CN102640068A - 配置基于soa的自动化设备和开发编制机的方法、在具有嵌入式服务编制引擎的面向服务的架构中的制造方法和制造系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于配置具有嵌入式高级佩特里网络（HLPN）编制机（OE）的自动化设备（STB）或仿真器用来控制自动化系统（DAS）的机电一体化部件（C1-C11,L1,L2,W1,W2,MC）的方法，包括方法步骤：-为自动化系统（DAS）的每种类型的机电一体化的部件（C1-C11,L1,L2,W1,W2,MC）生成HLPN部件模型（CM），-为每个物理存在的机电一体化的部件（C1-C11,L1,L2,W1,W2,MC）从HLPN部件模型（CM）创建部件实例模型（CIM），-创建描述待连接的部件实例模型（CIM）的关系的布局配置文件（LCF），-基于该布局配置文件（LCF）将部件实例模型（CIM）组成至少一个系统模型（SM），其中部件实例模型（CIM）的逻辑端口相互连接/关联，-基于至少一个系统模型（SM）以及设备描述文件和部件实例模型（CIM）的WSDL文件生成配置文件（CF），其中配置文件包括至少一个设备配置文件和服务配置文件，-将配置文件加载到包含HLPN编制机（OE）的自动化设备（STB_PNE）或仿真器中，以及-通过所述自动化设备（STB_PNE）或仿真器的HLPN编制机（OE）执行所述配置文件。

Description

配置基于SOA的自动化设备和开发编制机的方法、在具有嵌入式服务编制引擎的面向服务的架构中的制造方法和制造系统
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的方法，根据权利要求19的前序部分的制造方法以及根据权利要求13的前序部分的制造系统。
背景技术
在WO-A-2009/053472中描述了一种用于编制面向服务的自动化系统的服务的方法以及一种编制机。系统部件将其功能性作为服务来提供并且能够询问（abfragen）其它系统部件的服务，其中自动化系统的行为通过借助编制机编制系统部件的服务被控制。为了在设备层级上实现服务的编制，规定编制机使用为面向服务的系统而设置的高级佩特里网络（High-Level-Petri-Netze），并且在设备层级上的服务编制通过对不同的、表示自动化系统和/或系统部件的行为的HLPN模型进行解释和执行来进行。
WO-A-2009/101212涉及用于将制造平台的面向服务的自动化部件绑定到灵活的IT企业架构中的方法和系统。为了以编制方法的形式配置灵活的生产平台并且详细说明元件，规定面向服务的自动化部件通过编制中间件与更高层级耦合，并且由面向服务的自动化部件提供的服务在使用向量函数和基于面向服务的自动化部件的编制的布局的条件下被集成到所述更高层级中。
此外，由WO-A-2009/103811描述了一种面向服务的自动化设备和一种用于详细说明面向服务的自动化设备的方法。为了描述具有面向服务的架构的自主的且协作的自动化设备和制造平台的运行行为，提出以下方法步骤：
对自动化设备进行原始设置，包括配置，对服务进行阐述，建立至其它自动化设备的连接以及将所述设置递交给等待的原始状态，通过服务操作、即内部设备接口从输入端/输出端和/或直接由控制器生成地接收事件，分析所接收的事件，执行所述事件，并且改变基于模型的中间件外壳的状态，其中所述系统达到下一个状态并且能够接收其它事件。
分布式的设备、操作者、产品和信息表征当今现代工业生产系统。它们必须适合于批量生产以及在更大范围内的特殊匹配。对于这样的灵活生产线的有效运行需要大量的因素，其中有生产选项的数目，各自产品的制造流程，产品类型，工作站的能力，在每个工作站处的生产过程的处理时间，在每个工作站处的材料处理能力，以及总的材料处理能力。因此所获得的以及稍后待处理的数据可以与其大的数量无关地经历持续的变换。
分布式软件的部件已经以分布式的对象、函数块和服务的形式采用。后者以面向服务的架构（SoA；Service-oriented Architecture）和面向服务的数据处理（SoC;Services-oriented Computing）的形式，其目前越来越广泛地侵入到工业自动化系统中。“面向服务的计算，其提供实现新的架构的途径并且再现部件朝着自主性和异质性的趋势”的思想支配对未来的观点。其在商界和电子商务中变得越来越强的可使用性被看作是朝着实现来自不同层面的资源的无缝集成的步骤。目前做出了无数的努力来更强烈地研究这些领域，例如项目SOCRADES（http://www.socrades.eu）。
一般地，SoA仅从系统的服务方面来考察该系统，这些服务的供应商和使用者只被同意给与较小的价值。这些实体可以是自动化设备、软件部件等等并且具有将资源封装在服务内的特殊能力。它们表示新的方案并且基本上不同于自动化领域中的存储器可编程控制器（PLC，可编程逻辑控制器）。这些实体有时被称为智能设备，并且即使它们可能不同地被称呼，它们在作为面向服务的自主的控制单元、设备、执行器和传感器的特性方面相同。因此服务计算和面向服务不仅被看作通信形式，而是更确切地被看作软件实体应当采取的哲学（Philosophie），其方式是它们划分资源并且表达它们的要求。这是被责成创建重要的工具和方法论的自动化技术员、企业管理者和软件开发者的新的设计和思维方式。在这种类型的方案中应用的面向服务的自动化软件实体，需要一系列致力于详细说明计算机系统以及嵌入式自动化设备的方法论和软件。这些应用有助于缩短开发时间以及减小部件的相互依赖，由此为生产装置的自动重新配置实现足够的灵活性。
关于技术，将web服务的设备概要（Device Profile for Web Services，DPWS）确定为在该项目中的标准。由于其仅描述了一些确定的协议，因此必须使用兼容的框架用于面向服务地保证按照相同语言的软件部件的通信。所实现的系统之一是SOA4D（设备的面向服务的架构）（https://forge.soa4d.org/），其目的在于较大的计算机系统（例如PC）和嵌入式设备。
发明内容
由此出发本发明所基于的问题是这样改进用于配置基于SOA的自动化设备和用于开发编制机的方法，使得给出对系统的每个部件单独建模并且配备逻辑接口的可能性，并且其中使得可以将部件的模型自动化地组成为所述系统的静态总模型。
此外本发明所基于的任务是，提供基于所实现的编制机的制造方法以及制造系统，其提供冲突解决机制。
该任务根据本发明还通过一种通过权利要求1的特征配置具有编制机的自动化设备的方法解决。
此外，该任务还通过具有权利要求13的特征的制造方法以及通过具有权利要求19的特征的制造系统解决。
制造系统（DAS）包括：
多个机电一体化（mechatronisch）的部件或设备（C1-C11，L1，L2，W1，W2，MC），如运送单元、升降机、工作站，其共同工作以制造产品，
多个用于控制机电一体化的部件或设备（C1-C11，L1，L2，W1，W2，MC）的自动化设备（STB），其中一组机电一体化的部件或设备或者一个机电一体化的部件或设备分别被分配自动化设备（STB）之一，
其中自动化设备（STB）通过网络（N）相互连接并且与生产执行系统（PES）连接以相互交换消息，
其中所述分配给一个机电一体化的部件或设备或者一组机电一体化的部件或设备的自动化设备（STB）被配置为，使得该机电一体化的部件或设备或者该组机电一体化的部件或设备能作为逻辑设备被调用，以及该机电一体化的部件或设备或者该组机电一体化的部件或设备的功能能作为基本服务（S）在所述网络（N）中被调用，
其中制造系统（DAS）具有至少两个所实现的服务编制引擎（OE），其中每个服务编制引擎（OE）被配置为，使得基于相互连接或同步化的编制或行为模型来编制在制造技术上配套的一组机电一体化的部件或设备的基本服务（S）并且表示在所述网络（N）中。
优选地，编制引擎（OE）通过网络（N）与实现在生产执行系统（PES）中的决策辅助系统（DSS）耦合，其中在执行在编制引擎（OE）中实现的编制或行为模型时当在冲突节点处出现冲突时可以询问决策辅助。
基于模型的服务编制机使用佩特里网络行话（Dialekt）：高级佩特里网络（HL-PN）作为建模和逻辑语言。已对HL-PN扩展了元件以直接在HL-PN模型中映射web服务特定特性：服务和数据合约（service and data contracts），以及DPWS Discovery（DPWS发现）的配置。但是，也可以对所述模型扩展其它特性。除了符合DPWS的web服务之外还可以配置其它面向消息或面向事件的通信层。
佩特里网络适合于映射具有分布式资源的竞争的和同时运行的过程，所述过程在有限数量的软件和硬件资源上操作。基本方案是，对系统的每个部件单独建模并且配备逻辑接口，这些逻辑接口允许模型部件（自动化地）组成为该系统的静态总模型。相应于该系统的真实拓扑结构将模型实例相互接线。通过所述部件模型提供所有接口，总模型包含所有原则上可能的流程路径。以材料流系统为例，这意味着由运输部件组成的系统包含所有流路径，这些流路径通过连接运输元件使得也可以物理地运输材料。在普通情况下系统可以包含线性路径，并由此所述过程可以似乎连续地进行，而在更为复杂的组成中所述过程可能包含若干具有多个分支和连接的路径，由此在运行时间可以选择替换的流程路径。在这样的复杂过程中的分支和连接被作为佩特里网络中的冲突节点（conflict nodes）建模。佩特里网络模型中的冲突可以在真实系统中具有不同的含义。例如运输元件上的托盘可以向不同的方向运输，或者两个子过程“竞争”相同的资源。
一些问题可以通过简单的算法来解决，例如随机选择过程路径，但是这样的解决方案从全局来看是低效的，或者对于确定的拓扑结构来说甚至是危险的，因为在那里形成死锁（Dead-lock）并且所述过程被封锁。由此清楚的是，子过程不允许仅在局部有限地被同步化，而是在扩展的上下文中被同步。这些问题不是新的，并且已经通过企业资源规划ERP/制造执行系统（MES）至少部分地加以解决了。
对于编制机和“经过编制的”服务系统，选择使得可以将决策算法与服务编制分开的架构。在编制机和所谓的决策辅助系统（Decision-Support-System）之间存在专用接口，以交换决策请求（Entscheidungsanfragen）、决策响应（-antworten）以及用于找到决策的元数据。在编制的层面上进行所谓的局部决策，所述局部决策基于简单的算法并且例如如果上级决策支持系统（DSS）还没有作出决策则进行干预以断然地解决冲突。因此在下面的层面上作出纯粹基于模型知识和模型的当前状态的决策。
从编制的角度来看（自下而上（bottom-up）），DSS封装上面的系统作为用于找到决策的服务，而不知道该决策基于哪些算法。
从企业资源规划（ERP）的角度来看（自上而下（top-down）），DSS封装生产或制造系统作为具有用于输入生产任务和监视生产的接口的制造执行系统（MES）服务。ERP系统没有关于自动化过程的详细知识，而只是具有关于生产任务及其状态的详细知识。
附图说明
本发明的其它细节、优点和特征不仅由权利要求、从所述权利要求中待提取的特征（本身和/或组合地）、而且由下面对从附图中提取出的优选实施方式的描述来得出。其中：
图1示出制造系统的硬件，
图2示出根据图1的制造系统的图解和布局，
图3示出制造系统的模块化构造，
图4示出制造系统中的运送单元的类型，
图5示出自动化设备STB的示意图，
图6示出协作单元的示意图，
图7示出具有所连接的设备的制造系统的示意图，
图8示出制造系统中的自动化设备STB和标识系统OSI的使用，
图9示出用于服务编制的方案，
图10示出自动化Bot的概念，
图11示出连续统项目的主软件部件，
图12示出连续统Bot框架的分类图和实现，
图13示出在连续统开发工作室中的仿真佩特里网络的屏幕快照，
图14示出用于配置自动化设备的配置和使用工具的示意图，
图15示出通信图，
图16示出涉及生产执行的示意概览，
图17示出涉及在生产期间创建新任务和通知ERP系统的通信图，
图18示出涉及当制造单个产品时通知ERP系统的通信图，
图19示出涉及完整的生产的通信图，
图20示出生产执行系统PES的数据库的结构，
图21示出基于佩特里网络的编制工具及其工程的示意图，
图22示出具有连续统方案的工程步骤的示意图，
图23示出运送单元的运行过程的消息序列，
图24示出升降机的运行过程的消息序列，
图25示出制造系统的服务场景的示意图，
图26示出基于分布式动态编制方案的设备连接方案的示意图，
图27a)-d)示出运送单元和升降机的编制，
图28示出连接行为模型和产生编制服务的示意图，
图29示出涉及将编制服务用作DPWS设备的通信图解，
图30示出涉及开始执行编制服务的通信图解，
图31示出涉及停止编制服务的通信图解，
图32示出具有生产执行单元的制造系统的示意图，
图33示出生产执行系统PES的接口的示意图，
图34示出在冲突节点处的冲突状况的示意图，以及
图35示出本发明重要的关系的示意概览。
具体实施方式
下面描述应用情景的概念。
图1示出制造系统DAS（动态装配系统），用于表示基于单向传送单元C1-C3，C5，C6-C9、横向传送单元C4，C6和升降机单元L1，L2的实例的SoA方案的应用。
图2示出相同的系统，但是以机电一体化的模块图解来示出，并且示出具有嵌入式的基于WS的功能性的自动化设备或控制设备STB的连接，这些功能例如是基本服务S和经过编制的功能OS，以及示出编制机（下面为编制引擎OE）的放置。
图3示出具有机电一体化的传送模块C1-C11、升降机L1，L2和工作站W1，W2的系统的模块化构造。
运送系统的中央部分（单元C1-C9）由9个运送单元C1-C9（传送带，单向或横向传送地）组成，如在图4（a）和(b)中所示。单向的运送单元C9-具有输入和输出端口PORT1，PORT3，横向传送单元C4，C6使得不仅可以在纵向上，而且可以在与纵向垂直的方向上进行运送，并且包括输入和输出端口PORT1-PORT4。这些单元具有光学传感器S1和用于传送电机M的输出端。此外，横向传送单元C4，C6可被看作由两个设备构成的组合，一方面是单向的运送单元C2，C5，C8，以及具有执行定向运送的可能性的升降机L1，L2。
横向传送单元C4、C6具有两个光学传感器S1，S2，以用于检测托盘P的存在，并且具有两个另外的传感器S3，S4，以探测横向连接CC是位于上面的位置还是下面的位置。4个输出端被用于控制电机M，一个用于控制正常的传送电机M1，另一个电机M2用于提升中央的、定向的横向连接模块，以及两个电机M3，M4，用于按顺时针以及按逆时针的定向运送。
下面的运送单元C10，C11具有与正常的单向运送单元（例如单元C5）相同的行为，但是更长。
升降机通过单元L1和L2来标识，如在图3和图4(c)中所示。除了它们作为系统的上面的部分和下面的部分之间的接口的功能之外，所述升降机还负责将托盘P运送到制造室（Fabrikationszelle）中以及从制造室运出。升降机L1，L2中的运送单元TE为了检测托盘P的存在而具有两个光学传感器S1，S2。在这些单元的两端处存在光栅。运送单元TE此外还可以在两个方向上被移动（类似于横向传送单元C4，C6的中央单元CC），因此对于每个方向都存在输出端PORT1-PORT4。升降机电机HM通过Telemecanique（注册商标）Altivar71结合控制器内部卡来控制（用于控制提升的变频器），该升降机电机对传送带的当前位置进行计数和计算。控制器内部卡被选择来代替Advantys（注册商标）EHC3020快速计数模块，因为在选择的时刻不保证提升位置所需要的精度（<1mm）。
在下面的表格中总结系统中运送单元的各个组成部分的特征。
单元ID 类型和功能 托盘输入端口 托盘输出端口
C1,C3,C7,C9 横向 3个可用，仅使用一个（ 1 ） 3个可用，仅使用一个（ 1 ）
C2,C8 单向，用户嵌板工作位置，RFID(2) 1 1
C4,C6 横向，RFID(2) 3个可用，仅使用两个（ 1 ） 3个可用，仅使用两个（ 1 ）
C5 单向 1 1
C10,C11 单向（长） 1 1
L1,L2 起始和结束升降机（ 3 ） 2个可用，仅使用一个（ 1 ） 2个可用，仅使用一个（ 1 ）
（1）通过单元的物理组合，只有托盘的几个输入和输出端口可用（输入端与输出端连接）或根据理性原则可以被激活（死端（Dead-end））。
（2）RFID：射频标识。
（3）起始升降机为使用RFID被准备。
托盘P手动地借助单元C2和C8而放置到系统中，并且在替换的路径上被运送至工作站W1和W2。在该非常小的室中，托盘P一直在系统中循环，直到所述托盘被引导至工作站之一为止。该通路确定在横向单元处依据被设置在确定的托盘上的产品所需要的生产过程来进行，并且同样取决于系统中（在此在W1和W2情况下）的生产服务的场所和可用性。工作站可以提供多于一种的生产运行方式，并且生产运行方式可以来自多于一个的工作站。
一旦托盘P被引导至给定的工作站W1，W2，以便接收确定的生产过程，线性控制系统（在这种情况下是服务编制装置）就将托盘P停止在运送单元C2，C8处，直到通过操作者触发该生产过程为止。操作者的信号通过简单的HMI应用（人机界面，Human-Machine-Interface）传输。
为了标识托盘P，为横向单元C4，C6和工作站单元C2，C8配备诸如RFID设备（Radio-Frequency Identification，射频标识）的标识单元IE，该标识单元IE具有从/向托盘P的标签读/写数据的能力。标识单元IE由线性编制装置使用用于向外部生产执行系统PES（Production Execution System）“询问”下一个设置的生产步骤。替换地，该询问可以不在每个横向连接处进行，而是生产流程可以存储在生产标签上并且可以从所述生产标签中读出。
下面阐明自动化和控制建立。
无数的自动化设备STB被用于控制制造系统的机械部分，并且通过提供和使用服务形成至更高层面的生产执行系统PES的接口。
● Advantys STB：每个系统模块或部件C1-C11，L1-L2，W1，W2单独地由诸如在图5中示意性示出的Telemecanique（注册商标）Advantys STB NIP2311的自动化设备STB控制。自动化设备STB具有以太网网络接口模块NIM并且可以由用户根据来自不同输入/输出模块IO的过程要求汇编。
● Advantys STB+IEC引擎：为了在自动化设备STB_IECE中实现IEC引擎，以太网模块NIM的CPU被用作SOCRADES服务基础设施的主机，这使得可以将用户定义的应用用作DPWS（web服务的设备概要）兼容的服务部件。数字I/O模块IO和快速计数模块受到支持。以太网模块NIM能够实现I/O点之间的简单的逻辑运行方式，并且在Modbus寄存器中映射过程图像。在图4中示出具有数字的6位输入和输出模块的小岛。自动化设备STB_IECE被用于将不同的单元实现为机电一体化的部件，这意味着每个单元都由其自己的自动化设备STB_IECE控制，并且其功能作为Web服务提供。这些服务由具有嵌入式IEC引擎IECE的自动化设备STB_IECE实现。诸如Geensys公司的ControlBuild的软件被用于离线地确定逻辑和服务并接着传输给自动化设备STB_IECE。目前支持语言：功能框图（Function Block Diagram）、阶梯（Ladder）和顺序功能图（Sequential Functional Chart）。
● Advantys STB+佩特里网络引擎：另一种基于佩特里网络机PNE提供嵌入式服务编制引擎OE的自动化设备STB_PNE同样象DPWS堆栈那样实现，具有与用于具有IEC引擎的自动化设备STB_IECE相同的使用机制。在目前实现IEC和佩特里网络机PNE的方式中，不可能集成到相同的物理设备中。用于两者的OS资源（任务和信号机（Semaphoren））的数目合起来太高，并且需要基本的优化。此外，佩特里网络机PNE还不能通过接口与I/O和/或IEC引擎的报告子系统组合。诸如Continuum Development Studio CDS（连续统开发工作室CDS）的软件被用于创建系统模型以及用于将这些模型与所述一个/多个自动化设备STB一起应用。
● OSITrack（商标名称）RFID：为了RFID读/写访问，使用诸如OSITrack（商标名称）RFID设备的标识系统OSI。OSITrack设备OSI借助Modbus Serial连接到控制单元TSX（以太网转换器处的RS485），该控制单元通过ModbusTCP与网络N通信。标识系统OSI的天线被放置在模块C2，C4，C6和C8上。每个托盘P因此可以通过底侧处的112千字节标签被标识。在制造系统中每个托盘P具有自己的标签ID。关于专用托盘P的工作流的信息被存储在数据库中。标识系统OSI自动检查托盘P的存在并且将该托盘的标签的数据传输到控制单元TSX。每次当新的标签被天线检测到时，就更新这些数据。
将控制设备STB集成在机电组件系统的机电一体化的部件/模块中产生如图6中示意性示出的“协作的自动化单元”。
使用下面的单个设备之间的连接（参见图7）：
单元ID/设备 设备 固件/工具
C1-C3,C7-C9（工作站的线） 2+1个STB ControlBuild(1)
C4-C6（主线） 3个STB ControlBuild(1)
C10,C11（回程线） 1个STB ControlBuild(1)
L1,L2（升降机） 1+1个STB ControlBuild(1)
用于C2，C4，C6和C8的RFID天线 TSX ETG 100 DPWS至ModbusTCP网关(2)
组合的服务1,2和3 3个STB 佩特里网络机，连续统开发工具（ 3 ）
（1）ControlBuild被用于离线地描述逻辑和服务并且然后应用于STB。
（2）基于PC的DPWS至ModbusTCP网关是可以将若干逻辑和服务固定地作为程序输入所利用的软件（例如用于RFID）。
（3）借助Continuum Development Tools（连续统开发工具）来配置具有嵌入式佩特里网络机的单个STB。
图8示出WS兼容的控制设备STB_PNE，STB_IECE的放置。
每个工作站W1，W2都配备了具有两个按键和一个开关的用户嵌板。用户嵌板不在所示出的制造系统中使用，实际的使用是接通和断开工作站W1，W2以及用户发送两个命令的可能性，例如OK和ERROR（错误）。该功能性能够由基于PC的HMI实现，该HMI显示产品数据并且向用户提供输入该过程的结果的可能性。如果没有这些按键，则工作位置具有与简单的单向运送单元相同的特性。
创建复杂的、灵活的和可重新配置的生产系统的方案是：这些系统由模块化的、可再使用的部件组成，这些部件将它们的生产特性作为一系列不同的服务提供。该构造方案适用于生产中的大多数层面；简单的设备接合成复杂的设备或机器，这些复杂的设备或机器自身又被构造以用于创建生产系统的室或线。同样地也适用于构想面向服务的生产系统以及由较简单的服务接合成复杂的服务。
基于模型的编制引擎OE与编制工具CDS一起是在图9中表示为一般的编制引擎箱的系统架构的组成部分。该图画还给出关于与其它集成部件（例如决策辅助系统DSS）的关系和设计以及用2D/3D工程环境CDS对面向服务的系统的仿真的概览。
基于硬件和总项目要求决定，形成分布式系统的基本组合件应该是用于不同任务的可配置软件部件。因此，软件部件被设计为Bot，其在内部具有所谓的“编制引擎”，并且能够（按照面向服务的方式）协调它们的活动以及此外承担与系统中其它部件的协作过程。
在根据图10的例子中，Bot的自主性范围是运送单元（传送带）。与系统中其它软件部件（例如其它Bot）的通信通过提供服务和使用所需要的其它部件的服务来执行。对于Bot的设计、配置和维护需要不同的工具，这些工具必须是用户友好的并且通过使用更高层面上的编程方案（可视化语言）来加速开发。
由于服务不是孤立的、直接使用关联的软件部件的实体，因此可以设置一种产生交互的逻辑。所选择的建模语言由具有在更高层面上的扩展（如时间观察）的佩特里网络规范、特性系统和可匹配的令牌引擎来产生。下面将其称为较高层面的佩特里网络（高级佩特里网络，High-Level-Petri-Net，HLPN）。HLPN的可扩展的特性机制被用作用于配置与web服务连接的特性的接口。
其它要求是使用决策辅助系统（DSS；Decision Support System），该决策辅助系统能够在每个决策点向佩特里网络模型提供正确的数据。该DSS是用于运输系统的基于模型的方案和生产规划系统之间的最重要的接口。
关于所使用的科学方案的其它细节公开在如下的出版物（全部涉及SOCRADES项目）及其它中并且以全部内容的方式参考其内容：
Figure 186032DEST_PATH_IMAGE002
由于基于SOA的自动化系统不具有所属的应用软件和方法论，因此在软件开发范围内进行努力并且创建用于所使用的制造系统的多个软件包。在任何情况下，系统工程和所连接的工具都应当减轻开发者的工作。就佩特里网络而言，由于缺乏使得可以简单地使用大的和复杂的网络的计算机工具而只是有限的实际利用。
该项目根据连续统概念被称为Continuum Development Tools，该连续统概念由物理学和哲学已知。第一开发通过集成已经开发的、在相同名称下的软件部件来实现，尤其是PndK（Petri Nets Development Toolkit，佩特里网络开发工具包）。利用该集成对无数软件包的需求变得明显，其中有：用于开发Bot的框架，用于创建和管理Bot的工程工具以及无数的用于支持诸如通信和设备接口的任务的其它辅助装置（主要是库）。
图11示出具有无数分组的软件部件的部件图，这些软件部件是为了连续统项目的原始范围规划的。目标系统从传统PC（专用于工程工具）到必须嵌入所生成的Bot代码的设备。这些组根据自动化Bot、支持所述自动化Bot的工程工具和附加的用于支持开发的辅助装置（以库的形式）来分类。主要部件是用于开发Bot的Continuum Bot Framework（连续统Bot框架，CBF）以及其功能模块，这些功能模块在生物的解剖学中找到其开发方案。另一个部件，即基于可扩展的文档/查看框架的Continuum Development Studio(连续统开发工作室，CDS)提供用于面向科学的Bot的工程工具，例如对可视的描述、分析和行为仿真的支持（目前以按照T.Murata，1989的定义的佩特里网络形式体系）。在下一段落中更详细地阐明自动化Bot和工程工具两者。
辅助装置包包括多个再使用的软件库和软件工具。其中一些是内部开发的，并且其它可以从外部源添加，例如用于开发web服务的SOA4D-DPWS库（可在https://forge.soa4d.org获得）以及主要作为图形工具而用于CDS中的人交互的Qt工具包（参见http://qtsoftware.com）。
主要开发语言是C和C++。开发环境是借助多个工具来生成和管理的。在此情况下将Subversion（子版本）(http://subversion.tigris.org)用作版本化系统。CMake(http://www.cmake.org)被选作Building System（建立系统）（允许平台蔓延的开发和生成）。此外借助Doxygen(http://www.doxygen.org/)生成文档。不使用专用的软件项目管理工具，因为所述组仅由几个人员组成并且开发通常可以在一个地点进行。
为了满足必要的要求，为了实现多个功能而设置的Bot必须具有针对不同功能模块（“器官”）的高效能性的一致的解剖学。异步运行的模块、可能的数据不一致性以及并行运行的过程和线程可能引发问题。一般来说，应当考虑将模块集成到完全起作用的Bot中。类似于在几乎所有具有神经系统的动物中完成的那样，由模块产生的“脉冲”或信号必须被正确地引导至确定地点并被解释。这可以被认为是集成的松散形式，尤其是在基于事件的集成的情况下，在这种情况下模块通过来自事件的报告以及对事件的反应而彼此互相作用。
开发Bot的基础是Continuum-Bot-Framework（连续统Bot框架）。焦点在CBF以及在模块和Bot的实现上的类图在图12中示出。模块可以通过CBFAbstractModul类的遗传来定义，并且向该模块添加专用的功能性。佩特里网络核模块例如使用连续统佩特里网络核库的函数和结构。对于DPWS模块使用外部的SOA4D-DPWS库来产生通信模块。该通信模块可以由Bot用于通过提供自己的服务或者通过使用其它Bot的服务来与其它Bot通信。独立的Bot（集成为单独运行的应用或集成为库）可以通过修改CBFAbstractBot来实现，其方式是添加专用代码并且组合必要的模块。在图12中讲述了机电一体化的Bot的例子，该Bot取决于多个模块。
对于Bot的内部特定的通信使用信号，即在这些模块之间存在基于事件的交互。信号由CBFSignal类产生，并且多个参数和用户数据可以用信号的实例来定义。信号由模块发送并且通过中间连接的、与每个模块连接的CBFModuleManager转发。信号的接收和信号的分析由每个模块异步地执行。如果接收到信号，则将该信号存储在模块的本地等候队列中。模块在内部是一种线程循环，该线程循环对所接收的信号的本地等候队列进行分析。如果从该等候序列中提取信号，则这触发对与该事件相应的程序代码的执行。所使用的信号机制在功能方面可以与Qt工具包的信号/时隙原理相比。
佩特里网络的应用对于具有所确定的行为的典型系统以及对于具有分布式用户的更复杂的系统来说可能都是有意义的。在任何情况下，系统工程以及所属的工具都应当减轻开发者的工作。就佩特里网络而言，由于缺乏使得可以简单地使用大的和复杂的网络的计算机工具而只是有限的实际利用。因此Continuum Development Studio(连续统开发工作室，CDS)想要从对自动化Bot的详细说明和配置、对系统的分析和仿真到开动来为面向服务的自动化系统的多个工程任务提供用户友好的环境。图13示出CDS的屏幕快照，该CDS对佩特里网络检查模型进行仿真。
开发基于端口和以前的PndK的自然继续发展，该PndK另外还具有多文档/查看类型框架（类似于模型-查看-控制器的结构原件）以及其它工具。所述框架是在所使用的Qt工具包的不足的基础上创建的（该Qt工具包实际上支持类形式的模型-查看编程，但是没有用于其管理并且将其集成到应用中的框架）。基本上，所述框架具有用于监视文档的文档管理器类及其视图、用于按照逻辑的方式添加文档的项目浏览器（Project Explorer），以及抽象类，利用所述抽象类，开发者可以设立个性化的文档和视图。文档管理器允许根据制造方法的类型创建文档实例和视图实例，并且同样提供对其工具的个性化，这些工具例如是菜单、工具栏和其它小部件。文件管理（通过诸如新建（Neu）、打开（Öffnen）、存储（Speichern）等等的过程）对于所有文档类型也按照集成的方式来操纵。目前仅实现了佩特里网络文档类型和文本文档类型（以及相应的视图）。
佩特里网络文档/视图使得可以对佩特里网络进行设计、分析和独立的仿真。此外开发了个性化的特性系统，该特性系统规定向佩特里网络及其元件添加信息，所述信息例如可被使用，以便佩特里网络模型与自动化Bot的行为可以关联。同样可以输入已经经过配置的WSDL文件并且将该WSDL文件分配给所建模的佩特里网络的转移（Transition），从而这些转移在所述模型在Bot中被使用时主动参与报告序列。存在所装入的编制引擎，该编制引擎可以根据佩特里网络定义的工作流来协调和同步化服务（借助SOA4D-DPWS库）。Bot的配置（利用佩特里网络核模块）主要通过借助佩特里网络模型来描述预期的行为（包括使用外部服务、提供自己的服务）以及通过设备接入而进行。
前面的段落讲述了佩特里网络设计器如何能详细说明用于机电一体化的部件或甚至更大系统的模型。
根据第一发明思想，本发明涉及用于在基于SOA的自动化设备中配置HLPN的方法和软件产品。
在下面的段落中阐明用于汇编系统SYS的工具链、配置文件DF（Discripter Files，描述符文件）的创建以及这些文件对设备STB或仿真器SIM的应用。在图14中示出部件或系统设计、汇编（Zusammenstellung）和设备STB的使用的完整顺序。
如前已经所阐述的，系统SYS可以包括大量机电一体化的部件C1-C11，L1，L2，W1，W2，这些部件构成为来自机械系统、电子系统、控制装置和接口的单元，例如借助web服务的通信。机电一体化的部件的例子是升降机L1，L2以及运送单元C1-C11，它们分别具有所属的自动化设备STB。
在考虑WSDL文件和设备模板（Device Template）DT的情况下，由部件模型形成所谓的部件实例模型CIM，这些部件实例模型具有实例和参考名称。部件实例模型CIM描述确定的机电一体化部件，如系统SYS中的升降机L1，L2，例如在位置上（örtlich）为本地的系统的升降机L1。
部件模型被理解为没有实例和参考名称的机电一体化部件的HLPN模型。部件模型CM描述类型的所有部件，例如升降机L1，L2。
其它最重要的辅助装置是：
● 组成工具CT——由此部件模型CIM根据布局配置文件LCT而被接合，部件实例模型的逻辑端口PORT1，PORT2，PORT3，PORT4相互连接。
● 配置生成器CG——从佩特里网络系统模型SM、参考、WSDL和设备描述文件中创建使用文件或配置文件DF。
● 使用管理器WSM——借助WS管理使用服务将所产生的使用文件或配置文件DF加载到目标设备STB中。目标设备STB必须驻有（hosten）佩特里网络编制引擎并且通过其UUID来标识。
其它工具：
● WSDL解析器——允许用户详细检查WSDL文件的报告结构。该解析器在映射转移中的WSDL过程并且将其它报告参数添加到转移特性中时是需要的。
● 设备描述文件的原件生成器（Vorlagengenerator）——从预定的参考名称中创建新的设备描述文件。参考名称被用于创建设备模型数据、设备类型以及设备应用范围。
● 设备搜索工具——辅助工具，其检测网络中的所有DPWS设备并且在本地写设备描述文件，以便这些设备描述文件稍后可以由设计器和配置生成器工具CG使用。文件应当被重命名，因为所述文件显示描述名称和设备的UUID。
● Apache HTTP服务器——应当被用于存储WSDL和图解文件。
● Materna服务浏览器 （Service Explorer）——用于在测试阶段期间进行支持的辅助工具。
前提条件：
● 通过设计器的正确配置：调整工具路径；调整WSDL的本地目录；调整WSDL基本URL。
● 设备描述文件可用于：所有物理存在的连接部件（使用设备搜索工具）；所有新接合的部件（使用原件生成器工具）。
● HTTP服务器：运行；所有的WSDL和图解文件被存储在正确的存储器位置上。
详细的准备：
组成工具CT被用于由一组部件实例模型CIM半自动地组成系统模型SM。该组成根据布局配置文件LCF（基于XML的xrc文件）进行，该布局配置文件描述待连接的部件实例模型CIM的关系。该文件借助文本编辑器或者借助例如Delmia的外部工具创建。此外，用户必须为每个物理部件C1-C11,L1,L2（复制和插入）创建单个模型CIM，即使使用相同的模型CIM。于是必须用正确的和有约束力的参考名称配置每个部件实例模型CIM。这必须或者由设计器或者通过替代文本编辑器中的符号链来进行。
为了创建配置文件CF，需要设备描述文件DDF，所述设备描述文件在模型CIM中的有约束力的参考名称和真实的DPWS设备/服务之间建立1:1链接。用户可以开始用于检测所有DPWS设备的网络扫描过程，该网络扫描过程在本地用设备类型、运行使用、地址、描述名称等等来写设备描述文件。接着用户通过对各自的描述文件进行重命名来产生至有约束力的名称的连接。
DPWS设备表示逻辑设备（作为网络中的服务端点可见），其提供确定的用于发现和元数据访问的服务。DPWS设备是用于实际功能服务（DPWS服务）的容器（Container）。
DPWS是一种用DPWS设备和服务定义自己的资源模型的标准。DPWS标准要求DPWS设备作为网络中的服务端点可用并且所述服务提供WS发现和WS元数据交换。从而DPWS服务可以由设备询问和寻址。例如升降机L1是类型升降机的DPWS设备，该升降机提供DPWS服务如“升起”和“运送”。
DPWS服务是专用服务的DPWS-构象体（Conformer），例如类型“升起”或“运送”。此外由DPWS标准还要求和支持WS元数据交换和必要时WS事件化（Eventing）。
所采用的服务的元数据表示服务（端点）的附加信息，这些附加信息可以由设备通过DPWS服务下载。
应当投入使用的系统模型SM被表示为DPWS设备。因此为此还需要设备描述文件。新描述文件的创建由原件生成器批文件来产生，为此该原件生成器批文件需要有约束力的名称作为输入。有约束力的名称必须相应于模型的项目名称（xpn文件的名称）。
HTTP web服务器用于能通过URL访问所有文件，从而每个可以读取所使用的服务的元数据的计算机的每个工具也可以解释WSDL存储位置特性，并且由此可以下载WSDL而无用户干预。Materna浏览器例如可以自动下载和创建客户端（Client）。另一个优点在于可以由此集中管理这些文件。
由经过后处理的WSDL文件配置的一般通信模块的当前实现引起对WSDL文件的某些限制。只有符合DPWS的定义能够被使用，这意味着只有具有SOAP-HTTP连接和文档样式以及文字编码（literal Encoding）的操作才允许被使用。消息可以或者为空或者仅包括消息部分。该消息部分必须涉及XML元素并且不允许涉及类型。这些类型可以在相同的WSDL文件中被详细说明。Xsd:sequence（序列）可以被使用，但是所有针对事件的详细说明必须具有固定的大小；“无束缚的(unbounded)”不允许使用。Xsd:choice（选择）、Xsd:union（联合）、xsd:any（任何）不允许使用。所有基本类型都作为字符串处理，不执行类型检查。诸如列举（Xsd:enumeration）的约束和刻面（Facetten）可以使用，但是这里也不进行类型检查。SOAP编码和阵列类型不受支持。
下面的步骤可以单独被执行，并且这些步骤确保进行所有准备（图15）：
● 部件模型CM的设计，诸如升降机L1，L2、运送单元C1-C9的每设备或部件类型
● 部件实例模型CIM的创建通过复制部件模型CM以及相应于与设备实例关联的设备描述文件名称来匹配参考名称（‘bref’特性）而进行
● 在文本编辑器中创建布局配置文件LCF
● 将部件实例模型CIM组成为一个或多个系统模型SM
● 在设计器中打开接合的系统模型SM。替换地，可以在文本编辑器打开模型SM并且将PN元件的坐标设置为固定值
● 生成配置文件DF。该过程通常生成两个文件：具有所参考的端口类型和模型表示的服务类描述符SCD，以及用于所驻有的服务信息的数据，所述服务信息具有执行引擎用的稍后所需要的所有发现提示，以解决所参考的部件服务。向用户显示缺乏的WSDL或设备描述文件
● 确保驻有佩特里网络机PNE、OE的自动化设备STB_PNE或者仿真器运行以及准备好接收配置。标识驻有执行服务的逻辑设备的设备UUID（其例如使用Materna（商标名称）浏览器）
● 调用执行管理器，以便将用于特定系统模型SM的描述文件加载到目标设备STB_PNE（UUID用于标识目标）。重复该步骤，直到所有模型都被使用为止
● 一旦目标STB_PNE已经接收了配置数据，则自动开始该执行。
所描述的方法的目标是借助对面向服务的架构的使用通过执行ERP（Enterprise-Resource-Planning=企业资源的规划/使用）系统ERP直接在生产平台PS中指出灵活性的获得，如图16中所示。此外，在整个系统中只有关于生产线的具体组成的最小前提条件。但是为了能提供可理解的应用，选择具体的设置。详细的生产步骤存储在生产执行系统PES中。
该生产执行系统PES集成在基于佩特里网络的决策支持模块DSS和ERP系统ERP（企业资源规划）之间，如图16和17中所示，该决策支持模块DSS与智能设备STB连接。该生产执行系统借助ERP中的本地识别单元LDU（Local Discover Unit（本地发现单元））注册NewOrderEntry。如果接收到NewOrderEntry，则由ERP系统询问其它细节。为此目的使用GetOrderDetails消息，在该消息中用表示生产单元的机器ID标识生产执行系统PES本身。
生产执行系统PES向系统ERP发送回具有可生产单元的数目的状态消息READY（就绪）。该响应基于内部存储的、关于单个产品的所需要的生产时间的数据。生产在接收到开始消息之后开始。生产执行在每次任务状态改变之后都被发送到系统ERP，直到要求被完全执行。
图18示出在可以执行状态更新之前所需要的交互。生产等候队列首先是空的。借助开始消息开始生产激活了生产过程。接着针对空托盘的下个服务请求生成新的产品记录。所请求的针对第一生产步骤的服务被发送回给要求下个服务的佩特里网络机。然后所述托盘被移动到生产单元，在此执行生产步骤。在该步骤结束之后用信号通知生产执行系统所述服务的结束。
生产步骤在ServiceCompleted消息被生产执行系统发送了之后结束。这引导所述服务的下个步骤。如果已经执行了生产列表的最后步骤，则产品完成。单个产品的完成将所制造的产品的数目增加了1，并触发被发送给ERP系统的状态更新。
用于生产单个产品的更广泛的序列将在下面的图19中示出。该例子涉及产品，针对该产品，过程描述如下：
1.新的托盘在工作站W1处的生产工作流中被使用。
2.单个生产步骤在工作站W2处执行。
3.最后产品又在工作站W1处结束。
工作流在佩特里网络机STB_PNE内开始，该佩特里网络机要求决策继续该生产。为了标识待处理的托盘Pzu，引擎OE访问所连接的RFID读取器OSI的RFID号码，并且在此使用所属的服务。该连接根据佩特里网络中的具体的物理拓扑结构被建模。
该托盘ID被使用用于从生产执行PES获得下个服务。通过送回的服务，佩特里网络机STB_PNE可以继续进行。接着托盘P被移动到确定地点，例如到工作站W2。在托盘到达目标地点时，所引导的生产单元W2针对给定的托盘ID获得命令ExecuteService。接着生产单元W2执行该服务。
对于该应用，基于PC的HMI被用作生产单元。这是向操作者显示具有所请求的生产步骤的文本消息的程序。所显示的文本由生产执行提供。在真实的系统中，生产执行可以提供其它用于执行生产步骤的信息，例如用于运行操纵器的程序等等。
在通过按压按键结束生产步骤之后，所使用的生产单元由操作者确认。该按键可以是HMI的一部分或者随后是物理按键。在图3中通知生产执行：对于托盘ID=10721的服务“ws1”结束。利用该消息同样也可以提供生产步骤的结果，例如当该服务被成功执行时使用结果=“OK”。下一次当对于该托盘ID请求服务时，返回其它服务。由此托盘被传送到下一服务。测量完成每个单个生产步骤以及制造整个产品的时间并且存储在数据库中。
为了演示更长时间段内的工作流，可以这样来配置生产单元，使得该生产单元自动运行。在这种情况下，服务在确定的持续时间之后结束。从而还可能的是，系统可以自动地在没有人干预的情况下生产单元并且执行任务。
为了对其它情景进行仿真，生产步骤可以具有不同于OK的结果，例如FAILURE（错误）、PROCESSING（处理中）、DEFEKT（有缺陷）、NOTONSTOCK（无库存）。
生产执行将数据存储在相应的数据库中（图19）。所述数据可以分为两部分。第一部分是在应用中使用的生产过程的定义。该第一部分例如可以为给定的URI定义所需要的生产步骤。第二部分用于接受和执行各个任务。在该部分中同样存储与时间相关的数据。
具有ProductionStep/ProductionStepList（生产步骤/生产步骤列表）和Provider/ProviderList（供应商/供应商列表）的表格“ProcessDescription（过程描述）”形成第一部分。对于第二部分使用表格ProductionOrder（生产任务）和产品。
不同的运行模式可以在具有任务细节的系统ERP中使用。下面的表格示出具有所执行的生产步骤的下一个可使用的过程。
编号 名称 URI 生产步骤
1 减速停止 被说明 “使得减速停止”（ws1）
2 单个步骤运行 被说明 “使用托盘”（ws1），“执行生产”（ws2），“使得减速停止”（ws1）
3 三个步骤运行 被说明 “使用托盘”（ws1），“连接外壳和电子零件”（ws2），“安装天线和闭合外壳”（ws1），“执行质量检查”（ws2）“使得减速停止”（ws1）
所使用的工具和工程方法论被添加在制造系统中，其目的是将托盘运输到工作站并且在对系统进行设计和维护时实现灵活性。
一旦软件完全结束并且是可以投入使用的，则提出如何将该软件用于详细说明自动化系统的问题。在下个段落中描述从系统设计到运行和重新配置的无数的成功的工程步骤，参见图21。
当前设计阶段允许主要在3D仿真工具中使用虚拟表示，以输出用于连续统开发系统CDS的XML格式的连接数据。CDS被用于设计和分析对Bot行为（图22a）进行描述的佩特里网络原件模型。如果设备/连接信息从3D仿真工具输入，则由CDS执行多个步骤：1）基于所产生的原件模型为每个Bot创建佩特里网络模型SM的实例CIM，2）产生佩特里网络模型SM的所需要的特性，使得所给定的信息的多个参数由3D仿真工具写入模型中（例如Bot/设备数据，连接，…），以及3)基于佩特里网络模型的“扩展”，可以进行模型组成以产生连接逻辑并且用于整个系统分析（图22b）。
在分析和仿真（可以用CDS以及还用3D仿真工具进行，提供虚拟设备的服务）之后，现在必须配置Bot。使用以下服务的过程在图22c中示出，该服务将其逻辑作为佩特里网络模型封装成具有嵌入式佩特里网络核模块的Bot。使用功能性是DPWS的标准特征并且作为动态的使用服务被提供。目标和使用服务可以通过Stacks Built-in Discovery Service（堆栈内装式发现服务）找到。在使用之后添加新的服务端点并且发起服务逻辑的执行。使用数据包括关于佩特里网络行为模型的数据、至邻居（所需要的服务）的连接、由Bot提供的服务以及此外还包括用于该Bot的其它模块的附加配置数据。该Bot自身（及其模块）被配置并且接着是可以投入使用的。
运行在此表示Bot的根据其定义的模型的自主行为，加上内部的例外处理以及通过不同的Bot及其它属于该系统的软件部件对服务的提供和使用（图22d）。服务方案中更高层面的特征还包括多个服务组合成一个（外部观点的简化），Bot之间的横向协作（提供服务），与分层控制方案相比的分散化。制造室的商业集成（以及一般地更高层面的集成）通过面向服务来实现。商业要求通过生产规划和通过监视制造室的工作状态来管理制造室（借助特定的系列）、去活/激活生产的不同的路由路径等等来表达。
在运行期间，如果控制模型对于Bot例如不再有效或者生产策略已改变，则可能需要重新配置。在这些情况下必须停止所涉及的Bot（而不使系统停顿），于是服务不再可用。在该时间期间可以创建新的模型，以实现新的期望的行为。然后将新的模型传输到Bot，并且最后可以又进行运行。
这一段落描述了在控制设备STB中用于协调所述情景的生产活动的自动化Bot（具有嵌入式编制引擎）。依据在该应用中自动化设备的分布，每个设备都应当嵌入式地具有负责其活动的自动化Bot。作为例子以及考察图3，一个Bot可能负责所有升降机单元，而另一个Bot可能负责传送系统的中央部分。模块化系统（但是具有必要的更多的设备并因此具有更多的Bot）是分别用于12个单元和2个工作站中每一个的Bot的定义。
Bot由3个主要模块组成：
● DPWS通信模块KOMM，
● 佩特里网络核模块PNKM，
● 决策辅助模块DSM，
以及概念上借助框架实现。最终的自动化Bot具有组合的功能性，这些功能性向该最终的自动化Bot出借其3个模块，即该Bot是具有内部决策辅助的面向服务的佩特里网络协调模块。Bot的逻辑由佩特里网络核模块管理。其解释给定的佩特里网络模型。总是在根据模型确定时，调用服务运行过程并且等待由DPWS通信模块调用。冲突和其它状况被转发给决策辅助模块。
指定用于所描述的方法的自动化Bot的特性可以总结在以下主题中：
● 具有DPWS的动态使用功能的可配置软件部件。这不仅执行对自动化Bot的配置，而且还执行对3个内部模块的配置。佩特里网络核模块例如接收佩特里网络的XML表示。
● 根据使用数据对当前服务的定义。
● 可以找到自动化Bot，并且可以使用现有的服务。
● 自动化Bot同样可以在必要时请求服务（例如内部佩特里网络模型的当前状态是对另一个系统部件的服务的询问）。
● 自动化Bot可以在出现例外时被复位（例如托盘被放置在其它地点）。
● 佩特里网络模型的解释和设备处可用的服务的协调。
● 借助面向服务来与其它Bot进行横向协作。
● 通过不同机制的冲突检测和解决：本地决策辅助模块的转移优先权和响应。第三种普通的解决方法可以是对涉及转移的外部事件的简单等待。但是于是这不被核处理为冲突。
● 针对生产规划数据（例如为了获得针对托盘的下个生产步骤）和/或通过RFID读取设备访问外部决策系统。
● 使得用于PC的独立的软件运行并且在应用小的改变的情况下也集成到自动化设备中的能力。
关于所述部件和模块的其它信息在研究报告中讲述。
对用于所有物理系统（在前面的段落中已经阐明）以及用于软件工具和部件的应用的目标设置是：
● 检查面向服务和针对所述情景的基于模块/部件的方案的概念；
● 以一定的灵活程度将托盘传送到正确的工作站（根据生产规划）；
● 将更高的编程（例如基于佩特里网络的结构）用于接合系统的所提供的不同基本服务；
● 对可能在工业生产系统中出现的事件的反应；
● 定义多个用于设计、分析、运行和维护所述情景的工程步骤；
● 开发附加的、用于简化这样的系统的工程过程的软件。
下面的分项逐步地描述了应用进程（Anwendungsprozeduren）。
根据另一发明思想，本发明涉及用于开发和应用嵌入在自动化系统中的编制机的基于HLPN的方案和工具。
诸如传送带C1-C11和升降机L1，L2的物理设备作为逻辑设备LD被表示给网络N。这些逻辑设备LD和它们的服务S在STB控制器（如果在PC网关处定义例如RFID，则是STB控制器中的一些）上运行。逻辑设备LD及其控制逻辑CL的服务S的详细说明通过多个进程实现：
● 具有ControlBuild的STB：逻辑CL和服务S离线地借助ControlBuild工具详细说明并且然后应用于STB；
● PC网关：逻辑CL和服务S固定地被作为程序输入到该软件中（例如RFID天线的服务）。
为了开始所述服务，可以使用BootP/DHCP服务器用于向设备分派IP地址。在这种情况下，使用具有包括所有STB的配置文件的BootP服务器。
下面的表格总结了所有可用的逻辑设备及其特性：
Figure 40855DEST_PATH_IMAGE003
。
为了描述服务和使对客户端可用，使用多个WSDL v1.1（web服务描述语言）。逻辑设备LD的端点EP与下面讲述的相应服务数据关联：
Figure 820592DEST_PATH_IMAGE004
Figure 652020DEST_PATH_IMAGE005
注释：
● 在使用诸如OSITrack的标识系统的情况下，读/写多个寄存器在目前的PC网关实现中是不可能的。但是为了应用不使用除了标签的ID之外的数据，没有用户定义的数据被写在标签上或从所述标签读出。
● 升降机首先必须在其可以使用其它运行过程之前被初始化（即使在Event Subscription（事件订阅）的情况下）。
● 如果托盘完全被装载/卸载，则TransferIn/TransferOut运行过程自动停止（并且发送相应的事件）。
● 将托盘手动地放置到传送单元上不生成事件。因此用户必须初始化过程，其方式是该用户在托盘被放置了以后从用于该单元的编制器调用TransferOut(0)运行过程。
● 在将托盘手动地从传送单元中移除之后，必须从编制器中调用运行过程TransferStop，以便对设备状态复位。
● 从ControlBuild工具输出的WSDL必须被匹配，因为在WSDL中详细说明的端口类型和由服务描述提供的端口类型不是相同的。
● 从ControlBuild输出的设备描述文件DDF在使用之后直接在STB的文件系统中修改，以便调整针对设备范围和类型的用户定义的值。
运送单元（传送带）C1-C11的消息序列将在下面的图23中针对两个运行过程TransferIn和TransferOut表达。
升降机L1，L2的消息序列在图24中针对3个运行过程IFtransferIn，IFtransferOut和IFlifting提供。
所提出的以及在系统中可用的服务场景在图25中示出。除了已经阐明的“基本”服务S，分布在设备STB中的编制器OE以及（集成在PC中的）具有外部任务的生产执行系统PES是应用的“心脏”，因为它们作为用于面向服务的自动化部件和过程以及生产部件和过程的活动的协调器（服务的组成和执行）和接口起作用。
行为模型依据可用的基本服务S（及其运行过程）以及设备的前提的行为来创建。控制模型的编辑过程是借助连续统开发工作室进行的。
设备方案以及针对每个单元的交互在图26中阐明。
图27a)示出运送单元的编制（上方），和在图27b)中示出升降机的编制（下方）。
对图27a)和b)的注释：
● portin：当前编制器的输入端口；portnext：随后的编制器的输入端口；portout：当前编制器的输出端口；status=4:托盘被装载。
● I/O:operation(parameter)：用于发送（O）或接收（I）的运行过程（从服务观点来看）。如果消息应当被接收并且具有参数，则仅当参数一致时才进行转移。
● 为了手动放置在WS1和WS2处，分别使用I:TransferIn(11)和I:TransferIn(12)。
●如果托盘被手动移除，则必须调用TransferStop。
● 响应“占用”通过响应O:TransferOut(portout)或事件O:TransferStatus(portout)来说明，其中portout=101-111（对于传送带），112和113（对于升降机）。
● 为了手动检查状态“占用”和为了移除“工作站停止/恢复（Workstation Stop/Resume）”功能（工作站停止/继续运行），改变：
●
Figure 466392DEST_PATH_IMAGE006
。
● 必须在手动放置/移除托盘之前进行getStatus询问，以便对传送单元的传感器数据复位。
● 在多个输入和输出端口情况下可以设置根据图27c）的支路连接：
● 在工作站处决策（或者让托盘通过或者在其处执行运行过程）以及在C4/C6处的冲突点处决策（选择哪条路径）时，必须在冲突的位置处在中央部分中进行改变。图27d)示出工作站W1的例子：
冲突是在基于佩特里网络建模的系统中的节点，在所述系统处可以选择替换的路径。这意味着该系统实际上可以切换多于一个的转移。这相应于必须进行决策的状况。
一般地，为了在网络中的点处调用决策辅助DSS首先通过OSITrack服务过程GetID来询问托盘ID。“所加载的”部分的询问的参数（id>p”loaded”.conflict_id）必须用冲突的地点ID（在该例子中表示为“loaded”/被加载）来代替。接着，每一个由冲突产生的支路连接的第一位置具有特性“服务”，该特性具有导致该支路的那些服务的用逗号分隔的值。在该例子中示出使托盘停止并且一直等到由工作站W1给定TransferOut（在通过托盘的运行过程结束之后）的服务“ws1”以及用于所有其它与工作站1没有关系的托盘的“标准”服务。在运行时间中，主管的编制引擎在冲突“被加载”时停止，将托盘数据转发给决策辅助DSS并且等待响应（该响应说明应当进行哪个与确定的服务关联的转移）。
● 如果用于升降机的模型相应于升降机B的模型，则从OFlifterA变换到OFlifterB。
● 该编制（参见图27）可以被使用用于以下值：
-正常的运送状况；
-该传送带被占用；
-下一个传送带被占用；
-手动的托盘装载/卸载；
-在过程中间由于工作活动等等而停止；
下面的表格示出每个佩特里网络模型的建模的细节和相应的设备：
模型 模型类型 工作站（+托盘的手动放置/移除） 多重I/O 冲突
C1,C3,C5,C7,C9,C10,C11 运送单元 否 否 否
C2,C8 运送单元 是 否 是
C4,C6 运送单元 否 是 是
L1,L2 升降机 否 否 否
模型的分析和验证借助连续统开发工作室的分析功能来执行。该分析基于对静态和动态模型特性的检查和确认。验证基于所建模的面向服务的自动化部件和过程以及生产部件和过程的模型特性与规范之间的同构。如果模型例如具有转移不变性以及具有“活力特性”，则转移不变性相应于存在基本路径（基本服务组成/编制）。
下面描述一种自创性的用于连接行为/编制模型和编制服务的产生的方法。
编制模型可以通过两种不同类型的端口而相互连接：
● 佩特里网络创建器：属于连续统开发系统CDS的工具使得可以产生基于各个模型的连接的新模型。对于该连接必须在佩特里网络模型中设置数据，并且需要定义XML连接文件用于描述哪些模型通过哪些端口连接。
● 用于服务询问/响应/事件的机制：这使得可以通过提供和使用服务实现多个编制引擎及其各自的模型的相互通信。
在图28中示出的连接策略在所述系统中使用。组成工具被使用用于生成模型编制右侧（基于部件C1-C3的模型CM）、编制中间（基于部件C4-C5，L1，L2，C10，C11的模型CM）以及编制左侧（基于部件C7-C9的模型CM）。所生成的模型借助服务调用（“TransferIn/TransferOut”机制）相互通信（用于执行托盘的运送运行过程）。
为简单起见，而且此外为了演示根据标准的和可再使用的类型的组成功能，所产生的编制服务实现与具有若干特色的传送带相同的运送接口，参见图27a)和b)的[orch]设备。因此，编制服务可以与以前运送单元一样渐进地被创建。
一旦模型被创建和验证，则这些模型就可以被使用用于配置编制引擎设备STB_PNE。这借助连续统开发系统CDS和附加的辅助装置进行，以便将数据应用于设备。
为了设置，仅执行实时地响应编制引擎的请求的应用。
基于由编制引擎提供的服务（运送服务），开始模型的执行。通常在使用之后立即开始执行。
图31示出停止的过程。
使用情况的细节：
● 使用连续统开发工具CDS和附加的用于配置自动化系统的软件：
-以用于传送模块的佩特里网络形式体系设计和分析自动化模型。
-在具有嵌入式佩特里网络编制机的自动化控制装置中使用。
-手动地定义针对托盘的生产任务。
● 将托盘放置在工作站中（装载）并且根据生产规划自动转发给期望的工作站：
-借助工作站之一手动地对托盘下达装载命令。
-执行编制各个传送设备并且运输托盘的行为模式。
-解决交叉节点处的冲突（替换的服务供选择），在这些交叉节点处决策询问在托盘到达时指向生产执行系统。然后，生产执行作为响应预先给定托盘的正确方向（在从所提供的可能服务之一中调用一个和仅一个相应的服务时），该响应接着激活特定逻辑并且将托盘带到期望的目标地点。
-托盘到达工作站并且可以停止以用于运行目的。
● 放置第二托盘以及对两个托盘的相互编制：
-与在第一托盘情况下相同的进程，只是具有不同的工作规划。
-如果托盘通过相同的方式交叉（试图向相同的运输模块请求），则编制自动处理首先到达的托盘，并且一直等待第二托盘，直到第一托盘的运输结束为止。
下面的表格示出可以用所说明的方案和所提出的工具执行的功能。
Figure 288854DEST_PATH_IMAGE007
根据第三发明思想，本发明涉及一种与决策辅助系统连接的基于模型的服务编制引擎。
基于模型的服务编制引擎使用佩特里网络行话（Dialekt）:高级佩特里网络（HL-PN）作为建模和逻辑语言。HL-PN被扩展了用于直接在HL-PN模型中映射特定于web服务的特性的元件：服务和数据合约（service and data contracts），以及DPWS发现（DPWS Discovery）的配置。但是，模型也可以被扩展其它特性。除了符合DPWS的web服务之外，还可以配置其它面向消息或面向事件的通信层。
佩特里网络适于映射具有分布式资源的竞争的和同时运行的过程，这些过程在有限数量的软件和硬件资源上操作。基本方案是单独对系统的每个部件建模以及为配备逻辑接口，这些逻辑接口允许模型部件（自动化地）组成该系统的静态总模型。相应于系统的真实拓扑结构将模型实例相互接线。通过部件模型提供所有接口，所述总模型包含所有原则上可能的流程路径。以材料流系统为例，这意味着由运输部件组成的系统包含所有通过连接运输元件使得也可以物理地运输材料的流路径。在普通情况下该系统可以包含线性路径，并且由此所述过程似乎连续地进行，在更为复杂的组成中，所述过程可以包含具有多个分支和连接的若干路径，由此在运行时间可以选择替换的流程路径。在这样的复杂过程中的分支和连接被建模为佩特里网络中的冲突节点（conflict nodes）。佩特里网络模型中的冲突在真实系统中可以具有不同的含义。例如，托盘可以在运输元件上在不同的方向上被运输，或者两个子过程“竞争”相同的资源。
一些问题可以通过简单的算法来解决，例如随机选择过程路径，但是这样的解决方案从全局来看是低效的，或者对于确定的拓扑结构来说甚至是危险的，因为在那里形成死锁并且所述过程被封锁。由此清楚的是，子过程不允许仅在局部有限地同步化，而是在扩展的上下文中。这些问题不是新的，并且已经通过企业资源规划ERP/生产执行系统（MES）至少部分地加以解决了。
对于编制机和“经过编制的”服务系统，选择使得可以将决策算法与服务编制分开的架构。在编制机和所谓的决策辅助系统（Decision-Support-System）之间存在专用接口，以交换决策请求、响应以及用于找到决策的元数据。在编制的层面上进行所谓的局部决策，所述局部决策基于简单的算法并且例如在上级决策支持系统（DSS）没有作出决策时进行干预以断然地解决冲突。因此在下面的层面上作出纯粹基于模型知识和模型的当前状态的决策。
从编制的角度来看（自下而上），DSS封装上面的系统作为用于找到决策的服务，而不知道该决策基于哪些算法。
从企业资源规划（ERP）的角度来看（自上而下），DSS封装生产或制造系统作为具有用于输入生产任务和监视生产的接口的制造执行系统（MES）服务。ERP系统没有关于自动化过程的详细知识，而只是具有关于生产任务及其状态的详细知识。
根据图33和34的例子：为电子装配生产系统PS开发了生产执行系统PES部件（Production Execution=PE），这些部件提供用于服务编制OE的接口DSS_I和用于企业资源规划系统ERP的接口ERP_I。ERP系统由此能够将生产任务发送给生产执行系统PES。生产系统使用托盘P，该托盘P可以将未完成的产品发送给不同的工作站W1，W2以进行处理。模型中的“冲突节点”是这样的位置及其它，在这些位置上运输元件C1-C11具有多个输入端和输出端并且可以将托盘P引导至不同的工作站W1，W2。由于生产系统PS通过包含托盘ID的RFID标记OSI检测和标识托盘P。借助托盘ID，生产系统PS可以在冲突点处通过DSS接口来问生产执行系统PES，其中托盘可以被引导至哪里。生产执行系统PES了解属于托盘P的产品，该产品的处理状态以及接下来的工作步骤。基于对所有进行中的任务、所有生产过程、工作站的满负荷（瞬时和规划的）、生产资源的可用性的了解，生产执行系统PES可以决策该产品可以被引导至哪个工作站。
缩写：
API Application Programming Interface =应用编程接口
BPEL Business Process Execution Language =企业过程执行语言
BPML Business Process Management Language =企业过程管理语言
CMIP Common Management Information Protocol =通用管理信息协议
CMIS Common Management Information Services =通用管理信息服务
CPU Central Processing Unit =中央处理单元
DPWS Devices Profile for Web Services =Web服务的设备概要
DSS Decision Support System =决策支持系统
DTD Document Type Definition =文档类型定义
ERP Enterprise Resource Planning =企业资源规划
FIPA Foundation for Intelligent Physical Agents =智能物理代理基金会
HTTP Hypertext Transfer Protocol =超文本传输协议
IP Internet Protocol =互联网协议
MAS Multi-Agent System =多代理系统
OPC Open Connectivity, 以前是 “OLE for Process Control”=开放式连接，以前是“用于过程控制的OLE”
OPC-UA OPC Unified Architecture =OPC UA统一架构
OWL Web Ontology Language=web本体语言
OWL-S Upper Ontology for Semantic Web Services =语义Web服务的较高本体
QoS Quality of Service =服务质量
RFID Radio-Frequency IDentification =射频标识
SOA Service-oriented Architecture =面向服务的架构
SOAP 以前是Simple Object Access Protocol =以前是简单对象访问协议
SWRL Semantic Web Rule Language =语义Web规则语言
SWS Semantic Web Services =语义Web服务
SWSO Semantic Web Service Ontology =语义Web服务本体
TCP Transport Control Protocol =传输控制协议
UDP User Datagram Protocol =用户数据报协议
UML Unified Modeling Language =统一建模语言
URI Uniform Resource Identifier =统一资源标识符
Web Based Enterprise Management =基于Web的企业管理
WS-BPEL Business Process Execution Language for Web Services =用于Web服务的企业过程执行语言
WSCI Web Services Choreography Interface =Web服务编排接口
WSDL Web Service Description Language=Web服务描述语言
WSDM Web Services Distributed Management =Web服务分布式管理
WSMO Web Service Modeling Ontology =Web服务建模本体
WSO Web Service Orchestration =Web服务编制
WSOL Web Service Orchestration Language =Web服务编制语言
XML eXtensible Markup Language=可扩展标记语言

Claims (22)

1.用于配置具有嵌入式高级佩特里网络（HLPN）编制机（OE）的自动化设备（STB）或仿真器用来控制自动化系统（DAS）的机电一体化的部件（C1-C11,L1,L2,W1,W2,MC），的方法，包括方法步骤：
-为自动化系统（DAS）的每种类型的机电一体化的部件（C1-C11,L1,L2,W1,W2,MC）生成HLPN部件模型（CM），
-为每个物理存在的机电一体化的部件（C1-C11,L1,L2,W1,W2,MC）从HLPN部件模型（CM）中创建部件实例模型（CIM），
-创建描述待连接的部件实例模型（CIM）的关系的布局配置文件（LCF），
-基于该布局配置文件（LCF）将部件实例模型（CIM）组成至少一个系统模型（SM），其中部件实例模型（CIM）的逻辑端口相互连接/关联，
-基于至少一个系统模型（SM）以及设备描述文件和部件实例模型（CIM）的WSDL文件生成配置文件（CF），其中配置文件包括至少一个设备配置文件和服务配置文件，
-将配置文件加载到包含HLPN编制机（OE）的自动化设备（STB_PNE）或仿真器中，以及
-通过所述自动化设备（STB_PNE）或仿真器的HLPN编制机（OE）执行所述配置文件。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述布局配置文件（LCF，CF）描述待连接的部件实例模型（CIM）的关系，其中作为布局配置文件（LCF，CF）优选使用基于XML的文件，例如XRC文件。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述布局配置文件（LCF，CF）手动地或自动化地、优选借助文本编辑器创建。
4.根据前述权利要求至少之一的方法，其特征在于，为每个机电一体化部件创建单个部件模型，其中用正确的和有约束力的参考名称来配置每个模型实例。
5.根据前述权利要求至少之一的方法，其特征在于，设备描述文件在模型的有约束力的参考名称和真实的DPWS设备/服务之间建立1:1链接。
6.根据前述权利要求至少之一的方法，其特征在于，在系统中存在的所有DPWS设备手动地或者借助网络扫描过程被检测，其中利用设备类型、运行使用、地址和描述名称来检测本地的设备描述文件。
7.根据前述权利要求至少之一的方法，其特征在于，通过对各自设备文件进行重命名来产生至有约束力的参考名称的连接。
8.根据前述权利要求至少之一的方法，其特征在于，投入使用的系统模型表示为DPWS设备，其中由原件生成器批文件产生设备描述文件。
9.根据前述权利要求至少之一的方法，其特征在于，将文件驻留在HTTP-Web服务器上，并且通过URL访问所述文件。
10.根据前述权利要求至少之一的方法，其特征在于，通过复制设备类型模型和相应于与设备实例关联的设备描述文件名称对参考名称进行匹配来创建部件实例模型。
11.根据前述权利要求至少之一的方法，其特征在于，服务配置文件包括关于所驻有的服务信息的、具有所需要的发现提示的数据或者直接包括用于HLPN编制机的服务端点地址，以解决所参考的部件服务，并且设备配置文件包括具有所参考的端口类型和模型表示的服务类描述符。
12.根据前述权利要求至少之一的方法，其特征在于，自动化设备或者仿真器用设备UUID标识，和/或需要或包含实现在自动化设备中的有DPWS能力的设备。
13.制造系统（DAS），包括：
多个机电一体化的部件或设备（C1-C11，L1，L2，W1，W2，MC），如运输单元、升降机、工作站，它们共同工作以制造产品，
多个用于控制机电一体化的部件或设备（C1-C11，L1，L2，W1，W2，MC）的自动化设备（STB），其中将一组机电一体化的部件或设备或者一个机电一体化的部件或设备分别分配给所述自动化设备（STB）之一，
其中所述自动化设备（STB）通过网络（N）相互连接并且与生产执行系统（PES）连接以相互交换消息，
其中分配给一个机电一体化的部件或设备或者一组机电一体化的部件或设备的自动化设备（STB）被配置为，使得所述一个机电一体化的部件或设备或者该组机电一体化的部件或设备能作为逻辑设备被调用，以及所述一个机电一体化的部件或设备或者该组机电一体化的部件或设备的功能能作为所述网络（N）中的基本服务（S）被调用，
其中制造系统（DAS）具有至少两个所实现的服务编制引擎（OE），其中每个服务编制引擎（OE）被配置为，使得基于相互连接或同步化的编制或行为模型来编制在制造技术上配套的一组机电一体化的部件或设备的基本服务（S）并且表示在所述网络（N）中。
14.根据权利要求13的制造系统，其特征在于，编制引擎（OE）通过网络（N）与实现在生产执行系统（PES）中的决策辅助系统（DSS）耦合，其中在执行在编制引擎（OE）中实现的编制或行为模型时当在冲突节点处出现冲突时能询问决策辅助。
15.根据权利要求13或14的制造系统，其特征在于，所述决策辅助基于本地数据，如由机电一体化的部件提供的服务，并且基于更高层面的数据，如所提供的、涉及运行的生产任务和要求的服务。
16.根据权利要求13至15的制造系统，其特征在于，生产执行系统（PES）具有用于服务编制引擎（OE）的接口（DSS_IE）以及用于企业资源规划系统（ERP）的接口（ERPI），借助该企业资源规划系统能向生产执行系统（PES）传输生产任务。
17.根据权利要求13至16之一的制造系统，其特征在于，
制造系统具有标识系统（OSI），如RFID系统，借助该标识系统能够检测布置在托盘或产品处的标识，如RFID标记（OSI），借助该RFID标记能够读取托盘ID，使得制造系统（DAS）在冲突节点处通过接口（PSI）向生产执行系统（PES）请求：应该如何对待托盘或产品（P）。
18.根据权利要求13至17之一的制造系统，其特征在于，在生产执行系统（PES）或决策辅助系统（DSS）中存储关于产品的数据，如产品的处理状态和接下来的工作步骤。
19.用于制造产品的制造方法（DAS）：
通过协同作用的多个机电一体化的部件或设备（C1-C11，L1，L2，W1，W2），如运输单元、升降机、工作站，
其中一组机电一体化的部件或设备或者一个机电一体化的部件或设备分别由自动化设备（STB）控制，
其中自动化设备（STB）通过网络（N）面向服务地相互通信并且与生产执行系统（PES）面向服务地通信，
其中分配给一个机电一体化的部件或设备或者一组机电一体化的部件或设备的自动化设备（STB）被配置为，使得所述一个机电一体化的部件或设备或者该组机电一体化的部件或设备作为逻辑设备被提供和调用，以及所述一个机电一体化的部件或设备或者该组机电一体化的部件或设备的功能作为所述网络（N）中的基本服务（S）被提供和调用，
其中为了执行制造方法设置至少两个服务编制引擎（OE），其中每个服务编制引擎（OE）被配置为，使得基于相互连接或同步化的编制或行为模型来编制在制造技术上配套的一组机电一体化的部件或设备的基本服务（S）并且表示在所述网络（N）中。
20.根据权利要求19的制造方法，其特征在于，编制或行为模型通过端口相互连接，其中产生以机电一体化的部件的组的各个行为模型的连接为基础的模型，其中为了连接模型在所基于的佩特里网络模型中设置数据，并且其中定义连接文件，如XML文件，在该连接文件中描述了通过哪些端口连接哪些模型。
21.根据权利要求19或20的制造方法，其特征在于，编制模型通过端口相互连接，其中多个编制引擎（OE）和它们各自的模型的相互通信通过提供和使用通过服务的服务请求/响应/事件机制来执行。
22.根据权利要求19至21之一的制造方法，其特征在于，在模型的交叉节点处冲突的情况下，其中选择替换的服务并且使决策询问对准生产执行系统（PES），该生产执行系统将决策发送给编制引擎（OE），并且编制引擎（OE）在调用一个且仅一个相应的服务时从一组可供使用的可能的服务中选择正确的服务，并且激活特定的控制逻辑。
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