如何在ISA-95体系中采用Apache Camel + MQTT Broker衔接L3与L4 Legacy应用

2025-11-18 21:07 tlnshuju 阅读(0) 评论(0) 收藏举报

一、架构背景：典型ISA-95 IT/OT项目场景

层级	主要职责	当前演进形态
L4 企业层（ERP / Legacy / APS / PLM / CRM 等）	计划、调度、订单、供应链	仍有大量 Legacy 系统（HTTP、SOAP、文件接口）
L3 制造运营管理层（MOM / MES / 执行智能层）	执行、协调、追溯、数据整合、事件驱动调度	不完全等同于 MES，而是一个事件驱动的分布式调度总线（MOM 层）
L2-L1	控制与过程设备层	通过 MQTT / OPC UA / Edge Data Hub 连接上送数据

二、问题和对策

传统上，L4→L3 的通信是 同步的（SOAP、REST、DB接口），而 L3→L2 则是 实时的。
这两种通信范式在现代智能工厂里产生“节拍不匹配”问题。Apache Camel + MQTT 的组合恰好可以起到一个“语义桥接 + 协议转译 + 异步解耦”的作用。

三、系统角色划分

1️⃣ Apache Camel —— 企业集成层（EAI/ESB 模块）

用作 L4 Legacy 系统的集成中间件；
提供超过 300 种组件（HTTP、SOAP、JDBC、FTP、File、JMS、SAP 等）；
能够通过路由 DSL定义复杂的业务流程、过滤规则、映射逻辑；
支持 内容路由（Content-Based Routing） 与 消息变换（Transformation）；
可内嵌运行于 Spring Boot、Quarkus、Kubernetes 中。

2️⃣ MQTT Broker —— L3 事件总线 / UNS 主干

作为 制造执行语义事件总线（Manufacturing Event Bus）；
每个主题（Topic）代表一个 业务对象或事件域（如 Order、Batch、Resource、Event）；
与 UNS（统一命名空间）结合使用，可实现 主题级语义一致性；
与 L2-L1 的 Edge Node 协同，实现实时状态上传与下发。

四、集成模式（核心）

模式：Apache Camel ↔ MQTT Broker ↔ L3 语义层

① Camel 路由逻辑（L4 → L3）

ERP (SOAP/XML)
   ↓
Camel Route
   ↓  转换为 JSON + MQTT Topic
MQTT Broker (Topic: /uns/order/new)
   ↓
L3 MOM (订阅Topic并触发流程)

Camel DSL 示例（非代码实例）：

from("sap:erp:orders?operation=GetNewOrders")
  .process(exchange -> {
      Map order = transformToUNSFormat(exchange.getIn().getBody());
      exchange.getIn().setBody(order);
  })
  .to("paho-mqtt5:uns/order/new?brokerUrl=tcp://mqtt-broker:1883");

② L3 → L4 回执路径

L3 MOM 完成 → MQTT 发布 /uns/order/ack
   ↓
Camel Route 监听该主题
   ↓
写入 ERP (JDBC / SOAP / HTTP)

Camel DSL 示例（非代码实例）：

from("paho-mqtt5:uns/order/ack?brokerUrl=tcp://mqtt-broker:1883")
  .to("jdbc:legacyERPDataSource");

五、主题设计与 UNS 对齐

主题（Topic）	说明	对应 UNS 实体
`uns/order/new`	新订单发布	Order
`uns/order/ack`	订单回执	Event
`uns/resource/status`	设备状态上报	Resource
`uns/batch/start`	批次开始事件	Batch
`uns/batch/end`	批次结束事件	Batch/Event

每个主题的元数据（Schema、QoS、语义标签）应注册在 UNS Registry 中，
Camel 路由在启动时可自动加载这些定义以动态绑定。

六、与 S95 模型对齐的语义层逻辑

S95 对象层级	在本架构中的体现	通信模式
Enterprise / Site	ERP / APS / PLM（通过 Camel）	HTTP/SOAP → MQTT
Area / WorkCenter / WorkUnit	MOM / Dispatch / Recipe Service	MQTT 内部订阅
Equipment / Control Module	Edge Node / PLC / Agent	MQTT / OPC UA PubSub

七、系统优点总结

类别	优点
架构解耦	L4 与 L3 通过 MQTT 异步通信，Legacy 系统无需改造
协议多样性兼容	Camel 支持 SAP、HTTP、File、DB 等任意接口
语义统一	借助 UNS 命名体系保持跨系统的 Topic 与对象一致
事件驱动	L3 层的制造执行由事件触发，天然支持扩展与分析
易于云化	Camel、MQTT 均支持容器化与云原生部署

八、典型部署形态（简图）

          ┌────────────┐
          │ Legacy ERP │
          └─────┬──────┘
                │ SOAP/HTTP/JDBC
          ┌─────▼──────┐
          │ Apache Camel│
          │ (EAI Bridge)│
          └─────┬──────┘
                │ MQTT Publish/Subscribe
          ┌─────▼──────┐
          │ MQTT Broker │  ←→  UNS Registry
          └─────┬──────┘
                │
          ┌─────▼────────────┐
          │ L3 MOM / EventBus│
          │ (Dispatch, Trace,│
          │  Analytics, eBR) │
          └─────┬──────┬────┘
                │       │
          ┌─────▼──┐ ┌─▼───────┐
          │ Edge GW│ │ OPC UA   │
          │/Agent  │ │PubSub L2 │
          └────────┘ └──────────┘

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