基于SOA的可重構(gòu)制造執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：針對企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)需求以及信息交換比較復(fù)雜和缺乏擴(kuò)展性的特點(diǎn)，對比傳統(tǒng)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）架構(gòu)，提出一種面向服務(wù)且可重構(gòu)的信息系統(tǒng)架構(gòu)，該架構(gòu)以Web服務(wù)技術(shù)和構(gòu)件化技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了制造信息的多渠道共享與較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，同時運(yùn)用此架構(gòu)結(jié)合實例進(jìn)行了分析和實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：制造執(zhí)行系統(tǒng)；面向服務(wù)的架構(gòu)；構(gòu)件

中圖法分類號：TP312

如何利用信息技術(shù)將現(xiàn)代管理思想有效地應(yīng)用于車間組織生產(chǎn)，提高企業(yè)市場競爭力，已成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研究應(yīng)用的熱點(diǎn)。制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）作為連接企業(yè)上層資源管理系統(tǒng)和底層過程控制系統(tǒng)的橋梁，地位十分重要。其任務(wù)是為生產(chǎn)人員及時提供現(xiàn)場的生產(chǎn)信息，為決策者提供統(tǒng)計信息。同時MES也要能快速響應(yīng)制造流程變化和客戶需求變更，因此軟件架構(gòu)必須具有高擴(kuò)展性，且支持可重構(gòu)。

1 基于SOA的可重構(gòu)MES架構(gòu)

1.1 傳統(tǒng)的基于面向?qū)ο蟮腗ES架構(gòu)。傳統(tǒng)的MES一般采用多層架構(gòu)，為了最大權(quán)衡系統(tǒng)的彈性和復(fù)雜度，4層架構(gòu)則最為有效。4層架構(gòu)包括用戶界面層，業(yè)務(wù)邏輯層，數(shù)據(jù)訪問層和非業(yè)務(wù)的通用操作切面層。在系統(tǒng)設(shè)計時大多采用一些面向?qū)ο蟮脑O(shè)計原則，SRP（Single Responsibility Principle）單一職責(zé)原則，OCP（Open-Close Principle）開放封閉原則，及ISP（Interface Segregation Principle）接口隔離原則等，來降低各組件之間的耦合程度[1]。

基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的MES架構(gòu)弊端是業(yè)務(wù)邏輯的復(fù)用和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的共享只能通過客戶代碼與業(yè)務(wù)對象模型及數(shù)據(jù)存儲源直接交互，這樣使得層與層以及系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的耦合度很高。

1.2 基于SOA的可重構(gòu)的MES。（1）SOA。面向服務(wù)架構(gòu)（Service-oriented Architecture，SOA）是一種設(shè)計方式，并非某一種具體的技術(shù)?！胺?wù)”是SOA中的關(guān)鍵概念，成功實現(xiàn)SOA關(guān)鍵是為可重用庫中的每個服務(wù)確定正確的設(shè)計與功能，且確保可重用的軟件服務(wù)與業(yè)務(wù)流程完全一致。SOA是基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)和面向組件技術(shù)之上更高級別的抽象。基于SOA的系統(tǒng)將系統(tǒng)功能打包成一個可互操作的服務(wù)套件，這種服務(wù)套件可用于多個不同的系統(tǒng)或多個業(yè)務(wù)領(lǐng)域[2]。服務(wù)之間具有松耦合，粗粒度，位置和傳輸協(xié)議透明的特性。SOA的實現(xiàn)主要有六種主要實體和操作組成，可以描述為：SOA=，括號內(nèi)各元素所表示的功能模塊依次為：服務(wù)、服務(wù)提供者、契約、請求者、注冊中心和操作，其中服務(wù)的操作SO又可分為發(fā)布，查找和綁定三部分。目前Web服務(wù)是實現(xiàn)SOA的重要手段，其信息可以被不同形式的客戶端所使用。（2）可重構(gòu)。可重構(gòu)是指系統(tǒng)不但能夠應(yīng)用可重用的模塊快速開發(fā)出所需要的系統(tǒng)，而且體系框架本身也應(yīng)能根據(jù)需要進(jìn)行快速地重組。軟件可重構(gòu)主要依靠構(gòu)件技術(shù)來實現(xiàn)。構(gòu)件是指具有特殊計算功能的、自主的軟件模塊，這種軟件模塊遵照一定的接口規(guī)范可以實現(xiàn)互操作[3]。開發(fā)可重構(gòu)的構(gòu)件系統(tǒng)一般包括構(gòu)件的獲取、構(gòu)件的設(shè)計和構(gòu)件的管理。為了實現(xiàn)軟件的重用，構(gòu)件必須具有一定的面向特定領(lǐng)域的通用性，即構(gòu)件所提供的功能可為多個系統(tǒng)使用。構(gòu)件技術(shù)是在面向?qū)ο蠹夹g(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此可以借助面向?qū)ο蟮某橄?、繼承、封裝等特性進(jìn)行構(gòu)件的抽取。為了保證軟件的可重用性和擴(kuò)展性，構(gòu)件一般應(yīng)采取小而精的結(jié)構(gòu)形式，但考慮到對構(gòu)件的查找檢索和組裝方便的需要，設(shè)計構(gòu)件時也不能粒度過小。（3）基于SOA的可重構(gòu)MES架構(gòu)。如（圖1）所示，表示層與業(yè)務(wù)層之間，業(yè)務(wù)層與數(shù)據(jù)庫訪問層，以及業(yè)務(wù)層與硬件訪問層之間都引入一個服務(wù)層，服務(wù)層定義了公共編程接口以及相互操作協(xié)議，這樣其他的外部系統(tǒng)也可以通過服務(wù)接口實現(xiàn)跨平臺的服務(wù)調(diào)用。各層所提供的功能，主要是通過構(gòu)件技術(shù)，開發(fā)出基礎(chǔ)組件和業(yè)務(wù)組件，然后根據(jù)業(yè)務(wù)需求通過構(gòu)件的組裝技術(shù)生成系統(tǒng)。

2 應(yīng)用實例

基于SOA的可重構(gòu)的MES框架已經(jīng)被用來開發(fā)多個應(yīng)用系統(tǒng)，并在企業(yè)中得到推廣應(yīng)用[4]。（圖2）提供了一個典型基于該應(yīng)用框架開發(fā)的某國際水泵集團(tuán)的一個全自動化車間管理系統(tǒng)的用戶界面，該系統(tǒng)可以定時從上層的ERP系統(tǒng)接收生產(chǎn)計劃，并反饋計劃執(zhí)行情況，通過自動化OPC技術(shù)與PLC進(jìn)行交互實現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，滿足了車間作業(yè)進(jìn)程監(jiān)控，設(shè)備狀態(tài)和加工信息及時反饋的需求。

3 結(jié)束語

SOA加構(gòu)件化技術(shù)提供了一種具有松耦合性和高復(fù)用性的企業(yè)信息化體系結(jié)構(gòu)。本文提出并實現(xiàn)了基于SOA的可重構(gòu)的制造執(zhí)行系統(tǒng)，將SOA架構(gòu)應(yīng)用到MES中，可以快速、方便地構(gòu)建MES應(yīng)用系統(tǒng)，通過層次結(jié)構(gòu)和可復(fù)用的組件則大大的提高了系統(tǒng)開發(fā)效率，減少其開發(fā)和維護(hù)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚逵，梅中義.SOA技術(shù)下的制造執(zhí)行系統(tǒng)建設(shè)[J].制造業(yè)自動化，2007（12）：89-93.

[2]Nicolai M.Josuttis.SOA in Practice The Art Of Distributed System Design[M].O'Reilly Media，2007.

[3]黃柳青，王滿紅.構(gòu)件中國：面向構(gòu)件的方法與實踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[4]毛新生.SOA原理 方法 實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

作者簡介：譚佳（1982-），男，碩士研究生，軟件工程專業(yè)，工程碩士，研究方向：軟件架構(gòu)。

作者單位：蘇州大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州 215006