基于SOA架构的制造企业应用集成平台研究与实现

周维 张祎 韩伟

（1 西北工业集团有限公司，陕西 西安，710043）

（2 国家海洋局北海环境监测中心，山东 青岛，266033）

0 引言

近年来，随着某离散型制造企业信息化建设的不断加强和计算机技术的快速发展，已建成了全厂统一的企业局域网，实施了OA、MDM、PDM、ERP、MES、TDM、QIS等应用系统，由于不同平台、跨域异构系统的存在，导致企业内出现大量的信息孤岛和业务流程孤岛，不能有效地共享信息，更不能实现业务流程的协作和自动化，出现企业信息系统综合利用效率较低，信息系统无法助力企业快速发展，为了解决“信息孤岛”的需求，企业应用系统集成应运而生。

且随着SOA(Service oriented Architecture)技术的高速发展，基于SOA的企业服务总线技术能够将企业内部的各种应用系统整合为一个统一的平台，使各业务系统高度集成和开放，将各个“信息孤岛”有机集成起来，快速高效地适应业务变化[1]。本文提出了一套基于SOA架构的应用集成解决方案，很好地满足了制造企业应用系统的集成需求，首先介绍了企业应用集成、SOA 基础概念与相关理论； 搭建了制造企业应用集成平台框架与有效落地，最后，通过企业应用集成案例，总结了实施经验及实施效益，并指出日后需改进的方面。

1 企业应用集成

1.1 企业应用集成的定义和目标

企业应用集成（Enterprise Application Integration,EAI）是通过软件、硬件、标准和业务过程的结合，实现两个或多个业务系统之间无缝集成，使它们能够统一运作，从而实现信息系统之间的信息交互和资源共享[2]。大中型企业对应用集成迫切需求，已经成为最近几年国内中高端企业管理软件市场发展的重要驱动力，企业应用集成主要实现以下目标：

1）一处登录，随处访问：维护统一的企业组织和人员信息库，降低企业信息系统管理和维护的成本；通过企业多个应用系统的用户身份统一管理，实现单点登录和门户集成。

2）打破信息孤岛：通过集成不同的企业应用系统，实现对不同系统的集成信息访问和互操作，建立打破“信息孤岛”的数据访问通道；通过实现多个应用系统之间的数据传输和交换通道、数据模型和数据转化，建立打破“信息孤岛”的数据交换通道。

3）实现内外部业务流程整合：通过整合企业内部不同系统、企业内部和上下游产业链流程，实现企业业务流程端到端的管理，提升企业业务流程的效率，增强企业的敏捷能力和客户服务能力。

4）实现服务共享：企业中多个系统提供的多种服务，可以发布在统一平台，可以对这些服务进行组合，实现业务创新的技术支撑。

1.2 性能比较

传统的应用集成存在着很多缺点，其中数据集成不是其他应用能共享的格式，扩展困难。业务流程集成只在企业内部进行，不适应企业间业务流程组合。这些集成方式不具备灵活性，集成方法复杂，成本高。而基于面向服务架构的企业应用集成，提供了一个统一的、标准的、可配置的业务集成平台，可以解决不同类型的异构系统之间难以有效整合的问题。具体来说，与传统的集成方法相比，该集成方式的优点有：

① 降低复杂度。面向服务的集成方式与点到点的集成相比降低了复杂度；

② 增加重用性。通过重用以前开发和部署的共享服务，实现了更有效的应用程序的开发；

③ 降低成本。用作可重用服务的遗留应用程序降低了维护和集成的成本。

2 SOA简述

面向服务的架构(Service Oriented Architecture,SOA)，表达了一种软件架构的概念，它定义为使用服务来满足软件用户的需求，它是一种帮助系统在增长时保持可扩展性和灵活性的方法。该方法由3个主要元素构成： 服务、企业服务总线(Enterprise Service Bus，ESB) 、政策与过程。其中，企业服务总线负责服务的注册、路由和过滤，支持各种通讯协议转换、消息格式转换，以及服务编排调用，在异构服务(Web服务、Java、．Net、消息服务) 与传统应用之间连接、调解和管理交互，是实现企业面向服务(SOA)的服务调度、交换中枢和业务协同的重要产品。

在SOA环境中，网络上的节点以独立服务的形式将自己的资源开发给网络上其他参与者，其他参与者按一种标准的方式使用资源。与传统点对点架构不同，各种SOA都由松耦合、高度可以互操作的应用服务构成。

SOA的中心思想是模块化与封装这两大原则，模块化将复杂的大任务的分解成相对简单的小步骤，封装则将其内部的复杂性屏蔽代之以用清晰的接口。在这两项原则指导下，开发人员只需关注应用中与其相关的部分而无须知道其他部分的细节，只要各个组件都遵守接口“契约( Contract)”，这些组件的开发、测试和修改都相对独立，无须太多的协调，使得基于SOA的应用易于开发和维护[1]。

3 基于SOA架构的制造应用集成平台框架

以数字化智能化为方向，以全价值链精益生产为指导思想，按照“一个整体、分层管理；统一入口、分工负责”的方针，利用集成化的信息管理系统的先进理念，设计业务完善、功能齐全适合离散型企业的生产过程管控的一体化集成应用平台。搭建企业互联总线平台，满足公司从传统制造行业向智能制造转型升级，从基础数据源、协同计划体系、生产准备、生产制造过程执行、外协管理和生产数据采集分析的全过程采用网络化平台化管控模式，使生产管理工作模式由非制度化、非程序化、非标准化向制度化、程序化、标准化转变。某离散型制造企业搭建的企业应用集成平台技术框架如图1所示。

其集成平台分为四个逻辑部件层和三个保障体系，四个逻辑部件层的组成及功能和三个保障体系分别如下：

表现层： 打破应用系统之间的界限，实现应用系统的构件化，对应用构件进行统一的注册和管理，对用户信息进行统一管理，实现各应用构件的单点登录、权限管理、统一认证和个性化界面定制等功能。

服务层： 提供企业服务总线和流程管理平台。通过企业服务总线为应用系统提供业务服务集成的能力，通过服务管理实现服务注册、服务存储、服务生命周期管理和服务监控管理； 通过流程管理平台提供业务流程整合的能力，实现流程定义、流程整合、流程编排和流程监控功能。

应用层： 将应用拆分成构件，形成应用构件池。

支撑层： 包括基础的应用服务器、数据库服务器和目录服务器等中间件软件，交换机、路由器、网络防火墙等网络基础设施，以及配套的系统监控管理系统软件。

标准与规范体系： 与应用集成平台配套的标准与规范体系用以指导和要求各应用系统的建设和管理，包括基础资源标准、数据交换标准、应用集成标准和门户集成标准。

信息安全保障体系： 基于PKI /CA技术体系，对整体系统进行安全加固，并参照行业要求 建立信息安全保障体系，包括应用安全管理和数据安全管理。

运维管理体系： 与应用集成平台配套的标准与规范体系用以指导和要求各应用系统的运维管理，包括应用运维管理和平台运维管理。

4 基于SOA架构的制造应用集成平台实现

下面以生产制造过程管控应用为例，涉及的信息应用系统有主数据管理系统（Master Data Management，MDM）、企业资源计划管理系统（Enterprise Resource Planning，ERP）、生产制造管理系统（Manufacturing Execution System，MES）和质量管理系统（Quality Information System，QIS）系统，介绍其业务集成实现过程；

4.1 生产过程管控集成架构

结合企业生产的实际现状和管理需求，建立对整个生产制造过程从计划下达、划分、制定到调度的具体分配；从任务的接收、执行到过程的监管、把控；从信息的获取、录入到及时反馈与查询，将生产过程全面管理起来的面向离散型的生产管控平台如图2所示。

图1 制造企业应用集成平台技术框架

MDM系统把包括物料数据、物料BOM、工艺数据统一管理，实现数据源统一，集中管理，MDM通过ESB总线把这些基础数据分别下发到ERP、MES和QIS系统，系统接收后再完善各自需要的数据，如工种、工作中心、人员等信息。生产调度部在ERP系统编制月生产计划，通过ESB总线下发给MES系统，车间计划员在MES系统中进行分解、执行、监控和反馈，MES系统在执行过程中，同时把生产任务通过ESB总线传递给QIS系统和柔性单元，加工类的报工结果数据和批次履历数据也传递给QIS系统，在QIS系统中录入检验结果和特种工艺结果信息，然后再通过ESB总线返回给MES系统，柔性单元把采集的生产加工和装配过程数据再传递给QIS系统和MES系统，最后把进行数据统计分析的图报表通过ESB总线在OA平台上进行展现。

4.2 生产过程业务流程

企业生产属典型的混线生产模式，具有多品种、变批量生产特点，品种变换节奏较快。

在机加分厂和装配分厂通过现状调研，根据实际业务需求，按照精细化、规范化、合理化的管理思想进行梳理，构建了适合各自分厂特点的业务流程。该流程以生产的特殊性为背景，贯穿以计划为主线，计划执行及跟踪、反馈为核心的思想，和齐套分析、批次追溯等管理功能。生产业务流程如图3所示。

该业务流程由ERP下达的生产计划为导向，分厂计划员在MES系统中对接收的生产计划编制车间级实际生产计划订单，并且按照零部件的属性（单件或批量），分别产生单件编号或批号，同时会把生产计划转发到QIS系统。调度员根据车间物料准备和在制品数量情况生成详细的工序级作业计划，适时制定、调整各班组的生产计划，并打印随盘卡，班组长领取任务开始分配，接着操作工开始加工，完工后进行完工数量反馈，如果是单件管理的零部件，还需要录入批次履历信息。如果是检验序、热处理、表面处理等，检验员在QIS系统中录入其结果，最后QIS系统把其结构数据返回给MES，MES再将生产计划完成情况反馈到ERP 系统。

4.3 应用前的准备工作

一个项目的实施，光有空系统是不行的，还必须要做很多前期工作，例如：

图2 基于SOA的生产过程管控集成平台

1）数据的准备，依据企业的需求目标把企业的各种基本资料作整理归类。如果基础资料不完备，以后系统运作就会越来越混乱。因此在实施应用系统中，各个部门的基本资料的初始数据的收集工作就显得非常重要。基础数据涉及面广，涵盖了企业中所有可见数据和不可见数据，基础数据的准备包括物料，BOM、工艺、组织架构、人员、班组、工时、生产周期、工作中心、加工设备、工装、零部件主责调度等。

2）系统配置工作，应用系统的安装、调试，以及按照每个分厂的人员角色进行权限配置。

3）硬件配置工作，包括检查和排查现场网络情况，确认计算机及软件配置是否满足要求，增加和调整现场硬件如扫描枪、打印机、PC电脑等。

4）人员培训工作：按照业务单元进行集中培训，以及在应用过程中针对性指导，使相关人员能具备熟练操作的能力。

4.4 成果展示

经过甲乙双方的共同努力下完成了项目调研、方案制定、系统配置、二次开发、测试与实施、应用培训等工作，系统在机加分厂、装配分厂进行了应用验证与运行，其功能得到了应用单位的认可，以下是部分应用实例。

图3 生产过程管理平台整体集成流程图

图4 分厂生产计划的接收确认界面图

5 实施效果

通过生产过程管控应用集成平台将系统思想和理念与生产过程实践相结合，建立面向离散制造行业的整个生产制造过程基础数据、生产计划、生产准备、生产过程执行、设备运行管理、生产结果分析与统计的系统化管控模型，解决生产计划的排产和调度问题，提高生产管理的实时性和科学性、减少各个生产环节中无价值的行为、提高企业运行和事件处理的能力、设备的使用效率，实现物料跟踪、加强质量控制，提高企业生产自动化水平和生产管理水平，集中实现生产现场的追踪功能、监督功能、控制功能、管理功能和信息查询功能，促进业务模式转变，能够用技术手段保存下企业的核心技术经验，通过企业的技术积累的知识库管理，实现企业价值的传承，达到生产管理的透明化和高效率。显著效果如下：

5.1 生产计划排产变革

实现了车间生产作业计划从手工到自动化的转变，提高了生产计划有效指导现场作业，

5.2 生产业务流程优化

调研、分析车间生产制造过程管理的现状和特点，制定了科学合理的生产过程业务管理的标准规范。通过系统实现工序转交、随盘卡跟踪、检验单据及入库单据全过程管理的应用。实现现场单据电子化，逐步替代现场的各种纸质记录，实现过程证据和质量信息的数字化、信息化、系统化管理。

图5 完工报工界面图

图6 批次履历维护界面图

5.3 生产过程管理和过程数据采集模式转变

通过数据采集器、二维条形码的应用，建立了全面、系统的过程数据采集信息数据库，实现了对过程数据的积累和共享，实现了对过程数据的及时采集、实时分析和有效反馈利用，实现了对过程证据、参数数据和工作责任的全面、高效追溯。

5.4 批次追溯管理

以产品代号、批次号和序号为依据进行追溯，实现了产品装配过程的批次回溯，提供数据的整合导出功能，对产品性能以及生产状况进行存档和查询。提升了企业的质量管理水平，为企业出现质量问题时追究责任和追回产品提供保障，可以向客户提供每一个产品装配过程中的所有加工数据和检测数据，实现真正意义的产品可追溯，消除客户对质量的疑虑。

图7 生产过程跟踪随盘卡图

5.5 打通ERP、MES、QIS业务流应用

实现了生产制造执行系统MES与公司OA、MDMERP、QIS等软件系统的集成，打通了数据与业务的断层，提高整体工作效率，各系统高效交互和共享的目标，且分析了生产过程管控应用集成平台与自动装配生产线和柔性制造单元工业控制系统的对接方式，有效实现信息交互和共享，对工业控制系统信息的有效利用进行了有益的探索。

5.6 建立规范体系与技术接口标准

通过生产过程管控应用集成平台的实施，梳理了生产过程中业务流程，并结合企业实际编写了“企业生产能力过程管理流程规范”规范体系，以及制定了“系统集成接口通用技术要求”的技术标准规范文档，为后期项目的实施、推广应用打下了坚实的基础。

6 实施经验总结

企业应用系统的成功实施，是关键用户配合和团队共同努力的结果，以及领导重视的效果，现在将实施过程中的难点和经验总结出来，供大家借鉴。

1）系统策划是基础

企业要想成功实施应用系统，不仅要了解系统软件，更需要了解企业的业务需求，分析企业存在的问题、明确企业实施应用系统的目的。接下来考虑选择合适的应用软件及其供应商，合适的版本类型既能保证系统的稳定性，同时又比较灵活，满足企业将来规模扩大后需求的增加留有余地，以及拥有丰富的实践经验的专家。

2）基础数据的收集与处理是难点

对项目实施来讲，基础数据的收集工作难度最大。首先，基础数据涉及面广，涵盖了企业中所有可见数据和不可见数据，不可见数据如零部件类型、提前期、经济批量、生产周期、实际工时等这些信息在手工管理时是不会涉及到的，但会影响系统计算。数据的正确性是最重要的、基础数据是许多程序正确运行的基础、如生产计划是根据设定的工时、提前期、生产周期等计算得到的，如果不符计算结果将没有任何指导意义；其次，资料来源透明度和信息化程度不高，以及产品零部件的书写格式存在多种形式，难以确定；最后，基础数据收集与处理的工作量大、时间长、协调多和见效周期长，因此阻力也是很大的。

3）转变观念是前提

实施信息化必须有观念转变的准备，企业实施信息化必将改变企业的管理模式和业务流程，传统的管理模式和观念必须转变为符合信息技术要求，能充分发挥信息系统支撑业务发展的新观念和新模式，这是企业成功推进企业信息化进程的关键因素。应用系统上线后，能否为广大的生产管理和操作人员所认可和接受，也需要科学的引导和推广。

4）领导重视是关键

首先应用系统实施工作涉及面广，难免会出现部门间沟通协调不力、人为阻碍工作进行的情况，领导的推动对于破除潜在阻力，将起到重要作用。其次领导为实施应用系统提供了大量的资源支持，并且是其管理思想的具体体现。应用系统的实施不仅仅是一种软件技术上的提高，更是企业管理模式的更新，都离不开领导身体力行的推动。选准应用系统实施负责人，该负责人在企业中要求是具有一定影响力的人员，并且具有较强的业务综合能力、工作协调能力和领导能力，积极热情，有团队合作精神，组织大家共同配合完成项目的实施。

7 结语

本文介绍了基于SOA架构的企业应用集成技术及其应用，结合某离散型制造企业生产过程管控平台的集成研发，有效地解决了企业制造信息管理孤岛问题，实现了制造产品全过程的应用管理，实现了四大管理系统的业务数据、业务流程的无缝集成，提高了企业整体生产过程管控能力。