基于 OAGIS 的制造执行系统的研究_MES_管理信息化制造执行系统(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 1 基于基于 OAGISOAGIS 的企业应用集成的企业应用集成1.11.1 OAGISOAGIS 标准标准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。1.21.2 基于基于 OAGISOAGIS 的企业应用集成架构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 2 基于基于 OAGISOAGIS 的的 MESMES2.12.1 基于基于 OAGISOAGIS 的的 MESMES 的可行性的可行性影响 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。2.22.2 基于基于 OAGISOAGIS 的的 MESMES 的集成架构的集成架构传统上 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