XMLによるスケジューラとMES連携の実現 - 日立ソリューションズ東日本

日立TO技報 第9号
XMLによるスケジューラとMES連携の実現
The Actualization of Collaboration Between Scheduler and MES utilizing XML
製造業では,顧客ニーズの多様化や製品ライフサイクルの短期化により,
阿部 秀幹
Abe Hideki
多様な製品を短期間で製造することが課題となっており,製造現場の状況変
山森 慎也
Yamamori Shinya
化に即応できるシステムへの期待が高まってきている。このニーズに対応す
真嶋 剣
Majima Ken
るため,–日立東日本ソリューションズの生産計画スケジューラである
「SynPLA」と米国USDATA社のMESである「Xfactory」を連携したソリュ
ーションビジネスを展開中である。その一環として,中間データにXMLを
利用してマスタデータとトランザクションデータを共有することで,
SynPLAとXfactoryとの連携を実現した。両システム間のデータ変換および
データ配信には,システム間のデータマッピング,データ配信管理等の機能
を持つMicrosoft BizTalk Serverを適用し,従来よりも少ない工数でのシス
テム連携を可能とした。
q
r
はじめに
システム構成
生産計画スケジューラ「SynPLA」は2001年のリリー
スケジューラ・MES連携の目的は,MESがリアルタ
ス以来,基幹系システムであるERP(Enterprise
イムに収集した製造実績や設備状況を,スケジューラが
Resource Planning) や計画系システムである SCP
立案する生産計画に反映し,製造現場への的確な指示を
(Supply Chain Planning)との連携を中心にビジネスを
展開してきた1)。
行うことにより生産効率を向上させること2)である。
上記の目的を実現するため,SynPLA−Xfactory連携
また,製造業での最近の動向として,スケジューラに
のシステム構成は,図1に示す通りとした。
よって立案する生産計画と,MES(Manufacturing
Execution System:製造実施システム)2)によって収
集した製造実績を連携させ,刻々と変化する製造現場の
状況に即座に対応できるシステムのニーズが高まってき
ている。
このような背景から,SynPLAのソリューション領域
の拡大を図るため,実施系システムであるMESとの連
携によるソリューションビジネスの展開を推進してい
る。その一環として,米国USDATA社のMESである
「Xfactory (国内総代理店–ダイセック社)」とSynPLA
との連携を実現した。
SynPLA−Xfactory連携では,中間データにXML
(eXtensible Markup Language)3)を利用することでマ
スタデータとトランザクションデータを共有した。両シ
ステム間のデータ変換およびデータ配信には,
Microsoft BizTalk
Server4)を適用した。本報告では,
この実現方式と有効性について述べる。
24
図1 SynPLA-Xfactory 連携のシステム構成
日立TO技報 第9号
図1で,業務処理の流れは以下A∼Fの通りである。
A サーバPC上のXfactoryから工程情報,設備情報
等のマスタ情報を登録する。
B Xfactoryから入力したマスタ情報と,上位システ
3.2
データフロー
図2に,SynPLA−Xfactory連携におけるデータフロ
ーを示す。図2をもとに,XfactoryからSynPLAへ製造
実績を送信する場合のデータフローを説明する。なお,
ム(ERP等)から送信される受注情報を元に,サ
SynPLA−Xfactory連携では,Xfactory側がデータベー
ーバPC上のSynPLAで作業計画を立案する。
ス管理システムをMicrosoft社のSQL Server 2000に限定
C SynPLAの計画結果はXfactoryに送られ,
しているため,SQL Server 2000を標準のデータベース
Xfactoryから現場への製造指示を行う。
管理システムとする。
D 製造部門のクライアントPCでXfactoryからの製
造指示を確認し,製造作業を行う。
E 製造作業の実績をクライアントPCから入力し,
Xfactoryに製造実績を収集する。
F SynPLAではXfactoryからの製造実績を反映し,
現場の実態を反映した作業計画を立案する。
以下,C∼Fを繰り返し,日々の運用を行う。
s 実現方式
3.1 技術課題
図1で示すような業務処理を実現するためには,
SynPLAとXfactoryが,共通のマスタデータと同期のと
図2 データフロー
れたトランザクションデータを使用することが前提であ
る。しかし,SynPLAとXfactoryはデータ構造が異なる
XfactoryからSynPLAへ製造実績を送信する場合,
ため,両システム間でデータ交換をする場合,データ構
Xfactoryの「エクスポータ」を起動する。「エクスポー
造の変換が必要となる。この場合,従来の方法では連携
タ」は,データベース上の“実績情報テーブル”のレコ
するシステム毎に個別のデータ変換用プログラムを作成
ードをXML形式に変換し,テキストファイルである
しなくてはいけない。また,各システム間のデータ配信
「XML:X」に出力する。「XML:X」が出力されると,
を考慮すると,連携するシステムが増加した場合,人手
BizTalk Serverが,「データフォーマット:X」を参照
によるデータ配信では管理が煩雑となりデータの不整合
して「XML:X」を読み込む。BizTalk Server は,
が発生する可能性がある。このためデータ配信の自動化
も必要である。
この技術課題を解決するために,SynPLA−Xfactory
「XML:X」を読み込むと,まず「XSLT(eXtensible
Stylesheet Language Transformations)スタイルシー
ト2)」の定義を参照して「XML:X」を「XML:S」に
間で送受信する中間データをXMLとし,データ構造の
変換する。次に,「XML:S」を所定の場所に配信し,
変換処理およびデータ配信にMicrosoft社のBizTalk
「データフォーマット:S」を参照して出力する。
Serverを適用した。
「XML:S」が出力されると「インポータ」が起動する。
BizTalk Serverの適用により,データ構造の変換処理
「インポータ」は「XML:S」を読みこみ,「マッピング
およびデータ配信処理を統合できる4)ため,システム間
スキーマ:S」を参照してXML形式のデータをレコード
で個別のデータ変換処理プログラムを開発する必要はな
形式に変換し,SynPLAの“実績テーブル”に挿入する。
い。また,BizTalk Serverはデータフローをビジュアル
に定義できるツール群を備えている4)ため,XMLに関
3.3
する専門知識がなくても容易にデータフローを構築でき
3.3.1
る。
インポータ/エクスポータの構築方法
インポータ
SQL Server 2000はXMLに対応するための拡張機能を
備えている5)。これを利用することで,データベースに
XML形式のデータをインポートする処理を容易に構築
25
日立TO技報 第9号
できる。SQL Server 2000の拡張機能を利用し,データ
ベースへXML形式のデータをインポートする手法とし
て,次の二つについて,SynPLA−Xfactory連携での業
務処理の特性を考慮して適用を検討した。
(1)BulkLoadオブジェクトによる一括挿入6)
(2)OPENXMLを使用したストアドプロシージャに
よる逐次処理5)7)
SynPLA−Xfactory連携では,受注情報,計画結果,
製造実績等のトランザクションデータをインポートする
場合は(1),工程情報,設備情報等のマスタデータを
インポートする場合は(2)を用いることにした。
トランザクションデータは,計画立案の都度,数千∼
数万件をインポートする。したがって,データ量が増加
してもメモリ消費量が増加せず,性能面でも優れた(1)
の手法を用いた。
マスタデータは,システムのメンテナンス時に部分的
図3 マッピングスキーマの作成例
に追加,更新または削除を行う。したがって,XML形
式のデータに対して条件検索が可能で,検索結果によっ
性には対応するフィールド名を設定した。
て追加,更新または削除が行える(2)の手法を用いた。
以下にそれぞれの手法の特長と,SynPLA−Xfactory
連携への適用方式について述べる。
ii )BulkLoadオブジェクトの利用方法
BulkLoadオブジェクトを利用してXML文書の一括挿
入を行う場合は,次の三つの入力パラメータを指定し,
(1) BulkLoadオブジェクトによる一括挿入
XML文書内のデータを全件挿入する場合に使用する。
Executeメソッドを呼び出す6)。
・XML文書へのパス
インポート処理はレコード単位で行われるため,大量デ
・XMLスキーマへのパス
ータを挿入する場合も,メモリ消費量の増大による性能
・OLE DB 接続文字列
劣化は発生しない。データベースとXML文書ではデー
図4に,BulkLoadオブジェクトを利用する上で,最
タの表現形式が異なるため,XML文書の各要素または
低限必要な処理をMicrosoft Visual Basic(以下VB)で
属性と,データベースのテーブルおよびフィールドとの
記述した例を示す。
対応関係をマッピングスキーマで定義する必要がある。
i )マッピングスキーマの作成例
図3に,マッピングスキーマの作成例として,
SynPLAの“実績テーブル”の各フィールドにXML文
書の属性を対応付ける場合のマッピングスキーマを示
す。
図3の作成例について説明する。まず,SynPLAの
“実績テーブル”の名称である「OprRslt」を「name」
図4 BulkLoad オブジェクトの使用例(VB)
図4に示した通り,BulkLoadオブジェクトを利用す
属性の値とする親要素を定義した。親要素の
ることにより,マッピングスキーマの作成と少量のコー
「sql:relation」属性には「OprRslt」を設定し,親要素を
ディングでXML文書内のデータをデータベースへ一括
SynPLAの“実績テーブル”と対応付けた。次に,親要
挿入することを実現した。図3のマッピングスキーマに
素に対して,“実績テーブル”の各フィールドに対応す
よりSynPLAの実績テーブルへXML形式の製造実績を
る七つの子要素を定義した。各子要素の「sql:field」属
挿入した例を図5に示す。
26
日立TO技報 第9号
i )エッジテーブルハンドルを格納している変数
ii )抽出するノードを示すXpath式3)
iii)属性または要素の優先指定(属性:1,要素:2)
WITH句には,行セットから抜き出す列名とデータ型を
指定する。
3.3.2
エクスポータ
データベース上のレコードをXML形式でエクスポー
トするには,ADO(ActiveX Data Objects)のXMLサ
図5 BulkLoad オブジェクトによる一括挿入の実行例
ポート機能 8)を利用する。ADOはバージョン2.5より,
通常のSQLクエリを使用してデータベースからデータを
(2)OPENXMLを使用したストアドプロシージャによ
る逐次処理
取 得 し , そ の デ ー タ を , ADO レ コ ー ド セ ッ ト の
adPersistXML オプションを使用して XML 形式で保存
XML文書内のデータに条件検索を行い,結果に応じ
することが可能となった3)。図7に,ADOを利用してデ
てデータベースに対して挿入,更新または削除を行う場
ータベース上のデータをXML文書として取得する処理
合に使用する。
をVBで記述した例を示す。
OPENXMLを使用することで,XML文書をメモリに
展開し,テーブルまたはビューに見立ててアクセスする
ことができる5)7)。したがって,通常のSQL文の作成と
同じ要領で,XML文書よりデータを抽出し,既存テー
ブルに挿入,更新または削除を行う処理を記述すること
ができる。図6に,OPENXMLを使用したストアドプ
ロシージャの作成例を示す。
図7 ADO を利用した XML 文書の取得処理の実装例
図7で示した処理によって,Xfactoryの“実績情報テ
ーブル”のレコードをXML形式で取得した実行例を図
8に示す。
図6 OPENXML を使用したストアドプロシージャの例
図6に示したストアドプロシージャの詳細は以下の通
りである。
XML文書は,「sp_xml_preparedocument」によりエ
ッジテーブルと呼ばれるメモリ上の架空の行セットに展
開される。エッジテーブルには,エッジテーブルハンド
図8 ADO を利用した XML 文書の取得処理の実行例
[email protected],
SLECT文のFROM句に続いて記述する。OPENXML文
には,次の3つのパラメータを指定する。
3.4
BizTalk Serverによるデータ変換・配信機能の構築
BizTalk Serverによるデータ変換・配信機能の構築
27
日立TO技報 第9号
門知識が必要であり,変換が複雑な場合は工数の超過や
は,次の手順で行う。
(1)BizTalkエディタ4)
によるデータフォーマットの登
不良の作り込みを招く恐れがあった。しかし,BizTalk
マッパーを利用することで,正確なXSLTスタイルシー
録
(2)BizTalkマッパー4)によるデータ構造変換定義の作
トを容易に作成することができた。
BizTalkマッパーでは,登録されているデータフォー
成
(3)BizTalkメッセージマネージャ4)
によるデータ配信
の経路設定
以下にそれぞれの詳細を述べる。
マットから送信元データフォーマットと送信先データフ
ォーマットを表示させ,グラフィカルにレコードやフィ
ールドを結び付けることによってXSLTスタイルシート
を作成する。対応関係は1対1だけでなく,1対多や多
3.4.1
BizTalkエディタによるデータフォーマット登録
BizTalk Serverで交換されるデータは,すべて構造化
されたテキストメッセージであり,そのフォーマットは,
対1も扱うことができる。また,対応関係にデータ処理
を加えることもできる。
図10に,Xfactoryの“実績情報テーブル”のデータフ
XMLスキーマ言語の一つであるXDR(XML-Data
ォーマットとSynPLAの“実績テーブル”のデータフォ
Reduced)で記述する必要がある。
ーマットを対応付けた操作画面を示す。画面左側に表示
BizTalkエディタは,BizTalk Serverで取り扱うデー
したXfactoryの“実績情報テーブル”の各フィールドと,
タのフォーマットをXDRにより作成し,登録するため
画面右側に表示したSynPLAの“実績テーブル”の各フ
のツールである。BizTalkエディタのGUIを利用するこ
ィールドを線で結ぶイメージで対応付ける。
とで,XDRに関する専門知識がなくても容易にデータ
フォーマットを作成することができる(図9)。
特に,他のXMLスキーマ言語であるDTD
(Document Type Definition)3)またはXML Schema3)
で記述されたXMLスキーマは,BizTalkエディタにイン
ポートするだけで自動的にXDRによるデータフォーマ
ットに変換される。したがって,SynPLAおよび
Xfactoryのデータフォーマットは,XML Schemaで記
述したマッピングスキーマ(図3)をBizTalkエディタ
にインポートするだけで登録できた。
図10
BizTalk マッパーの操作画面
3.4.3 BizTalkメッセージマネージャによるデータ配信
経路の設定
データの配信経路の設定は,BizTalkメッセージマネ
ージャで行った。図1に示したシステム構成に基いて,
メッセージを送受信する「組織」としてSynPLA,
図9 BizTalk エディタの操作画面
3.4.2
BizTalkマッパーによるデータ構造変換定義の作成
データ構造の変換定義は,BizTalkマッパーを用いて
作成した。データ構造の変換処理は,変換定義である
XSLTスタイルシートにもとづいて行われる。XSLTス
タイルシートを手作業で作成するにはXSLTに関する専
28
図11
BizTalk メッセージマネージャの操作画面
日立TO技報 第9号
Xfactoryおよびホストを登録した。データの配信経路は
4.2
送信先「組織」と受信先「組織」を画面上で選択し,指
4.2.1
開発実績
本システム連携部分の開発は,BizTalk Serverを使用
定することで設定した(図11)。
t
開発工数
したシステム構築の経験が無い担当者が行った。開発工
評価
数の実績について表2に示す。
上記実現方式に従いSynPLA-Xfactory連携を実現し,
表2 SynPLA-Xfactory 連携開発工数
平成14年10月∼平成15年2月にかけて,航空機部品メー
作 業
カーへの導入を行った。
工数(人日)
インポータ/エクスポータ作成
4.0
保守性,拡張性および導入効果の点から,SynPLA-
スキーマ定義
1.0
Xfactory連携の有効性を評価する。
マッピング
1.0
配信経路設定
2.0
テスト
2.0
合 計
10.0
導入の際に検討したシステム性能,開発工数,品質,
4.1 システム性能
SynPLA-Xfactory連携の導入を行う前に,性能設計の
基礎データとして,SynPLA-Xfactory間のデータ転送時
イ ン ポ ー タ / エ ク ス ポ ー タ の 作 成 方 法 はB i z T a l k
間を以下の条件で測定した。
OS:Windows 2000 Server SP4
Server付属のオンラインドキュメントにVBを使用した
CPU:Pentium4 2.4 GHz
作成例が掲載されており,また,スキーマ定義・マッピ
メモリ:512MB
ング・配信経路を設定する各ツールの詳細な使用方法も
測定データ:1レコードのフィールド構成
オンラインドキュメントや参考書籍に掲載されているた
(文字列型×3,倍精度浮動小数点型×3,
日付時刻型×3,整数型×1)
め, これらを参考にすることで,BizTalk Serverの使
用経験が無くても連携部分の開発が可能である。
測定結果を表1に示す。
表1 SynPLA-Xfactory 間データ転送時間
レコード件数
データ転送時間(秒)
4.2.2 専用インターフェース構築時と比較した開発工
数の評価
BizTalk Serverを利用した連携システムのインターフ
100
1.60
ェース(以下,IF)構築と,VBやMicrosoft Visual
1,000
4.21
C++でのコーディングにより専用IFを作成した場合の
10,000
53.75
工数とを比較する。
これまでの開発経験から,1つのIFの作成には開発∼
本システムを導入するメーカーでは,データ転送は1
テスト工程で(データ関連の複雑さにもよるが)0.5人
回/日,想定されるデータ件数は最大6,000件である。
月の工数が必要である。SynPLA-Xfactory連携システム
表1の結果から,6,000件での転送時間については運用
は「SynPLA」・「Xfactory」・「上位システム(ERP
上問題ないと判断し,本システムの開発に着手した。
等)」の3システムの連携であり,3つのIFが必要であ
最終的には,システム導入後に本番環境で実測し,そ
る。したがって専用IFの開発工数は1.5人月になる。
の時点の最大データ件数(4,349件)で実測した結果8.16
BizTalk Serverを利用した場合の連携システムの開発工
秒であった。
数は4.2.1節で述べたように0.5人月(10人日)であること
この結果から,本番運用においてデータ件数の増加,
転送回数の増加が発生した場合でも,実用に耐えられる
性能であると考えられる。
から,開発工数全体としては60%以上削減された。
各開発工程について評価すると,表2に示した作業は
専用IF開発のプログラミング工程から組合せテスト工程
までに相当する。本方式では,これらの開発工程の作業
を,SQL Server 2000のXMLに対応する拡張機能及び
BizTalk Serverの各種ツールにより効率化することがで
29
日立TO技報 第9号
上した。
きた。
・製造部門の進捗状況を生産管理部門がリアルタイム
4.3
品質
に把握できるようになり,最新の実績データを反映
した生産計画の見直しおよび製造部門に対する的確
本方式でプログラミングを必要とする部分は,インポ
な製造指示が可能となった。
ータ・エクスポータ部分のみであり,図4及び図7に示
すとおり数十Stepの開発で済む。このようにプログラミ
また,現時点で本システムは部品加工部門に使用され
ングを必要とする部分が少ないため,専用IFを作成する
ているが,顧客の意向としては,今後は本システムを組
場合に比べ不良を作り込む可能性は低く,品質確保は容
立部門にも展開していきたいとの考えである。
易である。
4.4
保守性
u
おわりに
本報告ではXMLによるスケジューラ・MES連携の実
品質の評価で述べたように,プログラミングを必要と
現 方 式 お よ び そ の 有 効 性 に つ い て 述 べ た。 B i z T a l k
する部分が少ないため,システムの変更が発生した場合
Serverにより両システムの連携を容易に実現することが
でも変更箇所を特定しやすい。
可能であり,導入効果からもわかるように,両システム
また,インポータでは実処理部分をストアドプロシ−
の連携が生産管理上の問題に対するソリューションとし
ジャとしているため,変更してもコンパイルしなおす必
て有効であることが確認できた。また,既存のパッケー
要は無い。
ジシステムを組合せることにより,一からのシステム開
さらに,マッピングスキーマ,XSLTスタイルシート,
データフォーマット等の定義はBizTalk Serverの各種ツ
発に比べ,開発工数も大幅に削減できたと考えられる。
このような各業務システムの統合は,情報資産の共有
ールでビジュアルに設定できるため,変更が容易である。
化を推進し,企業活動に新たな付加価値を生み出すもの
したがって保守性は高いといえる。
として注目されている。
今後は,本技術をスケジューラとMESとの連携に限
4.5
拡張性
本システムは,上位システムであるホストからの受注
らず,他システム間の連携にも積極的に活用し,ソリュ
ーションの幅を広げていく所存である。
情報を受取るため,ホストとも連携している。
ホストとの連携も,SynPLA-Xfactory連携と同様に
BizTalk Serverのツールを利用し次の手順で構築した。
(1)BizTalkエディタによるデータフォーマット登録
(2)BizTalkマッパーによるデータ構造の変換定義作成
(3)BizTalkメッセージマネージャによるデータ配信経
路設定
表2の開発工数は,これらのホストとの連携作業も含
めた値である。したがって,SynPLA-Xfactory以外のシ
ステムと連携する場合も,短期間で連携が実現できるこ
とから,本方式の拡張性は高いと評価できる。
参考文献
1)捧 保浩,他:SCMを支える意思決定支援システム
SYNAPSEsuite,日立TO技報第6号,pp.16−22,2000
2)中村 実,他:MES入門,工業調査会,2000
3)竹 中 祐 , 他 : X M L マ ス タ ー ベ ー シ ッ ク , 翔 泳 社 ,
2002
4)Stephen Mohr,他:プロフェッショナル BizTalk,イ
ンプレス,2001
5)佐藤 親一:XML on SQL Server 2000,オーム社,
2001
6)Karthik Ravindran:XML一括ロードの概要,
http://www.microsoft.com/japan/msdn/sqlserver/sql
2000/sqlxml_bulkloadover.asp
4.6
導入効果
本システムの導入により,顧客からは以下のような点
が評価されている。
・製造部門からの実績値を基に標準時間や設備能力等
のマスタ情報を設定するため,マスタ情報の精度が
向上した。また,スケジューラとMESが同期のと
れたマスタ情報を共用するため生産計画の精度が向
30
7)Dejan Sunderic,他:SQL Server 2000 ストアドプロシ
ージャプログラミング,翔泳社,2001
8)MSDN Online BizTalk Server:Microsoft BizTalk
Server 2002 とのデータベース統合,
http://www.microsoft.com/japan/msdn/biztalk/
biztalk2002/bts_dbintegration.asp
日立TO技報 第9号
阿部 秀幹 1992年入社
産業システム部
製造業対応ソリューションの提供
[email protected]
山森 慎也 2001年入社
研究開発部
生産計画システムの研究・開発
[email protected]
真嶋 剣 2001年入社
産業システム部
製造業対応ソリューションの提供
[email protected]
31