基于中间件的MES与BOM信息集成方式研究
1 MES与PDM的集成内容
MES作为车间执行系统与CAPP、ERP、PDM、SCM、SSM等信息系统相互联系、相互依存。PDM作为一个集成平台，MES不仅需要从PDM获取BOM结构、工艺规程、设计图纸等信息，MES本身也需要向PDM提供诸如生产进度等信息。二者之间的集成方式主要分为基于XML中间文件的集成和基于企业服务总线的集成，本文将对这2种集成方式进行描述。
在PDM系统与MES系统的集成过程中，PDM系统负责维护产品数据，是产品数据的惟一来源。MES系统作为产品数据的使用者，其产品数据由PDM系统提供。集成主要包括3个方面的内容：从MES系统发给PDM系统的产品数据请求；PDM系统反馈给MES系统的产品数据；PDM系统定期对MES系统中产品数据进行同步处理，以保证产品数据版本最新和2个系统产品数据的一致性。PDM与MES的主要集成数据包括：产品结构信息即BOM、产品工艺信息和产品物料信息。
本文以某飞机工业集团的复合材料公司MES系统为例。MES系统与PDM集成平台进行BOM信息集成应实现以下功能：
MES系统需要导入该部门产品结构关系所需要的物料清单，即BOM结构，这需要对数据惟一性、字段长度与类型进行验证。BOM导入功能可以从设计部门给出的PBOM按照实际需求，快速得到所需要的MBOM。在MES系统中，BOM表结构采用父子型数据结构，通过零部件的装配关系与被装配关系来描述，主要字段有父物料号、子物料号和装配数量，如图1所示，父子型的数据结构能降低BOM的数据冗余性，提高了BOM数据的一致性。
图1 BOM表结构
2 基于XML的集成方案
2.1 总体框图
XML可以实现异构数据之间的数据转换，由于XML是一种元标记语言，它可以应用于任何平台之上，XML的这种特性为异构数据的交互提供了一种数据交换的标准。它是一种公共的交互平台，一种数据源只要能将它的数据转换成XML格式就能够被另外一种数据源有效地识别，这为数据的迁移以及整合提供了很好的工具。图2是MES与PDM系统集成框架图。
图2 基于XML的集成框图
2.2 MES中MBOM结构的导入
在MES系统中，MBOM是对复合材料产品进行计划编制、物料需求、产品配套、项目跟踪的基础。如果没有有效的集成，靠系统维护人员手工录入大量数据，容易造成各种各样的错误，因此选择一种简单易行、准确的方式实现MBOM结构的集成就显得异常重要，本文利用XML作为数据交换格式，建立规范模板，解决不同数据模型、不同数据格式转换传递的集成问题，实现异构数据间的数据转换。
在XML文档库中，XML通常是分成2个区域来描述MBOM：控制区和数据区，如图3所示。
图3 XML文档结构
要验证XML文档对象结构正确与否还需要通过DTD文档进行结构验证，在此略去DTD文档内容。当上述XML文档上传到Web服务器时，便需要修改Change．xml文档中的内容，以表示该BOM信息出现数据变化。
xml_share／bom<／directory>
bom<／file>
<／changexml>
MES客户端则需定时监视Web服务器的文件目录，即定时下载Change．xml文档，然后将change．xml的内容读取到xmlDOM对象中，DOM定义了一组分析元可以显示的标准指令集，通过程序存取HTML或XML的内容，然后通过程序中的对象集合将其显示出来，可以通过创建Document对象，使得应用程序得到对XML文档进行操作的入口，读取节点change．xml中directory信息和file信息，如果信息不为空，则说明有更新文件需要下载，再利用xmlDOM的get方法获得更新文件的内容以及DTD文档的内容，最后一定要将Change．xml文档内容删除，用put方法再上传到Web服务器中，以便下次PDM系统有新的信息进行更新。
当用XML解析器也就是利用DOM方法提取XML文档中的各个节点后，接着就是把真正需要的节点数据信息存入数据库，更新基础数据。
3 基于ESB的集成方案
在大型的企业中，随着应用系统的不断增加，对信息共享、系统的互操作和软件重用提出了更高的要求，而独立的XML中间文档库已经不能充分满足业务不断拓展的需求，因为不同生产制造部门的MES系统需要从PDM系统获取不同的数据信息，这时便需要PDM系统同各个MES系统进行两两互连，而两两互连势必形成网状拓扑结构。随着MES系统的增加，网状拓扑结构会变得越来越复杂并难以维护。在这种背景下，一种面向服务的企业架构(SOA)出现了，SOA指的是企业的应用系统都以服务方式接入企业服务总线(ESB)。企业服务总线类的中间件其实就是一类星型结构的中间件，由于星型结构的中心节点控制着全部的数据传递，因此可以集中进行消息格式转换，将来自源系统的消息格式主动转换成目标系统能够识别的格式。本文将采用Websphere Message Broker(MB)和Websphere Message Queue(MQ)在应用系统之间通过基于消息的异步方式集成各应用系统。
3.1 集成的总体框图
MB处于系统的中心，起到一个总线的作用，所有应用都直接连接到MB，而不是应用之间直接互联，这样做的好处是可以极大地降低应用之间的耦合性。由此引出MB的2大核心功能：消息路由和数据转换，因为各个应用都插入到MB上，所以应用系统只需把消息丢给MB，MB自动根据消息字段以及业务逻辑，判断要把消息交给谁，有点像路由器，根据数据包的头把包路由到相应地址。MB是由一些组件构成的，代理、路由、转换和补充当前信息，Message Brokers Toolkit是WMB的集成开发环境，在该工具中可以开发消息流、消息集、消息映射、ESQL代码、消息格式(XML)、转换模式(XSL)、Java代码等。开发工具将开发完成的成果打包归档部署到运行环境中，在运行环境中生效。
图4 基于MB的集成架构
3.2 集成过程
消息传送有2种方式：消息从一个应用程序直接发送到另一个应用程序，这称为点到点消息传递；另一种消息传递方式称为发布颀订。发布应用程序将关于一个主题的消息发送到代理，代理将发布的消息传递到已注册的对特定主题感兴趣的应用程序，发布者和订户都不知道对方的存在。基于MB的集成属于发布／预订方式。
MB提供了3种方式与应用系统互相连接：MQ、文件和Web Service。
MQ方式利用MQ将MB与应用互联；文件方式则是指定某个目录，MB会自动监视那个文件目录，一旦文件有改变则认为是新的消息到来，MB自动读取指定文件的内容，利用Web Service进行通讯。MB支持这些互联方式也是为了最大化兼容性，特别是对于那些遗留系统或是不支持主流通讯方式的系统。
在应用企业中，不仅复合材料厂的MES系统需要PDM系统上的信息，其他生产制造部门，即其他相关制造部门的MES系统也需要PDM上的信息，因此PDM系统将其BOM主题信息发送到代理，代理将发布的消息传递到注册了该主题的订户。对于MES系统，具体过程为：PDM系统将其BOM主题信息放入队列BOM_PUBLICATION或者Real-timebomln队列中，其中BOM_PUBLICATION为PDM系统中的E-BOM，当工程更改或版次发生变化时，将更改的信息放入Real-timebomln队列中，根据产品图号条件进行过滤，选择不同的订阅方进行发布。经过过滤后，若订阅方需要对BOM信息进行修改，可用Compute节点通过ESQL代码实现对消息的处理和数据表的操作，再发送到订阅方。Publication节点是按代理订阅表发布消息，过滤和消息处理后可用该节点进行消息发布，图5所示为详细的消息流设计。
图5 消息流的设计
当部署启动时，会编译和封装消息流，并将其发送到配置管理器，配置管理器会解包消息流并做记录，然后将它们路由到相应的代理，在代理中消息流经过消息映射、消息过滤等步骤，将BOM信息转换成MES需要的BOM信息进行发布，在MES系统收到后就可以更新其数据库。
例：PDM系统将所有的BOM信息以XML文档形式放入BOM PUBLICATION队列中，文档结构是如图3所示的结构，而MES系统如果需要产品图号为DD-090514-1-B1的BOM结构，则需要在Filteron productid节点进行如下的ESQL编程：
CREATE FILTER MODULE productid Filter
CREATE FUNCTION Main () RETURNS BOOLEAN
BEGIN
IF Dataarea．productid＝‘DD-090514-1-B1’THEN
RETURN TRUE；
ELSE
RETURN FALSE；
END IF；END；
END MODULE；
Publication则将处理后的消息按照订阅表发给MES系统，MES系统便可以更新数据库。在消息过滤后，如需要对BOM信息进行合并或修改，则在compute节点进行ESQL编程，首先遍历各个节点，对物料和层次都相同的物料数量进行合并，形成新的XML节点树，这样便可以得到我们所需要的MBOM。