CN106020981A - 基于设备集群的智能服务综合调度系统及调度方法 - Google Patents

基于设备集群的智能服务综合调度系统及调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于设备集群的智能服务综合调度系统及调度方法，包括：设备群组集、服务群组集、设备能力处理模块、综合智能调度模块四个模块。设备群组集存储各设备的语义数值；服务群组集存储各服务的语义数值；综合智能调度模块分别与设备群组集、服务群组集相连接并传输和查找关键字信息，返回并记录匹配结果；设备能力处理模块与其他模块相连并传输和发布实例信息，将实例信息中的设备和服务相关信息记录下来进行匹配。本发明使得服务请求在语义层面上聚集后，再进行服务匹配，从执行上提高了服务运行的效率，缩短了制造系统的自动化、智能化、信息化的建设时间，提高了制造系统集成的通用性。

Description

基于设备集群的智能服务综合调度系统及调度方法
【技术领域】
本发明涉及工业信息系统技术领域，具体地说，是一种基基于设备集群的智能服务综合调度系统及调度方法。
【背景技术】
智能生产主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及自动化化技术在工业生产过程中的应用等，通过已有应用程序，进行服务封装，从而以一种通用的方式对设备功能进行调用和交互，对于大规模工业集成系统应用具有促进作用。然而以服务接口方式开展工业设备调用和交互并不容易，在工业生产过程中，流程复杂，设备间交互频繁，随着工业生产过程的复杂性提高，多个工业设备往往需要在成组环境下协同工作，才能满足复杂产品的加工及应用要求。
通过查找文献发现，JuhaPuttone等人在"Semantics-Based Composition ofFactory Automation Processes Encapsulated by Web Services,IEEE Transactionson Industrial Informatics,2013,pp.2349-2359.中，针对工业生产过程管理需要，将工业自动化设备的调用封装为服务接口，并使用语义描述来确定服务的调用状态，这样的语义模型也可根据领域本体的更新动态更新，具有良好的适应性。此方法依靠服务调用接口来实现设备调用，但没有对服务请求加以组织和分析，在运行环境中效率较低，难以满足复杂生产过程的综合要求。
中国专利文献CN：102402218公开了一种智能工业网络监控系统。该发明引入通用即插即用技术组建监控网络物理拓扑构架，利用层次分析法确定监控系统上下文层次结构、功能模块划分与数据依赖关系；系统功能服务采用基于进程间通信方法的系统服务函数调用机制与系统行为事件订阅机制。本发明能够动态响应工业监控网络的结构变化、实时性良好、通用性和自适应能力较高，但缺乏综合服务性能，没有充分实现工业服务系统智能化管理。
综上所述，关于一种基于设备集群的智能服务综合调度系统及调度方法目前还未见报道。
【发明内容】
本发明的目的是针对现有技术中设备服务接口技术的不足，提供一种基于设备集群的智能服务综合调度系统及调度方法。旨在建立服务使用者与服务提供者之间提供中间数据访问及数据控制支持，在大量高实时性，高并发服务请求环境中，以基于服务群组的方式来处理高并发的车间设备及人员的服务请求，降低服务平均响应时间，提高服务效率，实现多设备间的智能交互。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于设备集群的智能服务综合调度系统，该系统主要包括四个模块：设备群组集、服务群组集、设备处理能力模块和综合智能调度模块，所述的设备群组集由多个设备群组构成，一个设备群组是包含一系列设备并存储各设备的语义数值；所述的服务群组集由多个服务群组构成，一个服务群组是包含一系列服务并存储各服务的语义数值；所述的综合智能调度模块作为语义描述基础，通过概念模型的形式分别与设备群组集及服务群组集相连接并传输关键字信息和查找信息，返回并记录匹配结果；所述的设备能力处理模块与设备群组集、服务群组集和综合智能调度模块三个模块相连接传输实例信息和访问接口，并将实例信息中的设备实体和服务相关信息记录下来进行匹配。
所述的概念模型有两种组织形式，一种形式是在同一应用领域中涉及到的设备自动化功能的集合，称为设备群组自动化；另一种形式对应于上述应用领域中的概念所涉及到设备智能化服务的集合，称为设备群组智能化；所述的综合智能调度包括了领域本体中的功能概念类，从而连接了设备群组集和服务群组集，设备集群自动化是整个系统的基本功能，设备集群智能化是在自动化的基础上为设备群组提供服务群组。
所述的设备能力处理模块主要包括设备数据访问引擎、设备数据实体、设备数据处理模块和设备服务群组分发器。
所述的设备能力处理模块内设有服务匹配引擎用于分析及合并服务请求，并且进行匹配度计算，查找出匹配的设备群组，并作为结果提交返回给应用。
本发明采取的又一技术方案是：一种基于设备集群的智能服务综合调度方法，所述的方法运行过程如下：外延系统通过中间件服务的应用调用服务接口发起的请求构成服务群组请求队列，设备数据处理模块识别请求的群组及需要响应的设备组，对设备组及设备业务数据进行处理，与此同时根据综合智能调度模块建立的设备业务实体与设备元数据的映射关系找到目标数据，并将目标数据通过设备数据访问引擎请求执行访问。设备数据访问引擎模块通过通讯接口将执行请求发送至设备群组，设备群组在执行完请求后，通过服务群组分发器反馈执行结果，服务群组得到结果并通过中间件服务推送消息至请求者。
本发明优点在于：
1、本发明系统从工业设备复杂性交互出发，针对通讯处理要求、从消息中间件服务中调用设备操作的服务出发，针对请求之间存在的相似性特点出发，构建了基于设备群组的智能服务综合调度系统模型。该模型将并发的相似请求构造成一个能满足所有外部需求的设备服务群组，采用综合调度方式实现设备数据及信息服务的匹配，实现设备之间及设备群组之间的信息通讯服务，可作为工业设备调用及应用信息调用的信息服务模型，为生产制造系统的高效交互提供了一种智能实现方案。
2、本发明使得来自设备的多个服务请求在语义层面上聚集后，然后再进行综合匹配及调度。基于统一的服务接口标识作为综合调度参考，通过需求与服务两组对象的综合匹配，基于群组方式开展处理，支持高实时性，高并发服务请求的智能响应，从执行上提高了服务运行的效率，并与相关应用层与设备层之间的衔接，从而降低服务负载，提高了服务性能，提高了制造系统集成的通用性，增加了制造系统的智能化程度。
3、本发明系统各个模块之间的交互联系使得整个控制系统能够融合服务请求，并进而应用到服务资源动态聚集中，提高信息服务调度的综合效率。
【附图说明】
附图1是本发明系统的模块结构示意图。
附图2是本发明系统的各个模块实施流程示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
如附图1所示为本发明一种基于设备集群的智能服务综合调度系统模块结构示意图，该系统主要包括四个模块：设备群组集、服务群组集、设备处理能力模块和综合智能调度模块。
所述的设备群组集由n个设备群组构成，一个设备群组是包含一系列设备及其相关信息的设备集(DEV1、DEV2、……)。根据以信息为核心的服务构造，每一个设备群组可表述为服务标识、服务类别、语义标签、输入参数、输出参数等部分组成。它们彼此之间具有相关或相似的联系，可以表示为树形或者链表或者树与链表的结合。设备群组能够表达和组合不同生产设备之间及与生产材料的需求。
所述的服务群组集由n个服务群组构成，一个服务群组是包含一系列服务及其相关信息的成员服务(Sn1、Sn2、Sn3)。每一个服务可由输入参数、输出参数、和服务能力属三部分组成。所述的成员服务通过被独立地调用或者协作来实现某个特定需求群组的需求。成员服务被独立调用的服务群组称为聚合服务群组，由多个功能等效的成员服务组成，任何一个成员服务都能完成需求群组的需求。
所述的综合智能调度模块用于存储所有的设备元数据表述。将本体用于描述设备具有原子性的数据项，作为设备对象数据映射的语义表述基础，构成综合智能调度模块。用于存储元数据的语义表述内容以及相关信息实体与服务的关系描述，作为后续设备业务对象操作及设备控制等处理的基础。
所述的设备能力处理模块主要包括设备数据访问引擎、设备数据实体、设备数据处理模块和设备服务群组分发器。主要负责设备群组元数据与设备数据实体之间的数据通讯、数据转换及数据的装配，根据设备数据实体定义的处理能力，将设备能力封装成外部接口，并将设备根据分组组装成服务群组，宿主于服务处理计算机。
本发明基于设备集群的智能服务综合调度系统及调度方法的运行过程如下：通过中间件服务的应用调用服务接口发起的请求构成服务群组请求队列，设备业务数据处理接口识别请求的群组及需要响应的设备组，对设备组及设备业务数据进行操作，此过程根据综合智能调度模块建立的业务实体与设备元数据的映射关系找到目标数据，并将相应的数据通过设备数据访问引擎请求执行访问。设备群组在执行完请求后，通过调用接口反馈执行结果，服务群组得到结果通过中间件服务推送消息至请求者。
下面结合附图2对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
该实施例以本发明基于设备集群的智能服务综合调度系统为核心完成整个调度过程，包括：MES应用系统、服务调用接口、模型控制层和综合智能调度模块。
MES应用系统：MES应用系统作为本发明系统的外延系统，将外部订单转化为对生产系统的生产指令，制定产品的生产流程及生产工艺。MES应用系统通过服务调用接口驱动设备集群的智能服务综合调度系统，根据产品工艺及流程对生产指令分解及执行。
服务调用接口：位于本发明系统的上层，它向模型控制层发送信息服务请求，并接收服务返回结果信息，是基于服务群组的信息服务的应用者。主要接收基于信息服务的应用系统的请求并返回结果。
综合智能调度模块：是设备集群系统的基础，为模型控制层提供业务实体与设备元信息访问功能、设备元数据与设备实体对象建立映射关系及不同数据。
模型控制层：是整个该实施例系统架构的核心，包括四个模块，分别是服务处理模块、设备数据引擎模块、服务调用模块和结果路由模块：
(模块1)服务处理模块：该模块通过对进入请求队列的大量并发性需求进行相关性分析，通过设备群组找出相似或相关需求，并利用设备群组构造器进行结构化整合，构建服务群组，以实现将多个需求整合为一个能满足其所有成员要求的服务群组。
(模块2)设备数据引擎模块：该模块通过数据标识数据库与设备实体数据映射，实时处理设备群组数据的读写。
(模块3)服务调用模块：服务调用模块通过对服务群组的调用产生多个服务结果，将这些服务结果进行结构化整合，生成满足应用调用者的服务结果。
(模块4)结果路由模块：结果路由模块根据需请求队列中各个成员需求来解析服务结果集，根据各个请求队列的具体要求来将相应的结果子集分发给应用者。
本实施例的系统各模块的调用过程如下：MES应用系统接收到外部订单生产指令后，制定产品工艺过程及流程，选择相应的设备群组，根据工艺要求对设备群组的工艺参数进行设定，并根据工艺流程规划相关设备群组的生产流程，这些需求通过服务调用接口调用本发明设备集群的智能服务综合调度系统。服务群组组件对来自外部的并发服务请求队列通过模型控制层的服务处理模块进行相关性分析，并将请求队列转交给设备业务数据处理接口或者综合智能调度模块。设备业务数据处理器在设备群组中查找对应的设备群组或者设备，将请求通过设备数据引擎模块执行相应的响应。服务结果路由模块的组件通过结果解析器对服务群组的调用结果进行解析，针对需求群组中各个成员需求的不同要求，产生符合其要求的服务结果，然后通过结果路由分发器一次将相应的结果分发给各个需求方。另外生产中的各种状态及数据都将实时的反馈给需求方。模型控制层在业务应用层与信息持久层之间提供中间件的支持，实现业务应用层与信息持久层之间的透明化交互。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于设备集群的智能服务综合调度系统，其特征在于，该系统主要包括四个模块：设备群组集、服务群组集、设备处理能力模块和综合智能调度模块，所述的设备群组集由多个设备群组构成，一个设备群组是包含一系列设备并存储各设备的语义数值；所述的服务群组集由多个服务群组构成，一个服务群组是包含一系列服务并存储各服务的语义数值；所述的综合智能调度模块作为语义描述基础，通过概念模型的形式分别与设备群组集及服务群组集相连接并传输关键字信息和查找信息，返回并记录匹配结果；所述的设备能力处理模块与设备群组集、服务群组集和综合智能调度模块三个模块相连接传输实例信息和访问接口，并将实例信息中的设备实体和服务相关信息记录下来进行匹配。
2.根据权利要求1所述的基于设备集群的智能服务综合调度系统，其特征在于，所述的概念模型有两种组织形式，一种形式是在同一应用领域中涉及到的设备自动化功能的集合，称为设备群组自动化；另一种形式对应于上述应用领域中的概念所涉及到设备智能化服务的集合，称为设备群组智能化；所述的综合智能调度包括了领域本体中的功能概念类，从而连接了设备群组集和服务群组集，设备集群自动化是整个系统的基本功能，设备集群智能化是在自动化的基础上为设备群组提供服务群组。
3.根据权利要求1所述的基于设备集群的智能服务综合调度系统，其特征在于，所述的设备能力处理模块主要包括设备数据访问引擎、设备数据实体、设备数据处理模块和设备服务群组分发器。
4.根据权利要求1所述的基于设备集群的智能服务综合调度系统，其特征在于，所述的设备能力处理模块内设有服务匹配引擎用于分析及合并服务请求，并且进行匹配度计算，查找出匹配的设备群组，并作为结果提交返回给应用。
5.一种基于设备集群的智能服务综合调度方法，其特征在于，所述的方法运行过程如下：外延系统通过中间件服务的应用调用服务接口发起的请求构成服务群组请求队列，设备数据处理模块识别请求的群组及需要响应的设备组，对设备组及设备业务数据进行处理，与此同时根据综合智能调度模块建立的设备业务实体与设备元数据的映射关系找到目标数据，并将目标数据通过设备数据访问引擎请求执行访问。设备数据访问引擎模块通过通讯接口将执行请求发送至设备群组，设备群组在执行完请求后，通过服务群组分发器反馈执行结果，服务群组得到结果并通过中间件服务推送消息至请求者。
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