中間件的MES與erp系統(tǒng)下載信息集成技術(shù)研究

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1 引 言

　　隨著我國計算機信息技術(shù)的高速發(fā)展、計算機軟件應(yīng)用技術(shù)的不斷普及、企業(yè)信息化建設(shè)經(jīng)驗的不斷積累和計算機信息管理系統(tǒng)應(yīng)用水平的提高，企業(yè)深刻地認(rèn)識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”，實施信息集成化技術(shù)，實現(xiàn)MES與erp系統(tǒng)下載集成，已成為企業(yè)信息化建設(shè)發(fā)展的一種必然選擇。過去實現(xiàn)MES與erp系統(tǒng)免費下載集成均為專用接口集成，整合的時間過長、成本過高，且不能適應(yīng)變化的企業(yè)需求?，F(xiàn)在主流的集成技術(shù)為基于中間件的系統(tǒng)集成，即通過通用中間件的橋梁作用把各種和MES系統(tǒng)連接起來，實現(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，并說明了此中間件引擎采用的技術(shù)和實現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　2 基于中間件的集成平臺的體系結(jié)構(gòu)和工作原理

　　2.1 系統(tǒng)各模塊功能說明

　　·MES事件：生產(chǎn)車間現(xiàn)場的實時事件，包括“裝配站組裝開始消息，組裝結(jié)束報完工消息，中間立庫各種物料消耗及剩余信息，質(zhì)量異常或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)過程中，“接收適配器”隨時接收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：使用Microsoft SQL Server 2000實現(xiàn)，用于存儲生產(chǎn)現(xiàn)場中的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù);

　　·Message Box數(shù)據(jù)庫：使用Microsoft SQL Server 2000實現(xiàn)，內(nèi)部存儲由企業(yè)事先定義的各個業(yè)務(wù)流程生成的XML架構(gòu)文檔，即XMI Schema文件，通過XML DOM解析器用以驗證XML適配器所生成的XML文檔是否符合某個業(yè)務(wù)流程定義的文檔架構(gòu);

　　·XML DOM解析器：該模塊對照存儲在Message Box數(shù)據(jù)庫中的指定架構(gòu)或架構(gòu)組驗證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)下載適配器：接收Message Box數(shù)據(jù)庫的XML消息，并將其轉(zhuǎn)換成erp系統(tǒng)免費下載應(yīng)用程序支持的文檔格式供erp系統(tǒng)免費下載處理;其內(nèi)部結(jié)構(gòu)同ISA95 XML信息交換適配器，由發(fā)送適配器和發(fā)送管道兩部分組成。

　　2.2 系統(tǒng)流程概述

　　1.生產(chǎn)現(xiàn)場有生產(chǎn)事件發(fā)生時，MES通過消息的訂閱/發(fā)布機制，有選擇的將事件消息傳送到XML適配器中進(jìn)行封裝處理，XML適配器處理好的標(biāo)準(zhǔn)XML格式文檔經(jīng)XML DOM解析器解析，如果其結(jié)果符合企業(yè)事先定義好的某個業(yè)務(wù)流程的XML文檔架構(gòu)，則該文檔會傳輸至Message Box數(shù)據(jù)庫，然后被發(fā)送到其目標(biāo)業(yè)務(wù)流程，后者將執(zhí)行業(yè)務(wù)流程要求的所有操作。每個業(yè)務(wù)流程都創(chuàng)建訂閱以指示其接收的消息類型。經(jīng)過此處理，得到由業(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)庫中。消息通過erp系統(tǒng)免費下載適配器發(fā)送出去，此過程中拆裝XML格式文檔為erp系統(tǒng)免費下載應(yīng)用程序可接收的消息格式。erp系統(tǒng)免費下載接收到消息請求及時做出響應(yīng)，從而實現(xiàn)企業(yè)各個生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)節(jié)的信息貫通和共享。

　　2.系統(tǒng)通過動態(tài)對ME5數(shù)據(jù)庫的檢索查詢，發(fā)現(xiàn)需要由erp系統(tǒng)免費下載做出新的動作(例如下達(dá)新的總裝或分裝生產(chǎn)計劃)或?qū)ES層發(fā)出新的指令(如某總裝工位的料架補料指令或分裝工位的中間產(chǎn)品調(diào)度指令)時，發(fā)布新的消息請求到XMI、適配器，然后消息處理流程同上一段中所示。

　　3 中間件引擎的關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)

　　3.1 信息集成的內(nèi)容遵循S95標(biāo)準(zhǔn)

　　S95企業(yè)控制集成標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生是來源于實際應(yīng)用集成的需要。2000年以來由ISA(美國儀表、系統(tǒng)和自動化學(xué)會)制定和發(fā)布了“企業(yè)與控制系統(tǒng)集成標(biāo)準(zhǔn)”，即S95標(biāo)準(zhǔn)CS95標(biāo)準(zhǔn)定義了各企業(yè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)集成的模型，提供了企業(yè)活動和控制活動的統(tǒng)一接口和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　　S95為信息交換提供了標(biāo)準(zhǔn)，減少了MES-erp系統(tǒng)免費下載集成的費用，與產(chǎn)品的生命周期管理協(xié)同工作，提供生產(chǎn)能力和狀態(tài)，提高了生產(chǎn)制造的靈活性，提供了一套信息集成的架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)模型，定義了erp系統(tǒng)免費下載和MES的界限和信息流，定義了生產(chǎn)過程中需要在標(biāo)準(zhǔn)所定義層級之間共享和交互的3種信息流，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)品定義信息、生產(chǎn)信息。

　　S95標(biāo)準(zhǔn)以對象模型的形式定義信息，用各個對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。后面要實現(xiàn)的具體示例中要集成的具體信息為對應(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XML文檔由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)語言標(biāo)準(zhǔn)。XSD(XML Schema Definition，XML Schema定義)是W3C提出的XSD Schema定義(XSD Schema Definition)標(biāo)準(zhǔn)的通用名稱。XSD優(yōu)點如下：

　　·XSD Schema也是XML文檔，采用與XML相同的語法

　　·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，從而實現(xiàn)了唯一性

　　·支持面向?qū)ο箢愋偷睦^承，即一個Schema可以繼承另一個Schema

　　·允許定義可以相互替代的元素

　　通過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)行驗證時，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)用集成平臺采用BizTalk server

　　BizTalk Server是微軟開發(fā)的一款分布式集成服務(wù)器產(chǎn)品，它以Message HUB模式提供EAI解決方案，以SQL SERVER 2000為后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，以VS.net為宿主來設(shè)計開發(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，在此平臺下需要開發(fā)設(shè)計特定的適配器(接收、發(fā)送適配器)和相應(yīng)的接收發(fā)送管道，并設(shè)計定義相關(guān)的業(yè)務(wù)流程來完成企業(yè)應(yīng)用的集成。

　　4 利用中間件引擎買現(xiàn)erp系統(tǒng)免費下載與MES集成示例

　　方案實施結(jié)合西安法士特齒輪廠MES項目進(jìn)行說明，MES軟件平臺為GE-Fanuc的Plant Application軟件系統(tǒng)Proficy，erp系統(tǒng)下載為SAP，這里SAP的接口適配器設(shè)計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

　　在變速箱殼體裝配過程中，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中間立庫會定期發(fā)布物料補充請求，請求中包括立庫中儲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，就需要通知erp系統(tǒng)免費下載補充物料了。應(yīng)用案例擬定為實現(xiàn)MES中間立庫物料補充這一業(yè)務(wù)流程。業(yè)務(wù)流程設(shè)計為當(dāng)MES中間立庫上的特定ID號的某零件剩余數(shù)量第一次少于100時就必須由MES通知erp系統(tǒng)免費下載從庫存準(zhǔn)備物料了。而當(dāng)此種零件剩余數(shù)量大于100時則會由通過BizTalk映射器生成“拒絕請求”返回給立庫應(yīng)用程序。

　　4.2 開發(fā)平臺和工具

　　本文選用如下.NET開發(fā)工具和服務(wù)器來實現(xiàn)此物料補充過程的業(yè)務(wù)流程：

　　開發(fā)平臺：BizTalk Server 2006

　　開發(fā)工具：Visual Studio.NET 2005

　　編程語言：C#.net

　　操作系統(tǒng)：Windows2003 Server

　　后臺數(shù)據(jù)庫：SQL Server 2000

　　4.3 方案實現(xiàn)步驟

　　4.3.1 創(chuàng)建XML架構(gòu)以定義數(shù)據(jù)和物料補充請求的結(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中間立庫發(fā)布的物料補充請求消息格式應(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應(yīng)，而在中間件引擎中我們用BizTalk編輯器編碼生成的用來驗證補充請求架構(gòu)的XML Schema更是與S95標(biāo)準(zhǔn)保持一致，即標(biāo)準(zhǔn)中對象模型類的屬性對應(yīng)Schema中的元素，而屬性值對應(yīng)Schema中的元素屬性值。這樣MES中間立庫發(fā)出的物料補充請求消息經(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，驗證其XSD符合“物料補充業(yè)務(wù)流程”文檔架構(gòu)，然后由后面設(shè)計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，以及對應(yīng)的用BizTalk編輯器定義的XML架構(gòu)(侮個屬性相對于schema中的每個字段元素)。

　　4.3.2 修改“請求”架構(gòu)的屬性

　　在BizTalk架構(gòu)編輯器中，使用“升級屬性”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)程序計算其值大于還是小于100。之后，每個請求實例都可以訪問該字段，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)展通過添加可將數(shù)據(jù)保留在架構(gòu)中的批注，提供對平面文件的支持。

　　4.3.3 創(chuàng)建業(yè)務(wù)流程

　　在決策形狀中構(gòu)造布爾型表達(dá)式以計算要請求的數(shù)量，以便路由相應(yīng)的消息。本方案所用代碼表達(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>=100”的處理-BizTalk映射器

　　創(chuàng)建XML架構(gòu)以定義“請求被拒絕”消息的結(jié)構(gòu)，如果物料補充請求因Quantity超過100而被拒絕，則“補充請求”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，因為這兩種消息的架構(gòu)結(jié)構(gòu)不同，因此必須做文檔格式的映射和轉(zhuǎn)換處理經(jīng)過此步實現(xiàn)，“請求”文檔將會被映射生成為“請求拒絕”文檔返回給立庫。

　　4.3.5 “Quantity<100”的處理-使用erp系統(tǒng)下載適配器

　　erp系統(tǒng)下載適配器在本方案中可以等價為在BizTalk Server集成平臺下用戶自定義的管道設(shè)計器，提供對傳入和傳出的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，需要將儲存信息實體的平面文件發(fā)送到erp系統(tǒng)下載，因此需要創(chuàng)建自定義發(fā)送管道，并使用可將XML轉(zhuǎn)換為等價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“請求”架構(gòu)序列化為平面文件格式，然后將其發(fā)送到erp系統(tǒng)下載。此過程的具體實現(xiàn)為編寫“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系統(tǒng)免費下載通過處理此項請求，通知庫存系統(tǒng)供貨，使MES中間立庫上的對應(yīng)零件得到即時補充，實現(xiàn)了MES與erp系統(tǒng)免費下載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)下載的集成平臺，實現(xiàn)了生產(chǎn)信息從MES系統(tǒng)到應(yīng)用中間件、經(jīng)過格式驗證、映射、轉(zhuǎn)換處理后，發(fā)送到erp系統(tǒng)免費下載并由erp系統(tǒng)免費下載回饋消息的全過程。在系統(tǒng)集成的過程中第一次使用了BizTalk Server作為集成平臺核心中間件引擎，并在此平臺下成功的實現(xiàn)了一個MES與erp系統(tǒng)下載之間關(guān)于物料補充請求的信息集成的示例，實際應(yīng)用表明該集成平臺性能穩(wěn)定、可靠性高。因此本文提出的以BizTalk Server作為MES與erp系統(tǒng)下載集成的中間件引擎等關(guān)鍵技術(shù)對促進(jìn)企業(yè)集成服務(wù)平臺的構(gòu)建、完成已有系統(tǒng)間的信息交互與共享等方＊＊有重要的現(xiàn)實意義。

　　本文創(chuàng)新點：1.本文第一次把W3C組織的XSD文檔規(guī)范與ISA95標(biāo)準(zhǔn)第一和第二部分關(guān)于erp系統(tǒng)免費下載與MES系統(tǒng)集成的信息內(nèi)容對應(yīng)起來，建立起XSD文檔規(guī)范中所定義的根元素子元素及其元素屬性與ISA95標(biāo)準(zhǔn)中所定義的需要集成的信息內(nèi)容的映射關(guān)系，即XSD文檔元素對應(yīng)LSA95標(biāo)準(zhǔn)中的對象模型屬性，而元素值或元素屬性值對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中的對象模型屬性值，這樣為在BizTalk中建立起需要集成的信息的模板奠定了基礎(chǔ)。

　　2.在集成領(lǐng)域內(nèi)第一次建立起以BizTalk Server作為核心中間件引擎的信息集成平臺，并在BizTalk Server中成功的融合了W3C組織的XSD文檔規(guī)范和ISA95標(biāo)準(zhǔn)的對象模型屬性，在其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的基礎(chǔ)上建立起兩者的映射關(guān)系，以此為基礎(chǔ)在中間件中實現(xiàn)了erp系統(tǒng)免費下載與MES系統(tǒng)中集成的信自、內(nèi)容的模板規(guī)范，真正統(tǒng)一了兩類系統(tǒng)中需要集成和共享的信息內(nèi)容及格式。