中間件的MES與erp系統(tǒng)下載信息集成技術研究

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1 引 言

　　隨著我國計算機信息技術的高速發(fā)展、計算機軟件應用技術的不斷普及、企業(yè)信息化建設經驗的不斷積累和計算機信息管理系統(tǒng)應用水平的提高，企業(yè)深刻地認識到走信息集成化道路的重要性。為此，摒棄“信息孤島”，消除“應用峽谷”，實施信息集成化技術，實現(xiàn)MES與erp系統(tǒng)下載集成，已成為企業(yè)信息化建設發(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，且不能適應變化的企業(yè)需求?，F(xiàn)在主流的集成技術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和實現(xiàn)的標準。

　　2 基于中間件的集成平臺的體系結構和工作原理

　　2.1 系統(tǒng)各模塊功能說明

　　·MES事件：生產車間現(xiàn)場的實時事件，包括“裝配站組裝開始消息，組裝結束報完工消息，中間立庫各種物料消耗及剩余信息，質量異?；駻GV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標準的信息交換適配器：由“接收適配器”和“接受管道”，兩部分組成，在生產過程中，“接收適配器”隨時接收MES的消息事件，“接受管道”嚴格按照企業(yè)信息集成的國際標準S95封裝為標準XML格式文檔，文檔一經生成，即被傳輸?shù)絏ML DOM解析器進行解析;

　　·MES數(shù)據(jù)庫：使用Microsoft SQL Server 2000實現(xiàn)，用于存儲生產現(xiàn)場中的各種生產數(shù)據(jù);

　　·Message Box數(shù)據(jù)庫：使用Microsoft SQL Server 2000實現(xiàn)，內部存儲由企業(yè)事先定義的各個業(yè)務流程生成的XML架構文檔，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)務流程定義的文檔架構;

　　·XML DOM解析器：該模塊對照存儲在Message Box數(shù)據(jù)庫中的指定架構或架構組驗證XML適配器生成的XML文檔，如果文檔與任一架構不符，則返回原文檔，不預處理;

　　·erp系統(tǒng)下載適配器：接收Message Box數(shù)據(jù)庫的XML消息，并將其轉換成erp系統(tǒng)免費下載應用程序支持的文檔格式供erp系統(tǒng)免費下載處理;其內部結構同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.生產現(xiàn)場有生產事件發(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適配器中進行封裝處理，XML適配器處理好的標準XML格式文檔經XML DOM解析器解析，如果其結果符合企業(yè)事先定義好的某個業(yè)務流程的XML文檔架構，則該文檔會傳輸至Message Box數(shù)據(jù)庫，然后被發(fā)送到其目標業(yè)務流程，后者將執(zhí)行業(yè)務流程要求的所有操作。每個業(yè)務流程都創(chuàng)建訂閱以指示其接收的消息類型。經過此處理，得到由業(yè)務流程創(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，從而實現(xiàn)企業(yè)各個生產經營環(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(例如下達新的總裝或分裝生產計劃)或對MES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品調度指令)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 中間件引擎的關鍵技術和實現(xiàn)標準

　　3.1 信息集成的內容遵循S95標準

　　S95企業(yè)控制集成標準的產生是來源于實際應用集成的需要。2000年以來由ISA(美國儀表、系統(tǒng)和自動化學會)制定和發(fā)布了“企業(yè)與控制系統(tǒng)集成標準”，即S95標準CS95標準定義了各企業(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)結構。

　　S95為信息交換提供了標準，減少了MES-erp系統(tǒng)免費下載集成的費用，與產品的生命周期管理協(xié)同工作，提供生產能力和狀態(tài)，提高了生產制造的靈活性，提供了一套信息集成的架構和標準模型，定義了erp系統(tǒng)免費下載和MES的界限和信息流，定義了生產過程中需要在標準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：生產能力信息、產品定義信息、生產信息。

　　S95標準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準中均定義了相應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物料模型的物料子批次類的屬性。

　　3.2 消息封裝格式應用XML技術

　　XML可擴展標記語言(extensible Markup Language)以其規(guī)范性、自描述性、數(shù)據(jù)表達的靈活性等特點很好地適應企業(yè)信息集成的要求。隨著XMl相關技術和應用的發(fā)展，XML不僅成為了各種應用程序間交換數(shù)據(jù)的一種標準，也是互聯(lián)網中重要的信息交換標準和表示的技術之一。

　　一個XML文檔由XML事例文件和架構描述文件兩部分組成，事例文件主要描述XML文檔的具體內容，而架構描述文件則使用架構描述語言定義事例文件中的標記及標記之間的關系。架構描述語言主要包括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架構語言標準。XSD(XML Schema Definition，XML Schema定義)是W3C提出的XSD Schema定義(XSD Schema Definition)標準的通用名稱。XSD優(yōu)點如下：

　　·XSD Schema也是XML文檔，采用與XML相同的語法

　　·可以為元素或屬性指定XSD 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

　　·支持面向對象類型的繼承，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文檔的格式內容和數(shù)據(jù)。當一份引用了XSD Schema的文檔被支持XSD的解析器進行驗證時，它要確定該文檔是否符合Schema中所定義的標準。

　　3.3 企業(yè)應用集成平臺采用BizTalk server

　　BizTalk Server是微軟開發(fā)的一款分布式集成服務器產品，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為宿主來設計開發(fā)具體的應用集成解決方案。企業(yè)內部所有應用程序整合都可由BizTalk Server引擎內部處理，在此平臺下需要開發(fā)設計特定的適配器(接收、發(fā)送適配器)和相應的接收發(fā)送管道，并設計定義相關的業(yè)務流程來完成企業(yè)應用的集成。

　　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

　　方案實施結合西安法士特齒輪廠MES項目進行說明，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的接口適配器設計為可以處理平面文檔，此文檔中包含了從相應的XML文檔中分離提取出的有用信息。

　　4.1 方案應用案例

　　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。應用案例擬定為實現(xiàn)MES中間立庫物料補充這一業(yè)務流程。業(yè)務流程設計為當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)免費下載從庫存準備物料了。而當此種零件剩余數(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)工具和服務器來實現(xiàn)此物料補充過程的業(yè)務流程：

　　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架構以定義數(shù)據(jù)和物料補充請求的結構

　　S95標準嚴格定義了企業(yè)中ERY與ME5系統(tǒng)集成的信息內容，遵循此標準，MES中間立庫發(fā)布的物料補充請求消息格式應與S95標準中物料模型的物料子批次類的屬性一一對應，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的XML Schema更是與S95標準保持一致，即標準中對象模型類的屬性對應Schema中的元素，而屬性值對應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XML適配器封裝生成標準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)務流程”文檔架構，然后由后面設計生成的訂閱該文檔架構的業(yè)務流程進一步處理。

　　下面的圖表列出了S95物料模型的物料子批次類的屬性表，以及對應的用BizTalk編輯器定義的XML架構(侮個屬性相對于schema中的每個字段元素)。

　　4.3.2 修改“請求”架構的屬性

　　在BizTalk架構編輯器中，使用“升級屬性”將架構中的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)務流程中的數(shù)據(jù)。修改“架構編輯器擴展”屬性，選擇要與“請求”架構關聯(lián)的平面文件擴展。平面文件擴展通過添加可將數(shù)據(jù)保留在架構中的批注，提供對平面文件的支持。

　　4.3.3 創(chuàng)建業(yè)務流程

　　在決策形狀中構造布爾型表達式以計算要請求的數(shù)量，以便路由相應的消息。本方案所用代碼表達式為：

　　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架構以定義“請求被拒絕”消息的結構，如果物料補充請求因Quantity超過100而被拒絕，則“補充請求”架構中的數(shù)據(jù)需要映射到或轉換為所創(chuàng)建的“請求被拒絕”架構。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結構不同，因此必須做文檔格式的映射和轉換處理經過此步實現(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)標準化的功能。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，保證了生產的正常進行。

　　5 小 結

　　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)了生產信息從MES系統(tǒng)到應用中間件、經過格式驗證、映射、轉換處理后，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)下載之間關于物料補充請求的信息集成的示例，實際應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鍵技術對促進企業(yè)集成服務平臺的構建、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標準第一和第二部分關于erp系統(tǒng)免費下載與MES系統(tǒng)集成的信息內容對應起來，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標準中所定義的需要集成的信息內容的映射關系，即XSD文檔元素對應LSA95標準中的對象模型屬性，而元素值或元素屬性值對應標準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。

　　2.在集成領域內第一次建立起以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標準的對象模型屬性，在其數(shù)據(jù)結構統(tǒng)一的基礎上建立起兩者的映射關系，以此為基礎在中間件中實現(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容及格式。