基于SOA的MES系统

    随着Web服务技术的发展，控制层的供应商以及标准制定者逐渐遵循基于服务的体系结构，典型代表是OPC组织推出了基于Web服务的OPC XML-DA，并于2003年的7月份发布了OPC XML-DA的说明文档1.0。OPC XML DA用基于XML的Web服务概念，用SOAP（简单对象访问协议）作为对应用程序共享消息进行包装的标准协议。OPC客户端和服务器之间通过HTTP协议传输Web服务。OPC XML提供一种比较容易的方式用于通过Internet发布OPC数据信息，为企业自动化过程控制系统集成提供广泛的连接特性。最新定义的OPC UA更是通过应用SOA，定义了一套集成的服务集，解决了现有的OPC规范在应用时服务重叠的问题。而所有的这些都为实现基于SOA的MES系统提供了可能。因此，图2描述了在企业不同层次（企业层、车间层和控制层）的服务提供者，应用他们提供的服务，可以构建动态的应用系统，而用户则需要业务流程的建模。在车间层，实际上这里就是MES系统，包含了多个模块，如车间数据采集SFDC（shop floor data collection）、库存管理、有限资源计划、工作单元控制、运输、工具管理和工厂监控系统（FMCS）等，通过应用SOA的架构，这些模块都可以由Web服务接口、ESB消息传输机制以及应用BPEL动态建模来创建一个上与企业层系统（ERP、数据仓库或MIS）、与控制层系统（PLC、SCADA、RFID或HMI等）集成的MES系统。如图2把MES系统放到整个企业环境中，描述了基于SOA的系统架构是如何实现整个企业应用系统的集成。企业的供应商提供了维护、培训、维护计划或者设备故障诊断等服务，在客户需求方面，客户要求企业提供产品追踪和回溯的服务，此外客户服务方面还要求企业提供可承诺量ATP（available to promise）服务，而企业内部本身也包含了很多私有服务。通过将这些服务组合在一起，则可以创建符合企业业务流程的MES应用系统。同时，采用Web服务适配器可以使得Web服务可以与没有用Web服务开发的系统相通信。以下几种示例系统可以用Web适配器：内部开发的系统、打包的软件、数据库系统、CORBA和DCOM。如图3所示，当消息路由使用Web服务的时候，消息路由只需要和Web服务连接而不需要和每一个系统连接。由于目前企业内部有可能实施了部分的MES功能，这是因为企业是功能型驱动的业务模式，企业不可能在一开始就完全规划好整个MES的系统，如企业发现需要将内部的工具包括切削刀具等进行管理，从而实施了刀具管理，但随着业务需求的增加，企业有可能需要实施其他的功能模块，这个时候原有的系统模块就需要与整个MES系统集成。为了保护原有的投资，则可以将刀具管理系统应用Web服务适配器封装工具（如iWay软件的通用适配器套件）封装成Web服务，从而可以将已有的应用系统集成到整个SOA架构的应用系统中。

    罗克韦尔自动化提供的MES系统，应用FactoryTalk应用服务平台，运行在FactoryTalk/SOA上，FactoryTalk/SOA服务平台提供一套通用的软件服务程序，包括安全控制、诊断、审计、数据模型、授权、实时数据采集、历史数据记录、配置、报警和事件等服务，这些通用的服务可以为工作订单、物料管理、工作流、追踪与回溯、异常处理、测试与采集、SPC等MES应用模块所重用。这样做的好处是，这些服务只需一次部署，以后可多次重复使用，大大节省了用户的培训和学习时间。由于所有的产品都使用SOA使能的功能，因此，这些功能包括了通用的组件、应用界面等。同时对于软件供应商来说，采用这种架构可以缩短软件开发周期并提高上市速度。在部署MES应用的时候，MES系统应用相关的服务与通用服务一起动态地构建满足企业需求的MES应用系统，其体系结构如图4所示。

    应用实例

    江西九江昌河汽车有限责任公司总装车间采用了罗克韦尔的MES（制造执行系统），该系统是昌河汽车总装车间进行生产管理的重要系统。它接收上层ERP系统的计划数据，监控整车在线状态，控制生产进程，提供物料需求信息；反映各种设备运行状态，提供生产数据的统计与查询。该MES系统主要分为ANDON系统、AVI系统和物料呼叫系统。

    以ANDON系统为例，介绍基于SOA的MES系统在汽车总装车间的应用。安装在汽车生产线上的ANDON系统，是用来帮助流水线上的工人在一定生产节拍内，完成质量可靠的汽车装配任务，起到了在生产流水线上传递信息、提高生产效率的作用。

    在由传送带控制的流水线上，各个工位上应安装拉绳，每条生产线段安装一块ANDON显示板。当操作工发现质量问题或需要请求班组长的帮助时，操作工拉下拉绳。此时ANDON显示板上的指示灯应点亮，ANDON系统会播放音乐来提示班组长。如果这个质量问题在给定的生产节拍时间内还无法解决，ANDON系统应向传送带控制装置发出联锁信号，要求传送带停送，以获得足够的时间来解决问题。

    ANDON系统将一些重要的生产数据，如目标产量、上线产量、下线产量等显示在LED型ANDON显示板上。ANDON系统中会记录每个工位发出的质量报警，上位计算机还应提供生产报表供用户作质量问题汇总和进一步的分析。

    ANDON系统的工作流程是：首先装配制造工人根据经验发现装配问题从而按了急停按钮，按钮发送信号给Flex I/0，Flex I/0进而发送信号给ANDON PLC，PLC立即发送信号使得工作站灯开始闪烁，进而工作站的灯开始闪烁。与此同时，PLC发送“Super Point”消息给ANDON PDU，而ANDON软件则将错误登记到DTR并生成消息发送到电子显示板上，显示板接收到消息，将消息进行显示。

    为了实现上述ANDON系统，采用基于SOA的MES系统结构，应用BPEL设计业务流程图，根据BPEL的流程图调用相应的Web服务，系统根据BPEL的流程图在UDDI中发现相关的服务（WSDL），通过调用Web服务实现ANDON系统的业务流程。

    小结：

    本文主要描述了如何应用SOA及其相关技术如ESB、BPEL、Web服务适配器等构建可集成的、通用的和可扩展MES系统。应用这样的系统，其好处在于不但可以使得MES系统本身能够动态配置，满足当今动态的制造环境的要求，而且可以使得MES系统能够与上层企业管理系统（如ERP或MIS）无缝集成，并与底层控制系统有效集成，从而实现企业内部以及外部信息流、资金流的畅通。随着SOA技术以及Web服务在自动控制行业中日渐流行，这种基于SOA的MES系统必将大放异彩。