与MES之间的集成场景图。在该场景中，ERP系统根据销售订单下达生产计划，MES根据库存、在制品、原材料等情况制定详细生产计划并反馈回ERP系统。

(2) ERP一车间计划集成场景-ERP系统、车间级生产计划制定系统、生产过程管理系统、车间级生产能力分析系统之间的集成场景图。在该场景中，生产能力分析模块根据ERP系统下达的生产指令进行生产能力分析，车间级生产计划制定系统根据生产指令和生产能力分析结果，制定生产计划航天2院和航天5院都可以而且资质硬并发往生产过程管理系统。

(3)设计变化集成场景——PDM、ERP和MES之间的集成场景图。在该场景中，PDM中的产品数据发生变化时，ERP和MES中的产品数据也进行相应的调整。

(4)工艺数据同步集成场景——制造工艺数据管理系统与MES之间集成的场景图。在该场景中，制造工艺数据发生变化时，MES中的数据也相应进行更新。

(5)生产同步集成场景——对MES以及其它系统中的生产指令数据进行同步和更新。

(6)车间劳动时间统计集成场景——ERP系统中的人力资源管理模块与MES中创新性提出新的加工工艺的人力资源管理模块之间的集成场景图，MES中的人力资源管理模块从ERP系统中的人力资源管理模块获取工人的个人信息，ERP系统中的人力资源管理模块从MES中的人力资源管理模块中获取工人的劳动时间等信息。

(7)在制品统计集成场景—对ERP、MES以及其它系统中的在制品数量进行确认。

(8)在途产品统计集成场景—在库存管理模块之间传递制成品或在制品的移库信息。

(9)人力资源集成场景——人力资源管理系统与其它系统之间集成的场景图。在该场景中，人力资源管理系统从MES中获取工人的工作时间和工作日程安排等信息。

(10)设备维护集成场景——在设备维护管理模块与其它模块之间传递设备维护信息。

2.2 基于OAGIS的MES的集成架构

传统上MES与其他系统之间一般通过接口调用的方式实现集成，这种集成方法的缺点是缺乏灵活性，系统只能够与某些支持其借口的系统实现集成，而且当某个系统的接口发生变化时，需要重新进行集成工作。以MES与PDM系统之间的集成为例，为了保待产品数据的一致性，当PDM中的产品数据发生变化时，需要同步对MES中的产品数据进行更新。按照传统的集成方法，对MES中产品数据的更新可以通过调用MES的某个接口函数实现，当有多个车间的MES中的产品数据需要更新，而且各车间的MES各不相同的情况下，在PDM与MES之间实现集成需要大量的工作，而且当某个车间的MES更新升级时，需要重新进行集成工作。

基于OAGIS的系统集成的特点是被集成的系统之间并不直接调用对方的函数.而是通过相互之间发送和接收业务对象文档实现集成，系统收到外界发来的业务对象文档之后，对其进行解析，根据业务对象文档的内容调用相应的系统功能。例如当PDM中的产品数据发生变化，需要对MES中的相应数据进行更新时，PDM会产生一个更新产品数据的业务对象文档，该文档中包含了需要更新的产品数据，以及接收该文档的MES系统的地址信息，MES收到业务对象文档之后，对其进行解析，根据文档的内容调用相应的功能，对产品数据进行更新。这种方法的优点是无需针对某种系统的接口进行开发工作，具有较好的可集成能力。

与传统的MES相比，基于OAGIS标准的MES增加了创建、解析和发送业务服务请求(Business Service Request，BSR)的功能，当需要调用其它系统的功能时，BSR生成器创建业务对象文档，并通过BSR接口发送到其它系统，其他系统收到业务对象文档后。对其进行解析，然后调用相应的系统功能。从架构上看，基于OAGIS的MES由MES业务对象、组建运行平台、集成器这三部分组成：

(1)MES业务对象。MFS业务对象封装了制造执行系统功能逻辑，如工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理等功能，每个业务对象实现其中的一种或多种功能，业务对象可以按照EJB、CORBA等分布式对象规范进行开发，以便于其相互之间的集成，MES与其它支持OAGIS标准的系统之间的通信通过BSR接口实现。

(2)组件运行平台。组件运行平台的功能是为MES的业务对象提供运行环境，如通信、负载平衡、数据库连接等服务，目前主流的平台工具都提供了对XML、SOAP等技术的支持，能够减少基于这些平台的应用开发工作。

(3)集成框架。集成框架把各个满足OAGIS标准的系统连接起来，在系统之间实现业务对象文档的传递。它还提供了其它的功能，如业务对象管理、工作流、消息服务等功能。通过集成框架，用户能够对业务对象、对象间的集成关系以及工作流进行配置和变更。

2.3 MES业务对象的开发

MES业务对象是封装了减少运输车辆的重量是下降能源消耗、温室气体减排和提高燃油效力的重要方法ME5的业务逻辑的功能模块。下面以一个实现了文档管理功能的MES业务对象为例，来说明MES业务对象的设计和开发。该业务对象用EJB技术开发，运行平台选用Oracle9iAS应用服务器，集成框架采用Oracle的Integration。

该业务对象实现了MES中的文档管理功能，它的功能是对MES系统中的产品数据维护，保持MES中的数据与ERP中的数据的一致性，为其它的MES功能模块提供数据。该业务对象需要与ERP系统进行集成，当ERP中的产品数据发生变化时，MES中的产品数据也需要进行同步更新，并对有关的车间调度计划和资源分配等进行调整。

该业务对象在FJB平台上的实现可以分为两部分，一部分是业务逻辑组件的实现，另外一部分是BSR接口组件的实现。业务逻辑组件实现业务对象的功能逻辑，它通过BSR接口组件与其它的业务对象通信。业务逻辑组件包括会话Bean和实体Bean，会话Bean实现业务逻辑，实体Bean实现对数据库的操作。BSR接口组件包括3个会话Bean，它们分别是BSR解释器、BSR生成器、XML/XSD解析器。图4是业务对象中物料清单管理部分的类图，它实现的功能是根据ERP系统的请求对物料清单数据进行更改，并向ERP系统发出确认收到业务对象文档的信息。

图4 物料清单管理类图

在图4中，物料清单管理类实现了对物料清单表进行更新维护的功能，对数据库的操作通过物料清单数据对象实现。BSR解释器解析其它系统发出的业务对象文档，根据文档内容调用物料清单管理类中的相应函数，当需要调用其它系统的功能，如向ERP系统发出数据校对请求时，物料清单管理类通过RSR生成器将校对请求封装为业务对象文档后发送到ERP系统。

3 结束语

目前OAGIS标准的应用虽然仍处于起步阶段，但却已经表现出了良好的发展前景，并在一些大型企业及其零部件供应商中得到了应用。随着敏捷制造的推广，未来将会有更多的企业在车间层与零部件供应商展开协作，利用OAGIS标准，能够有效地提高MES的可集成能力，基于OAGIS的MES系统未来将会具有良好的发展前景。(end)