作為企業(yè)上層計劃決策系統(tǒng)和底層過程控制系統(tǒng)之間的橋梁，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)在車間生產(chǎn)的計劃調(diào)度、過程管理等方面起到了越來越重要的作用。在當(dāng)今敏捷制造與網(wǎng)絡(luò)化制造的模式下，傳統(tǒng)的制造執(zhí)行系統(tǒng)難以滿足車間生產(chǎn)管理的需求，主要表現(xiàn)在：a)集成困難。通常是在設(shè)計開發(fā)完成后，再著手解決與其他企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)集成的問題，由于企業(yè)各應(yīng)用系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和成熟的技術(shù)支持，集成起來格外困難。b)可重構(gòu)性差。普遍采用的緊耦合、僵硬脆弱的架構(gòu)往往固化了系統(tǒng)的大部分功能，只余小部分可以進(jìn)行參數(shù)的配置，難以保證企業(yè)的敏捷性，無法支持企業(yè)快速適應(yīng)市場和生產(chǎn)環(huán)境的變化。c)開發(fā)周期長。傳統(tǒng)MES普遍存在定制工作量大、成本高、周期長的問題，阻礙了MES應(yīng)用于不同類型、特點的企業(yè)和車間。
面向服務(wù)架構(gòu)(SCA)的制造執(zhí)行系統(tǒng)基于開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有語言獨立性、松散耦合、跨平臺、良好的封裝性、位置透明等特點。這些特點使得制造執(zhí)行系統(tǒng)能夠快速地按需應(yīng)變以滿足制造管理的需求。面向服務(wù)架構(gòu)的制造執(zhí)行系統(tǒng)已經(jīng)成為研究的熱點，目前的研究尚未提出較為完整的面向服務(wù)制造執(zhí)行系統(tǒng)體系架構(gòu)，對面向服務(wù)在MES集成、配置和產(chǎn)品化中的作用分析不足。針對以上問題與現(xiàn)狀，本文基于SOA的核心標(biāo)準(zhǔn)，建立了MES的面向服務(wù)技術(shù)體系，深入研究面向服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)在MES中的應(yīng)用。
1 面向服務(wù)的制造執(zhí)行系統(tǒng)
面向服務(wù)的制造執(zhí)行系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)表示層主要是MES的人機(jī)交互界面，提供Web、無線等多種方式的訪問。系統(tǒng)平臺層包括企業(yè)數(shù)據(jù)庫、車間遺留系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)器和ISA95領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)等。在服務(wù)構(gòu)件層，車間業(yè)務(wù)按照SCA(服務(wù)構(gòu)件體系)規(guī)范被封裝為一系列粗粒度的服務(wù)，這些服務(wù)相對獨立。自包含、可重用，其接口采用中立的、基于標(biāo)準(zhǔn)的方式。MES服務(wù)通過服務(wù)總線層進(jìn)行交互、調(diào)用。服務(wù)流程層以BPEL(業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言)與BPMN(business process modeling notation，業(yè)務(wù)流程建模符號)為標(biāo)準(zhǔn)，對MES服務(wù)進(jìn)行復(fù)合、編排，以實現(xiàn)端到端的車間業(yè)務(wù)流程建模與執(zhí)行。
2 基于SCA的MES服務(wù)設(shè)計與裝配
SCA是OpenSOA組織提出的一種全新的編程模型。服務(wù)構(gòu)件是SOA中的基本構(gòu)件單位，封裝了MES的業(yè)務(wù)功能與邏輯規(guī)則。服務(wù)構(gòu)件具有比面向?qū)ο蟾玫闹赜眯剩沟肕ES能夠以一種搭積木的方式快速地開發(fā)實施。服務(wù)構(gòu)件將MES服務(wù)分為接口與實現(xiàn)兩部分。服務(wù)接口使用WSDL(web service description language，Web服務(wù)描述語言)描述該服務(wù)的所有功能方法和相關(guān)信息。服務(wù)實現(xiàn)是服務(wù)對接口定義功能的具體實現(xiàn)方式，具有跨平臺的特點，Java、C++等語言以及EJB、CORBA、.NET等技術(shù)體系都可以作為MES服務(wù)構(gòu)件的實現(xiàn)。例如，自動排產(chǎn)算法構(gòu)件通過服務(wù)接口為MES系統(tǒng)提供算法生成的詳細(xì)作業(yè)計劃，通過接口引用從其他MES服務(wù)得到任務(wù)信息、產(chǎn)品信息和加工能力信息等作為算法約束。服務(wù)的實現(xiàn)可以是自適應(yīng)離散粒子群算法、改進(jìn)的遺傳算法、模擬退火算法等，算法代碼所采用的語言平臺不受限制。
根據(jù)SCA規(guī)范，多個關(guān)聯(lián)的服務(wù)構(gòu)件裝配得到MES服務(wù)模塊(composite)。服務(wù)模塊是MES最小的部署單位，能夠?qū)?span style="color:blue">模塊內(nèi)構(gòu)件的部分接口提升作為自身服務(wù)。一個服務(wù)模塊可以作為另一模塊內(nèi)部構(gòu)件的服務(wù)實現(xiàn)進(jìn)行嵌套式的裝配。在MES的設(shè)計開發(fā)過程中，選擇合適的裝配對象、設(shè)計合理的裝配方式，可以對應(yīng)實現(xiàn)MES層次化的功能模型。
