CN101978331B - 用于运行面向服务的自动化设备的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于规定具有面向服务的架构的制造车间中的自主和协作的自动化设备的行为的方法以及一种面向服务的自动化设备。为了描述具有面向服务的架构的制造车间中的自主和协作的自动化设备的运行行为,提出以下方法步骤:对自动化设备进行初始设置,包括配置服务、解释服务,建立与其它自动化设备的关联以及将设置传送给等待的初始状态;事件经由服务操作、输入端/输出端的内部设备接口接收和/或直接由控制生成;分析所接收的事件;实施该事件和改变基于模型的中间件封包的状态,其中所述系统到达下一状态并且能够接收其它事件。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运行生产系统的自主、协作、面向服务的自动化设备的方法,该生产系统在制造车间层上以及作为具有面向服务的架构的IT企业系统的一部分,其中所述自动化设备相互协作,并且所述自动化设备的功能和/或所耦合的生产设备的功能作为服务或服务会聚提供,和/或从生产车间和/或IT企业系统的自动化设备请求服务或服务会聚,其中执行对自动化设备的设置,包括配置服务、解释服务以及建立与其它自动化设备的关联,其中生产系统的行为基于事件的不同步交换和服务调用。
背景技术
开始时所述类型的方法在F.Jammes等人的文献:
“Service-oriented Paradigms in Industrial Automation”,IEEETransactions on Ind.Informatics,卷1,No.1,2005年2月中描述。在该文章中描述对生产系统使用面向服务的架构。自动化设备或与自动化设备连接的生产设备的功能被提供为服务,并且既可由生产车间层上的自动化设备调用也可通过如IT企业系统的更高层调用。也提到了会聚服务以及自动化设备之间基于事件的通信的可能性。
在US-B-7,151,966中描述用于提供工业控制网络中的部件之间的虚拟和远程交互的系统和方法。该工业控制系统的一个或多个部件被定义为Web服务,其中这些部件合作,以便支持在虚拟功能框架的扫描部分中的分布式控制功能。这些部件可以包括例如工业控制系统的数据处理、控制逻辑、I/O和状态部件。标准化的和一般可获得的接口将控制器功能描述为服务,其中控制器应用通过所述部件和相关联的接口来构造。这可以包括发现其它所属的服务和将常用的Web协议用于服务之间的通信。
发明内容
该想法描述一种方案以及所属的方法,该方法支持在具有面向服务的架构(SoA)的制造车间中的自主和协作的自动化设备的功能性行为。在上下文中,该想法的焦点在于在协作的基于SoA的生产系统的使用周期中的设置和运行阶段。这些系统由分布式的可重配置的智能生产自动化设备组成,这些生产自动化设备将其功能解释为服务或服务的会聚。在对设备的自动功能进行初始设置和对其服务进行解释之后,该方案/该方法使得能够进行协作的交互/合作,以便遵循灵活和特定于客户的、与要制造的产品相关联的工作流程。在面向服务的架构范例下,由生产设备提供的编排服务作为
-横向/水平(设备-设备)关系。调用服务或者与服务对话,例如移入货板、拿起夹具、向上运送货板等。
-纵向(设备-MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)和设备-DMS(Decision-Making-System,决策系统))关系。调用由更高层的更高部件为对生产/自动化请求进行动态重组所提供的服务,与服务对话,例如监控/诊断信息/索引等。
该方法描述制造车间中的和作为IT企业系统一部分的面向服务的生产自动化设备的自主行为。所述设备具有一定程度的可自承受的控制意义上的自主性和对所需服务的解释,以便实现与其它设备的横向/水平协作(服务的会聚)、请求/提供用于MES/DMS的决策信息的服务以及整合。全部的交互和资源访问通过面向服务(Service-Orientierung)来进行。存在一种从下至上视图(从设备/制造车间层)形式的“松耦合”遗传,该“松耦合”遗传增加了自主性和随之而来的重新配置特性。
如果制造车间被映射为SoA架构,则每个智能生产自动化设备的行为都是中间件封包的一部分,该中间件封包在形式上由例如高级Petri网络(HLPN)模型规定并且由用于处理非记录事件的例程来支持并且对当前在设备行为中的相互冲突进行决策。
该设备的功能性行为遵循HLPN的“标记移动”(令牌游戏:根据Petri网络规则的网络标记的动态改变。该改变通过标记(令牌)在通过过渡的启动所产生的多个位置之间的移动来进行);这样的话,所述行为是自控制的或自监控的并且通过内部/外部事件来引导,这些内部/外部事件将所述封包与SoA的其它部件相关联。这些事件同样可以对应于服务调用。
该方法的应用导致自主的设备,这些自主的设备是自控制的或自监控的并且与其它部件、尤其是与上面的层-如决策系统具有较少的相关性。简而言之,这些设备的特征是:
-面向服务的基于事件的发展遵循HLPN的“令牌游戏”规则;
-自主的控制和随之而来的行为;
-基于事件的使用周期遵循例如HLPN的“令牌游戏”规则;
-对所记录的事件的处理和常见控制的例外;
本专利提案的目标是提供对具有面向服务的架构(SoA)的生产车间中的自主和协作的自动化设备的运行行为进行格式化。
下面的主题总结了所述想法的应用的最初优势:
-由生产自动化设备所实施的操作是如下服务:该服务由该设备提供并且可以被制造车间的其它设备或基于SoA的IT企业系统的其它部件由于协作关系而调用。在注意到“资源预留”(allocation ofresource,资源分配)、共享资源(shared resource)、有限的机电一体化设备和信息性能规定的情况下,基于SoA的制造车间的拓扑允许调用服务。
每个设备都具有自主的基于SoA的控制行为,该控制行为局部地位于该设备中,但是该设备基于制造车间的布局配置与其它设备关联。中间件封包基于对服务的提供/调用创建这种可能的行为关联。
与会聚服务的行为相关联的决策机制对于相邻设备来说是局部的,但是同样可以受到与整个系统相关联的信息影响,该整个系统包括制造车间(横向协作)和基于SoA的IT企业系统的更高级层的部件(纵向协作)。
制造车间的完整行为基于对事件的异步交换和对由智能分布式设备所实施的服务的调用,并且该方法在形式上遵循基于HLPN的基于SoA的模型的“令牌游戏”。
该由基于SoA的制造车间提供的可能性,即基于分配给相关联的机电一体化设备(生产自动化设备)的服务之间的局部冲突来管理工作流程,显著地改善了生产系统的灵活性。动态的重组特性是系统固有的并且使得能够同时处理许多不同类型的产品,而无需对控制器进行重新编程和/或等待生产的完整重组。
基于与产品相关联的生产流程,制造车间中的冲突状况可以通过调用由DMS或MES部件所提供的必要服务来解决。每当做出决策时,都从一组可能的可实施的服务中调用一个服务。总是在该服务被实施时,达到该设备的新的局部状态并且发展出对应的HLPN标记。注意:HLPN中的令牌移动例如表示与制造车间拓扑(SoA中间件)相关联的逻辑信息和/或与制造车间中的货板/产品移动相关联的物理信息。
附图说明
本发明的其它细节、优点和特征不只从权利要求、从这些权利要求中获知的、单独的和/或以组合方式的特征中得出,而且还从下面对从附图中获知的优选实施例的描述中得知。
图1示出自主的部件/面向服务的自动化设备的独立行为的概念,
图2示出具有可能路径/运行模式的电梯的示意图,
图3示出具有可能运行模式的电梯的行为模型,
图4示出对根据图3的服务“移入左上方”的激活和运行,
图5示出一种冲突状况,其中冲突3是根据图3的模型的当前状态。
具体实施方式
图1示出自主的自动化设备AG或部件的独立行为的概念,其中定义了这些部件的运行行为的使用周期的多个过程:
-对设备AG的初始设置,包括配置服务、解释服务、建立与其它设备/部件的关联,以及将所建立的关联传送给等待的初始状态。
-事件经由服务操作、连接到I/O的内部设备接口接收,并且直接通过(例如对冲突的)控制生成。
-必须对所接收的事件进行测试:
-如果该事件与控制模型的当前状态的描述相对应,则该系统将通过控制模型的更新、服务活动(例如与其它设备如承载货板、拿取夹具的交互)的同步化、对I/O的写入/读取、报告的诊断/监控索引而被发展。
-在例外和未记录事件或者内部冲突的情况下,需要若干决策。如果设备具有用于解决所述例外和未记录事件或者内部冲突的必要信息,则使用特殊方法以介入正常的系统控制并且生成新的事件。如果对该事件没有足够的控制,则该设备可以请求由SoA的外部部件(例如DMS)提供的服务,以便为正确判决该问题提供更适当的信息。例如要运送一个货板,存在两种可能性和所允许的轨道,例如通过中间件提供两个服务:移入或移上。这两个服务都处于双向排除关系,例如两个服务都由该设备提供,但是只有一个最终能被激活并且工作。该决策由DMS部件处理(该DMS部件可以布置在基于SoA的IT企业系统的更高层中或者整合到制造车间中的其中几个设备中),该DMS部件向所选择的服务发送实施事件(habilitation event,允许事件)并且向其它服务发送阻止事件(inhibition event,禁止事件),
-在实施事件和发展之后,接下来是基于模型的中间件封包的“令牌游戏”,其中该系统达到下一状态并且该系统能够重新接收其它事件。
该方法用在机电一体化设备LI上,该机电一体化设备对应于具有两个平面E1,E2和能将货板P移入和移出的四个不同上货口P1,P2,P3,P4的电梯。这些上货口P1,P2,P3,P4用于与例如是传送带的其它设备AG关联,但是只能人工地通过将货板P送入到电梯中(如果传感器检测到这点)来触发。图2示出具有所有12种预期的可能运行模式(这些运行模式对应于能够容纳货板的路径)的电梯LI的图示,这些运行模式在基于SoA的说明中被示出为12个会聚的服务。
对电梯LI的行为方面的控制形式上通过第一高级Petri网络模型来表示,所述第一高级Petri网络模型示出不同模式的全局运行方式(图3)。
应该注意,由于机电设备的限制,电梯LI只能容纳一个货板P。
(黑色标记的)HLPN模型的过渡是复杂的操作(例如服务调用)。这些过渡可以是微小的服务,所述微小的服务通过电梯LI的机电部件或者其它微小服务的会聚来提供(在这种情况下,这些服务可以是分开的以便实现对行为控制的更深刻洞察)。如果观察复杂的服务/运行模式I4-O12,该服务从以下服务的会聚/合成中得到(移入左上方+下降+移出右下方)。
微小的服务“移入左上方”(参见图4)表示与读/写到对应I/O相关联的生产自动化操作和服务活动的同步化(例如传送带请求该服务)。在下列情况下对该过渡的激活被实施,即如果:1)该模型示出逻辑状态“真”(电梯准备好提供服务),例如电梯是可用的,以及2)如果传送带请求该服务或者传感器检测到上货口中的货板。
没有被记录的其它状况同样可以得到处理并且需要特殊的过程,如之前所述那样。
“移出”操作(例如“移出右上方”过渡)应与所关联的传送设备(例如传送带)同步实施,以便能够保证货板P从一个设备到另一设备的一致的过渡移动。这要求电梯LI请求所关联的传送带的“移入服务”。
在利用控制模型和附加例程对设备AG进行初始设置和配置之后,该设备可用于提供/显示服务和等候事件以及调用服务。
例如,所连接的传送带请求“移入左下方”服务(I1)。在这种情况下并且在控制模型中的是所记录的事件时,该设备AG继续,以便通过启动HLPN模型和实施所属的动作来发展该系统。在“移入左下方”服务成功结束之后,该系统必须面对由模型中的冲突(例如图5中示出的冲突3)引入的异常事件。如果该设备AG不具有用于决策的必要信息,则该设备必须调用专门的部件DMS,以便在该过程中帮忙。如在图1中那样,对于这种情况使用DMS。电梯发送用于支持的请求(调用服务)到DMS,包括支持信息(货板的ID和可能的输出(能够被调用的服务):“上升”和“移出右下方”)。基于货板的工作流程,事件形式的决策被发送回电梯并且现在该电梯应该能够解决冲突并且发展该系统。例如,电梯接收到来自DMS的激励以实施“上升”,则该电梯接下去实施“上升”。在任何情况下,最后的决策对于电梯LI都是义务性的,该电梯考虑所接收到的激励,但是在有内部状况(例如电梯和/或所连接的传送带被占用)的情况下可以不同地操作。
Claims (10)
1.一种用于运行生产系统的自主、协作、面向服务的自动化设备的方法,该生产系统在制造车间层上以及作为具有面向服务的架构的IT企业系统的一部分,其中所述自动化设备相互协作,并且所述自动化设备的功能和/或所耦合的生产设备的功能作为服务或服务会聚提供,和/或从生产车间和/或IT企业系统的自动化设备请求服务或服务会聚,其中执行对自动化设备的设置,包括配置服务、解释服务以及建立与其它自动化设备的关联,其中生产系统的行为基于事件的不同步交换和服务调用,
其特征在于,
每个智能自动化设备的行为是中间件封包的一部分,该中间件封包在形式上由高级Petri网络HLPN模型规定,
所述自动化设备的功能性行为遵循根据HLPN模型的Petri网络规则的网络标记的动态改变,并且通过内部的和/或外部的事件或服务调用来引导,
测试由自动化设备接收的事件,其中如果该事件对应于对该HLPN模型的当前状态的描述,则所述生产系统通过更新该HLPN模型以及服务活动的同步化而被发展,
在例外、未记录的事件和/或内部冲突的情况下需要决策,其中如果所述自动化设备具有用于解决所述事件的必要信息,则使用特殊方法以介入正常的系统控制并且生成新的事件,
如果对所述事件没有足够的控制,则所述自动化设备请求由面向服务的架构的外部部件提供的服务,以便为正确决策例外、未记录的事件和/或内部冲突提供更适当的信息,以及
在实施所述事件和所述发展之后,进行根据中间件封包的HLPN模型的Petri网络规则的网络标记的动态改变,其中所述生产系统达到下一状态并且该生产系统能够重新接收其它事件。
2.根据权利要求1所述的方法,
其特征在于,
所述系统的状态改变通过更新HLPN模型、对服务活动的同步化来执行。
3.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,
为了处理例外、未记录的事件或冲突,请求决策系统的服务,以便提供用于做出正确决策的合适信息。
4.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,
所述面向服务的自动化设备的HLPN模型的面向服务以及基于事件的状态改变遵循高级Petri网络的“令牌游戏”的规则。
5.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,
在每个自动化设备中实施自主的面向服务的控制行为,该控制行为基于制造车间的布局配置而与其它自动化设备相关联。
6.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,
中间件封包基于对服务的提供和/或调用来提供可能的行为关联。
7.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,
与会聚服务的行为相关联的决策机制受到与生产系统相关联的信息影响,所述生产系统包括面向服务的IT企业系统的制造车间和更高层的部件。
8.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,
制造车间的完整行为基于不同步的事件交换和服务调用,所述服务通过分布式自主的面向服务的自动化设备来实施,并且该行为在形式上遵循HLPN模型。
9.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述服务活动是与其它设备的交互。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述交互是“承载货板”、“拿/夹”、“对输入端/输出端的写/读”、“报告的诊断/监控索引”。
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