基于SOA架構的制造企業應用集成平臺研究與實現

周維 張祎 韓偉

（1 西北工業集團有限公司，陜西 西安，710043）

（2 國家海洋局北海環境監測中心，山東 青島，266033）

0 引言

近年來，隨著某離散型制造企業信息化建設的不斷加強和計算機技術的快速發展，已建成了全廠統一的企業局域網，實施了OA、MDM、PDM、ERP、MES、TDM、QIS等應用系統，由于不同平臺、跨域異構系統的存在，導致企業內出現大量的信息孤島和業務流程孤島，不能有效地共享信息，更不能實現業務流程的協作和自動化，出現企業信息系統綜合利用效率較低，信息系統無法助力企業快速發展，為了解決“信息孤島”的需求，企業應用系統集成應運而生。

且隨著SOA(Service oriented Architecture)技術的高速發展，基于SOA的企業服務總線技術能夠將企業內部的各種應用系統整合為一個統一的平臺，使各業務系統高度集成和開放，將各個“信息孤島”有機集成起來，快速高效地適應業務變化[1]。本文提出了一套基于SOA架構的應用集成解決方案，很好地滿足了制造企業應用系統的集成需求，首先介紹了企業應用集成、SOA 基礎概念與相關理論； 搭建了制造企業應用集成平臺框架與有效落地，最后，通過企業應用集成案例，總結了實施經驗及實施效益，并指出日后需改進的方面。

1 企業應用集成

1.1 企業應用集成的定義和目標

企業應用集成（Enterprise Application Integration,EAI）是通過軟件、硬件、標準和業務過程的結合，實現兩個或多個業務系統之間無縫集成，使它們能夠統一運作，從而實現信息系統之間的信息交互和資源共享[2]。大中型企業對應用集成迫切需求，已經成為最近幾年國內中高端企業管理軟件市場發展的重要驅動力，企業應用集成主要實現以下目標：

1）一處登錄，隨處訪問：維護統一的企業組織和人員信息庫，降低企業信息系統管理和維護的成本；通過企業多個應用系統的用戶身份統一管理，實現單點登錄和門戶集成。

2）打破信息孤島：通過集成不同的企業應用系統，實現對不同系統的集成信息訪問和互操作，建立打破“信息孤島”的數據訪問通道；通過實現多個應用系統之間的數據傳輸和交換通道、數據模型和數據轉化，建立打破“信息孤島”的數據交換通道。

3）實現內外部業務流程整合：通過整合企業內部不同系統、企業內部和上下游產業鏈流程，實現企業業務流程端到端的管理，提升企業業務流程的效率，增強企業的敏捷能力和客戶服務能力。

4）實現服務共享：企業中多個系統提供的多種服務，可以發布在統一平臺，可以對這些服務進行組合，實現業務創新的技術支撐。

1.2 性能比較

傳統的應用集成存在著很多缺點，其中數據集成不是其他應用能共享的格式，擴展困難。業務流程集成只在企業內部進行，不適應企業間業務流程組合。這些集成方式不具備靈活性，集成方法復雜，成本高。而基于面向服務架構的企業應用集成，提供了一個統一的、標準的、可配置的業務集成平臺，可以解決不同類型的異構系統之間難以有效整合的問題。具體來說，與傳統的集成方法相比，該集成方式的優點有：

① 降低復雜度。面向服務的集成方式與點到點的集成相比降低了復雜度；

② 增加重用性。通過重用以前開發和部署的共享服務，實現了更有效的應用程序的開發；

③ 降低成本。用作可重用服務的遺留應用程序降低了維護和集成的成本。

2 SOA簡述

面向服務的架構(Service Oriented Architecture,SOA)，表達了一種軟件架構的概念，它定義為使用服務來滿足軟件用戶的需求，它是一種幫助系統在增長時保持可擴展性和靈活性的方法。該方法由3個主要元素構成： 服務、企業服務總線(Enterprise Service Bus，ESB) 、政策與過程。其中，企業服務總線負責服務的注冊、路由和過濾，支持各種通訊協議轉換、消息格式轉換，以及服務編排調用，在異構服務(Web服務、Java、．Net、消息服務) 與傳統應用之間連接、調解和管理交互，是實現企業面向服務(SOA)的服務調度、交換中樞和業務協同的重要產品。

在SOA環境中，網絡上的節點以獨立服務的形式將自己的資源開發給網絡上其他參與者，其他參與者按一種標準的方式使用資源。與傳統點對點架構不同，各種SOA都由松耦合、高度可以互操作的應用服務構成。

SOA的中心思想是模塊化與封裝這兩大原則，模塊化將復雜的大任務的分解成相對簡單的小步驟，封裝則將其內部的復雜性屏蔽代之以用清晰的接口。在這兩項原則指導下，開發人員只需關注應用中與其相關的部分而無須知道其他部分的細節，只要各個組件都遵守接口“契約( Contract)”，這些組件的開發、測試和修改都相對獨立，無須太多的協調，使得基于SOA的應用易于開發和維護[1]。

3 基于SOA架構的制造應用集成平臺框架

以數字化智能化為方向，以全價值鏈精益生產為指導思想，按照“一個整體、分層管理；統一入口、分工負責”的方針，利用集成化的信息管理系統的先進理念，設計業務完善、功能齊全適合離散型企業的生產過程管控的一體化集成應用平臺。搭建企業互聯總線平臺，滿足公司從傳統制造行業向智能制造轉型升級，從基礎數據源、協同計劃體系、生產準備、生產制造過程執行、外協管理和生產數據采集分析的全過程采用網絡化平臺化管控模式，使生產管理工作模式由非制度化、非程序化、非標準化向制度化、程序化、標準化轉變。某離散型制造企業搭建的企業應用集成平臺技術框架如圖1所示。

其集成平臺分為四個邏輯部件層和三個保障體系，四個邏輯部件層的組成及功能和三個保障體系分別如下：

表現層： 打破應用系統之間的界限，實現應用系統的構件化，對應用構件進行統一的注冊和管理，對用戶信息進行統一管理，實現各應用構件的單點登錄、權限管理、統一認證和個性化界面定制等功能。

服務層： 提供企業服務總線和流程管理平臺。通過企業服務總線為應用系統提供業務服務集成的能力，通過服務管理實現服務注冊、服務存儲、服務生命周期管理和服務監控管理； 通過流程管理平臺提供業務流程整合的能力，實現流程定義、流程整合、流程編排和流程監控功能。

應用層： 將應用拆分成構件，形成應用構件池。

支撐層： 包括基礎的應用服務器、數據庫服務器和目錄服務器等中間件軟件，交換機、路由器、網絡防火墻等網絡基礎設施，以及配套的系統監控管理系統軟件。

標準與規范體系： 與應用集成平臺配套的標準與規范體系用以指導和要求各應用系統的建設和管理，包括基礎資源標準、數據交換標準、應用集成標準和門戶集成標準。

信息安全保障體系： 基于PKI /CA技術體系，對整體系統進行安全加固，并參照行業要求 建立信息安全保障體系，包括應用安全管理和數據安全管理。

運維管理體系： 與應用集成平臺配套的標準與規范體系用以指導和要求各應用系統的運維管理，包括應用運維管理和平臺運維管理。

4 基于SOA架構的制造應用集成平臺實現

下面以生產制造過程管控應用為例，涉及的信息應用系統有主數據管理系統（Master Data Management，MDM）、企業資源計劃管理系統（Enterprise Resource Planning，ERP）、生產制造管理系統（Manufacturing Execution System，MES）和質量管理系統（Quality Information System，QIS）系統，介紹其業務集成實現過程；

4.1 生產過程管控集成架構

結合企業生產的實際現狀和管理需求，建立對整個生產制造過程從計劃下達、劃分、制定到調度的具體分配；從任務的接收、執行到過程的監管、把控；從信息的獲取、錄入到及時反饋與查詢，將生產過程全面管理起來的面向離散型的生產管控平臺如圖2所示。

圖1 制造企業應用集成平臺技術框架

MDM系統把包括物料數據、物料BOM、工藝數據統一管理，實現數據源統一，集中管理，MDM通過ESB總線把這些基礎數據分別下發到ERP、MES和QIS系統，系統接收后再完善各自需要的數據，如工種、工作中心、人員等信息。生產調度部在ERP系統編制月生產計劃，通過ESB總線下發給MES系統，車間計劃員在MES系統中進行分解、執行、監控和反饋，MES系統在執行過程中，同時把生產任務通過ESB總線傳遞給QIS系統和柔性單元，加工類的報工結果數據和批次履歷數據也傳遞給QIS系統，在QIS系統中錄入檢驗結果和特種工藝結果信息，然后再通過ESB總線返回給MES系統，柔性單元把采集的生產加工和裝配過程數據再傳遞給QIS系統和MES系統，最后把進行數據統計分析的圖報表通過ESB總線在OA平臺上進行展現。

4.2 生產過程業務流程

企業生產屬典型的混線生產模式，具有多品種、變批量生產特點，品種變換節奏較快。

在機加分廠和裝配分廠通過現狀調研，根據實際業務需求，按照精細化、規范化、合理化的管理思想進行梳理，構建了適合各自分廠特點的業務流程。該流程以生產的特殊性為背景，貫穿以計劃為主線，計劃執行及跟蹤、反饋為核心的思想，和齊套分析、批次追溯等管理功能。生產業務流程如圖3所示。

該業務流程由ERP下達的生產計劃為導向，分廠計劃員在MES系統中對接收的生產計劃編制車間級實際生產計劃訂單，并且按照零部件的屬性（單件或批量），分別產生單件編號或批號，同時會把生產計劃轉發到QIS系統。調度員根據車間物料準備和在制品數量情況生成詳細的工序級作業計劃，適時制定、調整各班組的生產計劃，并打印隨盤卡，班組長領取任務開始分配，接著操作工開始加工，完工后進行完工數量反饋，如果是單件管理的零部件，還需要錄入批次履歷信息。如果是檢驗序、熱處理、表面處理等，檢驗員在QIS系統中錄入其結果，最后QIS系統把其結構數據返回給MES，MES再將生產計劃完成情況反饋到ERP 系統。

4.3 應用前的準備工作

一個項目的實施，光有空系統是不行的，還必須要做很多前期工作，例如：

圖2 基于SOA的生產過程管控集成平臺

1）數據的準備，依據企業的需求目標把企業的各種基本資料作整理歸類。如果基礎資料不完備，以后系統運作就會越來越混亂。因此在實施應用系統中，各個部門的基本資料的初始數據的收集工作就顯得非常重要?；A數據涉及面廣，涵蓋了企業中所有可見數據和不可見數據，基礎數據的準備包括物料，BOM、工藝、組織架構、人員、班組、工時、生產周期、工作中心、加工設備、工裝、零部件主責調度等。

2）系統配置工作，應用系統的安裝、調試，以及按照每個分廠的人員角色進行權限配置。

3）硬件配置工作，包括檢查和排查現場網絡情況，確認計算機及軟件配置是否滿足要求，增加和調整現場硬件如掃描槍、打印機、PC電腦等。

4）人員培訓工作：按照業務單元進行集中培訓，以及在應用過程中針對性指導，使相關人員能具備熟練操作的能力。

4.4 成果展示

經過甲乙雙方的共同努力下完成了項目調研、方案制定、系統配置、二次開發、測試與實施、應用培訓等工作，系統在機加分廠、裝配分廠進行了應用驗證與運行，其功能得到了應用單位的認可，以下是部分應用實例。

圖3 生產過程管理平臺整體集成流程圖

圖4 分廠生產計劃的接收確認界面圖

5 實施效果

通過生產過程管控應用集成平臺將系統思想和理念與生產過程實踐相結合，建立面向離散制造行業的整個生產制造過程基礎數據、生產計劃、生產準備、生產過程執行、設備運行管理、生產結果分析與統計的系統化管控模型，解決生產計劃的排產和調度問題，提高生產管理的實時性和科學性、減少各個生產環節中無價值的行為、提高企業運行和事件處理的能力、設備的使用效率，實現物料跟蹤、加強質量控制，提高企業生產自動化水平和生產管理水平，集中實現生產現場的追蹤功能、監督功能、控制功能、管理功能和信息查詢功能，促進業務模式轉變，能夠用技術手段保存下企業的核心技術經驗，通過企業的技術積累的知識庫管理，實現企業價值的傳承，達到生產管理的透明化和高效率。顯著效果如下：

5.1 生產計劃排產變革

實現了車間生產作業計劃從手工到自動化的轉變，提高了生產計劃有效指導現場作業，

5.2 生產業務流程優化

調研、分析車間生產制造過程管理的現狀和特點，制定了科學合理的生產過程業務管理的標準規范。通過系統實現工序轉交、隨盤卡跟蹤、檢驗單據及入庫單據全過程管理的應用。實現現場單據電子化，逐步替代現場的各種紙質記錄，實現過程證據和質量信息的數字化、信息化、系統化管理。

圖5 完工報工界面圖

圖6 批次履歷維護界面圖

5.3 生產過程管理和過程數據采集模式轉變

通過數據采集器、二維條形碼的應用，建立了全面、系統的過程數據采集信息數據庫，實現了對過程數據的積累和共享，實現了對過程數據的及時采集、實時分析和有效反饋利用，實現了對過程證據、參數數據和工作責任的全面、高效追溯。

5.4 批次追溯管理

以產品代號、批次號和序號為依據進行追溯，實現了產品裝配過程的批次回溯，提供數據的整合導出功能，對產品性能以及生產狀況進行存檔和查詢。提升了企業的質量管理水平，為企業出現質量問題時追究責任和追回產品提供保障，可以向客戶提供每一個產品裝配過程中的所有加工數據和檢測數據，實現真正意義的產品可追溯，消除客戶對質量的疑慮。

圖7 生產過程跟蹤隨盤卡圖

5.5 打通ERP、MES、QIS業務流應用

實現了生產制造執行系統MES與公司OA、MDMERP、QIS等軟件系統的集成，打通了數據與業務的斷層，提高整體工作效率，各系統高效交互和共享的目標，且分析了生產過程管控應用集成平臺與自動裝配生產線和柔性制造單元工業控制系統的對接方式，有效實現信息交互和共享，對工業控制系統信息的有效利用進行了有益的探索。

5.6 建立規范體系與技術接口標準

通過生產過程管控應用集成平臺的實施，梳理了生產過程中業務流程，并結合企業實際編寫了“企業生產能力過程管理流程規范”規范體系，以及制定了“系統集成接口通用技術要求”的技術標準規范文檔，為后期項目的實施、推廣應用打下了堅實的基礎。

6 實施經驗總結

企業應用系統的成功實施，是關鍵用戶配合和團隊共同努力的結果，以及領導重視的效果，現在將實施過程中的難點和經驗總結出來，供大家借鑒。

1）系統策劃是基礎

企業要想成功實施應用系統，不僅要了解系統軟件，更需要了解企業的業務需求，分析企業存在的問題、明確企業實施應用系統的目的。接下來考慮選擇合適的應用軟件及其供應商，合適的版本類型既能保證系統的穩定性，同時又比較靈活，滿足企業將來規模擴大后需求的增加留有余地，以及擁有豐富的實踐經驗的專家。

2）基礎數據的收集與處理是難點

對項目實施來講，基礎數據的收集工作難度最大。首先，基礎數據涉及面廣，涵蓋了企業中所有可見數據和不可見數據，不可見數據如零部件類型、提前期、經濟批量、生產周期、實際工時等這些信息在手工管理時是不會涉及到的，但會影響系統計算。數據的正確性是最重要的、基礎數據是許多程序正確運行的基礎、如生產計劃是根據設定的工時、提前期、生產周期等計算得到的，如果不符計算結果將沒有任何指導意義；其次，資料來源透明度和信息化程度不高，以及產品零部件的書寫格式存在多種形式，難以確定；最后，基礎數據收集與處理的工作量大、時間長、協調多和見效周期長，因此阻力也是很大的。

3）轉變觀念是前提

實施信息化必須有觀念轉變的準備，企業實施信息化必將改變企業的管理模式和業務流程，傳統的管理模式和觀念必須轉變為符合信息技術要求，能充分發揮信息系統支撐業務發展的新觀念和新模式，這是企業成功推進企業信息化進程的關鍵因素。應用系統上線后，能否為廣大的生產管理和操作人員所認可和接受，也需要科學的引導和推廣。

4）領導重視是關鍵

首先應用系統實施工作涉及面廣，難免會出現部門間溝通協調不力、人為阻礙工作進行的情況，領導的推動對于破除潛在阻力，將起到重要作用。其次領導為實施應用系統提供了大量的資源支持，并且是其管理思想的具體體現。應用系統的實施不僅僅是一種軟件技術上的提高，更是企業管理模式的更新，都離不開領導身體力行的推動。選準應用系統實施負責人，該負責人在企業中要求是具有一定影響力的人員，并且具有較強的業務綜合能力、工作協調能力和領導能力，積極熱情，有團隊合作精神，組織大家共同配合完成項目的實施。

7 結語

本文介紹了基于SOA架構的企業應用集成技術及其應用，結合某離散型制造企業生產過程管控平臺的集成研發，有效地解決了企業制造信息管理孤島問題，實現了制造產品全過程的應用管理，實現了四大管理系統的業務數據、業務流程的無縫集成，提高了企業整體生產過程管控能力。