第35卷第2期2005年3月　东南大学学报(自然科学版)JOURNAL O F SOU THEAST UN I V ERS ITY (N atural Science Edition )V ol 135N o 12M ar .2005网络化制造模式下的分布式ERP 系统研究唐维俊1,2　易　红1　幸　研1　倪中华1(1东南大学机械工程系,南京210096)(2苏州大学机电工程学院,苏州215006)摘要:从过程集成角度提出了面向网络化制造的ER P 系统的组成原理和具有开放性、动态性及分布式群组规划特征的系统总体结构,确定了系统符合动态联盟企业分布、自治、协同特点的控制模式,包括分散系统控制模式和驱动式过程控制模式.在此基础上,进一步给出了系统的逻辑体系结构,对其中涉及的过程集成建模方法、过程性能分析方法、构件技术、工作流技术等关键技术进行了论述.最后以一个运行实例说明了原型系统的有效性.关键词:ER P;网络化制造;系统控制模式;过程集成;工作流管理中图分类号:TH 166 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2005)022*******Research on distri buted ERP syste mi n networked manufacturi n g envi ronmentTang W eijun1,2　Y i H ong 1　X ing Yan 1　N i Zhonghua1(1D epart m ent of M echanical Engineering,Southeast U niversity,N anjing 210096,China )(2Institute of M echanical and E lectronic Engineering,Soochow U niversity,Suzhou 215006,China )Abstract:From the integ ration v iew of the collabo rative business p rocesses in net w orked enterp rises,a fram ew ork of distributed ER P (enter p rise resou rce p lann ing )system w ith characteristics of op en 2ing,dynam ic and group decision is p roposed .The control m ode of such system is also p ut for w ard,w hich can solve the co llaborative control p rob lem s of d istributed system and the p rocess driving .B ased on this m ethodology,logic architecture of the system is set forth .Som e key technology of the system are investigated,w hich include p rocess m odeling,si m ulation,com ponent based on COB RA (comm on object request broker arch itecture ),d istribu ted w orkflow m anagem ent,etc .Finally,a p rototype system and dem onstration are estab lished for validating above theory and m ethods .Key words:ER P;net w orked m anufacturing;system control m odel ;p rocess integ ration;w o rkflowm anagem ent收稿日期:2004206220.基金项目:江苏省自然科学基金重点资助项目(B K 2003005).作者简介:唐维俊(1962—),男,博士生,副教授;易　红(联系人),男,博士,教授,博士生导师,yihong @seu .edu .cn . 网络化制造是为适应网络经济时代市场竞争和客户需求特点而发展的先进制造模式和技术,是制造业发展的必然趋势[1,2].网络化制造模式下的企业过程与组织结构既具有一般企业的基本特征,又具有其自身的特点[3].因此,网络化制造模式对ER P 系统的提出了新的需求[4].企业的业务过程更加直接地反映了企业运作模式的本质特征,过程的观点是深刻理解网络化制造模式的基本着眼点.网络化制造环境下,企业间的协作是依据跨企业的业务过程进行的,而组成业务过程的活动则是按照一定的逻辑关系和约束条件连续运作,从而形成了完整的跨企业协同业务过程.因此,对网络化制造模式下生产经营过程的管理与控制,在一定程度上也就成为对跨企业协同业务过程的管理与控制.基于上述认识,本文从过程集成的角度对面向网络化制造的ER P 系统(net w orked m anufacturing orien 2ted enter p rise resou rce p lann ing,NM ER P )及其关键实施技术进行了研究.1　系统组成原理与总体结构ER P 力图通过一个系统来实现企业业务过程的集中控制[5,6].而网络化制造模式下的企业从递阶组织结构向扁平化、网络化和分布式的结构发展,从传统的关注内部功能最优化的垂直一体化组织结构转变为以核心能力为基础的实体组成的网络化组织结构.因此,业务过程的动态性和复杂性已经很难用一个集中的ER P系统来控制,必须在NM ER P系统的设计和开发中引入新的控制模式来适应网络化制造的需求.网络化制造模式下,企业业务过程可分为跨企业的协同过程和企业内部过程2个大层次,企业内部过程尤其是关键业务过程属企业的商业机密,即使对协作企业也并不完全对其开放.因此,NM ER P 系统的基本思想是通过在各类协作企业部署各自的ER P系统(可将其称为节点ER P),不同企业的ER P系统通过Internet联结起来,实现信息的但递、共享以及必要的功能互操作.企业在各自的节点ER P系统的支持下实现对跨企业过程的管理与控制.可见,NM ER P系统具有基于网络的分布式群组规划系统的特征.综合上述分析,本文提出了如图1所示的NM ER P系统的总体结构.图1　系统总体结构 图1所示的系统总体结构具有良好的开放性,即在企业加入联盟时,其节点ER P系统按照接口标准(如CO RBA)加入到NM ER P系统中,当退出联盟时,其相应的节点ER P系统也退出NM ER P系统.并且NM ER P系统的组成能随着敏捷供应链的变化和业务过程的重组而相应进行动态调整,具有支持动态联盟全生命周期的动态、敏捷性特征.联盟的各类协作企业或实体按照各种协议,在各自节点ER P的支持下完成从订单的建立、合同的签定、订单的执行、过程的跟踪、产品的设计生产直到产品交付等贯穿整个供应链的协同业务过程.跨企业过程的集成、管理与控制是NM ER P系统的一个重要目标,而支持NM ER P系统的工作流管理系统则是实现这一目标的重要支持系统和关键技术.2　控制模式211　系统控制模式 在系统的控制模式中,主要有递阶式的集中控制和分散控制[7].集中控制模式适用于系统应用环境相对稳定不变,且系统完全在结构化的条件下实现.因此,实质上对应集中控制模式的是一种封闭式系统,不能适应应用环境的动态多变.相对于集中控制模式,分散控制模式的系统是一种开放式系统,适用于应用环境多变且具有非结构化成分的复杂大系统.NM ER P系统是由各协作实体ER P(或称节点ER P)组成的复杂大系统(如图1所示),面对的是复杂多变且不可预测的市场环境及客户的个性化需求,且联盟是由具有独立、分布和自治特性的实体组成的动态联盟,具有明显的动态特征.作为组成NM ER P主体的各节点ER P的地位应该是平等的,节点ER P既要对企业内部的过程进行管理与控制,还要与其他节点ER P一起协同完成对跨企业过程的管理与控制.因此,NM ER P系统的控制模式采用分散控制模式,如图2所示.图2　系统控制模式NM ER P系统的这种分散控制模式的特点主要体现为以下几点:702第2期唐维俊,等:网络化制造模式下的分布式ERP系统研究1)各节点ERP 具有自己的过程、组织结构、资源计划的决策协调控制系统,符合网络化制造模式下协作企业的独立、自治的特性,且各节点ERP 可以根据协作企业间开放的业务过程,通过工作流管理系统,实现跨企业的应用系统互联和功能互操作.2)NM ER P 系统中的各节点ER P (包括核心企业ER P 系统)的关系不是主从的上下级关系,而是平等协同关系,这符合联盟企业关系的特点.3)NM ER P 的有序运行是靠一组协议来实现的,如各类合同、订单、协议等.因此,决策、协调和控制系统是依据一组共同的协议对各自的节点ER P 的执行进行控制.212　过程控制模式过程管理与控制模式是影响系统运作效率的主要因素之一.针对不同的应用场合,一般有2种模式:集中式控制和驱动式控制.集中控制模式适应于活动数量较少、承担活动的机构或个人较稳定、各活动所涉及的时空范围较小的应用场合;驱动式控制模式适应于活动数量较多、承担活动的机构或个人不稳定、各活动所涉及的时空范围较大的应用场合[7].考虑到网络化制造模式下企业过程的动态性、分布性、并行性等特点,NM ER P 的过程控制模式采用驱动式控制模式,如图3所示.在图3所示过程驱动式的控制模式中,由工作流管理系统根据业务过程的逻辑关系,触发和监控过程的执行.不同工作流执行服务的工作流引擎之间的互操作完成对跨部门和跨企业的过程执行和控制.图3　过程管理与控制模式3　系统的逻辑结构及关键实施技术系统逻辑结构主要用来描述系统中各逻辑组成部分及其间关系,NM ER P 系统的逻辑结构有如下5个主要组成部分(如图4所示):1)基础设施　主要包括硬件、网络、操作系统和数据库系统.2)开发与运行平台　CO RBA 是分布式对象计算规范,主要解决异构平台上分布对象的互操作和可移植性问题,提供的是一种分布式对象运行的图4　系统逻辑结构802东南大学学报(自然科学版) 第35卷基础结构.Java是纯语言的、跨平台的编程语言,具有“一次编译,到处运行”的特性,Java提供了一个概念清晰、结构紧凑的分布计算模型和构件互操作方法,CO RBA和Java具有良好的互补性[8].因此,CO RBA与Java共同构筑了分布异构环境下NM ER P系统开发与运行的平台.3)过程建模和过程仿真分析工具　主要由过程建模、过程仿真分析、软件构件管理与配制等逻辑部分组成.过程建模方法主要包括如下几个方面:①建立联盟企业间交互过程模型,并确定公共接口;②建立成员企业的过程模型(或称过程模型),并通过交互过程模型的公共接口,进行节点过程模型的连接和匹配,从而形成完整的网络联盟过程模型;③进行交互过程模型和节点过程模型的正确性校验和性能分析.此建模方法是由自顶向下分解和自底向上综合的2种方法的结合,符合NM ER P的分散系统控制模式和驱动式过程控制模式.过程建模基于UM L建模语言,借鉴C I M2 O SA建模体系结构[9],用资源、组织、信息、功能和过程等多视图描述了系统的过程模型.过程仿真分析包括2方面内容:①基于一定的转换规则,将基于UM L的过程模型转化为广义随机Petri网(GSPN)的工作流模型,利用Petri网的可达图分析方法对模型结构进行正确性分析,以避免在系统运行时由于可能出现的“死锁”等结构问题而造成某些工作流实例无法正确执行;②利用GSPN模型与连续参数的马尔可夫链的同构特性,构造与GSPN模型同构的马尔可夫链,对应于GSPN模型可达图的每一个状态,应用马尔可夫链这一成熟的数学方法进行稳定状态概率的模拟计算和评价,据此得出过程模型的相关性能指标,找出协同过程中的性能“瓶颈”问题,以达到过程的优化[10]. NM ER P系统的软件构件分为应用构件和业务逻辑构件[11],在系统的实施中,用CO RBA对构件进行封装,构件管理与配制工具用来管理这些系统构件,并根据工作流模型实例配置构件,为工作执行服务提供支持.4)工作流执行服务　工作流执行服务是过程的任务调度器,是工作流管理系统的核心,包括:过程的实例化和执行、过程的调度与监控、外部资源的交互、相关数据的处理等.系统中工作流引擎消息分发是基于共享数据库的消息队列方式实现的.5)用户界面　用户界面包括为最终用户提供的基于W EB浏览器的、风格一致的GU I界面,以及为系统管理员提供的各类操作界面.由上述系统逻辑结构可见,系统的关键实施技术主要包括过程集成技术和基础支撑技术.相关技术之间相互依存、互为补充,构成了一个有机整体,形成了相辅相成的系统实施技术体系.4　原型系统的实现4.1　原型系统部署与运行环境 NM ER P原型系统是由数据库服务器层、CO RBA应用对象服务器、工作流服务器、W EB服务器和各类客户端应用配置而成的网络分布式系统.上述服务器可部署在网络的不同节点上.系统开发工具和运行环境由CO RBA产品V isi B roker fo r Java41511、Java集成开发环境Jbuilder8、W EB服务器运行平台Jakarta2Tom cat2 4、Java运行环境Java2R un ti m e Env ironm ent和关系数据库SQL S erver2000组成.4.2　原型系统的组成从逻辑上,NM ER P原型系统分为2个层次: NM ER P系统层和节点ER P系统层.NM ER P系统层是从网络动态联盟经营过程的角度对NM ER P原型系统的高层次抽象描述,通过系统间的互联、互操作将分布异构环境下的各节点ER P组成服务于网络化制造模式的群组规划系统.节点ER P系统层是构成NM ER P原型系统的核心实体,主要包括系统维护子系统、网络协同商务子系统、过程执行子系统和工作流管理子系统.工作流管理系统是节点ER P的支持系统,节点ER P以工作流引擎作为过程执行的核心机制,使其成为基于过程控制逻辑的过程集成、控制和自动化系统,能有效实现企业内外部物流、信息流和价值流与责任流的有机集成.4.3　原型系统运行实例图5所示为原型系统订单处理工作流的一个执行实例,在完成工作流建模和模型分析后,在工作流服务器端启动工作流模型实例,用户在客户端获得权限许可的任务列表,并执行之.任务的执行状况反映在工作流执行与监控界面上,便于系统管理员对可能出现的意外情况做出及时的处理,保证工作流的正常执行.902第2期唐维俊,等:网络化制造模式下的分布式ERP系统研究图5　系统逻辑结构5　结　语NM ER P系统的研究是对ER P技术适应网络化制造模式所作的发展研究.本文从过程集成的角度,提出了NM ER P系统的原理、实现机制和总体结构,确定了系统的控制模式,包括系统控制模式和过程控制模式,给出了系统的逻辑体系结构,论述了系统实施的关键技术和实现方法.原型系统的运行情况表明系统的开发是成功的.参考文献(References)[1]李　健,刘　飞.基于网络的先进制造技术[J].中国机械工程,2001,12(2):154158.L i J ian,L iu Fei.N et w ork2based advanced m anufactur2 ing technology[J].C hina M echanica l Engineering,2001,12(2):154158.(in C hinese)[2]M ontreuil B,F rayret J2M,DπAm ours S.A strategicfram ew ork for net w orked m anufacturing[J].C omputersin Industry,2000,42(2):299317.[3]杨叔子,吴　波,胡春华,等.网络化制造与企业集成[J].中国机械工程,2000,11(1,2):4548.Yang Shuzi,W u B o,H u C hunhua,et al.N et w ork m anufacturing and enterp rise integration[J].C hina M e2 chanica l Engineering,2000,11(1,2):4548.(in C hi2 nese)[4]唐维俊,易　红,幸　研,等.面向网络化制造的ER P系统研究[J].制造业自动化,2003,25(6):1622.Tang W eijun,Y i H ong,X ing Yan,et al.R esearch onnet w orked m anufacturing oriented ER P system[J].M anufacturing Autom a tion,2003,25(6):1622.(inC hinese)[5]Frederix F.A n extended enter p rise p lanning m ethodolo2gy for the discrete m anufacturing industry[J].Europe2 an J ourna l of Opera tiona l Resea rch,2001,129(2): 317325.[6]Yooa S B,K i m Y.W eb2based know ledge m anagem entfor sharing p roduct data in virtual enter p rises[J].Int J P roduction Econom ics,2002,75(1):173183.[7]Yen D C,C hou D C,C hang J.A synergic analysis forw eb2based enter p rise resources p lanning system[J].C omputer S tanda rds&Interfaces,2002,24(3):337346.[8]邓贵仕,刑志化.敏捷制造环境下的系统集成方法[J].控制工程,2003,10(1):2328.D en G uishi,X ing Zhihua.S tudy on system integrationin the environm ent of agile m anufacturing[J].C ontrol Engineering of C hina,2003,10(1):2328.(in C hi2 nese)[9]S offer P,G olany B,D ori D.ER P m odeling:a com p re2hensive app roach[J].Infor m a tion System s,2003,28(4):673690.[10]幸　研,易　红,汤文成.制造系统工作流设计的校验和性能分析方法[J].西安交通大学学报,2002,36(3):278282.X ing Yan,Y i H ong,Tang W encheng.V erificationand perfor m ance analysis of m anufacturing w orkflow[J].J ourna l of Xiπan J iaotong U niversity,2002,36(3):278282.(in C hinese)[11]A zevedo A L,S ousa J P.A com ponent2based ap2p roach to support order p lanning in a distributed m anu2facturing enter p rise[J].J M a teria ls P rocessing Tech2nology,2000,107(1):431438.012东南大学学报(自然科学版) 第35卷。