基于SOA的供應(yīng)鏈管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隋 新，朱云龍，南 琳，晏曉輝

（1.中國(guó)科學(xué)院 沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所工業(yè)信息學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng)110016；2.中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京100049）

0 引 言

供應(yīng)鏈管理需要將供應(yīng)鏈中各參與方在過(guò)去數(shù)十年的業(yè)務(wù)實(shí)踐中構(gòu)建的各類管理信息系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合到一起，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈中各實(shí)體間的資源共享與業(yè)務(wù)協(xié)同。但是，在整合這些遺留的管理信息系統(tǒng)時(shí)人們發(fā)現(xiàn)，因編程語(yǔ)言差異、通信協(xié)議差異和數(shù)據(jù)差異導(dǎo)致的異構(gòu)問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了現(xiàn)代物流中企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同的進(jìn)程，“信息孤島”問(wèn)題突出。隨著面向服務(wù)體系架構(gòu) （service－oriented architecture，SOA）的不斷推廣，SOA在供應(yīng)鏈管理中的應(yīng)用逐漸成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn) ［1］探討了支撐和實(shí)施SOA的若干關(guān)鍵問(wèn)題，給出了SOA的設(shè)計(jì)原則、編程模型和實(shí)現(xiàn)技術(shù)等方面的內(nèi)容。文獻(xiàn) ［2］提出了一個(gè)基于企業(yè)服務(wù)總線的供應(yīng)鏈知識(shí)管理系統(tǒng)架構(gòu)，但對(duì)于企業(yè)級(jí)應(yīng)用而言仍缺少可操作性。文獻(xiàn) ［3］主要以SOA體系為出發(fā)點(diǎn)，提出了基于企業(yè)服務(wù)總線的分布式供應(yīng)鏈信息共享平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)，但缺少對(duì)于企業(yè)實(shí)際應(yīng)用中業(yè)務(wù)流程建模等方面的介紹。文獻(xiàn) ［4］提出了基于SOA的汽車SCM實(shí)現(xiàn)模型，對(duì)汽車SCM的核心環(huán)節(jié)進(jìn)行組織再造和業(yè)務(wù)流程再造。

本文介紹SOA的概念及其涉及的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并提出了一種基于SOA的供應(yīng)鏈管理平臺(tái)。在詳細(xì)介紹了該平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)、企業(yè)服務(wù)總線、業(yè)務(wù)執(zhí)行引擎等關(guān)鍵設(shè)計(jì)之后，本文給出了該平臺(tái)在以摩托車整車裝配企業(yè)為核心的供應(yīng)鏈管理中的應(yīng)用。最后，介紹在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題與今后可能的研究方向。

1 面向服務(wù)體系架構(gòu)的原理與關(guān)鍵技術(shù)

1.1 面向服務(wù)體系架構(gòu)

SOA是由Gartner公司在1996年最早提出的一種新的設(shè)計(jì)方法學(xué)與軟件架構(gòu)思想［5－6］。作為一種新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)，SOA為解決企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成中的各類異構(gòu)問(wèn)題提供了更好的解決方案，其核心概念是業(yè)務(wù)重用與企業(yè)級(jí)的互操作。具體而言，SOA按照與業(yè)務(wù)對(duì)齊的方式將企業(yè)的IT資源進(jìn)行Web服務(wù)的封裝和登記，使得用戶可以發(fā)現(xiàn)和調(diào)用所需的服務(wù)［7－9］，并按照業(yè)務(wù)流程將服務(wù)進(jìn)行編排與組裝，進(jìn)而構(gòu)建出滿足企業(yè)需求的管理信息系統(tǒng)。在業(yè)務(wù)流程發(fā)生變化時(shí)，SOA只需以編排、重組的方式將這些服務(wù)拼裝成新系統(tǒng)而不是重新架構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)。這種架構(gòu)使企業(yè)的IT架構(gòu)能夠更快速，更有效的適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的變化，大大降低了系統(tǒng)開發(fā)、維護(hù)的費(fèi)用［10］。

1.2 Web服務(wù)

Web服務(wù)是在COM／DCOM和CORBA基礎(chǔ)上提出的一種革命性分布式計(jì)算技術(shù)：“是由URI標(biāo)識(shí)的軟件應(yīng)用程序，其接口和綁定可以通過(guò)XML標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定義、描述和發(fā)現(xiàn)，通過(guò)Internet協(xié)議與其它軟件應(yīng)用程序直接進(jìn)行交互”。開發(fā)人員能夠以類似過(guò)去創(chuàng)建分布式程序時(shí)調(diào)用組件的方式，將各種來(lái)源的Web服務(wù)組合到一起以構(gòu)建新的應(yīng)用系統(tǒng)。Web服務(wù)所依賴的開放協(xié)議，如簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議 （simple object access protocol，SOAP），可拓展標(biāo)記性語(yǔ)言 （extensible markup language，XML），Web服務(wù)描述語(yǔ)言 （web service description language，WSDL）等等，在涉及到操作系統(tǒng)、對(duì)象模型和編程語(yǔ)言的選擇時(shí)，沒(méi)有任何傾向，因此Web服務(wù)具有很強(qiáng)的生命力與適應(yīng)性。

1.3 業(yè)務(wù)過(guò)程執(zhí)行語(yǔ)言

業(yè)務(wù)過(guò)程執(zhí)行語(yǔ)言 （business process execution language，BPEL），是一種使用XML編寫的自動(dòng)化業(yè)務(wù)流程的形式規(guī)約語(yǔ)言，廣泛使用于Web服務(wù)相關(guān)的自動(dòng)化業(yè)務(wù)流程項(xiàng)目開發(fā)中。BPEL得到了IT業(yè)界200多家大公司和科研機(jī)構(gòu)的重視和擁護(hù)，成為業(yè)務(wù)過(guò)程管理在Web服務(wù)編排領(lǐng)域事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。BPEL流程模型的核心是Web服務(wù)間的對(duì)等交互概念，流程及其合作伙伴都被建模成Web服務(wù)。業(yè)務(wù)流程定義了如何協(xié)調(diào)流程實(shí)例與它的合作伙伴之間的交互。在這個(gè)意義上，一個(gè)BPEL流程定義提供和／或使用一個(gè)或多個(gè)Web服務(wù)。

1.4 企業(yè)服務(wù)總線

針對(duì)SOA架構(gòu)中對(duì)于集成各類異構(gòu)系統(tǒng)的需要，企業(yè)服務(wù)總線 （enterprise service bus，ESB）的概念應(yīng)運(yùn)而生。IDC（Internet data center）將ESB定義為：基于開放標(biāo)準(zhǔn)的消息總線，用于通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的適配器和接口，來(lái)提供各程序和組件之間的互操作功能。它支持相互獨(dú)立的異構(gòu)環(huán)境中的服務(wù)、消息及基于事件的交互，并且具有適當(dāng)?shù)姆?wù)級(jí)別和可管理性。ESB為基于Web服務(wù)、J2EE、.NET和其它標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用提供一個(gè)基于XML標(biāo)準(zhǔn)的信息通路，使得在系統(tǒng)內(nèi)部和整個(gè)價(jià)值鏈中可以容易地進(jìn)行異步或同步數(shù)據(jù)交換［11］，使來(lái)自不同硬件平臺(tái)、不同操作系統(tǒng)和不同語(yǔ)言開發(fā)的應(yīng)用能夠以一種松散耦合的方式連接在一起構(gòu)成具有復(fù)雜邏輯、功能更為強(qiáng)大的合成應(yīng)用?，F(xiàn)有較為成熟的企業(yè)服務(wù)總線產(chǎn)品包括ServiceMix［12］，IBM WebSphere ESB等。

2 基于SOA的供應(yīng)鏈管理平臺(tái)

本文從供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)的實(shí)際需求出發(fā)，結(jié)合上述各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)出了符合SOA思想的供應(yīng)鏈管理平臺(tái)（supply chain management platform，SCMP）。該平臺(tái)體系架構(gòu)如圖1所示。從總體上講，SCMP將IT資源層中離散的業(yè)務(wù)功能封裝為中立型的Web服務(wù)接入平臺(tái)，憑借集成服務(wù)總線跨系統(tǒng)、跨企業(yè)的異構(gòu)應(yīng)用集成能力，基于BPEL技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)Web服務(wù)的編制、編排與執(zhí)行，最終達(dá)到對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈管理與監(jiān)控的目的。

圖1 供應(yīng)鏈管理平臺(tái)體系架構(gòu)

2.1 開發(fā)平臺(tái)

開發(fā)平臺(tái)是SCMP中集開發(fā)、調(diào)試、部署和監(jiān)控于一體的可視化開發(fā)工具套件。整個(gè)開發(fā)平臺(tái)符合B／S架構(gòu)，采用Java技術(shù)及 AJAX框架開發(fā)，全面支持 WS－BPEL2.0標(biāo)準(zhǔn)［13］，同時(shí)兼容 BPEL4People［14］等BPEL的高級(jí)特性，能夠以可視化的方式實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)模型、服務(wù)模型的業(yè)務(wù)流程建模，并為用戶提供基于瀏覽器的業(yè)務(wù)流程實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控，可有效簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)流程開發(fā)過(guò)程，適應(yīng)業(yè)務(wù)的快速變化。

2.2 業(yè)務(wù)執(zhí)行平臺(tái)

業(yè)務(wù)執(zhí)行平臺(tái)是SCMP的核心與運(yùn)行時(shí)環(huán)境，分為兩個(gè)主要部分：

2.2.1 企業(yè)服務(wù)總線

SCMP中企業(yè)服務(wù)總線 （SCMP－ESB）的目的在于支持實(shí)現(xiàn)異構(gòu)的服務(wù)、消息、事件的一致性交互。SCMP－ESB基于Java業(yè)務(wù)集成規(guī)范 （Java business integration）［15］開發(fā)，支持在內(nèi)核上部署多種可插拔綁定組件和集成服務(wù)組件以拓展總線的集成能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多種IT應(yīng)用集成。作為供應(yīng)鏈管理平臺(tái)的核心功能層，SCMP－ESB的體系結(jié)構(gòu)將直接決定平臺(tái)的運(yùn)行效率、可拓展性與集成能力，SCMP－ESB體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 SCMP－ESB體系結(jié)構(gòu)

作為一種開放、消息驅(qū)動(dòng)以及組件可插拔的輕量級(jí)SOA基礎(chǔ)設(shè)施，該ESB系統(tǒng)架構(gòu)中的主要功能模塊包括：

組件與組件框架：組件分為服務(wù)引擎和綁定組件兩種。服務(wù)引擎實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的控制與編排；綁定組件負(fù)責(zé)基于特定通訊協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換與傳輸。組件框架則是管理這些組件運(yùn)行的可插拔框架。SCMP－ESB可以通過(guò)增加組件的方式提升總線的業(yè)務(wù)集成能力。

服務(wù)單元框架：與組件框架對(duì)組件的管理類似，服務(wù)單元框架實(shí)現(xiàn)了對(duì)服務(wù)單元的管理，負(fù)責(zé)對(duì)部署至SCMPESB的服務(wù)的部署、反部署以及運(yùn)行時(shí)管理等工作。

規(guī)范化消息路由器：是快速、可靠、基于內(nèi)存的消息總線，可以在SCMP－ESB框架的組件之間動(dòng)態(tài)的路由基于同一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范化消息。通過(guò)綁定組件在規(guī)范化消息和通訊協(xié)議特定消息之間雙向轉(zhuǎn)換的能力，SCMP－ESB中的所有組件都能夠以統(tǒng)一的方式同外部Web服務(wù)消費(fèi)者、外部Web服務(wù)提供者進(jìn)行交互。

管理控制臺(tái)：主要包括總線管理門戶與總線管理核心兩個(gè)部分，前者以UI的方式接收來(lái)自用戶的命令，并通過(guò)JMX將命令傳遞給總線管理核心；管理核心則接收并執(zhí)行命令，在SCMP－ESB環(huán)境內(nèi)完成組件安裝／卸載、服務(wù)部署／反部署，系統(tǒng)監(jiān)控等任務(wù)。

2.2.2 業(yè)務(wù)執(zhí)行引擎

業(yè)務(wù)執(zhí)行引擎的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)流程模型的部署、執(zhí)行和監(jiān)控能力，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)間業(yè)務(wù)流程自動(dòng)化提供支持。該引擎全面支持 WS－BPEL2.0規(guī)范，負(fù)責(zé)對(duì)業(yè)務(wù)流程模型的編譯、運(yùn)行的功能，提供對(duì)流程定義與流程實(shí)例的持久化能力，支持基于BPEL4People的人機(jī)交互與可擴(kuò)展的表達(dá)式執(zhí)行。整個(gè)引擎的架構(gòu)如圖3所示。

圖3 業(yè)務(wù)執(zhí)行引擎體系架構(gòu)

執(zhí)行引擎的主要功能模塊包括：

總線適配：本文將業(yè)務(wù)執(zhí)行引擎設(shè)計(jì)為SCMP－ESB上可插拔的服務(wù)引擎組件，故需要在引擎內(nèi)核之外設(shè)計(jì)接口適配器以實(shí)現(xiàn)SCMP－ESB對(duì)組件的控制。適配器包括總線接口、服務(wù)管理器、引擎控制、消息代理4個(gè)部分。總線接口是引擎對(duì)于JBI規(guī)范中組件接口的具體實(shí)現(xiàn)，SCMPESB可以通過(guò)該接口管理引擎的生命周期，完成基于規(guī)范化消息的組件間通訊。服務(wù)管理器負(fù)責(zé)管理引擎發(fā)布的服務(wù)端點(diǎn)信息和服務(wù)描述信息，同時(shí)完成SCMP－ESB上的服務(wù)端點(diǎn)注冊(cè)、激活和撤銷。引擎控制器則負(fù)責(zé)控制引擎的安裝和卸載，以及引擎啟動(dòng)、暫停、停止、終止等。消息代理器主要負(fù)責(zé)引擎內(nèi)部的消息格式與SCMP－ESB上統(tǒng)一的消息格式之間的雙向轉(zhuǎn)換。

引擎內(nèi)核：由流程管理器、隊(duì)列管理器和活動(dòng)處理器組成，負(fù)責(zé)根據(jù)調(diào)度算法進(jìn)行流程和活動(dòng)的調(diào)度。流程管理器的主要功能是管理流程模板和業(yè)務(wù)流程的實(shí)例化與運(yùn)行。隊(duì)列管理器通過(guò)與流程管理器協(xié)作完成活動(dòng)之間的調(diào)度?；顒?dòng)管理器管理BPEL中活動(dòng)的啟動(dòng)、掛起和恢復(fù)、終止和重啟、刪除、超時(shí)處理等功能。

引擎服務(wù)：提供引擎運(yùn)行所必需的服務(wù)，由流程部署器、流程實(shí)例庫(kù)和流程模板庫(kù)組成。流程部署器，根據(jù)收到的流程部署命令完成對(duì)業(yè)務(wù)流程模型的解析與部署。流程實(shí)例庫(kù)和流程模板庫(kù)主要是輔助流程管理器管理流程信息。

引擎擴(kuò)展：由日志記錄、定時(shí)器、腳本引擎和流程恢復(fù)服務(wù)組成。日志記錄服務(wù)按事件級(jí)別記錄引擎運(yùn)行過(guò)程中的各種事件，為引擎的運(yùn)行提供診斷信息。定時(shí)器為某些流程活動(dòng)的執(zhí)行和引擎的運(yùn)行提供定時(shí)功能，主要為BPEL4People這類需要人機(jī)交互的業(yè)務(wù)過(guò)程提供支持。腳本引擎提供了基本的腳本運(yùn)算接口，可以集成多種成熟的腳本執(zhí)行引擎，為執(zhí)行引擎運(yùn)行提供了擴(kuò)展功能。流程恢復(fù)服務(wù)負(fù)責(zé)基于持久化的業(yè)務(wù)流程實(shí)例恢復(fù)工作。

持久化支持：現(xiàn)有業(yè)務(wù)執(zhí)行引擎使用文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)完成數(shù)據(jù)持久化，實(shí)現(xiàn)配置文件、用戶信息、日志記錄、業(yè)務(wù)流程實(shí)例信息的存取功能。

2.3 IT資源層

IT資源層涵蓋了供應(yīng)鏈管理業(yè)務(wù)集成過(guò)程中涉及到的應(yīng)用資源與數(shù)據(jù)資源。為降低遺留系統(tǒng)接入的難度，保持舊有系統(tǒng)人機(jī)交互接口不變，維持其系統(tǒng)對(duì)用戶展現(xiàn)的歷史一致性，對(duì)系統(tǒng)的操作調(diào)用、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等工作統(tǒng)一在SCMP－ESB中完成；對(duì)于新開發(fā)的系統(tǒng)和模塊，直接按照SOA的要求完成開發(fā)、部署與接入。

3 應(yīng)用案例

本文針對(duì)某摩托車整車裝配企業(yè)在摩托整車銷售、采購(gòu)業(yè)務(wù)集成中供應(yīng)商和制造商、制造商和分銷商的信息和業(yè)務(wù)流程整合需求，在舊有信息管理系統(tǒng)架構(gòu)保持不變的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)流程和服務(wù)集合進(jìn)行補(bǔ)充和擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)銷售、采購(gòu)業(yè)務(wù)流程的集成和協(xié)同。在未引入SCMP之前，該摩托車整車裝配企業(yè)在業(yè)務(wù)整合方面遇到的問(wèn)題如圖4所示。

圖4 某摩托車整車裝配企業(yè)供應(yīng)鏈管理業(yè)務(wù)背景

如圖4所示，以該摩托車整車裝配企業(yè)為核心，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中涉及到數(shù)百家供應(yīng)商、分銷商，但是銷售和采購(gòu)相關(guān)業(yè)務(wù)流程分散于要貨系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)和供應(yīng)系統(tǒng)中，各異構(gòu)系統(tǒng)之間未實(shí)現(xiàn)信息傳遞與轉(zhuǎn)換，存在重復(fù)手工環(huán)節(jié) （圖4中所示的待集成流程），無(wú)法完成跨系統(tǒng)的業(yè)務(wù)過(guò)程的自動(dòng)流轉(zhuǎn)。同時(shí)，該裝配企業(yè)迫切需要解決在整個(gè)供應(yīng)鏈中的信息集成、業(yè)務(wù)集成問(wèn)題，提高供應(yīng)鏈管理中的信息流轉(zhuǎn)效率。

為解決上述問(wèn)題，本文針對(duì)摩托車整車業(yè)務(wù)中供應(yīng)商和制造商、制造商和分銷商的信息和業(yè)務(wù)流程集成需求，設(shè)計(jì)7個(gè)數(shù)據(jù)模型、13個(gè)服務(wù)模型和6個(gè)集成業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)銷售、采購(gòu)業(yè)務(wù)流程的集成和協(xié)同。圖5（a）給出了整個(gè)銷售、采購(gòu)業(yè)務(wù)集成的解決方案。圖5（b）給出了該摩托車供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)的應(yīng)用程序界面。

該供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在：

（1）有效集成要貨系統(tǒng)和R／3ERP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從客戶下單、生產(chǎn)到發(fā)貨環(huán)節(jié)的信息流和業(yè)務(wù)流的集成，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的跟蹤和控制。

（2）有效集成R／3ERP和供應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從采購(gòu)計(jì)劃編制、采購(gòu)執(zhí)行到材料入庫(kù)環(huán)節(jié)的信息流和業(yè)務(wù)流集成，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的跟蹤和控制。

（3）針對(duì)集成多個(gè)異構(gòu)系統(tǒng)的需求，提供了多種可插拔組件，以實(shí)現(xiàn)與多種IT應(yīng)用的有效集成；同時(shí)，集成平臺(tái)采用基于Web服務(wù)的業(yè)務(wù)流集成技術(shù)，加強(qiáng)集成的設(shè)計(jì)、執(zhí)行和監(jiān)控功能，具有更好的適應(yīng)性、更強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于SOA的供應(yīng)鏈管理平臺(tái)在摩托車整車裝配企業(yè)業(yè)務(wù)過(guò)程中的成功應(yīng)用，證明了本文所提出SCMP平臺(tái)的有效性與合理性，為供應(yīng)鏈管理的實(shí)施與進(jìn)一步推廣提供了有力的支持。同時(shí)，在研發(fā)應(yīng)用SCMP平臺(tái)的過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的基于關(guān)鍵字的服務(wù)集成在服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)匹配方面效率較低，已經(jīng)阻礙了服務(wù)之間的有效交互，擬在今后的研究中展開基于語(yǔ)義的服務(wù)集成技術(shù)，以進(jìn)一步提升服務(wù)集成的有效性與可靠性。

圖5 SCMP在摩托車供應(yīng)鏈管理中應(yīng)用

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