制造业ERP系统架构设计方案（基于C#生态）

制造业ERP系统完整架构设计方案（基于C#生态）

一、需求说明书（核心部分）

1. 业务需求

• 生产管理：工序管理、BOM管理、生产排程、报工管理
• 供应链管理：采购管理、库存管理（批次/序列号追踪）、供应商管理
• 质量管理：质检标准、质检流程、不良品追踪
• 设备管理：设备台账、保养计划、故障追踪
• 财务一体化：成本核算（工序级）、应收应付、固定资产

2. 非功能性需求

• 性能：支持500+并发用户，关键事务响应<2s
• 可靠性：99.95%可用性，RTO<30分钟
• 安全：符合ISO27001标准，支持双因素认证
• 扩展性：支持未来工厂IoT设备接入
• 集成：对接MES/PLM/WMS系统

3. 用户角色矩阵

角色	职责	关键业务场景
生产计划员	制定生产订单	产能平衡、紧急插单
车间主任	工序调度	异常处理、进度监控
质检专员	质量检验	AQL抽样、不合格品处理
采购经理	供应商管理	比价招标、供应链风险控制

二、C4架构视图

1. 上下文图

+-----------------+       +-----------------+
|  外部系统       |<----->|  制造业ERP系统  |
| (MES/PLM/WMS)   |       |                 |
+-----------------+       +-----------------+^                          ^|                          |
+-----------------+       +-----------------+
|    IoT设备      |       |     用户        |
| (机床/传感器)   |       | (Web/移动端)    |
+-----------------+       +-----------------+

2. 容器图

3. 组件图（生产微服务）

+---------------------+
|  生产微服务         |
+---------------------+
| - 订单控制器        |
| - BOM管理器         |<>-- 生产计划引擎
| - 工序调度器        |<>-- 产能计算器
| - 报工处理器        |<>-- 成本核算器
+---------------------+↓
+---------------------+
|  领域模型层         |
| (DDD聚合根/实体)    |
+---------------------+↓
+---------------------+
|  基础设施层         |
| (EF Core/SQL访问)   |
+---------------------+

三、业务架构设计

1. 业务能力地图

2. 端到端业务流程

• 生产订单履行流程：

  销售订单 → MRP运算 → 采购申请 → 生产排程 → 物料齐套检查 → 
  工序派工 → 车间报工 → 质量检验 → 成品入库 → 成本结算
  

3. 业务治理机制

• 关键业务规则：
  • 物料齐套规则：缺料>5%时自动冻结订单
  • 质量放行规则：关键工序不良率>3%自动触发批次隔离
  • 成本归集规则：按工序+设备+工时多维度分摊

四、应用架构设计

1. 应用系统组成

2. 应用交互矩阵

系统	集成点	集成方式	频率
生产执行系统	工序报工数据同步	RabbitMQ事件驱动	实时
供应链协同平台	采购订单状态同步	RESTful API	每5分钟
设备物联网平台	设备状态数据采集	Azure IoT Hub	每秒
财务核算系统	成本结转	数据库视图+批处理	每日

3. 微服务划分

// 生产域服务
public class ProductionModule : IModule
{public void ConfigureServices(IServiceCollection services){services.AddScoped<IProductionOrderService, ProductionOrderService>();services.AddScoped<IBOMService, BOMService>();services.AddScoped<ISchedulingService, APScheduler>();}
}// 库存域服务
public class InventoryModule : IModule
{public void ConfigureServices(IServiceCollection services){services.AddScoped<IInventoryService, InventoryService>();services.AddScoped<IBatchTrackingService, BatchTrackingService>();services.AddScoped<IWarehouseService, WarehouseService>();}
}

五、数据架构设计

1. 数据模型设计

2. 数据流设计

+-----------------+     +----------------+     +-------------------+
|  车间设备       |---> |  IoT数据采集    |---> |  时序数据库       |
| (PLC/传感器)    |     |  (Azure IoT)   |     |  (TimescaleDB)    |
+-----------------+     +----------------+     +-------------------+↓
+-----------------+     +----------------+     +-------------------+
|  业务系统       |---> |  操作型数据     |---> |  OLTP数据库       |
| (Web/移动端)    |     |  (EF Core)     |     |  (SQL Server)     |
+-----------------+     +----------------+     +-------------------+↓
+-----------------+     +----------------+     +-------------------+
|  BI分析         |<--- |  分析型数据     |<--- |  OLAP数据仓库     |
| (Power BI)      |     |  (Azure Synapse)|     |  (Columnstore)   |
+-----------------+     +----------------+     +-------------------+

3. 数据治理策略

• 数据分级：
  • L1级（核心）：BOM配方、工艺参数、成本数据（AES-256加密）
  • L2级（重要）：生产订单、库存事务（TDE加密）
  • L3级（普通）：设备日志、操作日志
• 数据生命周期：

  timelinetitle 生产数据生命周期管理实时数据 ： 0-7天 ： 热存储(Redis)业务数据 ： 7天-2年 ： 温存储(SQL Server)归档数据 ： 2-10年 ： 冷存储(Azure Blob)历史分析 ： >10年 ： 数据湖(Parquet)
  

六、技术架构设计

1. 分层架构

+------------------------+
|     表示层             |
|   (Blazor WASM)        |
+------------------------+
|     应用层             |
|   API网关              |
|   Dapr边车             |
+------------------------+
|     领域层             |
|   领域服务             |
|   领域模型             |
+------------------------+
|     基础设施层          |
|   EF Core              |
|   Azure服务总线        |
|   文件存储             |
+------------------------+

2. 技术栈全景

3. 关键代码实现

领域事件处理：

// 生产订单创建事件处理
public class OrderCreatedHandler : IEventHandler<OrderCreatedEvent>
{private readonly IInventoryService _inventory;public async Task Handle(OrderCreatedEvent @event){// 自动预留物料await _inventory.ReserveMaterials(@event.OrderId);// 触发排程引擎SchedulingEngine.Schedule(@event.OrderId);}
}

设备数据分析：

// 设备异常检测
public class EquipmentAnomalyDetector
{public void DetectAnomalies(TelemetryData data){var model = MLContext.Model.Load("anomalyModel.zip");var prediction = model.Predict(data);if (prediction.IsAnomaly){_eventBus.Publish(new EquipmentAlertEvent(data.EquipmentId, prediction.Severity));}}
}

七、架构质量保障

1. 容灾设计

+------------------+         +------------------+
|  主区域          |         |  备区域          |
| (East US)        |<------>| (West US)        |
+------------------+         +------------------+
| - SQL Server AG  |         | - 异步复制       |
| - Redis Geo-Repl |         | - 热备节点       |
| - 流量管理器     |---------| 自动故障转移     |
+------------------+         +------------------+

2. 性能优化

• 缓存策略：

  // 二级缓存配置
  services.AddEFSecondLevelCache(options => options.UseAzureCache("ERP_Cache").Expiration(TimeSpan.FromMinutes(10));[Cacheable]
  public ProductionOrder GetOrder(int id) { ... }
  

• 批处理优化：

  // 大批量入库
  context.BulkInsert(entities, options => {options.BatchSize = 2000;options.SqlBulkCopyOptions = SqlBulkCopyOptions.TableLock;
  });
  

3. 安全架构

+-----------------+
|   应用层安全    |
|   - JWT认证     |
|   - RBAC授权    |
+-----------------+
|   数据层安全    |
|   - TDE加密     |
|   - 动态数据掩码|
+-----------------+
|   传输层安全    |
|   - TLS 1.3     |
|   - 服务网格mTLS|
+-----------------+

八、演进路线图

阶段化实施计划：

gantttitle ERP系统实施路线dateFormat  YYYY-MM-DDsection 基础能力生产核心模块     ：2023-10, 90d供应链管理       ：2024-01, 60d财务集成         ：2024-03, 45dsection 扩展能力移动应用         ：2024-05, 60d供应商门户       ：2024-07, 45d质量大数据       ：2024-08, 90dsection 智能升级数字孪生         ：2025-01, 120dAI生产优化       ：2025-05, 90d预测性维护       ：2025-08, 60d

架构度量指标：

指标类别	目标值	测量方式
性能	订单创建延迟<800ms(P99)	应用性能监控(APM)
可靠性	系统可用性99.95%	健康检查+日志分析
扩展性	线性扩展到1000节点	K8s压力测试
安全	安全漏洞修复<24小时	漏洞扫描+威胁情报

本设计方案通过业务-应用-数据-技术四层架构的协同设计，实现了：

1. 业务架构聚焦制造业核心价值链
2. 应用架构采用微服务+DDD应对复杂性
3. 数据架构实现多模态数据处理
4. 技术架构基于.NET生态构建云原生体系