CN110858356A - 基于微服务架构的制造执行系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制造执行系统，具体涉及基于微服务架构的制造执行系统，包括微服务和硬件，微服务包括用于发现系统需要连接具体微服务的系统服务发现，用于对具体微服务进行配置的系统服务配置，用于对工厂基本信息进行数据建模的工厂建模，包含各种微服务应用用于在制造执行系统中实现相应功能的微服务管理系统，以及微服务管理系统创建的用于与其他项目对接开发的系统服务统一网关，硬件包括用于为微服务提供数据存储、访问及运维功能数据库服务器，用于存储微服务管理系统的应用系统服务器，用于进行生产的现场设备，用于对网络进行配置、开放一些特定端口进行数据通信的路由器交换机；本发明提供技术方案具有独立部署、独立开发、故障隔离等优点。
Description
技术领域
本发明涉及制造执行系统，具体涉及基于微服务架构的制造执行系统。
背景技术
目前市面上，使用JAVA、C#等高级语言开发的C/S和B/S架构的MES(制造执行系统)占据了几乎全部的市场份额。
其中一种架构是基于OSGI(动态化模块化系统)技术，OSGI技术是指一系列规范。OSGI框架是一个强大的具有严格定义的类装载模型，它基于Java之上，但是增加了模块化。在Java中，正常情况下有一个包含所有类和资源的类路径，OSGI模块层为一个模块增加了私有类同时有可控模块间链接。OSGI模块层和安全架构完全集成，可以选择部署到封闭系统、防御系统，或者由厂商决定的完全由用户管理的系统。
另一种是基于SOA(面向服务的架构)模式，它是一个组件模型，能够将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，这使得构建在各种各样系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。
本发明主要基于两大方面的背景构造产生此框架协议。第一，根据现场的调研发现，目前市场存在的以下情况是决定企业使用MES的规则和趋势：
1)各行业的不同客户需求差异巨大，定制化强大；
2)项目从需求到实施要求的工期短，需求变更快；
3)后期会添加WMS(仓库管理系统)、APS(进阶生产规划及排程系统)等功能要求；
4)对于集团平台化的整合；
5)企业硬件升级，软件对应变更或升级；
6)各应用的使用平台和研发语言不通，系统存在较多程序组合；
7)人员的安排和实施，局限性和简易性。
第二，与目前的单体应用进行对比的结果分析如下：
1)过于复杂：单体应用需要完整的业务场景和需求分析，完整的需求分析需要完整的制度才能形成，对于综合性的集团公司或者大型企业才拥有完整体系去建设和实施，中小微型公司、工厂无法提供完整的需求分析，进而单体应用无法达到与之对应的产能效益；
2)过于脆弱：采用中心化数据管理，虽然对数据进行集中式管理、查询、维护，但是单数据存储始终是集中式的，一个模块设计出现问题便会影响其它模块的应用，导致数据中心完全坍塌，一个漏洞或者一个bug会造成整个系统的坍塌；
3)交付延期：单体式开发的系统存在交付延期的可能性非常大，原因就包含前期需求调研的不确定因素比较多，其次从软件开发到项目实施、培训过程中，根据工厂的现有硬件设备变更，软件还未实施，需求可能就变更；
4)效率低、无用功：单体式开发的需求变动或者代码重构会造成从单元测试、整体测试、压力测试等一系列测试重新进行，浪费时间和资源，难以支持连续交付的需求。
传统的生产管理和制造执行系统平台是将程序的所有功能打包形成一个或者多个应用，部署所有系统后才可使用。这种模式存在项目庞大、代码庞杂、管理困难的缺点，同时系统中的部分内容修改，必须重新部署全部系统才可恢复正常，升级改造异常困难；每一个系统每一个功能模块只能采用统一的方案进行开发，技术线路不够灵活。
微服务是由AMAZON、EBay、Netflix等公司从各种复杂项目中逐渐抽离分解形成的开发维护的架构模式，其核心思想是将负载应用系统中的功能以独立业务模块的形式分解到各个离散的服务中，每个服务围绕特定业务，确定功能边界，采用统一轻量级通信机制进行数据交互。微服务架构强调的第一个重点就是业务系统需要彻底的组件化和服务化，原有的单个业务系统会拆分为多个可以独立开发、设计、运行和运维的小应用，这些小应用之间通过服务完成交互和集成，每个小应用从前端Web UI到控制层、逻辑层、数据库访问、数据库都是完全独立的。
从成本方面考虑，可根据工厂需要的模块定制使用，不必将不需要的模块部署于服务器，对硬件的要求得以降低，软件按照模块收费，成本亦可下降。
从安全性角度分析，统一的接口，统一的模式，便于统一的信息管理。
从人工学习角度考虑，各个岗位只需了解自己该操作的模块，无需了解全部工能。
再从后期服务考虑，系统提供统一的接口和配置，其他软件供应商只需要按照规范进行数据调用和管理，可任意将系统集成与分离。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了基于微服务架构的制造执行系统，能够有效克服现有技术所存在的上述缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
基于微服务架构的制造执行系统，包括微服务和硬件，所述微服务包括用于发现系统需要连接具体微服务的系统服务发现，用于对具体微服务进行配置的系统服务配置，用于对工厂基本信息进行数据建模的工厂建模，包含各种微服务应用用于在制造执行系统中实现相应功能的微服务管理系统，以及所述微服务管理系统创建的用于与其他项目对接开发的系统服务统一网关；
所述硬件包括用于为微服务提供数据存储、访问及运维功能的数据库服务器，用于存储微服务管理系统的应用系统服务器，用于进行生产的现场设备，用于对网络进行配置、开放一些特定端口进行数据通信的路由器交换机，以及用于通过系统服务统一网关访问应用系统服务器的客户端。
优选地，所述微服务管理系统中的微服务应用包括生产管理、品质管理、设备管理、数据采集、工艺管理、报表管理、生产排程、基础资料、OEE指标分析、薪资管理、数据共享、任务派工、能力平衡分析。
优选地，所述系统服务统一网关为API网关。
优选地，所述制造执行系统各模块之间通过json格式，通过https或http直接调用。
优选地，所述硬件还包括用于对需要装微服务环境的服务器进行服务部署，调用于数据库服务器的服务引擎，对于小型的微服务管理系统，可以将服务引擎与数据库服务器安装在一起。
优选地，所述现场设备包括带有IoT标准协议的设备、带有OPC工业协议的设备，以及包含带有通信的读写卡、扫码枪。
优选地，所述客户端包括手机、平板及PC电脑。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的基于微服务架构的制造执行系统可从以下两个方面考虑：
一、架构效益
1)独立部署，可以仅更新某个服务，而无需重新部署整个应用程序，并且在出现问题的时候进行回滚，或者滚动更新，修复bug或者发布新功能变得更加可控；
2)独立开发，单一的开发团队就可以构建、测试和部署服务，这样就能实现持续创新和更快的发布节奏；
3)小而专注的团队，团队可以只专注于某个服务，缩小每个服务的范围使得代码库更易于理解，同时新的团队成员更容易上手；
4)故障隔离，一个服务的故障不会拖垮整个应用程序，但是这并不意味着因此获得了服务的弹性，仍然需要遵循弹性设计的最佳体验和相应的设计模式；
5)混合技术栈，团队可以随意选取最适合他们服务的技术；
6)细粒度扩展，服务可以进行独立的扩展，同时每个VM(虚拟机)上的服务密度越高，意味着充分利用了VM资源，使用配置约束的话，一个服务可以匹配到一个VM配置(高CPU，高内存等等)；
二、最佳体验
1)围绕业务领域的模型服务；
2)各个团队都负责设计和构建服务，避免共享代码或数据模式；
3)数据存储对于数据所有者来说是私有的，这实现了每个服务和数据类型的最佳存储；
4)服务通过设计良好的API通信，可以避免泄露实现细节；
5)避免服务间的耦合；
6)将横切关注点从API网关分离出来，比如认证和SSL终端；
7)将领域知识维持在网关之外，网关应该在不了解业务规则或领域逻辑的情况下处理客户端请求，否则，网关会变得强依赖和导致服务之间的高度耦合；
8)服务之间应该是松散耦合、高功能内聚的，有可能同时变更的功能应该打包和部署在一起，因为如果他们驻留在独立的服务中，那些服务会由于越来越紧密的耦合而被结束—一个服务的变更将要求更新其他服务；
9)故障隔离，使用弹性策略可以将服务故障从服务间的关联中隔离出来。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明微服务结构示意图；
图2为本发明硬件结构示意图；
图3为本发明流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
基于微服务架构的制造执行系统，如图1和图2所示，包括微服务和硬件，微服务包括用于发现系统需要连接具体微服务的系统服务发现，用于对具体微服务进行配置的系统服务配置，用于对工厂基本信息进行数据建模的工厂建模，包含各种微服务应用用于在制造执行系统中实现相应功能的微服务管理系统，以及微服务管理系统创建的用于与其他项目对接开发的系统服务统一网关；
硬件包括用于为微服务提供数据存储、访问及运维功能的数据库服务器，用于存储微服务管理系统的应用系统服务器，用于进行生产的现场设备，用于对网络进行配置、开放一些特定端口进行数据通信的路由器交换机，以及用于通过系统服务统一网关访问应用系统服务器的客户端。
微服务管理系统中的微服务应用包括生产管理、品质管理、设备管理、数据采集、工艺管理、报表管理、生产排程、基础资料、OEE指标分析、薪资管理、数据共享、任务派工、能力平衡分析。
系统服务统一网关为API网关。
制造执行系统各模块之间通过json格式，通过https或http直接调用。
硬件还包括用于对需要装微服务环境的服务器进行服务部署，调用于数据库服务器的服务引擎，对于小型的微服务管理系统，可以将服务引擎与数据库服务器安装在一起。
现场设备包括带有IoT标准协议的设备、带有OPC工业协议的设备，以及包含带有通信的读写卡、扫码枪。
客户端包括手机、平板及PC电脑。
整体流程为：
1)工厂建模，对于工厂基本信息进行数据建模；
2)硬件实施，每一个微服务应用对硬件要求不同，可根据服务数量选择合适的硬件；
3)制造执行系统的各模块分步式开发、分布式部署、分部式运营。
每一个微服务应用的开发基本步骤如下：
1)创建界面，程序的界面必须在一开始就设计好，否则在后期将很难进行修改，因此，是使用Windows提供的默认皮肤还是自己编写皮肤，需要最早进行构思，如果是一个整体的软件，需要先进行软件功能设置；
2)设置属性，这个是通用的方法，作用和“创建程序界面”差不多，基本方法就是“属性窗口、代码(对象名称.属性名称＝属性值)”；
3)编写代码，完成程序理论设计之后，就开始编写程序代码了，具体代码与程序本身有关；
4)保存工程，设计完毕之后首先需要把工程保存下来，最好是每一次修改都保存源工程和修改后的工程，以便日后在遇到错误时快速恢复；
5)测试程序，完成修改之后要及时测试，发现已有的问题，创建可执行程序之后就很难再修改了；
6)创建可执行程序(脚本)，完成工程之后就可以创建出一个可执行程序(或脚本)，此时计算机程序已经设计完毕。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.基于微服务架构的制造执行系统，其特征在于：包括微服务和硬件，所述微服务包括用于发现系统需要连接具体微服务的系统服务发现，用于对具体微服务进行配置的系统服务配置，用于对工厂基本信息进行数据建模的工厂建模，包含各种微服务应用用于在制造执行系统中实现相应功能的微服务管理系统，以及所述微服务管理系统创建的用于与其他项目对接开发的系统服务统一网关；
所述硬件包括用于为微服务提供数据存储、访问及运维功能的数据库服务器，用于存储微服务管理系统的应用系统服务器，用于进行生产的现场设备，用于对网络进行配置、开放一些特定端口进行数据通信的路由器交换机，以及用于通过系统服务统一网关访问应用系统服务器的客户端。
2.根据权利要求1所述的基于微服务架构的制造执行系统，其特征在于：所述微服务管理系统中的微服务应用包括生产管理、品质管理、设备管理、数据采集、工艺管理、报表管理、生产排程、基础资料、OEE指标分析、薪资管理、数据共享、任务派工、能力平衡分析。
3.根据权利要求1所述的基于微服务架构的制造执行系统，其特征在于：所述系统服务统一网关为API网关。
4.根据权利要求1所述的基于微服务架构的制造执行系统，其特征在于：所述制造执行系统之间通过json格式，通过https或http直接调用。
5.根据权利要求1所述的基于微服务架构的制造执行系统，其特征在于：所述硬件还包括用于对需要装微服务环境的服务器进行服务部署，调用于数据库服务器的服务引擎，对于小型的微服务管理系统，可以将服务引擎与数据库服务器安装在一起。
6.根据权利要求1所述的基于微服务架构的制造执行系统，其特征在于：所述现场设备包括带有IoT标准协议的设备、带有OPC工业协议的设备，以及包含带有通信的读写卡、扫码枪。
7.根据权利要求1所述的基于微服务架构的制造执行系统，其特征在于：所述客户端包括手机、平板及PC电脑。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| AD01 | Patent right deemed abandoned | ||
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Effective date of abandoning: 20231110 |