陳小磊，吳健，張冠文

0 引言

制造資源計劃(Manufacturing Resource Planning,簡稱MRPⅡ)是由物料需求計劃MRP發(fā)展起來的一種先進的企業(yè)現(xiàn)代化管理方法。它以MRP為核心，指導(dǎo)企業(yè)對物料、設(shè)備、人力、資金、信息五大資源進行全面的規(guī)劃和控制，將產(chǎn)、供、銷、人、財、物各種經(jīng)營活動結(jié)合起來，形成一個有機的整體，最終構(gòu)成一個人-機結(jié)合的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。同時，它向企業(yè)提供信息，支持企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的運行、管理和決策，使企業(yè)在有限資源條件下，取得最大的經(jīng)濟效益[1]。MRPⅡ因其顯著地效益，被當(dāng)今世界制造業(yè)作為標準管理工具而廣泛使用。

同時，目前大部分企業(yè)的IT構(gòu)架都存在不宜擴展、不夠靈活、應(yīng)用開發(fā)周期較長以及利用率較低等問題[2],無法滿足企業(yè)對業(yè)務(wù)敏捷性的要求，而SOA(Service-Oriented Architecture)作為一種軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格通過復(fù)用性、靈活性和共享性從技術(shù)上支持企業(yè)的需求。本文以陜西某制造企業(yè)為背景開發(fā)了基于SOA的制造業(yè)MRPⅡ系統(tǒng),對一般制造企業(yè)具有通用性。

1 基于SOA的MRPⅡ體系結(jié)構(gòu)

SOA可以看成一種管理思想、設(shè)計方法。SOA的核心本質(zhì)是實現(xiàn)服務(wù)和技術(shù)的完全分離，從而達到服務(wù)的可重用性[3]。它將企業(yè)應(yīng)用看作由一些不同粒度、能跨越企業(yè)邊界以及能實現(xiàn)特殊功能的服務(wù)集合所構(gòu)成，并在這些服務(wù)之間通過定義良好的、獨立于實現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言的接口進行聯(lián)系，使此類系統(tǒng)可通過一種通用的方式進行交互。因此，采用SOA實現(xiàn)企業(yè)的IT架構(gòu)能在更大范圍上達到信息共享，實現(xiàn)高度的互操作性和可擴充性，同時使企業(yè)能夠?qū)ψ兏M行快速有效的響應(yīng)，取得競爭優(yōu)勢。

SOA結(jié)構(gòu)中共有如圖1所示的3種角色：服務(wù)提供者采用基于XML統(tǒng)一的Web服務(wù)描述語言(Web Service Definition Language, WSDL)來描述服務(wù)，在統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成協(xié)議(Universal Description , Discovery and Integration, UDDI)注冊中心注冊發(fā)布自己的服務(wù)，并且對使用自身服務(wù)的請求進行響應(yīng)；服務(wù)注冊中心注冊已經(jīng)發(fā)布的服務(wù)提供者，對其進行分類，并提供搜索服務(wù)；服務(wù)請求者利用服務(wù)代理查找所需的服務(wù)，然后使用簡單對象訪問協(xié)議(Simple Object Access Protocol, SOAP)來執(zhí)行服務(wù)調(diào)用。

Web服務(wù)是面向服務(wù)體系的一個最好實現(xiàn)，Web服務(wù)體系使用一系列標準和協(xié)議實現(xiàn)相關(guān)的功能，如使用WSDL描述服務(wù)，使用UDDI發(fā)布和查找服務(wù)，使用SOAP協(xié)議執(zhí)行服務(wù)調(diào)用。它最大的特點是：是完全低耦合的，服務(wù)請求者只有在需要服務(wù)時才動態(tài)地綁定服務(wù)提供者，其次，Web服務(wù)是可組合和可重用的，再次，采用SOAP交互協(xié)議及XML作為消息格式具有跨平臺特性。

圖1 SOA的結(jié)構(gòu)示意圖

基于SOA的制造業(yè)MRPⅡ系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示。各層的功能及聯(lián)系如下：

（1）表示層：實現(xiàn)用戶交互界面，例如Web瀏覽器、應(yīng)用程序、PDA等，通過提供用戶交互界面，接受用戶交互，判斷界面數(shù)據(jù)的有效性。

（2）服務(wù)發(fā)布層：將業(yè)務(wù)邏輯層中的各種細粒度服務(wù)封裝成粒度較大的、易用的粗粒度服務(wù)，通過Web Service發(fā)布各種服務(wù)，接受上層表示層的調(diào)用。該層是面向服務(wù)的一層， 通過該層實現(xiàn)SOA架構(gòu)的服務(wù)發(fā)布。主要提供四類服務(wù)：①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)，主要是實現(xiàn)企業(yè)組織機構(gòu)管理、人力資源管理、供應(yīng)商信息管理、物料編碼和物料清單(Bill of Material ,BOM)管理等；②進銷存服務(wù)，主要功能是負責(zé)對產(chǎn)品的合同、到貨、庫存、銷售的管理等；填寫進貨單、采購單、銷售單、銷售訂單，對庫存信息、銷售情況進行統(tǒng)計查詢；③生產(chǎn)管理服務(wù)，主要功能是實現(xiàn)對訂單，主生產(chǎn)計劃（MPS），物料需求計劃（MRP）的管理，接收從銷售部門發(fā)來的產(chǎn)品需求計劃，將需求計劃按照產(chǎn)品匯總，根據(jù)產(chǎn)品BOM樹，分別計算原料的需求量，輸出最終的生產(chǎn)計劃和采購計劃；生產(chǎn)管理服務(wù)是整個MRP系統(tǒng)核心模塊；④財務(wù)服務(wù)，主要功能是實現(xiàn)對應(yīng)付款、應(yīng)收款及員工工資等信息的管理，對企業(yè)的整個財務(wù)情況進行統(tǒng)計；⑤營銷網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：對進銷存模塊中的供貨商、銷售商和企業(yè)的整個營銷網(wǎng)絡(luò)進行管理。

（3）業(yè)務(wù)邏輯層：將各種業(yè)務(wù)邏輯封裝為相互獨立的細粒度服務(wù)，以接受上層粗粒度服務(wù)的調(diào)用。例如，進銷存服務(wù)共包括多個細粒度服務(wù)：合同管理、到貨管理、庫存管理等。該層被設(shè)計成無狀態(tài)面向服務(wù)的模式，通過該層實現(xiàn)SOA的服務(wù)功能。

（4）數(shù)據(jù)訪問層：數(shù)據(jù)訪問邏輯組件從數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)并把實體數(shù)據(jù)保存回數(shù)據(jù)庫中。

圖2 基于SOA的制造業(yè)MRPⅡ系統(tǒng)構(gòu)架

2 生產(chǎn)管理服務(wù)的設(shè)計與實現(xiàn)

生產(chǎn)管理模塊是整個MRP系統(tǒng)的核心模塊，其基本內(nèi)容是編制原料的需求計劃和采購計劃，生產(chǎn)管理模塊的基本流程如圖3所示。首先獲得從銷售部門發(fā)來的產(chǎn)品主生產(chǎn)計劃，然后根據(jù)物料清單，計算原料的毛需求，并將需求按照原料匯總，產(chǎn)生物料需求單，再進行能力需求計劃進行反饋，調(diào)整，最后根據(jù)原物料庫存情況、預(yù)計入庫物料產(chǎn)生物料采購計劃和生產(chǎn)計劃。

圖3 生產(chǎn)管理模塊流程圖

主要子模塊包括：①物料主文件：用于維護公司的所有原材料及產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)指標信息，包括編號、名稱、單位、規(guī)格型號、進貨提前期、生產(chǎn)周期等等。②物料清單(BOM)：是整個生產(chǎn)管理模塊的基礎(chǔ)，它是一張列表，包含著生產(chǎn)每單位產(chǎn)品所需要的所有部件、組件、零件與原材料等,如圖4所示；它用于維護企業(yè)產(chǎn)品的物料清單，維護產(chǎn)品的原料或配件的結(jié)構(gòu)；BOM是MRP計算的基礎(chǔ)；在圖4中，組裝一個X需要B、C、D、E、F的數(shù)量：B--2，C--1，D--3*2=6，E--1*2+2*1+2*3*4=28；③主需求計劃：用于暫存營銷部門報送的缺貨信息，需要生產(chǎn)的產(chǎn)品及數(shù)量等信息；④主生產(chǎn)計劃：用于結(jié)合公司的日歷制定生產(chǎn)目標，也即是將需求計劃提上日程組織生產(chǎn)；⑤MRP計算：主要用于計算相關(guān)物料的需求量，計算的結(jié)果包括物料編號、年份、計劃期、初期庫存、毛需求、凈需求。

圖4 產(chǎn)品X的BOM

2.1 MRP運算邏輯

MRP計算是生產(chǎn)管理中最核心的一步，它能依據(jù)主生產(chǎn)計劃、預(yù)計入庫物料、BOM、現(xiàn)有庫存等輸入信息自動產(chǎn)生物料需求計劃。物料需求計劃不僅要計算各層物料的需求數(shù)量，更重要的是要得出它們的需求時間。時間階段化是MRP的基本特點。MRP系統(tǒng)對每項物料的庫存狀態(tài)按時區(qū)做出分析，自動確定計劃訂貨的數(shù)量和時間，并提醒人們不斷調(diào)整。主生產(chǎn)計劃產(chǎn)生最終產(chǎn)品的需求量（毛需求量），它來源于市場預(yù)測、客戶訂單的需求；中間件的毛需求量來自上屬物料項目的需求。某時區(qū)的凈需求量，可以通過該時區(qū)庫存量的變化得到：

由上述公式計算出的某物料在各個時段的需求量如表1所示：

表1 某產(chǎn)品物料需求計劃表

當(dāng)庫存可用量為負值時，意味著出現(xiàn)了凈需求，其發(fā)生時間指出了即將發(fā)生的物料短缺，需要按其需求時間和數(shù)量進行能力平衡后制定生產(chǎn)或采購計劃。預(yù)計入庫量是指本時區(qū)之前各時區(qū)已下達的訂貨，預(yù)計可以在本時區(qū)之內(nèi)入庫的數(shù)量。在制造過程中，庫存項目指一個惟一可識別的零件或部件。提前期指物料項目從完工或交付日期算起倒推到開始日期的這段時間。批量指一次加工或者訂貨的數(shù)量。如果要使系統(tǒng)真正起到計劃與控制的作用，MRP模塊中提前期和批量的數(shù)值設(shè)置，必須綜合考慮產(chǎn)品的工藝過程和采購流程，車間的生產(chǎn)能力以及它們兩者之間的相互作用等各方面的因素；安全庫存量的設(shè)置是為了應(yīng)付不確定性，比如，不合格品的出現(xiàn)、外購件交貨延誤、設(shè)備故障等。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

在此MRPⅡ系統(tǒng)中, 充分地利用了SOA的設(shè)計理念,用面向服務(wù)的思想來對系統(tǒng)進行建模,使系統(tǒng)的各功能模塊能夠以服務(wù)的形式進行劃分。在實現(xiàn)中采用了.NET技術(shù), 這使得系統(tǒng)的實現(xiàn)更加方便、快捷, 并且, 系統(tǒng)的開發(fā)符合 SOA的軟件架構(gòu)模式, 從而使系統(tǒng)的軟件架構(gòu)具有SOA的松散耦合及可重用的特性。數(shù)據(jù)訪問層主要負責(zé)數(shù)據(jù)及知識的訪問和存儲工作。在任何模塊中都可能對數(shù)據(jù)庫或知識庫進行查詢或更新等操作, 對于數(shù)據(jù)庫而言, 有些模塊可能同時訪問不同的數(shù)據(jù)庫, 這就必須為系統(tǒng)提供通用的數(shù)據(jù)訪問組件, 滿足系統(tǒng)不同用戶訪問不同數(shù)據(jù)庫的需要。本系統(tǒng)支持 MSSQL Server、Oracle、MySQL、DB2等多種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。采用工廠模式實現(xiàn)支持多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。如圖5所示, 即數(shù)據(jù)庫訪問的具體實現(xiàn)。

其中, IDataAccess為數(shù)據(jù)訪問邏輯接口, 定義了每種數(shù)據(jù)庫訪問都必須實現(xiàn)的方法；OracleClass、SQLServerClass、MySQLClass和 DB2Class為專門針對SQL Oracle、SQLServer、MySQL和DB2而編寫的數(shù)據(jù)訪問邏輯，實現(xiàn)了IDataAccess 接口；DataAccessFactory為數(shù)據(jù)訪問邏輯工廠, 由該工廠負責(zé)根據(jù)配置文件Web.config 動態(tài)創(chuàng)建系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)訪問邏輯對象。外部方法訪問工廠類DataAccessFactory，工廠通過讀取配置文件Web.config，獲取數(shù)據(jù)庫類型,然后創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)訪問邏輯的實例, 并返回該實例的接口IDataAccess，外部方法通過調(diào)用該接口進行數(shù)據(jù)庫操作, 從而不用關(guān)心具體操作的是哪種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

系統(tǒng)中所有的應(yīng)用邏輯都在業(yè)務(wù)邏輯層中, 業(yè)務(wù)邏輯就是根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求來設(shè)計處理程序, 是整個系統(tǒng)的核心部分, 包括合同管理、到貨管理等, 其通過調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層的訪問接口來訪問數(shù)據(jù)庫, 并完成所需的業(yè)務(wù)規(guī)則。將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和相關(guān)的業(yè)務(wù)操作封裝成業(yè)務(wù)實體類, 業(yè)務(wù)實體的集合通過 Web服務(wù)層的接口包裝, 為表示層提供服務(wù)。所有的邏輯功能單元模塊以.net組件(DLL，EXE) 形式存在。Web服務(wù)層SOA是一個組件模型, 將應(yīng)用程序的不同功能單元(稱為服務(wù))通過這些服務(wù)之間定義的良好的接口聯(lián)系在一起。接口是采用中立的方式進行定義,應(yīng)該獨立于實現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言。這使得構(gòu)建在各種各樣的系統(tǒng)中的服務(wù)，可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進行交互。在圖2所示的集成框架中, 業(yè)務(wù)邏輯層中的應(yīng)用是以 Web服務(wù)接口的方式掛接到平臺中來。Web服務(wù)使用基于XML的消息處理作為基本的數(shù)據(jù)通訊方式, 削除使用不同組件模型、操作系統(tǒng)和編程語言的系統(tǒng)之間存在的差異, 使異類系統(tǒng)能夠作為單個計算網(wǎng)絡(luò)協(xié)同單元運行。因為接口在設(shè)計上采用Web服務(wù)的方式,因此, 無論單元應(yīng)用本身是什么語言實現(xiàn)的, 它只需把接口開放出來并注冊到UDDI注冊中心, 其他應(yīng)用在使用的時候, 首先去UDDI注冊中心查詢服務(wù)提供方的地址和相應(yīng)函數(shù)參數(shù)及返回值, 然后使用Web服務(wù)的方式去調(diào)用, 就會得到接口提供方返回的數(shù)據(jù)。這種與平臺無關(guān)的 SOA思想極大方便了MRPⅡ集成平臺的實現(xiàn)。

表示層是系統(tǒng)對外提供服務(wù)的接口, 主要處理與用戶的交互邏輯, 為用戶提供靈活友好的使用界面。本系統(tǒng)中,用戶使用瀏覽器或其他載體與系統(tǒng)交互, 表示層是基于ASP.NET的,在客戶系統(tǒng)中使用Web服務(wù), 一般需要以下幾個步驟:

1) 創(chuàng)建Web服務(wù)代理類

2) 在客戶系統(tǒng)代碼中引用Web服務(wù)代理類

3) 創(chuàng)建Web服務(wù)代理類的對象

4) 調(diào)用代理類對象的方法與遠程 Web服務(wù)通信 .NET 使用發(fā)布的WSDL文件創(chuàng)建代理對象,創(chuàng)建的代理對象模擬所調(diào)用的Web服務(wù)上的方法調(diào)用,使開發(fā)人員只需要與本地對象打交到。代理對象創(chuàng)建并格式化數(shù)據(jù)為SOAP消息發(fā)送給遠程的Web服務(wù)。在.NET開發(fā)環(huán)境下支持兩種創(chuàng)建代理類的方法,一是直接在開發(fā)環(huán)境中添加Web引用,就可以添加指定Web服務(wù)器上的Web服務(wù)；另一種是通過.NET自帶的WSDL.EXE工具加載Web服務(wù)的WSDL文件來創(chuàng)建代理類,創(chuàng)建完成后,添加到工程中。

4 結(jié)論

本文所設(shè)計的 MRPⅡ系統(tǒng)充分利用了面向服務(wù)的思想,在各個系統(tǒng)模塊間通過Web Services 的消息總線進行通訊,較好地解決了各個部分之間的緊耦合問題,同時系統(tǒng)基于制造企業(yè)的共性考慮而設(shè)計，使其對制造生產(chǎn)行業(yè)具有一定地通用性。目前，系統(tǒng)已應(yīng)用于陜西某制造企業(yè)生產(chǎn)管理，在實際應(yīng)用中取得了良好的經(jīng)濟效益。MRPⅡ系統(tǒng)由于采用了面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)，促進了IT資源復(fù)用，使制造企業(yè)能夠在激烈的市場競爭中具備良好的敏捷性，從而可以根據(jù)市場、商機、合作環(huán)境的變化快速創(chuàng)建新的業(yè)務(wù)并且能夠快速調(diào)整現(xiàn)存業(yè)務(wù)。隨著我國制造業(yè)的大力發(fā)展及現(xiàn)代化管理的要求，基于SOA的制造生產(chǎn)MRPⅡ系統(tǒng)將具有較好的應(yīng)用前景。

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