作為企業上層計劃決策系統和底層過程控制系統之間的橋梁，制造執行系統(MES)在車間生產的計劃調度、過程管理等方面起到了越來越重要的作用。在當今敏捷制造與網絡化制造的模式下，傳統的制造執行系統難以滿足車間生產管理的需求，主要表現在：a)集成困難。通常是在設計開發完成后，再著手解決與其他企業應用系統集成的問題，由于企業各應用系統沒有統一的標準和成熟的技術支持，集成起來格外困難。b)可重構性差。普遍采用的緊耦合、僵硬脆弱的架構往往固化了系統的大部分功能，只余小部分可以進行參數的配置，難以保證企業的敏捷性，無法支持企業快速適應市場和生產環境的變化。c)開發周期長。傳統MES普遍存在定制工作量大、成本高、周期長的問題，阻礙了MES應用于不同類型、特點的企業和車間。

　　面向服務架構(SCA)的制造執行系統基于開放的工業標準，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行系統能夠快速地按需應變以滿足制造管理的需求。面向服務架構的制造執行系統已經成為研究的熱點，目前的研究尚未提出較為完整的面向服務制造執行系統體系架構，對面向服務在MES集成、配置和產品化中的作用分析不足。針對以上問題與現狀，本文基于SOA的核心標準，建立了MES的面向服務技術體系，深入研究面向服務的關鍵技術在MES中的應用。

　　1 面向服務的制造執行系統

　　面向服務的制造執行系統體系結構如圖1所示。系統表示層主要是MES的人機交互界面，提供Web、無線等多種方式的訪問。系統平臺層包括企業數據庫、車間遺留系統、應用服務器和ISA95領域標準等。在服務構件層，車間業務按照SCA(服務構件體系)規范被封裝為一系列粗粒度的服務，這些服務相對獨立。自包含、可重用，其接口采用中立的、基于標準的方式。MES服務通過服務總線層進行交互、調用。服務流程層以BPEL(業務流程執行語言)與BPMN(business process modeling notation，業務流程建模符號)為標準，對MES服務進行復合、編排，以實現端到端的車間業務流程建模與執行。

　　2 基于SCA的MES服務設計與裝配

　　SCA是OpenSOA組織提出的一種全新的編程模型。服務構件是SOA中的基本構件單位，封裝了MES的業務功能與邏輯規則。服務構件具有比面向對象更好的重用效率，使得MES能夠以一種搭積木的方式快速地開發實施。服務構件將MES服務分為接口與實現兩部分。服務接口使用WSDL(web service description language，Web服務描述語言)描述該服務的所有功能方法和相關信息。服務實現是服務對接口定義功能的具體實現方式，具有跨平臺的特點，Java、C++等語言以及EJB、CORBA、.NET等技術體系都可以作為MES服務構件的實現。例如，自動排產算法構件通過服務接口為MES系統提供算法生成的詳細作業計劃，通過接口引用從其他MES服務得到任務信息、產品信息和加工能力信息等作為算法約束。服務的實現可以是自適應離散粒子群算法、改進的遺傳算法、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SCA規范，多個關聯的服務構件裝配得到MES服務模塊(composite)。服務模塊是MES最小的部署單位，能夠將模塊內構件的部分接口提升作為自身服務。一個服務模塊可以作為另一模塊內部構件的服務實現進行嵌套式的裝配。在MES的設計開發過程中，選擇合適的裝配對象、設計合理的裝配方式，可以對應實現MES層次化的功能模型。

　　MES通過服務構件的封裝與裝配，提高了服務的粒度，便于系統的重用。以航天系統的離散制造車間為例，典型的MES服務有：a)多層生產計劃服務。依據主生產計劃以及產品、資源等基礎數據對任務項進行批次分解得到批次生產計劃，并進一步手動或自動地制定詳細作業計劃。b)動態調度服務。按照生產計劃向工位或工人實際派發加工任務;針對加工過程中出現的質量超差、緊急任務、設備故障等問題協調質檢員、工藝員等角色進行生產異常處理。c)加工狀態服務。(工人)接收加工任務，報告加工過程中出現的異常，并在加工完畢后提交;(調度員)在必要時直接修改加工狀態，中斷或停止當前任務。d)質量管理服務。查詢并記錄加工任務首件三檢、總監、軍檢的結果，作為計劃制訂和統計分析的依據。e)條碼標志/RFlD服務。對物料、工裝等資源的條碼號或射頻卡進行查詢、管理。f)在制品追蹤服務。對在制品所處的位置(工位、緩存區、庫房)進行精確定位，以縮短周轉時間。除此之外，還包括資源管理、基礎數據、系統集成、外協生產等服務。

　　3 基于總線的MES服務集成與系統集成

　　傳統的分布式MES架構中，各項業務功能之間相互依賴、密不可分，導致重構困難，原因在于功能構件之間的調用存在著明確的指向性。功能構件的URL等位置信息需要修改或者整個構件被刪除時，依賴于該構件的其他部分必將出現運行異常。另外，構件通信技術往往也是固定的，新加入的構件傳輸協議不匹配也會阻礙系統的重構，如EJB只能接收RMI，無法兼容JMS協議的構件。

　　面向服務的MES系統采用總線模式對系統內各種服務進行集成、注冊和管理，并保證系統的擴展性和兼容性。服務總線主要有兩個組成部分：一是服務注冊表，保存連接在該服務總線上所有服務的注冊信息;二是服務路由器，負責消息轉發、格式轉換、協議映射等功能。服務總線思想的核心是服務消費者和提供者之間松散耦合、彼此透明。尤其是對于跨子系統的MES服務調用，服務消費者能在協議不限(SOAP、EJB、JMS)且無須了解提供者位置的前提下，與特定協議特定位置的服務提供者進行交互。在服務總線的支持下，MES應用可以根據車間的業務需求對系統中的功能進行添加、刪除、修改等操作而不會造成系統整體的異常。除了內部的服務集成，服務總線還可以支持MES與ERP、SCM、PDM等企業應用系統的集成。MES通過服務總線提供服務供其他系統調用，并調用其他應用系統的服務，以實現系統間的互操作。

　　MES與ERP集成的典型場景。服務總線首先為ERP(服務消費者)和MES(服務提供者)分別創建入站和出站端口。MES在服務注冊表發布WSDL描述文件，ERP檢索注冊表后向服務總線發布請求信息，經路由器中轉交給MES。MES收到請求后完成服務內容，并將包含了生產進度的響應信息沿相反路徑返回。在該場景中，MES向ERP提供了以下服務：訂單進度監控服務負責在ERP系統發出服務請求后，反饋某零件產品的當前生產進度信息;物料消耗反饋服務根據車間物料庫存情況與生產計劃的對比結果向ERP提出集中配送要求;短期生產計劃服務提供車間當前一段時間的任務安排與加工能力狀態，作為企業級決策的依據。