4 基于BPEL／BPMN的MES业务流程模板
车间生产过程从收到订单开始，进行生产计划、部署、执行等基本活动，最终得到成品完成订单。MES系统需要在此整体过程中支持若干具体的车间业务流程，如某车间的生产准备流程先由车间计划员分解订单，根据分解要求，工艺员、物料管理员等角色分头准备相应的生产材料，最后交给计划员汇总准备结果。
为了在流程层次上实现MES系统的重构与重用，将BPEL与BPMN标准引入到MES系统的设计中。BPEL和BPMN正在成为SOA架构中业务流程管理技术的事实标准，获得了工业界主流企业的广泛支持。MES开发或管理人员通过BPEL／BPMN可视化建模工具对业务流程进行建模，流程中涉及的服务构件、业务对象等元素被表示为直观形象的建模符号供选择使用。建好的BPEL模板可以存储在流程模板库中，在需要时交给BPEL流程引擎实例化，驱动车间生产管理的自动流转。相比经典的工作流技术，BPEL／BPMN标准具有语义丰富、扩展灵活、柔性较高的特点。BPEL提供了异常、事务和补偿等高级概念机制，并使用合作伙伴链接(partnerLink)抽象了作为流程节点的MES服务，具体的绑定协议和服务端点由底层BPEL容器在部署时生成。这样相当于在流程模型中定义了“黑盒”部分，流程实际使用的合作伙伴服务能够在执行时得到动态决定或者修改。
批次零件的加工任务流转是JobShop型零部件生产车间的典型流程，其中包含了计划、派工等关键业务环节。图4所示的是该流程的BPEL模板部分，模板调用了详细作业计划服务、自动派工服务、生产异常处理服务，以及加工检验子过程等，其中加工检验子过程也是由MES服务编排而成。模板通过合作伙伴链接和WSDL接口来实现对这些MES服务的调用。加工流转BPEL模板部分代码如下：
5 面向服务的制造执行系统开发方法
不同行业、不同企业的车间层在业务规则上存在较大的区别，这样就要求MES在诸多方面适应本地的生产模式与管理体系。从通用性的角度出发，需要提出一套针对制造执行系统的开发方法。
根据通用的程度将MES应用分为标准、行业、个性三个层次(图4)。标准应用主要是参考ISA95规范，设计制造执行系统的工厂／车间、过程、服务、功能、信息与集成模型。行业级应用是在标准应用的基础上，充分考虑行业内典型的生产组织模式与管理特点，提出面向汽车、船舶、航空、航天、冶金、石化等具体垂直产业的解决方案。个性应用则是从行业应用出发，针对企业和车间的实际情况，对生产组织模式、业务流程、功能需求作进一步的配置和扩展，提供界面表示和数据结构的定制。
图4 面向服务的制造执行系统开发
模板构件资源库和配置管理平台是对MES三层应用的支撑平台。MES的流程模板、服务构件根据其通用程度分别存储在相应的资源库中。实践证明，具有代表性的模板和构件包含了不同行业、不同类型车间的业务知识和规则。因此，模板和构件的资源库同时也是知识和规则的资源库。在MES的设计开发中，根据设计的应用需要从资源库中检索模板和构件，经过定制和配置后可以快速地搭建实际应用。配置管理平台是一套支持MES可配置的实用工具集，具体包括业务建模、流程定制、服务治理、插件开发、应用集成、界面定制、报表定制、组织建模和权限配置等，覆盖了MES生命周期的各个阶段。MES的可配置不仅是面向开发者的，而且是面向实施企业的。当车间进行业务流程莺组、组织结构调整时，实施企业可以灵活快速地自行配置管理MES系统，实现系统维护的本地化。
图5 模板、构件的抽取和沉淀
6 结束语
面向服务是制造执行系统必然的发展趋势。本文基于SOA关键技术深入研究了MES的服务设计、装配、集成和流程自动化，相关理论方法已经在某航天机械厂多个车间的MES系统中得到应用。经验证，面向服务的MES具有可集成、可重构的优点，提升了机加、装配各车间的业务敏捷程度；基于构件／模板和配置平台的快速开发模式有力地推动了MES在该制造企业的快速实施和推广，有较高的实用价值。
