基于ESB技術的機械制造業(yè)系統(tǒng)集成研究

孫 華，韓彩夏

(南車青島四方機車車輛股份有限公司 信息技術部，山東 青島 266111)

作為我國國民經(jīng)濟的裝備工業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)的機械制造業(yè)，在經(jīng)濟全球化和社會信息化的大趨勢下，要求業(yè)務上具有越來越快的反應能力，使企業(yè)內(nèi)部能夠跨部門快速協(xié)作，在企業(yè)外部可以更好地與合作伙伴、重要客戶無縫協(xié)作，共同創(chuàng)新[1]。

目前機械制造業(yè)企業(yè)信息化面臨的主要問題是，企業(yè)內(nèi)部存在很多異構(gòu)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間很難溝通協(xié)作。為解決這一問題，本文在分析傳統(tǒng)集成方式與基于ESB技術的集成方式的基礎上，提出基于ESB技術的機械制造業(yè)系統(tǒng)集成。實踐表明，該集成技術能有效解決信息孤島，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步、信息復用，優(yōu)化企業(yè)系統(tǒng)。

1 面向服務的架構(gòu)

1.1 面向服務的結(jié)構(gòu)

面向服務的架構(gòu)SOA(Service-Oriented Architecture)是一種框架模式，它將應用程序的不同功能單元(稱為服務)通過這些服務之間良好的接口聯(lián)系起來。接口采用中立的方式進行定義，它獨立于實現(xiàn)服務的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編譯語言，這使得構(gòu)建在系統(tǒng)中的服務可以以一種統(tǒng)一的和通用的方式進行交互，以實現(xiàn)企業(yè)級系統(tǒng)集成和信息的高度共享[2-5]。

面向服務的體系架構(gòu)中共有三種角色，它們分別是服務提供者、服務調(diào)用者和服務注冊器。服務提供者負責服務功能的具體實現(xiàn)，并通過注冊服務操作將其所提供的服務發(fā)布到服務注冊器，當接收到服務調(diào)用者的服務請求時，執(zhí)行所請求的服務。服務調(diào)用者則是服務執(zhí)行的發(fā)起者，而服務注冊器則用來提供服務提供者注冊服務、提供對服務的分類和查找功能，以便服務調(diào)用者發(fā)現(xiàn)服務[6]，如圖 1所示。

圖1 SOA服務模型

1.2 ESB技術

企業(yè)服務總線(ESB)是消息中間件的發(fā)展。ESB采用了“總線”這樣一種模式來管理和簡化應用之間的集成拓撲結(jié)構(gòu)，以廣為接受的開放標準為基礎來支持應用之間在消息、事件和服務的級別上動態(tài)的互聯(lián)互通。ESB是一種在松散耦合的服務和應用之間標準的集成方式。

ESB是SOA中重要的基礎設施，為SOA提供了服務管理的方法和在分布式異構(gòu)環(huán)境中進行服務交互的功能，為SOA中的分散服務提供交互、組合和治理的基礎架構(gòu)[7-10]。

2 機械制造業(yè)企業(yè)傳統(tǒng)集成方式

2.1 我國機械制造企業(yè)信息化現(xiàn)狀

目前機械制造業(yè)信息化對策主要有以下幾方面：(1)以產(chǎn)品研發(fā)過程的信息系統(tǒng)(PLM或PDM)為信息化核心，其他CRM客戶管理系統(tǒng)、ERP工程資源計劃系統(tǒng)、MES生產(chǎn)制造過程系統(tǒng)、OA系統(tǒng)需要與PLM或PDM系統(tǒng)相集成，從PLM或PDM系統(tǒng)獲得產(chǎn)品數(shù)據(jù)、工藝信息，制造裝配信息等。(2)通過產(chǎn)品生命周期管理(PLM)或產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)過程的信息化管理，利用PLM或PDM系統(tǒng)統(tǒng)一管理CAD、CAM、CAPP、CAE等眾多CAX系統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)、版本管理和設計創(chuàng)新。(3)應用ERP、辦公自動化OA系統(tǒng)，企業(yè)實現(xiàn)以流程為基礎的規(guī)范化管理。(4)通過應用協(xié)作開發(fā)平臺，實現(xiàn)企業(yè)與客戶、合作伙伴和供應商的協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)[11]。

2.2 傳統(tǒng)方式在機械制造業(yè)集成中應用

機械制造業(yè)企業(yè)存在很多異構(gòu)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)間易形成信息孤島，因此必須集成。目前企業(yè)常用的集成方式主要有大系統(tǒng)和點對點的方式，如圖2所示。

圖2 點對點方式

點對點集成方式存在的問題：

(1)接口種類多，數(shù)量大，隨著應用系統(tǒng)的增加，將會加大維護的壓力和成本，最終系統(tǒng)“不可維護”。

(2)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換關系(如編碼等)難以維護。

(3)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議多樣。

(4)容錯能力、水平擴展能力差。系統(tǒng)間的接口相對比較專一，缺乏統(tǒng)一的規(guī)則，增大了系統(tǒng)間耦合性，限制系統(tǒng)的平滑擴展。

2.3 ESB技術在機械制造業(yè)系統(tǒng)集成的應用

基于ESB的集成方式[12-13]如圖3所示，與傳統(tǒng)的大系統(tǒng)和點對點集成方式相比，基于ESB的集成方式有如下優(yōu)點：

圖3 基于ESB的集成

(1)減少系統(tǒng)間接口數(shù)量，降低系統(tǒng)集成成本。

(2)統(tǒng)一管理接口協(xié)議，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則，易于維護。

(3)成為系統(tǒng)間信息共享、服務互動的橋梁，為構(gòu)建SOA架構(gòu)奠定基礎。

由于現(xiàn)有大量異構(gòu)應用系統(tǒng)的存在，若是采用大系統(tǒng)方式共享中間庫表或點對點方式接口交互的方式進行數(shù)據(jù)的同步，會導致這種整合缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標準，使得各個系統(tǒng)之間不能以一致的方式交互，流程邏輯及數(shù)據(jù)是分散的、孤立的，參與整合的各系統(tǒng)之間的耦合性大。另外，使用數(shù)據(jù)庫級的中間庫交換技術或是接口來實現(xiàn)流程及數(shù)據(jù)的整合，使得系統(tǒng)之間的交互過程變得復雜化，且應用接口的設計彼此具有很強的依賴性，限制了業(yè)務開展。系統(tǒng)的交互連接也呈現(xiàn)一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的可維護性、可擴展性、可靠性都將面臨著挑戰(zhàn)。

3 基于ESB的機械制造業(yè)信息化體系架構(gòu)[12-13]

針對上述集成方式優(yōu)缺點的分析，采用企業(yè)服務總線對于機械制造業(yè)企業(yè)系統(tǒng)集成變得勢在必行。

3.1 基于ESB的集成架構(gòu)設計

圖3所示為基于ESB的集成方式，PLM/PDM、ERP、CRM、MES、OA使用企業(yè)服務總線。企業(yè)服務總線是一種通過運行本地業(yè)務過程為服務請求者提供服務的設施。服務總線上有一個內(nèi)部服務登記處和一個服務發(fā)現(xiàn)代理。

以下應用SOA的理念采用ESB方式對機械制造業(yè)信息系統(tǒng)進行集成[14-15]?；贓SB集成的總體架構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 基于ESB方式的總體架構(gòu)設計

(1)表示層提供一個公共信息交換平臺，可以將客戶需要的信息在客戶端完全顯示出來，供各類用戶實時查詢。

(2)業(yè)務流程層提供以業(yè)務為中心的視圖。根據(jù)其業(yè)務流程，查找服務單元層的服務或服務組合，組成應用程序。

(3)服務層提供的服務，然后將服務發(fā)布，以供業(yè)務流程層和表示層查找并綁定。

(4)服務組件層用Web服務接口將應用系統(tǒng)層的應用系統(tǒng)提供的各種功能封裝成不同粒度大小的服務，并提供對外的基于Web服務的統(tǒng)一接口。

(5)應用系統(tǒng)層提供企業(yè)內(nèi)部各應用子系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通過協(xié)商制定專用接口進行消息傳遞。

(6)表示層、業(yè)務流程層、服務層和應用系統(tǒng)層都使用服務總線。服務總線是一種通過運行本地業(yè)務過程為服務請求者提供服務的設施，它分離了應用層和實現(xiàn)。正是服務總線分離了與業(yè)務邏輯相關的應用層和與實現(xiàn)平臺相關的構(gòu)件基礎設施，遵循該體系結(jié)構(gòu)所構(gòu)造出來的應用能適應業(yè)務和技術變化。

3.2 ESB價值分析

ESB是實現(xiàn)企業(yè)整合的有效途徑，它是一種采用開放式標準來用服務的方式描述軟件資產(chǎn)的架構(gòu)，提供了一種標準的途徑來表示軟件資產(chǎn)以及其間的交互方式[12]。

采用ESB進行企業(yè)整合的體系架構(gòu)可以為企業(yè)帶來如下的價值：

(1)服務的封裝及重用以實現(xiàn)業(yè)務的靈活性。

封裝使重用成為可能，企業(yè)內(nèi)部的業(yè)務被實現(xiàn)在一個地方，可以輕松面對業(yè)務核心修改以及不斷變化。同時可以減低應用開發(fā)及維護的成本。

(2)基于標準的接口定義使得復雜系統(tǒng)的集成變得簡單。服務的實現(xiàn)和接口定義分離的方式使各種各樣的系統(tǒng)甚至是不同種類的系統(tǒng)的集成成為了可能。這種完全的松耦合架構(gòu)使服務的請求者與提供者能完全隔離，彼此的獨立變化不會互相影響。業(yè)務流程的模型化也變得更加獨立，在企業(yè)及應用層面實現(xiàn)單一的數(shù)據(jù)和工作流程。

(3)實現(xiàn)全新的應用構(gòu)建模型。當在所有的系統(tǒng)上清晰地定義了接口后，可以使用“模型”的方式把這些服務組裝成業(yè)務所需的業(yè)務流程。ESB架構(gòu)使人們在企業(yè)內(nèi)部可以輕松地搭建任意的業(yè)務流程來達到業(yè)務需求，支持業(yè)務創(chuàng)新。

3.3 結(jié)果分析

通過2.2節(jié)和3.1節(jié)的分析，表1給出點對點方式與基于ESB方式的比較。

表1 點對點方式與ESB方式的比較

雖然ESB方式技術難度高，但是基于ESB的方式易維護易擴展。未來系統(tǒng)的更改，系統(tǒng)的淘汰、系統(tǒng)的更換或增加新的系統(tǒng)，不影響其他在ESB內(nèi)的系統(tǒng)。長遠來看，這些工作的減少，降低了總體擁有成本TCO(Total Cost of Ownership)。

隨著機械制造業(yè)企業(yè)規(guī)模擴大，SOA的體系未來可以延伸到各子公司的系統(tǒng)，不需再重新搭建SOA的架構(gòu)?？梢匝杆俚卦黾有孪到y(tǒng)到ESB上，及時適應業(yè)務的需求。

由于目前機械制造企業(yè)存在很多應用子系統(tǒng)，子系統(tǒng)之間無法很好地實現(xiàn)互聯(lián)互通，極大限制了業(yè)務能力的開展。本文在分析點對點和大系統(tǒng)集成方式以及基于ESB集成方式的基礎上，提出基于ESB的機械制造業(yè)系統(tǒng)集成框架，并分析了基于ESB集成方式的價值。

[1]朱森第.機械制造業(yè)企業(yè)信息化[J/OL].http：//www.hb.xinhuanet.com/zhuanti/2004-09/22/content_2915828.htm.

[2]劉開茗，李海燕，馬慧，等.基于 SOA技術的企業(yè) IT架構(gòu)研究[J].河南教育學研學報，2009，18(3)：46-18.

[3]ERL T， Service-Oriented Architecture Concepts， Technology，and Design[M].2005：24-71.

[4]梁愛虎.SOA思想、技術與系統(tǒng)集成應用詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[5]簡斌，左國榮，閆光榮，等.基于 SOA的中小制造企業(yè)應用集成系統(tǒng)研究[J].計算機工程，2007，33(5)：243-245.

[6]麻志毅，陳泓婕.一種面向服務的體系結(jié)構(gòu)參考模型[J]，計算機學報，2006，29(7)：1011-1019.

[7]CHAPPELL D.Enterprise service bus [M].Germany.O’Reilly Publishing，2004.

[8]MICHELSON B M.Enterprise service bus Q&A[EB/OL].http：//www.ebizq.net/hot-topics/esb/features/6117， html.

[9]BIEBERSTEIN N.面向服務的架構(gòu)(SOA)指南—業(yè)務價值、規(guī)劃及企業(yè)路線[M].張寧，譯.北京：人民郵電出版社，2008.

[10]謝繼暉，白曉穎，陳斌.企業(yè)服務總線研究綜述[J].計算機科學，2007，34(11)：13-18.

[11]制造業(yè)信息化的現(xiàn)狀與未來[EB/OL].http：//www.ahmis.com.cn/html/GuanLiXinXiHua/7766.htm.

[12]李紹權.基于 ESB的異構(gòu)系統(tǒng)集成實現(xiàn)[J]，計算機應用，2008，28(2)：538-540.

[13]馮培培，王輝.基于ESB技術的系統(tǒng)集成框架的研究[J]，通信技術，2010，43(1)：195-197.

[14]張廣勝，蔣昌俊，湯憲飛，等.面向服務的企業(yè)應用集成系統(tǒng)描述與驗證[J].軟件學報，2007，18(2)：3015-3030.

[15]邵歡慶，康建初.企業(yè)服務總線的研究與應用[J].計算機工程，2007，33(2)：220-222.