周維 張祎 韓偉
(1 西北工業(yè)集團有限公司,陜西 西安,710043)
(2 國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心,山東 青島,266033)
近年來,隨著某離散型制造企業(yè)信息化建設的不斷加強和計算機技術(shù)的快速發(fā)展,已建成了全廠統(tǒng)一的企業(yè)局域網(wǎng),實施了OA、MDM、PDM、ERP、MES、TDM、QIS等應用系統(tǒng),由于不同平臺、跨域異構(gòu)系統(tǒng)的存在,導致企業(yè)內(nèi)出現(xiàn)大量的信息孤島和業(yè)務流程孤島,不能有效地共享信息,更不能實現(xiàn)業(yè)務流程的協(xié)作和自動化,出現(xiàn)企業(yè)信息系統(tǒng)綜合利用效率較低,信息系統(tǒng)無法助力企業(yè)快速發(fā)展,為了解決“信息孤島”的需求,企業(yè)應用系統(tǒng)集成應運而生。
且隨著SOA(Service oriented Architecture)技術(shù)的高速發(fā)展,基于SOA的企業(yè)服務總線技術(shù)能夠?qū)⑵髽I(yè)內(nèi)部的各種應用系統(tǒng)整合為一個統(tǒng)一的平臺,使各業(yè)務系統(tǒng)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(yè)務變化[1]。本文提出了一套基于SOA架構(gòu)的應用集成解決方案,很好地滿足了制造企業(yè)應用系統(tǒng)的集成需求,首先介紹了企業(yè)應用集成、SOA 基礎概念與相關(guān)理論; 搭建了制造企業(yè)應用集成平臺框架與有效落地,最后,通過企業(yè)應用集成案例,總結(jié)了實施經(jīng)驗及實施效益,并指出日后需改進的方面。
企業(yè)應用集成(Enterprise Application Integration,EAI)是通過軟件、硬件、標準和業(yè)務過程的結(jié)合,實現(xiàn)兩個或多個業(yè)務系統(tǒng)之間無縫集成,使它們能夠統(tǒng)一運作,從而實現(xiàn)信息系統(tǒng)之間的信息交互和資源共享[2]。大中型企業(yè)對應用集成迫切需求,已經(jīng)成為最近幾年國內(nèi)中高端企業(yè)管理軟件市場發(fā)展的重要驅(qū)動力,企業(yè)應用集成主要實現(xiàn)以下目標:
1)一處登錄,隨處訪問:維護統(tǒng)一的企業(yè)組織和人員信息庫,降低企業(yè)信息系統(tǒng)管理和維護的成本;通過企業(yè)多個應用系統(tǒng)的用戶身份統(tǒng)一管理,實現(xiàn)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(yè)應用系統(tǒng),實現(xiàn)對不同系統(tǒng)的集成信息訪問和互操作,建立打破“信息孤島”的數(shù)據(jù)訪問通道;通過實現(xiàn)多個應用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和交換通道、數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化,建立打破“信息孤島”的數(shù)據(jù)交換通道。
3)實現(xiàn)內(nèi)外部業(yè)務流程整合:通過整合企業(yè)內(nèi)部不同系統(tǒng)、企業(yè)內(nèi)部和上下游產(chǎn)業(yè)鏈流程,實現(xiàn)企業(yè)業(yè)務流程端到端的管理,提升企業(yè)業(yè)務流程的效率,增強企業(yè)的敏捷能力和客戶服務能力。
4)實現(xiàn)服務共享:企業(yè)中多個系統(tǒng)提供的多種服務,可以發(fā)布在統(tǒng)一平臺,可以對這些服務進行組合,實現(xiàn)業(yè)務創(chuàng)新的技術(shù)支撐。
傳統(tǒng)的應用集成存在著很多缺點,其中數(shù)據(jù)集成不是其他應用能共享的格式,擴展困難。業(yè)務流程集成只在企業(yè)內(nèi)部進行,不適應企業(yè)間業(yè)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(gòu)的企業(yè)應用集成,提供了一個統(tǒng)一的、標準的、可配置的業(yè)務集成平臺,可以解決不同類型的異構(gòu)系統(tǒng)之間難以有效整合的問題。具體來說,與傳統(tǒng)的集成方法相比,該集成方式的優(yōu)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(fā)和部署的共享服務,實現(xiàn)了更有效的應用程序的開發(fā);
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。
面向服務的架構(gòu)(Service Oriented Architecture,SOA),表達了一種軟件架構(gòu)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(tǒng)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(gòu)成: 服務、企業(yè)服務總線(Enterprise Service Bus,ESB) 、政策與過程。其中,企業(yè)服務總線負責服務的注冊、路由和過濾,支持各種通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換、消息格式轉(zhuǎn)換,以及服務編排調(diào)用,在異構(gòu)服務(Web服務、Java、.Net、消息服務) 與傳統(tǒng)應用之間連接、調(diào)解和管理交互,是實現(xiàn)企業(yè)面向服務(SOA)的服務調(diào)度、交換中樞和業(yè)務協(xié)同的重要產(chǎn)品。
在SOA環(huán)境中,網(wǎng)絡上的節(jié)點以獨立服務的形式將自己的資源開發(fā)給網(wǎng)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(tǒng)點對點架構(gòu)不同,各種SOA都由松耦合、高度可以互操作的應用服務構(gòu)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(nèi)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(fā)人員只需關(guān)注應用中與其相關(guān)的部分而無須知道其他部分的細節(jié),只要各個組件都遵守接口“契約( Contract)”,這些組件的開發(fā)、測試和修改都相對獨立,無須太多的協(xié)調(diào),使得基于SOA的應用易于開發(fā)和維護[1]。
以數(shù)字化智能化為方向,以全價值鏈精益生產(chǎn)為指導思想,按照“一個整體、分層管理;統(tǒng)一入口、分工負責”的方針,利用集成化的信息管理系統(tǒng)的先進理念,設計業(yè)務完善、功能齊全適合離散型企業(yè)的生產(chǎn)過程管控的一體化集成應用平臺。搭建企業(yè)互聯(lián)總線平臺,滿足公司從傳統(tǒng)制造行業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型升級,從基礎數(shù)據(jù)源、協(xié)同計劃體系、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)制造過程執(zhí)行、外協(xié)管理和生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集分析的全過程采用網(wǎng)絡化平臺化管控模式,使生產(chǎn)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(zhuǎn)變。某離散型制造企業(yè)搭建的企業(yè)應用集成平臺技術(shù)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(xiàn)層: 打破應用系統(tǒng)之間的界限,實現(xiàn)應用系統(tǒng)的構(gòu)件化,對應用構(gòu)件進行統(tǒng)一的注冊和管理,對用戶信息進行統(tǒng)一管理,實現(xiàn)各應用構(gòu)件的單點登錄、權(quán)限管理、統(tǒng)一認證和個性化界面定制等功能。
服務層: 提供企業(yè)服務總線和流程管理平臺。通過企業(yè)服務總線為應用系統(tǒng)提供業(yè)務服務集成的能力,通過服務管理實現(xiàn)服務注冊、服務存儲、服務生命周期管理和服務監(jiān)控管理; 通過流程管理平臺提供業(yè)務流程整合的能力,實現(xiàn)流程定義、流程整合、流程編排和流程監(jiān)控功能。
應用層: 將應用拆分成構(gòu)件,形成應用構(gòu)件池。
支撐層: 包括基礎的應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器和目錄服務器等中間件軟件,交換機、路由器、網(wǎng)絡防火墻等網(wǎng)絡基礎設施,以及配套的系統(tǒng)監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件。
標準與規(guī)范體系: 與應用集成平臺配套的標準與規(guī)范體系用以指導和要求各應用系統(tǒng)的建設和管理,包括基礎資源標準、數(shù)據(jù)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(shù)體系,對整體系統(tǒng)進行安全加固,并參照行業(yè)要求 建立信息安全保障體系,包括應用安全管理和數(shù)據(jù)安全管理。
運維管理體系: 與應用集成平臺配套的標準與規(guī)范體系用以指導和要求各應用系統(tǒng)的運維管理,包括應用運維管理和平臺運維管理。
下面以生產(chǎn)制造過程管控應用為例,涉及的信息應用系統(tǒng)有主數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(Master Data Management,MDM)、企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)(Enterprise Resource Planning,ERP)、生產(chǎn)制造管理系統(tǒng)(Manufacturing Execution System,MES)和質(zhì)量管理系統(tǒng)(Quality Information System,QIS)系統(tǒng),介紹其業(yè)務集成實現(xiàn)過程;
結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)的實際現(xiàn)狀和管理需求,建立對整個生產(chǎn)制造過程從計劃下達、劃分、制定到調(diào)度的具體分配;從任務的接收、執(zhí)行到過程的監(jiān)管、把控;從信息的獲取、錄入到及時反饋與查詢,將生產(chǎn)過程全面管理起來的面向離散型的生產(chǎn)管控平臺如圖2所示。
圖1 制造企業(yè)應用集成平臺技術(shù)框架
MDM系統(tǒng)把包括物料數(shù)據(jù)、物料BOM、工藝數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理,實現(xiàn)數(shù)據(jù)源統(tǒng)一,集中管理,MDM通過ESB總線把這些基礎數(shù)據(jù)分別下發(fā)到ERP、MES和QIS系統(tǒng),系統(tǒng)接收后再完善各自需要的數(shù)據(jù),如工種、工作中心、人員等信息。生產(chǎn)調(diào)度部在ERP系統(tǒng)編制月生產(chǎn)計劃,通過ESB總線下發(fā)給MES系統(tǒng),車間計劃員在MES系統(tǒng)中進行分解、執(zhí)行、監(jiān)控和反饋,MES系統(tǒng)在執(zhí)行過程中,同時把生產(chǎn)任務通過ESB總線傳遞給QIS系統(tǒng)和柔性單元,加工類的報工結(jié)果數(shù)據(jù)和批次履歷數(shù)據(jù)也傳遞給QIS系統(tǒng),在QIS系統(tǒng)中錄入檢驗結(jié)果和特種工藝結(jié)果信息,然后再通過ESB總線返回給MES系統(tǒng),柔性單元把采集的生產(chǎn)加工和裝配過程數(shù)據(jù)再傳遞給QIS系統(tǒng)和MES系統(tǒng),最后把進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的圖報表通過ESB總線在OA平臺上進行展現(xiàn)。
企業(yè)生產(chǎn)屬典型的混線生產(chǎn)模式,具有多品種、變批量生產(chǎn)特點,品種變換節(jié)奏較快。
在機加分廠和裝配分廠通過現(xiàn)狀調(diào)研,根據(jù)實際業(yè)務需求,按照精細化、規(guī)范化、合理化的管理思想進行梳理,構(gòu)建了適合各自分廠特點的業(yè)務流程。該流程以生產(chǎn)的特殊性為背景,貫穿以計劃為主線,計劃執(zhí)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(chǎn)業(yè)務流程如圖3所示。
該業(yè)務流程由ERP下達的生產(chǎn)計劃為導向,分廠計劃員在MES系統(tǒng)中對接收的生產(chǎn)計劃編制車間級實際生產(chǎn)計劃訂單,并且按照零部件的屬性(單件或批量),分別產(chǎn)生單件編號或批號,同時會把生產(chǎn)計劃轉(zhuǎn)發(fā)到QIS系統(tǒng)。調(diào)度員根據(jù)車間物料準備和在制品數(shù)量情況生成詳細的工序級作業(yè)計劃,適時制定、調(diào)整各班組的生產(chǎn)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(shù)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(tǒng)中錄入其結(jié)果,最后QIS系統(tǒng)把其結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)返回給MES,MES再將生產(chǎn)計劃完成情況反饋到ERP 系統(tǒng)。
一個項目的實施,光有空系統(tǒng)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(chǎn)過程管控集成平臺
1)數(shù)據(jù)的準備,依據(jù)企業(yè)的需求目標把企業(yè)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(tǒng)運作就會越來越混亂。因此在實施應用系統(tǒng)中,各個部門的基本資料的初始數(shù)據(jù)的收集工作就顯得非常重要?;A數(shù)據(jù)涉及面廣,涵蓋了企業(yè)中所有可見數(shù)據(jù)和不可見數(shù)據(jù),基礎數(shù)據(jù)的準備包括物料,BOM、工藝、組織架構(gòu)、人員、班組、工時、生產(chǎn)周期、工作中心、加工設備、工裝、零部件主責調(diào)度等。
2)系統(tǒng)配置工作,應用系統(tǒng)的安裝、調(diào)試,以及按照每個分廠的人員角色進行權(quán)限配置。
3)硬件配置工作,包括檢查和排查現(xiàn)場網(wǎng)絡情況,確認計算機及軟件配置是否滿足要求,增加和調(diào)整現(xiàn)場硬件如掃描槍、打印機、PC電腦等。
4)人員培訓工作:按照業(yè)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(guān)人員能具備熟練操作的能力。
經(jīng)過甲乙雙方的共同努力下完成了項目調(diào)研、方案制定、系統(tǒng)配置、二次開發(fā)、測試與實施、應用培訓等工作,系統(tǒng)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(chǎn)過程管理平臺整體集成流程圖
圖4 分廠生產(chǎn)計劃的接收確認界面圖
通過生產(chǎn)過程管控應用集成平臺將系統(tǒng)思想和理念與生產(chǎn)過程實踐相結(jié)合,建立面向離散制造行業(yè)的整個生產(chǎn)制造過程基礎數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)過程執(zhí)行、設備運行管理、生產(chǎn)結(jié)果分析與統(tǒng)計的系統(tǒng)化管控模型,解決生產(chǎn)計劃的排產(chǎn)和調(diào)度問題,提高生產(chǎn)管理的實時性和科學性、減少各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中無價值的行為、提高企業(yè)運行和事件處理的能力、設備的使用效率,實現(xiàn)物料跟蹤、加強質(zhì)量控制,提高企業(yè)生產(chǎn)自動化水平和生產(chǎn)管理水平,集中實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的追蹤功能、監(jiān)督功能、控制功能、管理功能和信息查詢功能,促進業(yè)務模式轉(zhuǎn)變,能夠用技術(shù)手段保存下企業(yè)的核心技術(shù)經(jīng)驗,通過企業(yè)的技術(shù)積累的知識庫管理,實現(xiàn)企業(yè)價值的傳承,達到生產(chǎn)管理的透明化和高效率。顯著效果如下:
實現(xiàn)了車間生產(chǎn)作業(yè)計劃從手工到自動化的轉(zhuǎn)變,提高了生產(chǎn)計劃有效指導現(xiàn)場作業(yè),
調(diào)研、分析車間生產(chǎn)制造過程管理的現(xiàn)狀和特點,制定了科學合理的生產(chǎn)過程業(yè)務管理的標準規(guī)范。通過系統(tǒng)實現(xiàn)工序轉(zhuǎn)交、隨盤卡跟蹤、檢驗單據(jù)及入庫單據(jù)全過程管理的應用。實現(xiàn)現(xiàn)場單據(jù)電子化,逐步替代現(xiàn)場的各種紙質(zhì)記錄,實現(xiàn)過程證據(jù)和質(zhì)量信息的數(shù)字化、信息化、系統(tǒng)化管理。
圖5 完工報工界面圖
圖6 批次履歷維護界面圖
通過數(shù)據(jù)采集器、二維條形碼的應用,建立了全面、系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)采集信息數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)了對過程數(shù)據(jù)的積累和共享,實現(xiàn)了對過程數(shù)據(jù)的及時采集、實時分析和有效反饋利用,實現(xiàn)了對過程證據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)和工作責任的全面、高效追溯。
以產(chǎn)品代號、批次號和序號為依據(jù)進行追溯,實現(xiàn)了產(chǎn)品裝配過程的批次回溯,提供數(shù)據(jù)的整合導出功能,對產(chǎn)品性能以及生產(chǎn)狀況進行存檔和查詢。提升了企業(yè)的質(zhì)量管理水平,為企業(yè)出現(xiàn)質(zhì)量問題時追究責任和追回產(chǎn)品提供保障,可以向客戶提供每一個產(chǎn)品裝配過程中的所有加工數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù),實現(xiàn)真正意義的產(chǎn)品可追溯,消除客戶對質(zhì)量的疑慮。
圖7 生產(chǎn)過程跟蹤隨盤卡圖
實現(xiàn)了生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES與公司OA、MDMERP、QIS等軟件系統(tǒng)的集成,打通了數(shù)據(jù)與業(yè)務的斷層,提高整體工作效率,各系統(tǒng)高效交互和共享的目標,且分析了生產(chǎn)過程管控應用集成平臺與自動裝配生產(chǎn)線和柔性制造單元工業(yè)控制系統(tǒng)的對接方式,有效實現(xiàn)信息交互和共享,對工業(yè)控制系統(tǒng)信息的有效利用進行了有益的探索。
通過生產(chǎn)過程管控應用集成平臺的實施,梳理了生產(chǎn)過程中業(yè)務流程,并結(jié)合企業(yè)實際編寫了“企業(yè)生產(chǎn)能力過程管理流程規(guī)范”規(guī)范體系,以及制定了“系統(tǒng)集成接口通用技術(shù)要求”的技術(shù)標準規(guī)范文檔,為后期項目的實施、推廣應用打下了堅實的基礎。
企業(yè)應用系統(tǒng)的成功實施,是關(guān)鍵用戶配合和團隊共同努力的結(jié)果,以及領導重視的效果,現(xiàn)在將實施過程中的難點和經(jīng)驗總結(jié)出來,供大家借鑒。
1)系統(tǒng)策劃是基礎
企業(yè)要想成功實施應用系統(tǒng),不僅要了解系統(tǒng)軟件,更需要了解企業(yè)的業(yè)務需求,分析企業(yè)存在的問題、明確企業(yè)實施應用系統(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)定性,同時又比較靈活,滿足企業(yè)將來規(guī)模擴大后需求的增加留有余地,以及擁有豐富的實踐經(jīng)驗的專家。
2)基礎數(shù)據(jù)的收集與處理是難點
對項目實施來講,基礎數(shù)據(jù)的收集工作難度最大。首先,基礎數(shù)據(jù)涉及面廣,涵蓋了企業(yè)中所有可見數(shù)據(jù)和不可見數(shù)據(jù),不可見數(shù)據(jù)如零部件類型、提前期、經(jīng)濟批量、生產(chǎn)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(tǒng)計算。數(shù)據(jù)的正確性是最重要的、基礎數(shù)據(jù)是許多程序正確運行的基礎、如生產(chǎn)計劃是根據(jù)設定的工時、提前期、生產(chǎn)周期等計算得到的,如果不符計算結(jié)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(chǎn)品零部件的書寫格式存在多種形式,難以確定;最后,基礎數(shù)據(jù)收集與處理的工作量大、時間長、協(xié)調(diào)多和見效周期長,因此阻力也是很大的。
3)轉(zhuǎn)變觀念是前提
實施信息化必須有觀念轉(zhuǎn)變的準備,企業(yè)實施信息化必將改變企業(yè)的管理模式和業(yè)務流程,傳統(tǒng)的管理模式和觀念必須轉(zhuǎn)變?yōu)榉闲畔⒓夹g(shù)要求,能充分發(fā)揮信息系統(tǒng)支撐業(yè)務發(fā)展的新觀念和新模式,這是企業(yè)成功推進企業(yè)信息化進程的關(guān)鍵因素。應用系統(tǒng)上線后,能否為廣大的生產(chǎn)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(guān)鍵
首先應用系統(tǒng)實施工作涉及面廣,難免會出現(xiàn)部門間溝通協(xié)調(diào)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(tǒng)提供了大量的資源支持,并且是其管理思想的具體體現(xiàn)。應用系統(tǒng)的實施不僅僅是一種軟件技術(shù)上的提高,更是企業(yè)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(tǒng)實施負責人,該負責人在企業(yè)中要求是具有一定影響力的人員,并且具有較強的業(yè)務綜合能力、工作協(xié)調(diào)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。
本文介紹了基于SOA架構(gòu)的企業(yè)應用集成技術(shù)及其應用,結(jié)合某離散型制造企業(yè)生產(chǎn)過程管控平臺的集成研發(fā),有效地解決了企業(yè)制造信息管理孤島問題,實現(xiàn)了制造產(chǎn)品全過程的應用管理,實現(xiàn)了四大管理系統(tǒng)的業(yè)務數(shù)據(jù)、業(yè)務流程的無縫集成,提高了企業(yè)整體生產(chǎn)過程管控能力。