中間件的MES與ERP系統(tǒng)信息集成技術(shù)

1、中間件的 MES 與 ERP 系統(tǒng)信息集成技術(shù)隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的高速發(fā)展、 計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用技術(shù)的不斷普及、 企業(yè)信息化建設(shè)經(jīng) 驗(yàn)的不斷積累和計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)應(yīng)用水平的提高， 企業(yè)深刻地認(rèn)識(shí)到走信息集成化道路 的重要性。為此，摒棄 “信息孤島 ”，消除“應(yīng)用峽谷 ”，實(shí)施信息集成化技術(shù)，實(shí)現(xiàn) MES 與 ERP 系統(tǒng)集成，已成為企業(yè)信息化建設(shè)發(fā)展的一種必然選擇。1 引 言隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的高速發(fā)展、 計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用技術(shù)的不斷普及、 企業(yè)信息化建 設(shè)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)應(yīng)用水平的提高，企業(yè)深刻地認(rèn)識(shí)到走信息集成化道路的重要性。為此，摒棄 “信息孤島 ”，消除“應(yīng)用峽谷

2、”，實(shí)施信息集成化技術(shù)，實(shí)現(xiàn) MES 與ERP系統(tǒng)集成，已成為企業(yè)信息化建設(shè)發(fā)展的一種必然選擇。過(guò)去實(shí)現(xiàn)MES與ERP集成均為專用接口集成，整合的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、 成本過(guò)高，且不能適應(yīng)變化的企業(yè)需求。 現(xiàn)在主流 的集成技術(shù)為基于中間件的系統(tǒng)集成，即通過(guò)通用中間件的橋梁作用把各種ERP和MES系統(tǒng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息在兩者之間的交互與共享。因此本文提出采用BizTalk server作為中間件的集成方法，并說(shuō)明了此中間件引擎采用的技術(shù)和實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)。2 基于中間件的集成平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)和工作原理2.1 系統(tǒng)各模塊功能說(shuō)明MES事件：生產(chǎn)車間現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)事件，包括裝配站組裝開(kāi)始消息，組裝結(jié)束報(bào)完工消息，中間立庫(kù)

3、各種物料消耗及剩余信息，質(zhì)量異?；?AGV 工裝異常 ”等；訂閱/發(fā)布：XML信息交換適配器創(chuàng)建訂閱以指示其接收MES發(fā)布的事件消息；支持ISA95 XML標(biāo)準(zhǔn)的信息交換適配器： 由 接收適配器”和 接受管道”兩部分組成， 在生產(chǎn)過(guò)程中， “接收適配器 ”隨時(shí)接收 MES 的消息事件， “接受管道 ”嚴(yán)格按照企業(yè)信息集 成的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)S95封裝為標(biāo)準(zhǔn)XML格式文檔，文檔一經(jīng)生成，即被傳輸?shù)絏ML DOM解析 器進(jìn)行解析 ;MES數(shù)據(jù)庫(kù)：使用 Microsoft SQL Server 2000實(shí)現(xiàn)，用于存儲(chǔ)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的各種生產(chǎn) 數(shù)據(jù) ;Message Box數(shù)據(jù)庫(kù)：使用 Microsoft SQL

4、 Server 2000實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部存儲(chǔ)由企業(yè)事先定義 的各個(gè)業(yè)務(wù)流程生成的 XML 架構(gòu)文檔， 即 XMI Schema 文件，通過(guò) XML DOM 解析器用以 驗(yàn)證 XML 適配器所生成的 XML 文檔是否符合某個(gè)業(yè)務(wù)流程定義的文檔架構(gòu) ;XML DOM解析器：該模塊對(duì)照存儲(chǔ)在Message Box數(shù)據(jù)庫(kù)中的指定架構(gòu)或架構(gòu)組驗(yàn)證 XML 適配器生成的 XML 文檔，如果文檔與任一架構(gòu)不符，則返回原文檔，不預(yù)處理ERP系統(tǒng)適配器：接收 Message Box數(shù)據(jù)庫(kù)的XML消息，并將其轉(zhuǎn)換成 ERP應(yīng)用程 序支持的文檔格式供 ERP處理淇?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)同ISA95 XML信息交換適配器，由發(fā)送適配器

5、和發(fā)送管道兩部分組成。2.2 系統(tǒng)流程概述MES 通過(guò)消息的訂閱 /發(fā)布機(jī)制，有選擇的將事件消息 XML 格式文檔經(jīng) XMLXML 文檔架構(gòu)，則 后者將執(zhí)行業(yè)務(wù)流程 經(jīng)過(guò)此處理， 得到由1.生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有生產(chǎn)事件發(fā)生時(shí)， 傳送到 XML 適配器中進(jìn)行封裝處理， XML 適配器處理好的標(biāo)準(zhǔn) DOM 解析器解析，如果其結(jié)果符合企業(yè)事先定義好的某個(gè)業(yè)務(wù)流程的 該文檔會(huì)傳輸至 Message Box 數(shù)據(jù)庫(kù)， 然后被發(fā)送到其目標(biāo)業(yè)務(wù)流程， 要求的所有操作。 每個(gè)業(yè)務(wù)流程都創(chuàng)建訂閱以指示其接收的消息類型。業(yè)務(wù)流程創(chuàng)建的另一消息并將其保存在 Message Box 數(shù)據(jù)庫(kù)中。消息通過(guò) ERP 適配器發(fā)送 出去

6、，此過(guò)程中拆裝 XML 格式文檔為 ERP 應(yīng)用程序可接收的消息格式。 ERP 接收到消息 請(qǐng)求及時(shí)做出響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)各個(gè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)環(huán)節(jié)的信息貫通和共享。2.系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)態(tài)對(duì) 的總裝或分裝生產(chǎn)計(jì)劃 位的中間產(chǎn)品調(diào)度指令 段中所示。然后消息處理流程同上一ME5 數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索查詢， 發(fā)現(xiàn)需要由 ERP 做出新的動(dòng)作 （例如下達(dá)新 ）或?qū)?MES 層發(fā)出新的指令 （如某總裝工位的料架補(bǔ)料指令或分裝工 ）時(shí)，發(fā)布新的消息請(qǐng)求到 XMI 、適配器，3 中間件引擎的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)3.1 信息集成的內(nèi)容遵循 S95 標(biāo)準(zhǔn)2000 年以來(lái)由 ISA（ 美國(guó) ”，即 S95 標(biāo)準(zhǔn) CS95 標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)與控制系

7、統(tǒng)集成標(biāo)準(zhǔn)提供了企業(yè)活動(dòng)和控制活動(dòng)的統(tǒng)一接口和數(shù)據(jù)結(jié)S95 企業(yè)控制集成標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生是來(lái)源于實(shí)際應(yīng)用集成的需要。 儀表、系統(tǒng)和自動(dòng)化學(xué)會(huì) ）制定和發(fā)布了 定義了各企業(yè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)集成的模型， 構(gòu)。MES-ERP 集成的費(fèi)用，與產(chǎn)品的生命周期管理協(xié)提供了一套信息集成的架構(gòu)和標(biāo)同工作， 提供生產(chǎn)能力和狀態(tài)， 準(zhǔn)模型， 定義了 ERP 和 MES 間共享和交互的 3 種信息流， 義信息、生產(chǎn)信息。S95 為信息交換提供了標(biāo)準(zhǔn)，減少了 提高了生產(chǎn)制造的靈活性， 的界限和信息流， 定義了生產(chǎn)過(guò)程中需要在標(biāo)準(zhǔn)所定義層級(jí)之 需要交互與共享的信息主要分為三類： 生產(chǎn)能力信息、 產(chǎn)品定S95 標(biāo)準(zhǔn)以對(duì)象模型的形

8、式定義信息， 用各個(gè)對(duì)象的屬性描述具體信息。 圖四所涉及的 三類信息在標(biāo)準(zhǔn)中均定義了相應(yīng)的對(duì)象模型及其組成子模型， 模型和子模型的屬性及示例值 也均有嚴(yán)格定義。 后面要實(shí)現(xiàn)的具體示例中要集成的具體信息為對(duì)應(yīng)物料模型的物料子批次 類的屬性。3.2 消息封裝格式應(yīng)用 XML 技術(shù)XML 可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言 （extensible Markup Language） 以其規(guī)范性、 自描述性、 數(shù)據(jù)表達(dá)的 靈活性等特點(diǎn)很好地適應(yīng)企業(yè)信息集成的要求。 隨著 XMl 相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展， XML 不 僅成為了各種應(yīng)用程序間交換數(shù)據(jù)的一種標(biāo)準(zhǔn)， 也是互聯(lián)網(wǎng)中重要的信息交換標(biāo)準(zhǔn)和表示的 技術(shù)之一。一個(gè) XML 文

9、檔由 XML 事例文件和架構(gòu)描述文件兩部分組成， 事例文件主要描述 XML文檔的具體內(nèi)容， 而架構(gòu)描述文件則使用架構(gòu)描述語(yǔ)言定義事例文件中的標(biāo)記及標(biāo)記之間的 關(guān)系。架構(gòu)描述語(yǔ)言主要包括 DTD 和 XML-Schema ，而在 2001 年 5 月 2 日 XML-Schema 成為 W3C組織指定的代替 DTD的XML架構(gòu)語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。XSD(XML Schema Definition , XMLXSD Schema 定義(XSD Schema Definition)標(biāo)準(zhǔn)的通用名稱。Schema定義)是 W3C提出的XSD 優(yōu)點(diǎn)如下：SD Schema 也是 XML文檔，采用與 XML 相同的語(yǔ)

10、法可以為元素或?qū)傩灾付╔SD Schema 中的數(shù)據(jù)類型允許自定義數(shù)據(jù)類型，或使用 44 種預(yù)定義數(shù)據(jù)類型之一提供了在數(shù)據(jù)元素上定義鍵值的功能，從而實(shí)現(xiàn)了唯一性支持面向?qū)ο箢愋偷睦^承，即一個(gè)Schema可以繼承另一個(gè) Schema允許定義可以相互替代的元素通過(guò) XSD Schema 能夠定義一份 XML 文檔的格式內(nèi)容和數(shù)據(jù)。當(dāng)一份引用了 XSD Schema的文檔被支持 XSD的解析器進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，它要確定該文檔是否符合Schema中所定義的標(biāo)準(zhǔn)。3.3 企業(yè)應(yīng)用集成平臺(tái)采用 BizTalk serverBizTalk Server 是微軟開(kāi)發(fā)的一款分布式集成服務(wù)器產(chǎn)品，它以 Message

11、HUB 模式提供 EAI 解決方案， 以 SQL SERVER 2000 為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)， 以 VS.net 為宿主來(lái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā) 具體的應(yīng)用集成解決方案。 企業(yè)內(nèi)部所有應(yīng)用程序整合都可由 BizTalk Server 引擎內(nèi)部處理， 在此平臺(tái)下需要開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)特定的適配器(接收、發(fā)送適配器 )和相應(yīng)的接收發(fā)送管道，并設(shè)計(jì)定義相關(guān)的業(yè)務(wù)流程來(lái)完成企業(yè)應(yīng)用的集成。4 利用中間件引擎買現(xiàn) ERP 與 MES 集成示例方案實(shí)施結(jié)合西安法士特齒輪廠MES項(xiàng)目進(jìn)行說(shuō)明，MES軟件平臺(tái)為GE-Fa nuc的P la ntAppIication軟件系統(tǒng)Proficy , ERP系統(tǒng)為SAP，這里SAP的接口適

12、配器設(shè)計(jì)為可以處理平 面文檔，此文檔中包含了從相應(yīng)的 XML 文檔中分離提取出的有用信息。4.1 方案應(yīng)用案例MES 中間ERP 從庫(kù)存準(zhǔn)“拒絕請(qǐng)求 ”返在變速箱殼體裝配過(guò)程中， 隨著各種零部件的消耗， 分別為總裝配站和分裝配站料架提 供物料的 MES 中間立庫(kù)會(huì)定期發(fā)布物料補(bǔ)充請(qǐng)求，請(qǐng)求中包括立庫(kù)中儲(chǔ)存的各種物料的消 耗和剩余信息 ;當(dāng)某一種物料的剩余數(shù)量接近于 deadline 時(shí)，就需要通知 ERP 補(bǔ)充物料了。 應(yīng)用案例擬定為實(shí)現(xiàn) MES 中間立庫(kù)物料補(bǔ)充這一業(yè)務(wù)流程。業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)為當(dāng) 立庫(kù)上的特定 ID 號(hào)的某零件剩余數(shù)量第一次少于 100 時(shí)就必須由 MES 通知 備物料了。而當(dāng)此

13、種零件剩余數(shù)量大于 100 時(shí)則會(huì)由通過(guò) BizTalk 映射器生成 回給立庫(kù)應(yīng)用程序。4.2 開(kāi)發(fā)平臺(tái)和工具本文選用如下 .NET 開(kāi)發(fā)工具和服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)此物料補(bǔ)充過(guò)程的業(yè)務(wù)流程：開(kāi)發(fā)平臺(tái)：BizTalk Server 2006開(kāi)發(fā)工具：Visual Studio.NET 2005編程語(yǔ)言：C#.net操作系統(tǒng)：Windows2003 Server后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)： SQL Server 20004.3 方案實(shí)現(xiàn)步驟4.3.1 創(chuàng)建 XML 架構(gòu)以定義數(shù)據(jù)和物料補(bǔ)充請(qǐng)求的結(jié)構(gòu)S95 標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格定義了企業(yè)中 ERY 與 ME5 系統(tǒng)集成的信息內(nèi)容，遵循此標(biāo)準(zhǔn)， MES 中 間立庫(kù)發(fā)布的物料補(bǔ)充請(qǐng)求消息

14、格式應(yīng)與 S95 標(biāo)準(zhǔn)中物料模型的物料子批次類的屬性一一 對(duì)應(yīng)，而在中間件引擎中我們用 BizTalk 編輯器編碼生成的用來(lái)驗(yàn)證補(bǔ)充請(qǐng)求架構(gòu)的 XML Schema更是與S95標(biāo)準(zhǔn)保持一致，即標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)象模型類的屬性對(duì)應(yīng)Schema中的元素，而屬性值對(duì)應(yīng)Schema中的元素屬性值。 這樣MES中間立庫(kù)發(fā)出的物料補(bǔ)充請(qǐng)求消息經(jīng)XML適配器封裝生成標(biāo)準(zhǔn) XML 格式文檔發(fā)送至 DOM 解析器，驗(yàn)證其 XSD 符合 “物料補(bǔ)充業(yè)務(wù) 流程 ”文檔架構(gòu)，然后由后面設(shè)計(jì)生成的訂閱該文檔架構(gòu)的業(yè)務(wù)流程進(jìn)一步處理。下面的圖表列出了 S95物料模型的物料子批次類的屬性表，以及對(duì)應(yīng)的用BizTalk編輯器定義的XM

15、L架構(gòu)（侮個(gè)屬性相對(duì)于schema中的每個(gè)字段元素）。4.3.2 修改 “請(qǐng)求”架構(gòu)的屬性在 BizTalk 架構(gòu)編輯器中， 使用 “升級(jí)屬性 ”將架構(gòu)中的 Quantity 字段定義為可分辨字段， 并將 Quantity 字段元素的數(shù)據(jù)類型定義為 unsigned int ，以便業(yè)務(wù)程序計(jì)算其值大于還是小 于 100 。之后，每個(gè)請(qǐng)求實(shí)例都可以訪問(wèn)該字段，可分辨字段是具有特殊作用的消息數(shù)據(jù)， 主要用于決策或處理業(yè)務(wù)流程中的數(shù)據(jù)。 修改 “架構(gòu)編輯器擴(kuò)展 ”屬性，選擇要與 “請(qǐng)求”架構(gòu) 關(guān)聯(lián)的平面文件擴(kuò)展。 平面文件擴(kuò)展通過(guò)添加可將數(shù)據(jù)保留在架構(gòu)中的批注， 提供對(duì)平面文 件的支持。4.3.3

16、創(chuàng)建業(yè)務(wù)流程以便路由相應(yīng)的消息。 本方案所在決策形狀中構(gòu)造布爾型表達(dá)式以計(jì)算要請(qǐng)求的數(shù)量， 用代碼表達(dá)式為：RequestInstance.Item.Quantity>100（Quantity 即為圖五所示的 Schema 中的子元素 ）4.3.4 “Quantity>=1O0勺處理-BizTalk 映射器創(chuàng)建 XML 架構(gòu)以定義 “請(qǐng)求被拒絕 ”消息的結(jié)構(gòu)， 如果物料補(bǔ)充請(qǐng)求因 Quantity 超過(guò) 100 而被拒絕， 則“補(bǔ)充請(qǐng)求 ”架構(gòu)中的數(shù)據(jù)需要映射到或轉(zhuǎn)換為所創(chuàng)建的 “請(qǐng)求被拒絕 ”架構(gòu)。 將 傳入消息中的字段鏈接到為傳出消息定義的字段， 因?yàn)檫@兩種消息的架構(gòu)結(jié)構(gòu)不同，

17、 因此必 須做文檔格式的映射和轉(zhuǎn)換處理經(jīng)過(guò)此步實(shí)現(xiàn)， “請(qǐng)求”文檔將會(huì)被映射生成為 “請(qǐng)求拒絕 ” 文檔返回給立庫(kù)。4.3.5 “Quantity<100勺處理-使用ERP系統(tǒng)適配器ERP 系統(tǒng)適配器在本方案中可以等價(jià)為在 BizTalk Server 集成平臺(tái)下用戶自定義的管道 設(shè)計(jì)器，提供對(duì)傳入和傳出的 XMI 消息執(zhí)行正規(guī)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的功能。在本方案中，需要 將儲(chǔ)存信息實(shí)體的平面文件發(fā)送到 ERP 系統(tǒng)，因此需要?jiǎng)?chuàng)建自定義發(fā)送管道，并使用可將 XML 轉(zhuǎn)換為等價(jià)的平面文件格式的平面文件組裝器組件配置該管道。該管道使用平面文件 組裝器組件將 “請(qǐng)求 ”架構(gòu)序列化為平面文件格式，然后將

18、其發(fā)送到 ERP 系統(tǒng)。此過(guò)程的具 體實(shí)現(xiàn)為編寫(xiě)“XML-Flat File文檔轉(zhuǎn)換代碼添加到“BizTalk管道組件”工具箱中的平面文件組裝器框架 ”，使 XML 格式的請(qǐng)求消息中的數(shù)據(jù)信息全部轉(zhuǎn)換并保存在新生成的平面文件 中。ERP 通過(guò)處理此項(xiàng)請(qǐng)求，通知庫(kù)存系統(tǒng)供貨，使 MES 中間立庫(kù)上的對(duì)應(yīng)零件得到即時(shí) 補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了 MES 與 ERP 的信息的交互與共享，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。5 小結(jié)該文提出了一種基于中間件的M ES與ERP系統(tǒng)的集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)信息從MES系統(tǒng)到應(yīng)用中間件、經(jīng)過(guò)格式驗(yàn)證、映射、轉(zhuǎn)換處理后，發(fā)送到ERP并由ERP回饋消息的全過(guò)程。在系統(tǒng)集成的過(guò)程中第一次使用了 BizTalk Server 作為集