（中汽研汽車工業(yè)工程（天津）有限公司，天津 300300）

0 引言

在數(shù)字技術(shù)的推動下，企業(yè)的系統(tǒng)架構(gòu)正在發(fā)生一場深刻的變革，其特點是支持業(yè)務(wù)從過去“單證+文檔”的流程驅(qū)動方式向新一代的以管理殼承載業(yè)務(wù)邏輯、以“工業(yè)4.0組件”之間通過服務(wù)請求和服務(wù)執(zhí)行的數(shù)字和流程混合驅(qū)動方式的轉(zhuǎn)變[1]。微服務(wù)架構(gòu)和容器技術(shù)的出現(xiàn)，可以通過對傳統(tǒng)單體架構(gòu)應(yīng)用的改造，實現(xiàn)自動彈性資源擴容、流量負載均衡和熱點微服務(wù)的實時水平拓展[2]，順應(yīng)了該變革的技術(shù)需要，已然成為了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)未來的發(fā)展方向。

與此同時，隨著汽車大規(guī)模定制化生產(chǎn)方式的日益普及，整車制造企業(yè)越發(fā)傾向于準時制的物料供應(yīng)方式以減輕庫存大幅增長的壓力[3]。這對倉儲管理提出了更高的要求，其作用也不再僅限于商品存儲、保管，而成為了整體供應(yīng)鏈的平衡機制；倉儲信息的及時交互與共享，對于保證準時制生產(chǎn)的可靠性、實時性至關(guān)重要。

因此，以整車制造所面臨的現(xiàn)代化倉儲管理需求為藍本，本文研究和總結(jié)了基于微服務(wù)架構(gòu)的整車制造倉儲管理系統(tǒng)（簡稱WMS）設(shè)計方法，從系統(tǒng)功能需求、設(shè)計原則、開發(fā)過程、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、接口設(shè)計等關(guān)鍵環(huán)節(jié)予以闡釋，為離散制造類倉儲管理系統(tǒng)開發(fā)提供了通用的設(shè)計流程和參考標準，也為開發(fā)滿足未來定制化、準時制的現(xiàn)代倉儲管理系統(tǒng)提供了基于微服務(wù)架構(gòu)的開發(fā)思路。

1 系統(tǒng)需求分析

本文以某品牌汽車總裝車間為例，經(jīng)過多次實際調(diào)研與研究，綜合梳理了整車制造倉儲管理系統(tǒng)的主要需求特點：

（1）實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場狀況的遠程掌控；（2）貨品品質(zhì)管理和問題追溯分析；（3）產(chǎn)品損耗、貨位跟蹤、庫存管理；（4）科學(xué)分配資源，合理安排作業(yè)；（5）揀貨快速準確，準時發(fā)貨出庫；（6）庫存異常，及時報警提示；（7）自動數(shù)據(jù)采集，實時準確客觀；（8）報表自動及時生成，無紙化；（9）員工作業(yè)跟蹤，考核依據(jù)客觀。

2 系統(tǒng)設(shè)計原則

（1）適用性。系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足企業(yè)實際倉儲管理的信息化需求，以技術(shù)合理運用，功能適用為原則，利于生產(chǎn)執(zhí)行，利于提升效率。

（2）可靠性。在規(guī)定的條件約束下，系統(tǒng)應(yīng)具備保持其自身性能的能力。可靠性包括：較好的容錯能力，防止因意外的操作給系統(tǒng)造成嚴重損失；系統(tǒng)的恢復(fù)以及故障處理能力較高；具備一定的業(yè)務(wù)操作穩(wěn)定性能。

（3）安全性。系統(tǒng)應(yīng)具有安全管理機制，包括用戶權(quán)限設(shè)定、密碼策略等，并應(yīng)保證系統(tǒng)運行環(huán)境的安全性。

（4）可擴展性。業(yè)務(wù)邏輯擴展：系統(tǒng)應(yīng)具有熱部署特性，當業(yè)務(wù)出現(xiàn)變動或業(yè)務(wù)規(guī)模擴大時，不需要變動已經(jīng)部署的系統(tǒng)架構(gòu)和系統(tǒng)信息點，在不影響系統(tǒng)其他部分業(yè)務(wù)邏輯運轉(zhuǎn)的情況下修改和擴展相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯。

系統(tǒng)性能擴展：橫向擴展，應(yīng)可實現(xiàn)集群控制和負載均衡；縱向擴展，應(yīng)可兼容升級硬件性能。

（5）可移植性。系統(tǒng)應(yīng)使用應(yīng)用配置管理的概念，通過修改應(yīng)用配置等實現(xiàn)不同工廠之間的可移植性。

（6）可監(jiān)控性?？杀O(jiān)控性分為實時顯示和異常報警。系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)控重要的系統(tǒng)狀態(tài)，如網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)內(nèi)存、CPU負載等信息及時顯示在監(jiān)視屏上以便實時了解系統(tǒng)的運行狀況；同時，根據(jù)事先設(shè)定的報警指標，當被監(jiān)控值達到和超過監(jiān)控限額時系統(tǒng)將產(chǎn)生報警，中控室管理人員可以根據(jù)不同情況作出相應(yīng)的處理。

（7）可集成性。系統(tǒng)應(yīng)綜合采用標準集成技術(shù)（如JMS、Web Service、Adapter、EJB）和非標準集成技術(shù)（如接口表、HTTP、Socket），通過集成平臺（如ESB）實現(xiàn)應(yīng)用集成、數(shù)據(jù)集成、流程基礎(chǔ)及界面集成等。

（8）柔性化配置。系統(tǒng)內(nèi)部自帶符合WFMC 規(guī)范的引擎（如WorkFlow），允許用戶以圖形化的方式定義業(yè)務(wù)流程及流程上各節(jié)點的服務(wù)。系統(tǒng)支持服務(wù)交互觸發(fā)機制，通過事件或時間周期觸發(fā)預(yù)定義的活動；同時提供自定義業(yè)務(wù)流程上的Web Services服務(wù)和接收外部Web Services服務(wù)的接口。

（9）標準一致性。系統(tǒng)開發(fā)過程應(yīng)符合現(xiàn)有信息管理系統(tǒng)相關(guān)國家標準。

3 系統(tǒng)開發(fā)流程

WMS 系統(tǒng)軟件開發(fā)需經(jīng)過需求分析、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、代碼設(shè)計、軟件測試、部署上線五個階段。

3.1 需求分析

獲得倉儲需求信息和基本功能定義，明確WMS系統(tǒng)的詳細功能，形成基本功能描述。

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

包括概念設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計三個部分。

（1）概念設(shè)計。在WMS 系統(tǒng)需求分析得到數(shù)據(jù)流程圖、數(shù)據(jù)字典的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)規(guī)范化理論，用概念數(shù)據(jù)模型明確地表達出用戶的數(shù)據(jù)需求。

（2）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)數(shù)據(jù)概念模型及所選定的某DBMS的特性，按照一定的轉(zhuǎn)換規(guī)則把概念數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為此DBMS所能接受的數(shù)據(jù)模型，即邏輯數(shù)據(jù)模型。

（3）物理結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)所選定的軟硬件運行環(huán)境，權(quán)衡各種利弊因素，確定物理存儲結(jié)構(gòu)。

3.3 代碼設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計編寫程序代碼，包括選擇數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)、功能設(shè)計、功能實現(xiàn)三個部分。

（1）選擇數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)：根據(jù)WMS 系統(tǒng)的應(yīng)用要求選擇合適的數(shù)據(jù)庫。

（2）功能設(shè)計：對WMS 系統(tǒng)的功能進行更加詳細的定義，每個功能都有詳細的功能描述和模塊簡要的工作流程圖。

（3）功能實現(xiàn)：在功能設(shè)計的基礎(chǔ)上，編寫程序代碼，實現(xiàn)相應(yīng)的功能。

3.4 軟件測試

對已開發(fā)的系統(tǒng)軟件進行單元、集成、用戶驗收測試、壓力測試工作，包括以下步驟：（1）準備測試環(huán)境；（2）準備測試場景及測試計劃；（3）進行系統(tǒng)測試，編寫測試報告；（4）制定用戶手冊并對用戶進行培訓(xùn)。

3.5 部署上線

將開發(fā)階段的測試系統(tǒng)內(nèi)容部署到生產(chǎn)環(huán)境中去，包括以下步驟：（1）編寫上線切換方案；（2）進行生產(chǎn)系統(tǒng)的搭建；（3）編寫培訓(xùn)文檔；（4）按照培訓(xùn)計劃進行上線前培訓(xùn)。

4 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)整體采用分層架構(gòu)模式，主要區(qū)分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、客戶端層、接口層四部分。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

4.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包含了數(shù)據(jù)庫配置管理模塊以及數(shù)據(jù)歸檔模塊，數(shù)據(jù)庫配置管理模塊提供了對生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫及歷史備份數(shù)據(jù)庫的可視化界面對產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的定義、初始化、版本升級、全局系統(tǒng)屬性配置的功能。數(shù)據(jù)歸檔模塊提供了對現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)遷移等功能。提供redis 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的冷熱分離，將讀寫頻次高的數(shù)據(jù)同步放入redis中。

4.2 服務(wù)層

服務(wù)層分為web端服務(wù)層、核心基礎(chǔ)業(yè)務(wù)層兩層。

（1）web端服務(wù)層：采用微服務(wù)架構(gòu)，將單一應(yīng)用程序劃分成一組小的服務(wù)，服務(wù)之間相互協(xié)調(diào)、互相配合，為用戶提供最終價值。每個服務(wù)運行在其獨立的進程中，服務(wù)和服務(wù)之間采用輕量級的通信機制相互溝通（通常是基于HTTP的Restful API)。每個服務(wù)圍繞具體業(yè)務(wù)進行構(gòu)建，并且能夠被獨立的部署到生產(chǎn)環(huán)境、類生產(chǎn)環(huán)境中。根據(jù)不同的業(yè)務(wù)模塊按需進行分開獨立部署。

（2）核心基礎(chǔ)業(yè)務(wù)層使用EJB3.0 的方式構(gòu)建企業(yè)級應(yīng)用，實現(xiàn)一次部署、多處使用的核心業(yè)務(wù)模塊。核心服務(wù)器支持集群管理，具備生產(chǎn)業(yè)務(wù)壓力實行負載均衡和故障轉(zhuǎn)移的能力；對主要離散型業(yè)務(wù)模型提供了支撐，包括了工廠建模、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)計劃管理、生產(chǎn)過程管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理等主要標準化的業(yè)務(wù)管理模型。兩層之間通過使用J2EE的標準化RMI協(xié)議實現(xiàn)與核心服務(wù)的數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)高速的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。

4.3 客戶端層

客戶端主要由基于HTML5、CSS3 的網(wǎng)頁客戶端、基于JAVA 的安卓客戶端和基于Object C 的IOS客戶端組成，方便系統(tǒng)在不同的應(yīng)用場景下通過各類便攜式設(shè)備進行訪問。

4.4 接口層

接口服務(wù)端是基于Java的集成了各類協(xié)議的小型服務(wù)器，包含了WebService 接口、Socket 接口、OPC接口、JMS標準化接口以及定時任務(wù)接口。方便產(chǎn)品與各類外部應(yīng)用或是企業(yè)級服務(wù)總線ESB 進行接入。同樣具備了二次開發(fā)和方便部署的能力。

5 系統(tǒng)接口設(shè)計

WMS系統(tǒng)的對外接口系統(tǒng)主要是企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（簡稱“ERP”）、供應(yīng)商管理系統(tǒng)（簡稱“SRM”）等，對接應(yīng)遵循XML、EDI等接口標準，使用PO、WebService、Restful API、WebAPI等通信協(xié)議進行實現(xiàn)。

5.1 與ERP接口設(shè)計

（1）接口數(shù)據(jù)類型。與ERP 接口數(shù)據(jù)類型描述如下：源系統(tǒng)WMS，目標系統(tǒng)ERP：包括物料盤點信息、物料入庫信息、物料出庫信息、物料庫存信息等；源系統(tǒng)ERP，目標系統(tǒng)WMS：包括物料信息、BOM 信息、供應(yīng)商信息、組件裝配工位信息、生產(chǎn)計劃信息等。

（2）接口設(shè)計規(guī)范。系統(tǒng)與ERP 調(diào)撥出入庫單接口字段格式（部分字段可省略）見表1。

表1 系統(tǒng)與ERP接口字段格式

5.2 與SRM接口設(shè)計

（1）接口數(shù)據(jù)類型。與SRM接口數(shù)據(jù)類型描述：源系統(tǒng)SRM，目標系統(tǒng)WMS：包括ASN 單信息、供應(yīng)商信息、運單/訂單信息等。

源系統(tǒng)WMS，目標系統(tǒng)SRM：包括物料收貨上傳、物料拉動單上傳、物料排序單上傳、物料退貨上傳、質(zhì)檢信息上傳SCM等。

（2）接口設(shè)計規(guī)范。WMS 系統(tǒng)拉取SRM 系統(tǒng)ASN收貨數(shù)據(jù)字段格式見表2。

表2 ASN收貨數(shù)據(jù)字段格式

WMS 系統(tǒng)拉取SRM 系統(tǒng)供應(yīng)商數(shù)據(jù)字段格式見表3。

表3 供應(yīng)商數(shù)據(jù)字段格式

WMS拉取SRM中入庫單數(shù)據(jù)字段格式見表4。

表4 入庫單數(shù)據(jù)字段格式

6 結(jié)語

本文對倉儲管理系統(tǒng)的功能需求特點、設(shè)計開發(fā)原則、開發(fā)過程進行了總結(jié)闡述，為系統(tǒng)的實際開發(fā)提供了借鑒；將微服務(wù)架構(gòu)引入到整車制造倉儲管理系統(tǒng)的實際設(shè)計過程中，給出了整體技術(shù)框架，滿足了企業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)微服務(wù)化的變革需要，符合未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展趨勢；對倉儲管理系統(tǒng)的典型對外接口進行了設(shè)計，詳細介紹了接口數(shù)據(jù)類型和字段格式，為其他離散制造類企業(yè)的相關(guān)設(shè)計提供了參考標準。