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

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+-----------------+       +-----------------+
|  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
Web客户端 API Gateway 移动APP 认证服务生产微服务库存微服务质量微服务 SQL Server Redis缓存 RabbitMQ BI看板数据仓库

3. 组件图（生产微服务）

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+---------------------+
|  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
制造业ERP 生产管理供应链管理质量管理设备管理财务管理生产计划工序管理 BOM管理报工管理采购管理库存管理供应商协同质检标准质检流程不良品追踪设备台账预防性维护故障分析成本核算应收应付固定资产

2. 端到端业务流程

生产订单履行流程 ：

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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
ERP核心系统生产执行系统供应链协同平台质量管理系统设备物联网平台财务核算系统 APS高级排产 MES车间管理供应商门户智能仓储WMS 设备监控预测性维护

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

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// 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
PRODUCTION_ORDER string OrderID PK string ProductCode datetime StartDate datetime DueDate ORDER_ITEM PRODUCTION_STEP string StepID PK string OrderID FK int Sequence string EquipmentID BOM BOM_ITEM MATERIAL BATCH EQUIPMENT MAINTENANCE_RECORD contains has contains has has

2. 数据流设计

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+-----------------+     +----------------+     +-------------------+
|  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 ：

timeline title 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

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+------------------------+
|     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
基础设施数据层服务端客户端 Helm部署 Azure Kubernetes CI/CD流水线 Azure DevOps AlwaysOn AG SQL Server 集群模式 Redis 时序优化 TimescaleDB 微服务 .NET 7 Dapr Ocelot Polly Radzen UI Blazor WASM MAUI 移动端

3. 关键代码实现

领域事件处理：

csharp 复制代码

// 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：

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// 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

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+------------------+         +------------------+
|  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：

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// 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：

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

3. 安全架构

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+-----------------+
|   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：

gantt title ERP系统实施路线 dateFormat YYYY-MM-DD section 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, 45d section 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, 90d section 智能升级数字孪生：2025-01, 120d AI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：

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