JP2010511949A - 制御システムおよび制御システムを構成する方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、サービス指向型アーキテクチャを有する、柔軟性のある生産設備のための制御システムに関する。この制御システムは、少なくとも1つのソフトウェアコンポーネントを有し、データを交換するためのデータ通信装置を介して互いに結合された、非集中型の、分散型の装置と、電気的なおよび/または機械的なコンポーネントとを具備する。更に、本発明は、柔軟性のある生産設備における非集中型の、分散型の装置のためのサービス指向型ソフトウェアコンポーネントを、サービス指向型アーキテクチャのコンポーネントとして開発およびインプリメントすることによる方法に関する。制御システムが、生産設備における変化または生産シナリオが異なる場合に、低いコストで構成可能であることを達成するために、ソフトウェアコンポーネントは、柔軟性のある生産設備のPPRモデルのプロセスまたはサブプロセスから導き出されており、各々のソフトウェアコンポーネントは、プロセスまたはサブプロセスから導き出された制御ロジックと、PPRモデルに表わされたリソースへのアクセスのための柔軟なインターフェースと、サービス指向型アーキテクチャへ統合するための通信インターフェースとを有することが、提案される。
【選択図】 図2

Description

本発明は、サービス指向型アーキテクチャを有する、柔軟性のある生産設備のための制御システムであって、少なくとも1つのソフトウェアコンポーネントを有し、データを交換するためのデータ通信装置を介して互いに結合された、非集中型の、分散型の装置と、電気的なおよび/または機械的なコンポーネントとを具備する制御システムに関し、柔軟性のある生産設備における非集中型の、分散型の装置のためのサービス指向型ソフトウェアコンポーネントを、サービス指向型アーキテクチャのコンポーネントとして開発およびインプリメントすることによって、制御システムを構成するための方法に関する。

自動化技術の今後において、中央制御装置から小型のインテリジェントな電子装置またはコンポーネントへの変化がある。電子装置またはコンポーネントは、柔軟性の生産システムにおいて用いられることが意図される。このテクノロジーは、新たなエンジニアリング方法を必要とする。

ERPシステム(エンタープライズ・リソース・プランニング・システム)の分野からは、サービス指向型アーキテクチャの試みが、非常な成功をもって確立された。その目的は、種々のビジネス・プロセスのITによる支援のために種々のサービスを互いに結合するためである。例は、非特許文献1に記載されている。この試みは、制御技術および自動化技術の分野では、これまで知られていない。

更に、新たな製品および製品の生産設備プランニングの構想における重要な傾向は、現在多くの企業において「デジタル工場」という見出し語の下で促進される製品ライフサイクルの、一般的な全体的な観察である。この関連で、データモデルとして、プロダクト・プロセスおよびリソース(PPRモデル)という中央のタイプの結合が、達成される。

生産設備は、製品に類似して、同様に、ライフサイクルの観点の下で観察されねばならない。何故ならば、他の場合には、設備の柔軟性を保証することができないからである。

この場合、設備の固定の特性計数(fixe Kennzahlen)、例えば、所定の生産能力が、重要でなく、種々の状況に適応する、生産設備の能力が重要である。この能力は、柔軟性のある再構成可能なコンポーネントによって保証される。

種々の生産シナリオのための種々の生産設備は、実際の設備では開発されることはない。かような設備の構造は、この生産シナリオを試験するためには、余りにコストがかかる。従って、仮想の開発環境が必要である。この開発環境は、生産設備の製品・プロセスおよびリソースを仮想で再生することができるために用いるソフトウェア・プログラムである。このような開発環境によって、生産設備を仮想で試験することができる。

種々の研究対象(下記を参照せよ)は、サービス指向型アーキテクチャを、柔軟性のある生産設備における、非集中型の、分散型の装置およびコンポーネントに適用する適用可能性を調査する。しかしながら、これまで、サービス・モジュールおよび/またはWebサービスをベースにしたテクノロジーを開発するための具体的な解決法が記載されなかった。

ヨーロッパの「統合プロジェクトSOCRADES」の枠内で、埋設されたインテリジェントな装置によって用いられるネットワーク化されたシステムを、モデル化し、デザインしおよびインプリメントするための方法、テクノロジーおよびツールが計画される。

このプロジェクト(SOCRADES)の目的は、複数のアプリケーションの間を接続するためのサービスを提供するいわゆるミドルウェア・テクノロジー、すなわち、アプリケーションから独立したテクノロジーの開発である。これらのテクノロジーが、サービス指向型アーキテクチャ(SOA)に基づいており、有線のおよび無線のネットワーク・テクノロジーを含み、オープンインターフェースを有することができることが意図される。更に、このようなソフトウェアコンポーネントは、装置に固有の機能性を有することが意図される。

柔軟性のある生産システムにおける非集中型の、分散型のコンポーネントのためのサービス指向型アーキテクチャを開発するためのエンジニアリング方法ならびにサービス指向型モジュールとしてのソフトウェアコンポーネントの構造は、これまで知られていない。

Lalanda P.;Bellissard,L;Balter,R:Asynchronous mediation for integrating business and operational processes;IEEE;Jan.-Feb.2006;Internet Computing, Volume;10, Issue:1, PP 56-64

このことを前提として、本発明の課題は、制御システムおよび制御システムを構成する方法を、制御システムおよび方法が、生産設備の変化および/または生産シナリオが異なる際に、僅かなコストで構成可能であるように改善することである。

この課題は、制御システムにおいては、本発明により、ソフトウェアコンポーネントが、柔軟性のある生産設備のPPRモデルのプロセスまたはサブプロセスから導き出されており、各々のソフトウェアコンポーネントは、プロセスまたはサブプロセスから導き出された制御ロジックと、PPRモデルに表わされたリソースへのアクセスのための柔軟なインターフェースと、サービス指向型アーキテクチャへ統合するための通信インターフェースとを有することによって、解決される。

更に、上記課題は、方法において、本発明により、以下の方法ステップ、すなわち、
製品・プロセス・リソースの情報を用いて、柔軟性のある生産設備のPPRモデルを作成すること、
PPRモデルに含まれる生産プロセスをサブプロセスに分けること、
ソフトウェアコンポーネントをサブプロセスに基づいて開発することであって、但し、ソフトウェアコンポーネントの各々は、サブプロセスから導き出された制御ロジックと、PPRモデルに表わされたリソースへのアクセスのための柔軟性のあるインターフェースと、サービス指向型アーキテクチャへ統合するための通信インターフェースとを有し、
異なった生産シナリオをクライアント・サーバー・アーキテクチャとして表示かつ分析すること、および
ソフトウェアコンポーネントおよび対応のクライアント・サーバー・アーキテクチャを、制御システムにインプリメントすること、を実行することによって解決される。

方法ステップを、仮想の開発環境の中で実行することは好ましい。

標準化されたソフトウェアコンポーネントの制御ロジックは、各々の製造プロセスに関して、例えば、溶接される薄板を固定するための締付順序(Spannfolge)に関して開発される。設備プランニングのためには、実際に、サブプロセスへの分解が実行された。この分解は、制御プログラムのための導きの糸として用いられる。コンポーネントをベースにした、エンジニアリングの試みは、製造プロセスに向けられることは適切である。このエンジニアリング方法は、機能要素を用いる。その目的は、サービス指向型アーキテクチャを専門的に用いることができるためである。

1つのプロセスを加工するためには、種々のリソース、例えば、アクチェータ、センサ、制御装置ならびに電気的なおよび/または機械的なコンポーネントしかしまた情報および人間も必要である。リソース自体は、仮想のモデルとして表わされており、モデルの物理挙動は出来る限り適切に再現される。以下ではサービスとも呼ぶ上記ソフトウェアの開発の際に、リソースとの関連は、PPRモデルによって定められている。

メカトロニクス、通信およびインテリジェンスの組合せの構成要素としてのサービスは、すべての制御タスクを担う全コンセプトに統合される。サービス指向型アーキテクチャの場合に、サービスを、Webサービスとしてインプリメントすることは好ましい。

他の方法ステップでは、生産設備のためのライフサイクルのモデルを、標準化されたソフトウェアコンポーネントから構成して開発する。この場合に注意されねばならないことは、固有の目標シナリオのためだけでなく、企画が作成され、変化する境界条件がプランニングの試みに統合されもすることである。

他の方法ステップは、種々の生産シナリオが、クライアント・サーバー・アーキテクチャとして示されかつ仮想で分析されることを特徴とする。この場合、目的は、境界条件が変わるときには、実際には生産設備の再プログラミングが実行されねばならない。従来の手順とは逆に、ここに用いられるサービス指向型アーキテクチャの場合、種々の変形例を、新たなクライアント・サーバー・アーキテクチャによって容易に発生させることができる。

他の好ましい方法ステップは、開発されたソフトウェアコンポーネントおよび割り当てられたクライアント・サーバー・アーキテクチャが、異なった集約レベル(Aggregationenebenen)でインプリメントされていることを提案する。

このことによって達成されるのは、集中制御装置から非集中型の制御コンポーネントへの無段の変換が実行されることができることである。この場合、Webサービス自体が、再度、他のWebサービスを呼び出すことができる。他のステップでは、一般的なWebサービスのライブラリを形成することが意図されることは好ましい。

本発明の複数の他の詳細、利点および特徴は、複数の請求項と、これらの請求項から読み取れる、単独および/または組合せで生じる複数の特徴とからのみならず、図面から見て取れる好ましい実施の形態の以下の記述からも明らかである。

柔軟性のある生産設備のための制御システムのサービス指向型アーキテクチャを示す。 生産設備の仮想のモジュールのプロセスグラフと、このプロセスグラフから導き出されたWebサービスとを示す。 生産設備のためのライフサイクルのモデルを作り出すための流れ図を示す。 種々の集約レベルにおけるクライアント・サーバー・アーキテクチャの略図を示す。

図1は、非集中型の、分散型の装置、例えば、ストアドプログラム可能な制御装置(SPS,ミニSPS)またはインテリジェントモジュールの形態の制御ユニット12,14,16、ならびに生産設備24の搬送装置、モータまたはセンサの形態の電気的なおよび/または機械的なコンポーネント18,20,22のための、サービス指向型アーキテクチャの制御システム10を略示する。

図1で「デバイス」と呼ばれている装置12,14,16は、ストアドプログラム可能な制御装置(SPS)として、生産設備24の中では、分散型のミニSPSあるいはインテリジェントアクチュエータまたはセンサの形態のインテリジェント制御モジュールとして整列されていてもよい。装置12,14,16は、データを交換するためのデータ通信システム26を介して互いに結合されている。データ通信システム26は、有線のバスシステムまたは無線の無線システムとして形成されていてもよい。

更に、装置12,14,16は、夫々、アクチュエータを制御しおよび/またはセンサデータを検出するための物理入力端および/または出力端28,30,32を有する。

装置12,14,16には、1つまたは複数のソフトウェアコンポーネント34−44がインプリメントされている。これらのソフトウェアコンポーネントによって、種々のサービス、例えば診断、データアクセスまたは制御シーケンスが準備されかつ呼び出される。

纏めれば、装置(デバイス)12,14,16は、すべての制御タスクを引き受ける全コンセプトに統合されるメカトリニクス・通信・インテリジェンスの組合せとしてのサービスを形成する。

サービス指向型アーキテクチャの図示した実施の形態では、少なくとも1つのソフトウェアコンポーネントが、Webサービスとして形成されている。サービス指向型アーキテクチャは、階層コンセプトを必要とすることなく、装置12,14,16の間の同等に資格のある通信を可能にする。

図2は、サービス指向型アーキテクチャをベースにした、柔軟性のある生産設備のためのエンジニアリング・プロセスを略示している。

生産設備24は、製品・プロセスおよびリソース情報を含むPPRモデルによって示される。生産プロセスは、プロセスグラフ48によって示されることができる。このプロセスグラフでは、サブプロセス50,52,54が含まれている。各々のサブプロセス50,52,54は、ロジック情報すなわちアクションの時間的順序のほかに、各々のサブプロセスの実行のためにどのリソースが必要であるかに関する情報をも含む。決定的なデザイン・フォントは、サービスの開発のためのこれらの情報の受け入れである。

制御シーケンスを担う、図1で参照番号が付された装置12,14,16の、これらの装置の図2に示したソフトウェアコンポーネント34,40,42が、夫々、サブプロセス50,52,54のうちの1から導き出される。サブプロセスの各々のソフトウェアコンポーネントは、制御ロジック56を含む。この制御ロッジは、各々の生産プロセス、例えばサブプロセス52のために開発され、プロセスグラフ48から導き出される。サブプロセス52の加工のためには、センサ、モータおよび搬送装置のような電気的なおよび/または機械的なコンポーネント18,20,22の形態のリソースが必要であるので、柔軟性のあるインターフェース54がインプリメントされる。インターフェースには、リソースに固有なデータが割り当てられる。リソース18,20,22自体は、仮想のエンジニアリング環境(PPRモデル)に表わされ、エンジニアリング環境の物理挙動、例えば、運動プロセスのための時間消費が、出来る限り適切に再生される。

最後に、標準化されたソフトウェアコンポーネント34,40,42は、通信インターフェース60,62を有する。通信インターフェース60は、サービス指向型アーキテクチャの場合に、Webサービスをベースにしたテクノロジーとしてインプリメントされており、他のサービスとの通信従ってまた全コンセプトへの統合を可能にする。インターフェース62によって、リソース18,20,22を起動および/またはリソースの状態を問い合わせることができる。

かくして、プロセスの流れ全体の全サブプロセスから、ソフトウェアコンポーネント34,40,42が導き出される。これらのソフトウェアコンポーネントは、次に、サービス指向型アーキテクチャの全システム10にインプリメントされることができる。

生産設備の、変化する境界条件が考慮されていてなる、出来る限り標準化されたソフトウェアコンポーネントを得るために、生産設備のためのライフサイクルのモデルを、ソフトウェアコンポーネントから構成して開発する。設備のライフサイクルの時間的シーケンスは、図3に示されている。まず、生産設備の要件定義、例えば生産設備の搬送能力を実行する。これに基づいて、生産設備の柔軟な操作のための種々の変形例の計画を行なう。生産設備のPPRモデルは、設備の全ライフサイクル中に、設備の変化に適合される。PPRモデルは、生産設備の装置およびコンポーネントの仮想のマッピングを含む。マッピングには、ソフトウェアコンポーネントがモデルとして含まれている。

このようなモデルに基づいて、次に、種々の境界条件への柔軟な適応性を有する仮想のモデルを構成する。この場合、サブプロセス従ってまたソフトウェアコンポーネントの制御ロジックは、常時、これらの境界条件に適応される。ソフトウェアコンポーネントの柔軟性を高めるために、制御ロジックには、サブプロセスの複数の変形例、例えば、種々の締付構成(Spannkonfiguration)を有する薄板の締付がインプリメントされる。

本発明の利点は、計画段階で、生産システムが、仮想で、装置およびソフトウェアコンポーネントの「インテリジェントなモデルを用いて示されることができ、用いられモデルの「インテリジェンス」が、種々の変形例のプランニングによって、種々の境界条件に基づく柔軟な操作のために柔軟な操作に適合されることができることを特徴とする。変化された境界条件において設備のライフサイクルを用いたこのようなPPRモデルからは、次に、実際の設備制御のための制御プログラムも導き出されることができる。

ハードウェアのレベルでは、本発明は、ストアドプログラム化可能な制御装置、ロボット制御装置または同様のものの形態の装置が、コストのかかる再プログラミングを必要とすることなく、柔軟に、変化する生産条件に適合されているという利点を生じる。

図4は、クライアント・サーバー・アーキテクチャの形態の種々の生産シナリオが示されており、仮想で分析されることができることを示す。生産設備24では、例えば製品64がパレット上で運ばれる。以下、製品およびパレットからなるユニットを、「クライアント」と呼ぶ。データ伝送媒体20によって、「搬送への要求」のようなサービス66が問い合わされる。問い合わせは、搬送インフラストラクチャのモータ制御装置のような装置12に供給される。モータ制御装置は、同様に、サービスの問い合わせ68を、変換ステーションの制御装置のような装置14に伝える。最後に、装置14は、一般的なサービス70「搬送装置」を呼び出す。このサービスは、最終的に、製品を搬送するための要求された搬送能力を呈示する。

図4に示したアーキテクチャは、集中制御から非集中型の制御コンポーネント12,14,16への無段の変換が実行されることができることも示す。この場合、用いられたWebサービス自体が、再度、他のWebサービス72を呼び出すことができる。このような呼び出しは、インターネットのような、グローバルなネットワーク74によってなされることができる。Webサービスは、任意の或る企業のITの背景に統合されることができる。例えば、MES76(マニュファクチャリング・エクセキューション・システム)との接続が形成されることができる。その目的は、特殊な経路情報を呼び出すためである。

Claims (7)

  1. サービス指向型アーキテクチャを有する、柔軟性のある生産設備のための制御システムであって、少なくとも1つのソフトウェアコンポーネントを有し、データを交換するためのデータ通信装置を介して互いに結合された、非集中型で分散型の装置と、電気的なおよび/または機械的なコンポーネントとを具備する制御システムにおいて、
    前記ソフトウェアコンポーネントは、前記柔軟性のある生産設備のPPRモデルのプロセスまたはサブプロセスから導き出されており、各々のソフトウェアコンポーネントは、前記プロセスまたはサブプロセスから導き出された制御ロジックと、前記PPRモデルに表わされたリソースへのアクセスのための柔軟なインターフェースと、前記サービス指向型アーキテクチャへ統合するための通信インターフェースとを有することを特徴とする制御システム。
  2. 前記通信インターフェースは、Webサービスに基づいたテクノロジーとしてインプリメントされていることを特徴とする請求項1に記載の制御システム。
  3. 前記ソフトウェアコンポーネントおよび割り当てられたクライアント・サーバー・アーキテクチャは、異なった集約レベルでインプリメントされていることを特徴とする請求項1または2に記載の制御システム。
  4. 前記ソフトウェアコンポーネントは、Webサービスとして、一般的なWebサービスのライブラリを形成することを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1項に記載の制御システム。
  5. 前記ソフトウェアコンポーネントは、Webサービスとして形成されていることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか1項に記載の制御システム。
  6. 柔軟性のある生産設備における非集中型で分散型の装置のためのサービス指向型ソフトウェアコンポーネントを、サービス指向型アーキテクチャのコンポーネントとして開発およびインプリメントすることによって、制御システムを構成するための方法において、
    以下の方法ステップ、すなわち、
    製品・プロセス・リソースの情報を用いて、前記柔軟性のある生産設備のPPRモデルを作成すること、
    前記PPRモデルに含まれる生産プロセスをサブプロセスに分けること、
    前記ソフトウェアコンポーネントをサブプロセスに基づいて開発することであって、前記ソフトウェアコンポーネントの各々は、前記サブプロセスから導き出された制御ロジックと、前記PPRモデルに表わされたリソースへのアクセスのための柔軟性のあるインターフェースと、前記サービス指向型アーキテクチャへ統合するための通信インターフェースとを有し、
    異なった生産シナリオをクライアント・サーバー・アーキテクチャとして表示かつ分析すること、および
    前記ソフトウェアコンポーネントおよび前記対応のクライアント・サーバー・アーキテクチャを、前記制御システムにインプリメントすること、を実行することを特徴とする方法。
  7. 前記方法ステップを、仮想の開発環境の中で実行することを特徴とする請求項6に記載の方法。
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