面向服务的敏捷供应链协同与集成技术研究，本文主要内容关键词为：供应链论文,技术研究论文,敏捷论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
doi:10.3969/j.issn.1673-0194.2010.12.027
1 引言
随着产品生命周期的缩短和全球经济的一体化，需要企业能对不断变化的市场做出快速反应，适应激烈的市场竞争环境对企业组合结构和产品生产模式的动态要求。为了解决这一问题，赢得市场机遇，降低成本，迅速把产品推向市场，一种有效的方式就是建立基于动态联盟的敏捷供应链[1]。而敏捷供应链系统必须具有快速反应的特点，能够根据不同的变化迅速组成、重构和解散，这些动态特征给供应链的协同与集成提出了新的挑战[2-3]。由于面向服务的架构思想和语义Web Service技术采用松散耦合的方式进行系统集成[4-6]，具有易扩充、数据交换平台无关性等特点，将面向服务的企业应用体系结构引入敏捷供应链的协同与集成中[7]，使其具有敏捷性、动态性、松耦合、跨平台、分布式计算等优点，能满足敏捷供应链信息集成的要求，是目前构建敏捷供应链协同与集成系统的理想选择[8-9]。
2 敏捷供应链
2.1 供应链
企业在营运中必须完成一连串具有不同功能的活动，称作公司的价值链(Value Chain)。而为了完成价值链上的一系列价值活动，包括对内的物流、营运，对外物流、行销与销售、服务等活动，企业必须与其上游供应商和下游销售商之间进行互动。整个活动构成了价值链系统，称为供应链(Supply Chain)[10-11]。所以供应链是指一项产品从原材料及零（组）件的供应商至制造商、配销商、零售商，乃至最终的消费者之间发生的信息流、物流、资金流的所有活动。
2.2 敏捷供应链
敏捷供应链是敏捷化概念和供应链管理的结合，是在竞争、合作、动态的市场环境中，由若干供方、需方等实体（自主、半自主或从属）构成的快速响应环境变化的动态供需网络，是为了适应日趋激烈的全球化市场竞争的需要。敏捷供应链是基于动态联盟(Agile Virtual Enterprise)产生的，动态联盟是企业为了快速响应出现的或根据预测即将出现的市场机遇，而联合其他企业组织的公司或集团（利益共同体）。然而这种组合是不稳定的，当新的机遇来临时，构成敏捷供应链的成员在性质、数量等方面都有可能发生改变。从某种意义上讲，敏捷供应链管理中一个关键的因素就是跨企业边界的、分布的企业间合作，即在具有各自核心资源的企业间建立合作伙伴关系、组成动态联盟并对其进行管理。
敏捷供应链有以下几个主要特点：
(1)敏捷性：要求敏捷供应链即时了解和响应用户的真实需要，能及时把握市场的需求，消除牛鞭效应的影响。
(2)虚拟性：在敏捷供应链中合作伙伴能通过信息技术充分共享信息，在信息技术平台的支撑下形成一条虚拟的供应链。
(3)可重构性：可重构性是敏捷供应链区别于一般供应链的主要特点，敏捷供应链可以根据动态联盟的形成和解体，进行快速的重构和调整进而提高企业的敏捷性，以适应动态联盟的需要。
因此，这些特点要求供应链系统能够迅速动态结盟，能够通过协同来促进企业之间的合作，实现企业间的精诚合作，强调联合竞争、共同盈利的合作机制，进而提高供应链联盟的敏捷性。
2.3 敏捷供应链的协同与集成
供应链信息协同与集成要解决供应链条件下不同系统之间数据格式的交换问题，而供应链应用服务协同与集成要解决供应链中不同企业系统的协同与集成问题，实现供应链业务流程的一体化运作[12]。在此基础上，敏捷供应链的协同与集成又增加了对供应链系统敏捷性、虚拟性和可重构性的要求。
因此，敏捷供应链系统的协同与集成必须满足以下具体需求：
(1)系统支持敏捷供应链的整个生命周期全过程，即包括敏捷供应链的构建、运行管理和重构等多个阶段。
(2)异构系统集成：支持地理上分布的供应链中成员企业间的网络互联和信息共享，实现企业间的信息集成和应用集成，实现跨企业、跨平台的业务流程整合。
(3)遗留系统的集成问题：敏捷供应链系统的建设应是企业原有业务逻辑的延伸和扩展，虽然这些系统建立的标准不同、基于不同的软硬件平台，但是不能简单地推倒企业原有的应用系统，而是考虑如何集成这些遗留系统。
(4)系统要具有柔性，易于扩展：敏捷供应链系统能够及时获取外部环境信息，并加以集成，使供应链能够敏捷地响应外界环境。保持系统的动态性，能够适应环境的变化，迅速调整供应链战略，灵活更改企业之间的关系，快速进行供应链系统重构。
(5)支持异构平台的互操作：一方面，当前供应链中各企业的遗留系统可能构筑在不同的平台上；另一方面，将来扩展供应链动态联盟的时候也会遇到需要集成异构平台的问题，因此系统必须要实现对异构平台的支持。
敏捷供应链系统协同与集成的两个关键要求是异构信息集成和系统快速重构。核心问题就是要实现供应链的敏捷性，要求系统具有开放性、可重用性、可伸缩性、即时性以及即插即用性。
目前的供应链企业内部各业务管理信息系统已经通过采购或自行开发建设完成，供应链信息化建设正处于系统集成阶段，迫切需要实现企业内部多个独立信息系统的数据交换与信息共享。同时，供应链企业之间的系统集成与数据共享成为实现敏捷供应链必须逾越的障碍。
一些学者和研究人员尝试使用各种分布式技术，如CORBA/DCOM/RMI等中间件技术进行供应链企业之间信息系统的集成，这些技术在Intranet环境下可以很好地运行，适合于企业内部的信息集成。但是它们必须在特定系统平台上按照专门架构开发：在使用CORBA的情况下，每个机器都要运行同样的ORB（对象请求代理）产品；使用DCOM需要每台计算机都要运行在Windows NT的环境下；基于RMI的技术架构编程语言一定要采用Java。这些技术在Internet环境下效果均不理想，其数据包很难穿越防火墙、代理服务器。面向服务架构和基于XML的Web Service技术成为解决这个问题的关键[13]。与中间件技术不同，面向服务体系架构(Service-Oriented Architecture,SOA)采用松散耦合的方式进行系统集成[14-15]，具有易扩充、数据交换平台无关性等特点，能够连接多个异构系统，可以提供公共服务和开发工具，实现供应链信息系统的资源共享与协同工作。
3 面向服务的架构与语义Web服务
3.1 面向服务的架构
面向服务的架构SOA是一种面向服务的企业应用体系架构方法[16]。与C/S或B/S结构相比，SOA的最大特点就是有一个灵活而且功能性很强的服务层，面对动态需求为企业应用提供了一种服务驱动的分布式协同工作模式。为异构环境下不同厂家提供的信息系统模块的集成与互操作提供了一种新机制，使敏捷供应链的体系架构更加灵活，易于构建和扩展。
SOA架构下的服务有如下特点：
(1)组件粒度：将应用系统按协同逻辑和业务过程将软件划分为功能独立的细粒度服务组件，这些细粒度组件可以方便地组合成粗粒度组件。在企业内部推荐使用细粒度组件接口，便于灵活定制个性化的服务；企业之间推荐采用粗粒度组件接口，这样为信息系统的构建和重构提供敏捷性。
(2)松散耦合：服务的接口是基于广泛接受的标准和松耦合的，使不同企业提供的服务之间具备良好的互用性，交互双方某一方的改动不影响另一方。服务请求者不需要知道所绑定到的服务提供者实现服务的技术细节，从而实现了服务提供者与服务请求者之间的松散耦合。
(3)可重用的分布式组件（服务）：将应用系统的功能模块通过封装技术封装为可重用的服务组件，随着业务流程的改变，企业可以快速重构系统。
(4)采用基于XML的标准协议栈：对服务的数据、接口和通信协议进行描述与实现，可以被发现并绑定，服务是位置透明的，实现硬件平台、操作系统和编程语言的无关性，可以动态地发现和绑定所需的服务。
(5)单一实例：每个服务都是以单一实例的形式和多个客户进行通信。
(6)异步消息传送：服务一般采用异步消息传送机制，但有时一些服务也采用同步消息传送。
3.2 Web服务
Web服务(Web Service)技术是SOA最主要的实现形式，成为SOA最流行的技术标准[17]。Web服务是Internet网络技术发展到一定阶段的产物，由一套标准协议（SOAP，WSDL和UDDI等）建立的一种自包含、自描述、分布式应用程序标准机制。基于XML将软件模块看成一种Internet/Intranet上的服务单元，实现分布式的计算和异构平台的信息集成。具有互操作性、通用性、易实现性、广泛的支持性以及良好的封装性等特点，可以实现不同系统间跨平台、跨编程语言的可互操作性。采用Web Service技术实现SOA能充分发挥它的服务组件重用性、异构平台的信息集成性，并且由于Web Service通信的简单性使得SOA更加容易实现。同时，由于采用标准化接口，可以快速添加服务、删除服务或者替换服务而无须关心其底层的技术实现，能够随着供应链节点企业的变化快速地重构系统，很好地解决供应链异构信息的动态集成问题。
Web服务技术的引入，有利于在现有的各种异构平台的基础上构筑一个通用的平台无关和语言无关的技术层。基于该技术层，各种异构平台之上的应用可以实现无缝的连接和协作。Web服务的体系结构如图1所示。
图1 Web服务的体系结构
Web服务的关键技术主要是XML和基于XML标准的SOAP、WSDL和UDDI协议。
(1)XML（eXtensible Markup Language，可扩展标记语言）是W3C定义的一种开放的信息交换标准技术。数据独立性是它的主要特征，为Web服务描述和数据传输提供了标准数据格式，保证了数据的平台无关性，使得Web服务能在各系统之间进行通信。
(2)SOAP协议（Simple Object Access Protocol，简单对象访问协议）是一种以XML为基础在HTTP上通信的信息传送通讯协议，对于连接到Internet的任何两个系统，无论其编程语言、操作系统及硬件平台是否相同，SOAP都可以成为系统之间交换数据的方式，规范了Web服务调用的机制。
(3)WSDL（Web Service Description Language,Web服务描述语言）协议提供一种基于XML的Web服务功能的标准的抽象化描述方式，定义了应用与Web服务间通信所涉及的细节。
(4)UDDI协议（Universal Description Discovery and Integration，统一描述、发现与集成规范）规定了Web服务发布和发现的方法，通过它可以发现网上某个Web服务的位置，并将其集成到它们自己的系统中。
Web服务体系结构包括服务提供者、服务请求者和服务注册中心三个方面：
(1)服务提供者(Service Provider)：指供应链联盟中服务的所有企业，从体系结构的角度看服务提供者是委托管理访问服务的平台。
(2)服务请求者(Service Requestor)：指供应链联盟中，要求满足特定功能的企业；从体系结构的角度看是寻找并调用服务，或启动与服务交互的应用程序。
(3)服务注册中心(Service Registry)：是可搜索的服务描述注册中心，服务提供者发布它们的服务描述，在静态绑定开发或动态绑定执行期间，服务请求者查找服务并获得服务的绑定信息。
SOAP,WSDL以及UDDI彼此合作，组成一套完整的Web服务架构，共同完成三种角色之间的交互，主要包括如下三种操作：
(1)发布(Publish)：服务提供者将它们的服务内容通过UDDI发布，该项服务的WSDL接口则清楚地描述了它所支持的请求与响应方式，以便服务请求者可以查找它，发布服务描述的位置可以根据应用程序的要求而变化。
(2)发现(Find)：服务请求者直接检索服务描述或在服务注册中心中查询所要求的服务类型。服务请求者通过UDDI协议来查找并定位服务。
(3)绑定(Bind)：服务请求者使用服务描述中的绑定细节来定位、联系和调用服务，从而通过SOAP协议在运行时调用或启动与服务的交互。
3.3 语义Web服务
Web服务描述和查找手段是WSDL和UDDI。其中，Web服务接口描述语言WSDL只是给出了消息、操作、传输协议绑定等语法层次的描述，不能描述操作之间的协调关系等语义特征，使Web服务之间不能真正地“理解”相互交互的内容，不能进行自动化处理。UDDI仅对语法级的服务描述语言如WSDL提供了支持，而缺乏对语义级的服务描述语言如OWL-S提供支持，UDDI没有为解决语义冲突问题提供一个一般的解决机制。因此现有的Web服务技术仍难以满足企业级应用的过程层集成需求。为使SOA支持语义级交互，就必须为Web服务加以语义描述，不仅为其增加功能语义，还要为其增加质量语义。
语义Web和Web服务的结合产生了语义Web服务技术(Semantic Web Services)。语义Web服务技术为SOA支持语义信息的交互提供了有效的解决方案，可为Web服务的发现、执行、解释和组合的自动化提供有效的支持。
语义Web服务的Web服务本体描述语言OWL-S是基于XML的过程描述语言[18]，很容易对WSDL做出扩展以支持OWL-S，同时在OWL-S中也有相应的机制访问WSDL，因此利用OWL-S进行Web服务语义描述，将在Web服务自动发现和动态组合上赋予Web服务组件更多的语义，从而真正实现敏捷供应链系统在语义层次上的互操作。进行Web服务语义描述及业务过程建模，可以构建一个基于语义Web服务的敏捷供应链协同与集成模型[19]。一方面通过本体论可以在供应链系统领域得到一致的、形式化的本领域内有共同的语义基础及业务过程规范，消除信息表示方法的差异和业务模型的差异，因而克服了过去不同组织之间的信息共享和重用的困难；另一方面语义Web服务技术增强了敏捷供应链各节点实现跨平台、跨语言的集成能力和协调能力。
基于语义Web服务的SOA如图2所示。根据语义Web服务体系架构，该模型可划分为四个方面：服务提供者、服务使用者、服务注册中心及语义层。
(1)服务提供者：Web服务系统能完成某种供应链业务需求的Web服务功能实体，生成Web服务的基本描述WSDL文档；同时根据供应链领域本体库对服务进行语义描述，然后发布到服务注册中心供应链其他成员查找使用。
(2)服务使用者：为了在供应链中实现特定的功能，企业需要根据业务需求和领域本体库建立业务过程逻辑描述。当需要调用其他Web服务时，只需要在注册中心查找所需要的服务，然后绑定、调用查找到的服务。
(3)服务注册中心：发布服务提供者提供的服务描述，帮助服务请求者查找服务并获得服务的绑定信息。
(4)本体层：本体层为实现企业间的信息共享和交互提供了基础。在如图1所示的Web服务体系框架上增加了语义层，实现Web服务的动态组合，即服务的自动发现和匹配，服务的自动调用和服务的自动组装。
图2 语义Web服务的体系结构
语义Web服务的流程如下：
(1)引用：服务提供者对提供的Web服务，引用领域本体库中的概念元素准确地对服务进行语义描述。服务使用者根据业务需求引用系统所提供的领域本体库中的概念元素指明实现该功能的各个参数的语义描述信息，建立业务逻辑描述。
(2)发布：接收服务发布请求，并要求提供者提交服务的OWL-S文档。然后，将服务的OWL-S文档转化为UDDI记录，实现服务的发布。
(3)发现：接收请求者提交的请求信息，并从中提取出表征请求功能的信息，根据功能语义在UDDI中查询满足其需要的服务，并将查询结果依次送入候选服务队列，然后基于服务质量(Quality of Services,QoS)语义，按QoS排列候选服务队列中的多个候选服务。
(4)绑定：将具有最高服务质量的服务的描述文档传送给请求者。服务请求者根据服务描述文档中对Web服务的功能和调用接口的描述，发送SOAP请求，绑定所需的Web服务。
4 面向服务的敏捷供应链语义集成
面向服务的敏捷供应链协同与集成系统共分为五层，如图3所示。
自下向上分别描述各层的具体功能如下：
第一层：分布资源层。作为面向服务的敏捷供应链协同与集成系统框架的最底层，包括与敏捷供应链相关的各种跨企业的分布式数据和信息资源。
第二层：异构应用程序层。主要包括异构的应用程序、技术平台和使用的操作系统等。在分析遗留系统和新开发系统的软件开发平台和操作系统的基础上，需要封装相应的应用程序。这一层功能主要是为上层提供底层技术支撑和提供组件的功能调用。
图3 面向服务的敏捷供应链语义集成框架
第三层：SOA服务层。企业服务总线(Enterprise Services Bus,ESB)由中间件技术实现支持的面向服务架构的一组基础架构功能，支持分布式异构环境中的服务、消息以及基于事件的交互，提供粒度适中、松耦合的服务[20]。为避免为每个应用系统开发各自的接口，而以统一的方式来与各系统通信，ESB主要通过适配器、连接器等来实现系统之间通过标准服务接口的互通互连，提供了良好的集成与互操作性。建立面向供应链领域的资源描述本体和资源描述框架RDF[21]，构建供应链本体库。在此基础上对语义Web Service进行服务的注册、发布、查询、绑定和调用。
第四层：供应链协同层。该层真正实现SOA中可用的业务流程处理功能。根据供应链运作的实际需求，设计相互依存、相对独立的敏捷供应链协同功能，在SOA服务层的基础上，运用Web服务的业务流程执行语言BPEL4WS进行业务流程设计，最终协同供应链中复杂的业务流程。
第五层：表示层。为外部访问提供一个界面，是与客户浏览器相结合的最终结果信息的表现形式。
面向服务的敏捷供应链协同与集成系统的核心层为SOA服务层和供应链协同层，这两部分保证了敏捷供应链协同的动态灵活性和跨平台可扩展的集成能力。由于采用SOA架构，因此这种敏捷供应链语义集成与协作框架具有SOA架构下Web服务系统的优点，如：①开放性和松耦合性，解决供应链成员企业异构应用集成问题；②具有跨企业、跨平台的集成能力；③良好的封装性和重用性体现了供应链的敏捷性。同时提供语义级的Web服务，提供面向供应链领域的领域本体库，解决了语义级的跨企业的业务协作流程的自动编排和服务自动组合问题，基于QoS服务质量协调资源使供应链系统达到整体性能最优，可以有效地提高供应链的柔性、敏捷性和智能性。
5 小结
本文阐述了供应链的含义和敏捷供应链的特征，提出了面向服务架构基于语义Web服务的敏捷供应链协同与集成系统框架，其基本思想是：面向服务的架构采用基于Web服务技术使得敏捷供应链系统真正成为松散耦合、跨企业和跨平台、可重用的即插即用系统，进而实现供应链管理的敏捷性特征。将敏捷供应链协同与集成系统框架划分为分布资源层、异构应用程序层、SOA服务层、供应链协同层和表示层等五个层次，详细分析了各个层次的结构和具体功能。将语义网和Web服务技术有机结合设计了语义Web服务体系结构，将在Web服务自动发现和动态组合上赋予Web服务组件更多的语义，可以支持敏捷供应链系统在语义层次上的协同性和互操作。
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