面向服務的敏捷供應鏈協同與集成技術研究

[摘 要] 語義網作為下一代Web能夠實現計算機自動處理功能。通過在Web服務中引入面向供應鏈的領域語義本體，將語義網與Web服務結合的語義Web服務技術為Web服務加入語義描述，可完成Web服務之間的語義級交互，從而實現敏捷供應鏈的復雜業務流程協同與動態組合，實現跨企業的應用系統集成。建立基于面向服務的敏捷供應鏈協同與集成系統架構，其松散耦合、跨企業、跨平臺、支持異構系統的互操作且具有系統快速重構等能力，成為實現敏捷供應鏈的敏捷性、虛擬性和可重構性等特征的有效解決方案。

[關鍵詞] 面向服務的架構;語義Web服務;敏捷供應鏈;協同;集成

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2010 . 12 . 027

[中圖分類號]F270.7 [文獻標識碼]A [文章編號]1673 - 0194(2010)12- 0066 - 06

1引言

隨著產品生命周期的縮短和全球經濟的一體化，需要企業能對不斷變化的市場做出快速反應，適應激烈的市場競爭環境對企業組合結構和產品生產模式的動態要求。為了解決這一問題，贏得市場機遇，降低成本，迅速把產品推向市場，一種有效的方式就是建立基于動態聯盟的敏捷供應鏈[1]。而敏捷供應鏈系統必須具有快速反應的特點，能夠根據不同的變化迅速組成、重構和解散，這些動態特征給供應鏈的協同與集成提出了新的挑戰[2-3]。由于面向服務的架構思想和語義Web Service技術采用松散耦合的方式進行系統集成[4-6]，具有易擴充、數據交換平臺無關性等特點，將面向服務的企業應用體系結構引入敏捷供應鏈的協同與集成中[7]，使其具有敏捷性、動態性、松耦合、跨平臺、分布式計算等優點，能滿足敏捷供應鏈信息集成的要求，是目前構建敏捷供應鏈協同與集成系統的理想選擇[8-9]。

2敏捷供應鏈

2.1 供應鏈

企業在營運中必須完成一連串具有不同功能的活動，稱作公司的價值鏈(Value Chain)。而為了完成價值鏈上的一系列價值活動，包括對內的物流、營運，對外物流、行銷與銷售、服務等活動，企業必須與其上游供應商和下游銷售商之間進行互動。整個活動構成了價值鏈系統，稱為供應鏈(Supply Chain) [10-11]。所以供應鏈是指一項產品從原材料及零(組)件的供應商至制造商、配銷商、零售商，乃至最終的消費者之間發生的信息流、物流、資金流的所有活動。

2.2 敏捷供應鏈

敏捷供應鏈是敏捷化概念和供應鏈管理的結合，是在競爭、合作、動態的市場環境中，由若干供方、需方等實體(自主、半自主或從屬)構成的快速響應環境變化的動態供需網絡，是為了適應日趨激烈的全球化市場競爭的需要。敏捷供應鏈是基于動態聯盟(Agile Virtual Enterprise)產生的，動態聯盟是企業為了快速響應出現的或根據預測即將出現的市場機遇，而聯合其他企業組織的公司或集團(利益共同體)。然而這種組合是不穩定的，當新的機遇來臨時，構成敏捷供應鏈的成員在性質、數量等方面都有可能發生改變。從某種意義上講，敏捷供應鏈管理中一個關鍵的因素就是跨企業邊界的、分布的企業間合作，即在具有各自核心資源的企業間建立合作伙伴關系、組成動態聯盟并對其進行管理。

敏捷供應鏈有以下幾個主要特點:

(1) 敏捷性:要求敏捷供應鏈即時了解和響應用戶的真實需要，能及時把握市場的需求，消除牛鞭效應的影響。

(2) 虛擬性:在敏捷供應鏈中合作伙伴能通過信息技術充分共享信息，在信息技術平臺的支撐下形成一條虛擬的供應鏈。

(3) 可重構性:可重構性是敏捷供應鏈區別于一般供應鏈的主要特點，敏捷供應鏈可以根據動態聯盟的形成和解體，進行快速的重構和調整進而提高企業的敏捷性，以適應動態聯盟的需要。

因此，這些特點要求供應鏈系統能夠迅速動態結盟，能夠通過協同來促進企業之間的合作，實現企業間的精誠合作，強調聯合競爭、共同盈利的合作機制，進而提高供應鏈聯盟的敏捷性。

2.3 敏捷供應鏈的協同與集成

供應鏈信息協同與集成要解決供應鏈條件下不同系統之間數據格式的交換問題，而供應鏈應用服務協同與集成要解決供應鏈中不同企業系統的協同與集成問題，實現供應鏈業務流程的一體化運作[12]。在此基礎上，敏捷供應鏈的協同與集成又增加了對供應鏈系統敏捷性、虛擬性和可重構性的要求。

因此，敏捷供應鏈系統的協同與集成必須滿足以下具體需求:

(1) 系統支持敏捷供應鏈的整個生命周期全過程，即包括敏捷供應鏈的構建、運行管理和重構等多個階段。

(2) 異構系統集成:支持地理上分布的供應鏈中成員企業間的網絡互聯和信息共享，實現企業間的信息集成和應用集成，實現跨企業、跨平臺的業務流程整合。

(3) 遺留系統的集成問題:敏捷供應鏈系統的建設應是企業原有業務邏輯的延伸和擴展，雖然這些系統建立的標準不同、基于不同的軟硬件平臺，但是不能簡單地推倒企業原有的應用系統，而是考慮如何集成這些遺留系統。

(4) 系統要具有柔性，易于擴展:敏捷供應鏈系統能夠及時獲取外部環境信息，并加以集成，使供應鏈能夠敏捷地響應外界環境。保持系統的動態性，能夠適應環境的變化，迅速調整供應鏈戰略，靈活更改企業之間的關系，快速進行供應鏈系統重構。

(5) 支持異構平臺的互操作:一方面，當前供應鏈中各企業的遺留系統可能構筑在不同的平臺上;另一方面，將來擴展供應鏈動態聯盟的時候也會遇到需要集成異構平臺的問題，因此系統必須要實現對異構平臺的支持。

敏捷供應鏈系統協同與集成的兩個關鍵要求是異構信息集成和系統快速重構。核心問題就是要實現供應鏈的敏捷性，要求系統具有開放性、可重用性、可伸縮性、即時性以及即插即用性。

目前的供應鏈企業內部各業務管理信息系統已經通過采購或自行開發建設完成，供應鏈信息化建設正處于系統集成階段，迫切需要實現企業內部多個獨立信息系統的數據交換與信息共享。同時，供應鏈企業之間的系統集成與數據共享成為實現敏捷供應鏈必須逾越的障礙。

一些學者和研究人員嘗試使用各種分布式技術，如CORBA/DCOM/RMI等中間件技術進行供應鏈企業之間信息系統的集成，這些技術在Intranet環境下可以很好地運行，適合于企業內部的信息集成。但是它們必須在特定系統平臺上按照專門架構開發:在使用CORBA的情況下，每個機器都要運行同樣的ORB(對象請求代理)產品;使用DCOM需要每臺計算機都要運行在Windows NT的環境下;基于RMI的技術架構編程語言一定要采用Java。這些技術在Internet環境下效果均不理想，其數據包很難穿越防火墻、代理服務器。面向服務架構和基于XML的Web Service技術成為解決這個問題的關鍵[13]。與中間件技術不同，面向服務體系架構(Service-Oriented Architecture， SOA)采用松散耦合的方式進行系統集成[14-15]，具有易擴充、數據交換平臺無關性等特點，能夠連接多個異構系統，可以提供公共服務和開發工具，實現供應鏈信息系統的資源共享與協同工作。

3面向服務的架構與語義Web服務

3.1 面向服務的架構

面向服務的架構SOA是一種面向服務的企業應用體系架構方法[16]。與C/S或B/S結構相比，SOA的最大特點就是有一個靈活而且功能性很強的服務層，面對動態需求為企業應用提供了一種服務驅動的分布式協同工作模式。為異構環境下不同廠家提供的信息系統模塊的集成與互操作提供了一種新機制，使敏捷供應鏈的體系架構更加靈活，易于構建和擴展。

SOA架構下的服務有如下特點:

(1) 組件粒度:將應用系統按協同邏輯和業務過程將軟件劃分為功能獨立的細粒度服務組件，這些細粒度組件可以方便地組合成粗粒度組件。在企業內部推薦使用細粒度組件接口，便于靈活定制個性化的服務;企業之間推薦采用粗粒度組件接口，這樣為信息系統的構建和重構提供敏捷性。

(2) 松散耦合:服務的接口是基于廣泛接受的標準和松耦合的，使不同企業提供的服務之間具備良好的互用性，交互雙方某一方的改動不影響另一方。服務請求者不需要知道所綁定到的服務提供者實現服務的技術細節，從而實現了服務提供者與服務請求者之間的松散耦合。

(3) 可重用的分布式組件(服務):將應用系統的功能模塊通過封裝技術封裝為可重用的服務組件，隨著業務流程的改變，企業可以快速重構系統。

(4) 采用基于XML的標準協議棧:對服務的數據、接口和通信協議進行描述與實現，可以被發現并綁定，服務是位置透明的，實現硬件平臺、操作系統和編程語言的無關性，可以動態地發現和綁定所需的服務。

(5) 單一實例:每個服務都是以單一實例的形式和多個客戶進行通信。

(6) 異步消息傳送:服務一般采用異步消息傳送機制，但有時一些服務也采用同步消息傳送。

3.2 Web服務

Web服務(Web Service)技術是SOA最主要的實現形式，成為SOA最流行的技術標準[17]。Web服務是Internet網絡技術發展到一定階段的產物，由一套標準協議(SOAP， WSDL和UDDI等)建立的一種自包含、自描述、分布式應用程序標準機制。基于XML將軟件模塊看成一種Internet/Intranet上的服務單元，實現分布式的計算和異構平臺的信息集成。具有互操作性、通用性、易實現性、廣泛的支持性以及良好的封裝性等特點，可以實現不同系統間跨平臺、跨編程語言的可互操作性。

采用Web Service技術實現SOA能充分發揮它的服務組件重用性、異構平臺的信息集成性，并且由于Web Service通信的簡單性使得SOA更加容易實現。同時，由于采用標準化接口，可以快速添加服務、刪除服務或者替換服務而無須關心其底層的技術實現，能夠隨著供應鏈節點企業的變化快速地重構系統，很好地解決供應鏈異構信息的動態集成問題。

Web服務技術的引入，有利于在現有的各種異構平臺的基礎上構筑一個通用的平臺無關和語言無關的技術層。基于該技術層，各種異構平臺之上的應用可以實現無縫的連接和協作。Web 服務的體系結構如圖1所示。

Web服務的關鍵技術主要是XML和基于XML標準的SOAP、WSDL和UDDI協議。

(1) XML(eXtensible Markup Language，可擴展標記語言)是W3C定義的一種開放的信息交換標準技術。數據獨立性是它的主要特征，為Web服務描述和數據傳輸提供了標準數據格式，保證了數據的平臺無關性，使得Web服務能在各系統之間進行通信。

(2) SOAP協議(Simple Object Access Protocol，簡單對象訪問協議)是一種以XML為基礎在HTTP上通信的信息傳送通訊協議，對于連接到Internet的任何兩個系統，無論其編程語言、操作系統及硬件平臺是否相同，SOAP都可以成為系統之間交換數據的方式，規范了Web服務調用的機制。

(3) WSDL(Web Service Description Language， Web服務描述語言)協議提供一種基于XML的Web服務功能的標準的抽象化描述方式，定義了應用與Web服務間通信所涉及的細節。

(4) UDDI協議(Universal Description Discovery and Integration， 統一描述、發現與集成規范)規定了Web服務發布和發現的方法，通過它可以發現網上某個Web服務的位置，并將其集成到它們自己的系統中。

Web服務體系結構包括服務提供者、服務請求者和服務注冊中心3個方面:

(1) 服務提供者(Service Provider):指供應鏈聯盟中服務的所有企業，從體系結構的角度看服務提供者是委托管理訪問服務的平臺。

(2) 服務請求者(Service Requestor):指供應鏈聯盟中，要求滿足特定功能的企業; 從體系結構的角度看是尋找并調用服務，或啟動與服務交互的應用程序。

(3) 服務注冊中心(Service Registry):是可搜索的服務描述注冊中心，服務提供者發布它們的服務描述，在靜態綁定開發或動態綁定執行期間，服務請求者查找服務并獲得服務的綁定信息。

SOAP，WSDL以及UDDI彼此合作，組成一套完整的Web服務架構，共同完成3種角色之間的交互，主要包括如下3種操作:

(1) 發布(Publish):服務提供者將它們的服務內容通過UDDI發布，該項服務的WSDL接口則清楚地描述了它所支持的請求與響應方式，以便服務請求者可以查找它，發布服務描述的位置可以根據應用程序的要求而變化。

(2) 發現(Find):服務請求者直接檢索服務描述或在服務注冊中心中查詢所要求的服務類型。服務請求者通過UDDI協議來查找并定位服務。

(3) 綁定(Bind):服務請求者使用服務描述中的綁定細節來定位、聯系和調用服務，從而通過SOAP協議在運行時調用或啟動與服務的交互。

3.3語義Web服務

Web服務描述和查找手段是WSDL和UDDI。其中，Web服務接口描述語言WSDL只是給出了消息、操作、傳輸協議綁定等語法層次的描述，不能描述操作之間的協調關系等語義特征，使Web服務之間不能真正地“理解”相互交互的內容，不能進行自動化處理。UDDI僅對語法級的服務描述語言如WSDL提供了支持，而缺乏對語義級的服務描述語言如OWL-S提供支持，UDDI沒有為解決語義沖突問題提供一個一般的解決機制。因此現有的Web服務技術仍難以滿足企業級應用的過程層集成需求。為使SOA支持語義級交互，就必須為Web服務加以語義描述，不僅為其增加功能語義，還要為其增加質量語義。

語義Web和Web服務的結合產生了語義Web服務技術(Semantic Web Services)。語義Web服務技術為SOA支持語義信息的交互提供了有效的解決方案，可為Web服務的發現、執行、解釋和組合的自動化提供有效的支持。

語義Web服務的Web服務本體描述語言OWL-S是基于XML的過程描述語言[18]，很容易對WSDL做出擴展以支持OWL-S，同時在OWL-S中也有相應的機制訪問WSDL，因此利用OWL-S進行Web服務語義描述，將在Web服務自動發現和動態組合上賦予Web服務組件更多的語義，從而真正實現敏捷供應鏈系統在語義層次上的互操作。進行Web服務語義描述及業務過程建模，可以構建一個基于語義Web服務的敏捷供應鏈協同與集成模型[19]。一方面通過本體論可以在供應鏈系統領域得到一致的、形式化的本領域內有共同的語義基礎及業務過程規范，消除信息表示方法的差異和業務模型的差異，因而克服了過去不同組織之間的信息共享和重用的困難;另一方面語義Web服務技術增強了敏捷供應鏈各節點實現跨平臺、跨語言的集成能力和協調能力。

基于語義Web服務的SOA如圖2所示。根據語義Web服務體系架構，該模型可劃分為4個方面:服務提供者、服務使用者、服務注冊中心及語義層。

(1) 服務提供者:Web服務系統能完成某種供應鏈業務需求的Web服務功能實體，生成Web服務的基本描述WSDL文檔;同時根據供應鏈領域本體庫對服務進行語義描述，然后發布到服務注冊中心供應鏈其他成員查找使用。

(2) 服務使用者:為了在供應鏈中實現特定的功能，企業需要根據業務需求和領域本體庫建立業務過程邏輯描述。當需要調用其他Web服務時，只需要在注冊中心查找所需要的服務，然后綁定、調用查找到的服務。

(3) 服務注冊中心:發布服務提供者提供的服務描述，幫助服務請求者查找服務并獲得服務的綁定信息。

(4) 本體層:本體層為實現企業間的信息共享和交互提供了基礎。在如圖1所示的Web服務體系框架上增加了語義層，實現Web服務的動態組合，即服務的自動發現和匹配，服務的自動調用和服務的自動組裝。

語義Web服務的流程如下:

(1) 引用:服務提供者對提供的Web服務，引用領域本體庫中的概念元素準確地對服務進行語義描述。服務使用者根據業務需求引用系統所提供的領域本體庫中的概念元素指明實現該功能的各個參數的語義描述信息，建立業務邏輯描述。

(2) 發布:接收服務發布請求，并要求提供者提交服務的OWL-S文檔。然后，將服務的OWL-S文檔轉化為UDDI記錄，實現服務的發布。

(3) 發現:接收請求者提交的請求信息，并從中提取出表征請求功能的信息，根據功能語義在UDDI中查詢滿足其需要的服務，并將查詢結果依次送入候選服務隊列，然后基于服務質量(Quality of Services，QoS)語義，按QoS排列候選服務隊列中的多個候選服務。

(4) 綁定:將具有最高服務質量的服務的描述文檔傳送給請求者。服務請求者根據服務描述文檔中對Web服務的功能和調用接口的描述，發送SOAP請求，綁定所需的Web服務。

4面向服務的敏捷供應鏈語義集成

面向服務的敏捷供應鏈協同與集成系統共分為5層，如圖3所示。

自下向上分別描述各層的具體功能如下:

第一層:分布資源層。作為面向服務的敏捷供應鏈協同與集成系統框架的最底層，包括與敏捷供應鏈相關的各種跨企業的分布式數據和信息資源。

第二層:異構應用程序層。主要包括異構的應用程序、技術平臺和使用的操作系統等。在分析遺留系統和新開發系統的軟件開發平臺和操作系統的基礎上，需要封裝相應的應用程序。這一層功能主要是為上層提供底層技術支撐和提供組件的功能調用。

第三層:SOA服務層。企業服務總線(Enterprise Services Bus， ESB)由中間件技術實現支持的面向服務架構的一組基礎架構功能，支持分布式異構環境中的服務、消息以及基于事件的交互，提供粒度適中、松耦合的服務[20]。為避免為每個應用系統開發各自的接口，而以統一的方式來與各系統通信，ESB主要通過適配器、連接器等來實現系統之間通過標準服務接口的互通互連，提供了良好的集成與互操作性。建立面向供應鏈領域的資源描述本體和資源描述框架RDF[21]，構建供應鏈本體庫。在此基礎上對語義Web Service進行服務的注冊、發布、查詢、綁定和調用。

第四層:供應鏈協同層。該層真正實現SOA中可用的業務流程處理功能。根據供應鏈運作的實際需求，設計相互依存、相對獨立的敏捷供應鏈協同功能，在SOA服務層的基礎上，運用Web服務的業務流程執行語言BPEL4WS進行業務流程設計，最終協同供應鏈中復雜的業務流程。

第五層:表示層。為外部訪問提供一個界面，是與客戶瀏覽器相結合的最終結果信息的表現形式。

面向服務的敏捷供應鏈協同與集成系統的核心層為SOA服務層和供應鏈協同層，這兩部分保證了敏捷供應鏈協同的動態靈活性和跨平臺可擴展的集成能力。

由于采用SOA架構，因此這種敏捷供應鏈語義集成與協作框架具有SOA架構下Web服務系統的優點，如: ① 開放性和松耦合性，解決供應鏈成員企業異構應用集成問題; ② 具有跨企業、跨平臺的集成能力; ③ 良好的封裝性和重用性體現了供應鏈的敏捷性。同時提供語義級的Web服務，提供面向供應鏈領域的領域本體庫，解決了語義級的跨企業的業務協作流程的自動編排和服務自動組合問題，基于QoS服務質量協調資源使供應鏈系統達到整體性能最優，可以有效地提高供應鏈的柔性、敏捷性和智能性。

5小結

本文闡述了供應鏈的含義和敏捷供應鏈的特征，提出了面向服務架構基于語義Web服務的敏捷供應鏈協同與集成系統框架，其基本思想是:面向服務的架構采用基于Web服務技術使得敏捷供應鏈系統真正成為松散耦合、跨企業和跨平臺、可重用的即插即用系統，進而實現供應鏈管理的敏捷性特征。將敏捷供應鏈協同與集成系統框架劃分為分布資源層、異構應用程序層、SOA服務層、供應鏈協同層和表示層等5個層次，詳細分析了各個層次的結構和具體功能。將語義網和Web服務技術有機結合設計了語義Web服務體系結構，將在Web服務自動發現和動態組合上賦予Web服務組件更多的語義，可以支持敏捷供應鏈系統在語義層次上的協同性和互操作。

主要參考文獻

[1] Patricia M Swafford， Soumen Ghosh， Nagesh Murthy. Achieving Supply Chain Agility through IT Integration and Flexibility[J]. International Journal of Production Economics， 2008，116(2): 288-297.

[2] Ashish Agarwal， Ravi Shankar， M K Tiwari. Modeling Agility of Supply Chain [J]. Industrial Marketing Management， 2007，36(4): 443-457.

[3] Y Y Yusuf， A Gunasekaran， E O Adeleye，et al. Agile Supply Chain Capabilities: Determinants of Competitive Objectives [J]. European Journal of Operational Research， 2004 ，159(2): 379-392.

[4] 宋庭新， 黃必清， 魏春梅. 基于語義Web服務的協同物流與集成技術研究[J]. 計算機集成制造系統， 2008(3): 885-495.

[5] 郭學俊， 秦雪杰， 杜春. 基于語義Web服務的業務過程集成的研究及實現[J]. 計算機技術與發展， 2006 (2): 106-109.

[6] Harinder Jagdev， Laurentiu Vasiliu， Jim Browne， et al. A Semantic Web Service Environment for B2B and B2C Auction Applications within Extended and Virtual Enterprises [J]. Computers in Industry， 2008，59(8):786-797.

[7] 肖穎浩， 常會友，等. 基于Web 服務的敏捷供應鏈管理系統[J]. 集成制造系統-CIMS， 2004(2): 148-151.

[8] Minder Chen， Dongsong Zhang， Lina Zhou. Empowering Collaborative Commerce with Web Services Enabled Business Process Management Systems [J]. Decision Support Systems， 2007，43(2): 530-546.

[9] Haluk Demirkan， Robert J Kauffman， Jamshid A Vayghan， et al.Service-oriented Technology and Management:Perspectives on Research and Practice for the Coming Decade [J]. Electronic Commerce Research and Applications， 2008 ，7(4): 356-376.

[10] 柴躍廷， 劉義. 敏捷供需鏈管理[M]. 北京: 清華大學出版社， 2002.

[11] Dimitris N Chorafas. Integrating ERP， CRM， Supply Chain Management， and Smart Material [M]. Boston， MA， USA: Auerbach Publications， 2001.

[12] Sebastian J Garca-Dastugue， Douglas M Lambert. Internet-enabled Coordination in the Supply Chain [J]. Industrial Marketing Management， 2003，32(3): 251-263.

[13] 吳家菊， 劉剛， 席傳裕， 夏濤. 基于面向服務架構的敏捷供應鏈信息集成研究[J]. 計算機工程與設計， 2006(19):3545-3548.

[14] A Gunasekaran， E W T Ngai. Information Systems in Supply Chain Integration and Management [J]. European Journal of Operational Research， 2004 ，159(2): 269-295.

[15] 肖開鋒， 馮文龍. 面向服務體系架構的供應鏈管理信息系統研究[J]. 中國管理信息化:綜合版， 2007(9): 22-24.

[16] Baoli Dong， Guoning Qi， Xinjian Gu， et al. Web Service-oriented Manufacturing Resource Applications for Networked Product Development[J]. Advanced Engineering Informatics， 2008 ，22(3): 282-295.

[17] 丁立， 鐘金宏. 基于WEB服務的實現異構敏捷供應鏈的集成[J]. 價值工程， 2007(10): 62-65.

[18] W3C. OWL language (Web Ontology Language)[z]. http://www.w3.org/TR/owl-features-20040210/，2004-02-10.

[19] 付燕寧， 金英， 劉磊， 鄭曉娟. 基于語義的Web 服務體系結構[J]. 計算機技術與發展， 2008(3): 28-31.

[20] 黃官偉. 基于企業服務總線的供應鏈知識管理系統架構[J]. 哈爾濱理工大學學報， 2008(3): 102-106.

[21] W3C. RDF (Resource Description Framework， 2004)[z]. http://www.w3.org/RDF/，2004-02-10.