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基于中间件技术的制造执行系统架构设计与实现

l 引言

当今国际大型制造企业为应对瞬息万变的国际环境，在复杂的竞争中占得先机，在制造工厂引入MES，借助其快速调节生产，提高产品品质，整合企业资讯，使之符合自己的企业发展需求。因此各家都不遗余力针对MES研究，提出各种架构，各种技术，继而采用软件工程的方法实现企业的资讯化，限于篇幅本文针对人力密集型制造组装工厂提出基于中间件技术的MES架构方案。

IDC表述的中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源，中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算资源和络通信。其主要分主要几类：远程过程调用，通过这种调用机制，开发人员编写客户方的应用，需要时可以调用位于远端服务器上的过程。

面向消息中间件，能在不同平台之间通信，实现分布式系统中可靠的、高效的、实时的跨平台数据传输(如 IBM 的 MQ Series等)。通用事务管理中间件：在分布、异构环境下事务处理系统中要处理大量事务，操作大量的数据，提供保证交易原子性的一种环境平台。

2 工厂制造执行系统需求

总体要求MES系统设计要考量长远规划的战略性，适应企业生产模式的复杂变化，以及投资保护。生产环境上工厂制造基本上划分不同作业站，而作业站也会再分手动组装站以及自动化生产站，手动组装作业站人员需要有友好的人产品质量1直引领于实验机行业机交互界面。自动组装站的自动化设备会与MES异步通信。另一面，为整合计划层面的企业资源规划(ERP)信息，需要与ERP交互生产计划以及材料信息。整体业务需求如下图一所示：

MES与其他业务关联图

本图主要描述MES在企业环境中的位置，以及和其他业务系统的关系，重点是企业资源规划(ERP)需要下达生产计划给MES，MES在生产过程中与生产完毕要成品入库，过程中需要MES告知ERP更新库存量。其二MES与设备机台的交互，这里要求高可用性，要满足7*24小时自动生产需求。其他主要行业格局也产生了深入变化是品质管控，人员管控。在考量业务需求同时，自动组装站和ERP等周边应用系统与MES交互系统要求主要有如下几点：

其一是异构性：MES在计算机的软硬件之间的异构性，包括硬件，操作系统(不同操作系统的API和开发环境)、数据库(不同的存储和存取格式)等等。屏蔽异构平台的差异性需要考虑。其二是实现互操作：MES不依赖于计算环境，使得各种不同软件之间在不同平台之间能移植或者较小代价移植。而且在络协议和通信机制的不同时，这些系统之间还能有效地相互集成。其三是软件复用：随着MES模块以及周边应用系统不断成长，系统之间基础功能和结构尽可能多地凝练共性并复用以提高软件开发效率。

综上引入中间件技术暨面向消息中间件与通用事务管理中间件，利用其提供简单(针对MES业务逻辑而言)、一致、集成的开发环境，简化MES的系统架构设计。

3 提出制造执行系统的架构

依据MES系统需求提出MES整体架构，设计如下图二，

MES系统结构图

设计方案说明：针对自动组装站的自动化设备会与MES异步通信采用消息中间件，暨采用IBM的MQ Series，其简化了自动化设备与MES之间数据的传输，屏蔽底层异构操作系统和络平台，提供一致的通讯标准和应用开发，确保分布式计算络环境下可靠的、跨平台的信息传输和数据交换。它基于消息队列的存储一转发机制，并提供特有的异步传输机制，能够基于消息传输和异步事务处理实现应用整合与数据交换。

MES操作数据库部分以下章节再详细描限制了增长潜力述，整体上人机交互界面采用B/S模式。维护主要集中在服务器端，避免在客户端维护困难。实现上主要调用jms的API方法，继承ExceptionListener类，监听消息队列中是否有消息。针对MES软件架构如下图三：

设计方案说明：

首先，采用MVC模式加以分割，各层独立。其具有以下好处：

其一、低耦合性，视图层和业务层分离，这样就允许更改视图层代码而不用重新编译模型和控制器代码。同样，一个应用的业务流程或者业务规则的改变只需要改动MVC的模型层即可。因为模型与控制器和视图相分离，所以很容易改变应用程序的数据层和业务规则。

其二、高重用性和可适性，其允许你使用各种不同样式的视图来访问同一个服务器端的代码。改变视图层的实现方式，而控制层和模型层无需做任何改变。

其他如快速部署，使用MVC模式使开发时间得到相当大的缩减，它使开发者集中精力于业务逻辑。

最后，其利于引入软件工程概念，由于不同的层各司其职，每一层不同的应用具有某些相同的特征，有利于通过工程化、工具化管4：实验后若有1段较长的时间不用机器时理程序代码。

其次，架构上针对Model部分，采用企业自主研发的通用事务管理中间件，保证在其监控下的事务处理的原子性、一致性、独立性和持久性。通过JDBC或者ODBC驱动程式操作当前主流的数据库Oracle，SQL Server。使程式开发人员专注在MES的业务逻辑，不必考虑数据操作细节。如果更换数据库，只要配置对应的驱动程式即可以较小成本完成转换。

实现上，首先对EJB 进行封装，提供统一的事务接口(ServiceInterface)，每次如果有对数据库操作控制层会调用事务接口把要操作的数据传入通用事务管理中间件，进行事务操作，操作成功提交修改数据库，反之做回滚并反馈错误信息给Client，方便维护。

4 结束语

目前，制造业MES解决方案如同雨后春笋、琳琅满目，但是MES最具有行业特征，它与生产工艺结合最紧密。有一款适合的满足企业管理需要的解决方案能促进工厂提高管理水准以及企业营运绩效。本方案针对劳动密集型制造业提出一种系统架构，并做了概要说明。重点讲述了中间件技术在MES系统架构上的位置与应用，本方案在一家大型外资企业第二代MES中实现，对生产线的现场管理， 品质管理，人员管理初见成效。与此同时架构其中难免有所不足，需要持续改进。