JP2011512592A

JP2011512592A - 製造現場のサービス指向オートメーション・コンポーネントを柔軟性のあるｉｔコーポレート・アーキテクチャへ取り入れるための方法およびシステム

Info

Publication number: JP2011512592A
Application number: JP2010546359A
Authority: JP
Inventors: コロンボ、アルマンド・ワルター; メンデス、ジョアオ・マルコ
Original assignee: シュナイダー・エレクトリック・オートメイション・ゲーエムベーハー
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2011-04-21
Also published as: EP2248012A1; CN101971142A; CN101971142B; US20110035229A1; WO2009101212A1; DE102008002771A1

Abstract

本発明は、製造現場の複数のサービス指向オートメーション・コンポーネントによって提供されるサービスを、製造レベルから、上位のレベル、例えば、コーポレート・レベル、ビジネス・レベルおよび／または生産レベルへオーケストレートしかつ統合する方法に関する。オーケストレーション・プロセスの形態の柔軟性のある製造現場を構成するためにおよび複数の要素を指定するために、サービス指向オートメーション・コンポーネントを、オーケストレーション・ミドルウェアによって、上位のレベルに結合すること、および、サービス指向オートメーション・コンポーネントによって提供されるサービスを、ベクトル関数と、サービス指向オートメーション・コンポーネントのオーケストレーションに基づくレイアウトとを用いて、上位のレベルへ統合することが提案されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のサービス指向オートメーション・コンポーネントによって提供されるサービスを、製造レベルから上位のレベル、例えば、コーポレート・レベルへオーケストレートしかつ統合するための方法および装置に関する。

新たな情報技術は、生産システムの新たな世代における強い存在を有する。長年の平行開発後に、情報システム用ツールの道と、生産システムの道が繋がっている。その目的は、全体のビジネス環境の統合を可能にする弾みを与えるためである。

多くの試みがなされた。その目的は、ホロニックなマルチエージェントシステムおよびハイレベル・ペトリ・ネットの柔軟性、利用可能性および統合を、サービス指向の生産システムの新分野に拡大するためである。（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３）。

オートメーション・デバイスのためのサービス指向アーキテクチャは、例えば、非特許文献４および非特許文献５に記載されている。
Colombo, A. W.;Schoop, R.;Neubert, R.:"An Agent-based Intelligent Control Platform for Industrial Holonic Manufacturing Systems". IEEE Transaction on Industrial Electronics (IEEE-IES), Vol. 53, No. 1, Cont. 31, February 2006 Colombo, A. W.;"Industrial Agents: Towards Collaborative Production-Automation,-Management and-Organization". IEEE Industrial Electronics Society Newsletter, Vol. 52, No. 4, pp. 17-18. December 2005 Colombo, A. W. and Schoop, R.;"Collaborative Industrial Automation: Toward the Integration of a Dynamic Reconfigurable Shop Floor into a Virtual Factory". Chapter XII in "Virtual Enterprise Integration: Technological and Organisational Perspectives (Ed. G. Putnik and M. M. Cunha). Idea Group Publishing, Hershey PA, USA. March 2005) F. Jammes et al.:"Service-oriented architectures for devices-the SIRENA view". IEEE, INDIN’ 5, 10-12 August 2005, pages 140 to 147) J. Lastra et al.:"Semantic web services in factory automation; fundamental insights and research roadmap". IEEE, Feb. 2006, Vol. 2, pages 1 to 11 技術的な、組織的なおよび財政的な制限を解決するための試みは、１つのセットの生産ユニットを、１つのセットの協調型のユニットとして作用する、分散型の、自立的な、知的なおよび再利用可能なユニットの収集物と見なすことにある。

これらのユニットのそれぞれは、通常、ハードウェア・メカトロニクス、制御ソフトウェアおよび組み込まれたインテリジェンスを有し、他のユニットと通信することができる。

機能的な立場を前提として、各々の協調型のユニットは、製造コーポレート環境のようなインフラストラクチャ内に複数のユニットが内蔵されていることを考慮しつつ、何なる時でも、動作を開始し、動的に他のユニットと対話することができる。その目的は、局所的なおよび大域的な課題を解決するためである。

更に、サービス指向のコンポーネントを工場の製造レベルからＩＴコーポレート・アーキテクチャへ統合する試験を行なった。その目的は、垂直の情報アクセスおよび制御アクセスを可能にするためである。可能な解決策は、これらのコンポーネントが、必要なサービスを、コーポレート・アーキテクチャの上のレベルに提供し、従って、コーポレート・アーキテクチャによって制御可能であることである。このことは、サービス指向のパラダイムと合致する。しかしながら、トップおよびダウン視点からの通常のマスタ・スレーブ・ハイアラーキが好都合でないのは、協調型のおよび積極的なデバイスの場合である。

部分的解決は、製造レベルの複数の自立的なデバイスの混合である。これらのデバイスは、サービスを提供することができるが、他のレベル、例えば、意思決定システム（Decision Making System; DMS）、製造実行システム（Manufacturing Execution System; MES）および企業資源計画システム（Enterprise Ressource Planning; ERP）によって提供されるサービスを同様に要求することができる。

このことを前提として、製造レベルにおいて自立的なサービス指向のオートメーションおよび生産デバイスの作動挙動を分析するための、およびデバイスを柔軟性のあるＩＴコーポレート・アーキテクチャに統合するための方法およびシステムを提供するという課題が、本発明の基礎になっている。

目標は、製造レベルにおけるデバイスの積極的な制御を提供することであって、このことは、これらのデバイスが、上位のレベル、例えば、ＤＭＳ，ＭＥＳおよび／またはＥＲＰのためのサービスのプロバイダにすぎず、通常は更にサービス指向のファクトリ・オートメーション・システムとは対照的である。

思想は、サービス指向の生産オートメーション・コンポーネントを柔軟性のあるＩＴコーポレート・アークテクチャへ統合するためのオーケストレーション・ミドルウェアを記述している。意味のコンテキストに関しては、この思想は、分離型の、再構成可能なおよびサービス指向のデバイスに基づくオートメーション・生産システムに、およびデバイスを製造レベルから上位のレベル（例えば、コーポレートおよび／またはビジネスおよび／または生産レベル）へ統合する方法に集中する。本発明から結果として生じるミドルウェア・インフラストラクチャは、ベクトル関数と、デバイスのオーケストレーションに基づくレイアウトとを用いて、製造現場を上位のレベルへ導きかつ接続する。すべてのインタ・レベル対話およびイントラ・レベル対話は、サービス指向である。

本発明に係わる方法は、サービス指向オートメーション・コンポーネントを、オーケストレーション・ミドルウェアによって、上位のレベルに結合すること、および、サービス指向オートメーション・コンポーネントによって提供されるサービスを、ベクトル関数と、サービス指向オートメーション・コンポーネントのオーケストレーションに基づくレイアウトとを用いて、上位のレベルへ統合すること、特にこのことを特徴とする。

好ましい実施の形態では、サービス指向オートメーション・コンポーネントによって提供される、１つのセットのサービスを、１つのセットの関数またはベクトル、あるいは関数ベクトルにマッピングすることが提案されている。

他の好ましい方法は、セットの関数またはベクトル、あるいは関数ベクトルの組み合わせによってサービスを集約し、サービス指向オートメーション・コンポーネントの、セットから形成された任意の或るベクトル空間が、すべての可能な個々のまたは集約されたサービスを含むことを提案する。

製造現場の、複数のサービス指向オートメーション・コンポーネントのオーケストレーションに基づくレイアウトを、複数のサービス指向オートメーション・コンポーネントのベクトル空間の組み合わせと、制限の発生と、集約されたサービスの新たなセットの作成とによって構成することは好ましい。

これに関連して、複数のベクトル空間が、複数のサービスに接続されており、かつサービスへのアクセスを有するあらゆる上位のレベルによって呼び出されおよび用いられる実行可能なプロセスを表わすことが提案されている。

オーケストレーション・ミドルウェアを、外部のサービス指向コンポーネント、例えば、生産オーケストレーションおよび／または意思決定システムに連結することができる。インタ・レベル対話およびイントラ・レベル対話をサービス指向で実行することができる。

製造現場の複数のサービス指向オートメーション・コンポーネントによって提供されるサービスを、製造レベルから上位のレベルへオーケストレートしかつ統合するためのシステムは、サービス指向オートメーション・コンポーネントが、オーケストレーション・ミドルウェアによって、ベクトル関数と、サービス指向オートメーション・コンポーネントのオーケストレーションに基づくレイアウトとを用いて、結合されていることを特徴とする。

好ましいシステムによれば、ベクトル関数または１つのセットのベクトル関数が、任意の或るサービス指向オートメーション・コンポーネントによって提供される、１つのセットのサービスから、マッピングされていること、および、複数の関数ベクトルが、個々のおよび／または集約されたサービスを形成するために、複数のサービス指向オートメーション・コンポーネントからなるベクトル空間に組み立てられていることが提案されている。オーケストレーション・ミドルウェアは、外部のサービス指向コンポーネント、例えば、生産オーケストレータまたは意思決定システムに連結されている。

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複数の好ましい実施の形態の以下の記述からも明らかである。

製造現場のサービス指向のオートメーション・コンポーネントをオーケストレートしかつ統合するためのミドルウェアを有するＩＴコーポレート・アーキテクチャの略図を示す。２つのサービスの集約の略図を示す。ベクトルによるサービスの組み合わせの略図を示す。

図１は、オーケストレーション・ミドルウェアＯＭを、単に概略的に示している。このオーケストレーション・ミドルウェアを、製造現場のオーケストレーションおよびインテグレータと呼ぶことができる。インテグレータは、サービス指向生産オートメーション・コンポーネントＤ１，Ｄ２，ＦＣを、製造現場レベルから、上位のレベル、例えばＩＴコーポレート・アーキテクチャへ統合するためのものである。

図１は、製造現場ＦＳの複数のデバイスＤ１，Ｄ２，ＦＣの間の統合と、複数のサービスＳの形態の上位のレベルＨＬへの必要なインタフェースＯＭとを示す。これらのサービスＳは、上位のレベルＨＬに導かれかつ統合されることが意図され、製造現場ＦＳの種々のおよび十分な機能性を表わし、高い程度の制御および情報フィードバックを使用できるようにする。しかしながら、上位のレベルＨＬの顕著な特徴の幾つかは、限定することなく、トポロジ情報、保守、複数の制御操作、コンフリクトの解消およびプロセスの分析およびモニタを有する。試みは、ボトムアップ（複数のデバイスによる）の観点に基づいている。その目的は、上のレベルＨＬからのトップダウンの試みを調整させるためであり、緩く結合された継承がある。それ故に、上位のレベル（しばしばミドルウェアＯＭのクライアント側）が、特殊なビジネス活動に限定されていないが、ミドルウェアの使用できる特性へのあらゆる依存性へは限定されている。思想は、デバイスのレベルからコーポレートのレベルＨＬまでの採用および統合によるサービスベースの概念を使用しかつ拡大する。

各々の生産デバイスＤ１，Ｄ２，ＦＣ（統合されたメカトロニクス、通信および制御面）は、オーケストレータ、またはプロセス開発手段または制御手段である。オーケストレータは、デバイス製造者によって定義されかつ開発されたサービスを提供する。各々のデバイスによって提供されるサービスのシーケンスおよび結合は、デバイスのハードウェア（メカトロニクス）、通信および可能な制御面によって発生される特性および制限に従う。デバイスによって提供されるセットのサービスは、図３に示すように、一連の関数(ベクトル)にマッピングされることが可能である。複数の関数ベクトルの組立は、すべての可能な組み合わせ（サービスの集約）の認識を可能にする。何故ならば、デバイスのベクトル空間が、すべてのあり得る（可能にされた）個々のおよび集約されたサービスを含むからである。

製造現場のための所望のレイアウトが構成されるとき、このような作業は、オーケストレーションの一形態である。

レイアウトの構成は、デバイスの組立、および、当然ながら、正式に言えば、デバイスのベクトル空間の組立、新たな制限の、および、当然ながら、集約されたサービスの新しいセットの作成を含む。ベクトル空間の分析は、すべての必要な許容可能な仕様を、与えられた構成によって提供される完全なセットのサービスを介して提供する。ベクトル空間は、同様に、以下のサービスに接続されている実行可能なプロセスを表わすことができる。かようなサービスは、サービスへのアクセスを有するあらゆるレベルによって応答可能かつ管理可能である。従って、統合された挙動は、使用可能なサービスを呼び出しまたは起動するプロセスによって決定される。プロセスを、(製造現場での)オートメーション・プロセス、統合プロセスおよび生産プロセスから、ビジネス・プロセスおよびコーポレート・プロセスに対して、区切ることができる。

与えられたレイアウトの決定に従って、非常に良く定義されたセットのサービスを、オーケストレートまたは定義する必要がある。ここで製造現場のトポロジのオーケストレーションについて述べることが可能である。

決定されたレイアウトの始動は、呼び出されたサービスのシーケンスが、集約されたサービスのトポロジに明確に含まれている、メカトロニクス、通信および制御仕様および／または特性および／または制限、例えば、共用されるリソース、プロセス能力、競争相手等を顧慮することを含む。

与えられたオートメーション生産システムのためのオーケストレーション・トポロジは、今や、外部のサービス指向コンポーネント、例えば、生産オーケストレータＰＯおよび意思決定システムＤＭＳ（decision making systems（ＤＭＳ））に連結されることができる。例えば、オーケストレーション・ミドルウェアＯＭが、意思決定システムＤＭＳに、実時間決定のソリューションのためのサービスを提供することができる。

例えば、製品に結合されている定義された操作サイクルは、サービス（個々のまたは集約されたサービス）を呼び出すことができる。これらのサービスが、オーケストレーション・トポロジによって、製造現場ＦＳに提供されるのは、正しいインタフェースが存在するとき、および製品に結合されたオーケストレータＰＯが、製造現場のオーケストレーション・トポロジにどのサービスが見出されるかを、認識するときのみである。

この試みの主な結果は、製造現場のオーケストレーション・トポロジが、ＳＯＡによる製造現場と、ＩＴコーポレート・アーキテクチャの、ＳＯＡによる他のコンポーネントとを統合するシステムインテグレータとして作用すること（図１を参照せよ）である。

-統合されたサービス指向の生産デバイス（メカトロニクス、制御および通信）（制御プロバイダ＋機械プロバイダ）
-上位のレベル、例えば生産管理システム（制御プロバイダ＋ＭＥＳ（製造実行システム）またはＥＲＰ（企業資源計画システム））を有する統合された製造現場。

図２に示した適用例は、製造現場の構成が、サービスの集約および結果として生じるオーケストレーションの形態で如何にデザインされているかを示す。２つのデバイス、すなわちコンベヤ１および２が、それぞれ、４つの対応のサービスにマッピングされる４次元のベクトル空間を有する。特に、コンベヤ１は、サービスＳａ，Ｓｂ，Ｓ１，Ｓ２を、コンベヤ２はサービスＳｃ，Ｓｄ、Ｓ３およびＳ４を使用可能にする。サービスＳ１，Ｓ２，Ｓ３およびＳ４は、各々のコンベヤのための入力伝達サービスおよび出力伝達サービスを管理する必要な結合インタフェースを表わす。複数のコンベヤが、共に、メカトロニクス、通信および制御に関して結合されかつ集約されているときに、結果として生じる次元は７であり、従って、新たな構成は、製造現場に７つのサービスを提供する。特別な場合は、只１つのサービスＳ１，４へのサービスＳ１およびＳ４の統合である。何故ならば、これらのサービスは、依存論理を表わしているからである。つまりは、サービスＳ１のトランスファアウト動作が、Ｓ４のトランスファイン動作を必要とするのである。新たなサービスＳ１，４および他の非依存のサービスは、新たな７次元のベクトル空間の部分である。

本発明によって、オーケストレーション・プロセスの形態の柔軟性のある製造現場を構成し、かつ複数の要素を指定することが可能となる。その目的は、ＳＯＡによるＩＴコーポレート・アーキテクチャにおいて自らのサービスによって指定されている、製造現場のコンポーネント（例えばデバイス）の、その透過的統合のためのミドルウェアを開発するためである。

相補的な実施の形態：試みは、デバイスレベルからコーポレート・レベルへの適合の拡大および統合のためのサービス指向の概念を利用する。複数の利点を、この思想から、明瞭に認識することができる。一方では、サービス指向アーキテクチャの「継承された」特徴は、製造現場のための、構成への伝統的な試みと併合され、他方では、オーケストレーションへの新たなかつ革新的な試みは、正式には、ベクトル解析の理論に基づいている。

以下の利点の最初の要約：
-高レベルの、特徴に満ちた、方法論的に独立した制御、透過画像、アクセスおよび管理を製造現場のレベルで提供するミドルウェアの、そのオーケストレーションおよび統合；
-すべてのレベルでのサービス指向概念の再利用、統合アーキテクチャの提供；
-管理のための利点、特に、製造現場への、複合されたアクセス；
-製造現場における再構成は、上位のレベルでの対応の構成を必要としない（およびその逆も同じ）；
-あらゆる目的のためのサービスの再利用可能性；
-ミドルウェアによるボトムアップ・ビューおよびトップダウン・ビューの衝突管理；
-ペトリネットでモデル化されたシステムの実時間挙動の指定化、分析、妥当性確認および支援のための、数学的方法および基礎（例えば、線形代数および機能分析）の利用。

上記テキストには、以下の概念を、以下のように用いる:
オーケストレーションは、サービスすなわち用益の自動組立、調整および管理を記載する。オーケストレーション・プロセスは、オーケストレータと呼ばれる加入者（サービスプロバイダまたは所有者）によって実行される。

オーケストレーション（英語、Orchestration）は、一般的には、実行可能な生産プロセスまたはビジネス・プロセスを記述する。この場合、企業内のおよび企業外のサービスをオーケストレートすることができる。プロセスの流れは、加入者によって制御される。

ミドルウェア（ドイツ語では、「Zwischenanwendung」(中間アプリケーション)）は、情報科学では、アプリケーションにおいて中間であるプログラムのことである。これらのプログラムは、これらのアプリケーションおよびアプリケーションのインフラストラクチャの複雑性が隠れるように、アプリケーションの間を取り持つ。ミドルウェアを、分配プラットフォーム、すなわち、通常のコンピュータ通信よりも高いレベルでのプロトコル（またはプロトコル束）とも見なすことができる。複数のコンピュータの間の簡単な通信を取り扱う低レベルのネットワークサービスと異なり、ミドルウェアは、複数のプロセスの間の通信を支援する。ミドルウェアは、複数のソフトウェア・コンポーネントを接続する。それ故に、このことによって、前記コンポーネントの間の相互運用性が支援される。

サービス指向アーキテクチャ（ＳＯＡ）：ＳＯＡは、異なったサービス所有者および／またはサービス加入者によって担われる分配された機能の構造化および利用のためのパラダイムである。ＳＯＡは、分配されたシステムの分野からの情報技術の試みである。その目的は、生産デバイスのサービスを構造化しかつ利用するためである。

１つのセットの関数（ベクトル）、あるいは関数ベクトルを、複数のデバイスまたはコンポーネントの機能性および／または能力および／または制限の記述、および線形方程式の形態の前記複数の機能性の間の関係として理解することができる。各々の関数は、ベクトル場の基本ベクトルとしても同定することができる。一般的には、複数の基本ベクトルの量がベクトル場を形成する。これらの関数がサービスを記述するときは、サービスのベクトル場がある。すべてのベクトル場におけるように、基本ベクトルの集合は、（場と同じ数の座標および／または次元を有する）新たなベクトルを生じさせる。ベクトルが関数を記述するので、以下のマッピングが生じる。かような複雑な関数は、サービス関係の数学的結果であってもよく、図３に示すように、更に複雑な関数を発生させるために、更に構成されてもよい。

Claims

製造現場の複数のサービス指向オートメーション・コンポーネントによって提供されるサービスを、製造レベルから上位のレベル、例えば、コーポレート・レベル、ビジネス・レベルおよび／または生産レベルへオーケストレートしかつ統合する方法であって、前記サービス指向オートメーション・コンポーネントを、オーケストレーション・ミドルウェアによって、前記上位のレベルに結合し、前記サービス指向オートメーション・コンポーネントによって提供されるサービスを、ベクトル関数、および前記サービス指向オートメーション・コンポーネントのオーケストレーションに基づくレイアウトを用いて前記上位のレベルへ統合する方法。
任意の或るサービス指向オートメーション・コンポーネントによって提供される、１つのセットのサービスを、１つのセットの関数またはベクトル、あるいは関数ベクトルにマッピングすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記セットの関数またはベクトル、あるいは関数ベクトルの組立によってサービスを集約し、前記サービス指向オートメーション・コンポーネントの、前記セットから形成された任意の或るベクトル空間が、すべての可能な個々のまたは集約されたサービスを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
前記製造現場の、複数のサービス指向オートメーション・コンポーネントのオーケストレーションに基づくレイアウトを、前記複数のサービス指向オートメーション・コンポーネントの複数のベクトル空間の組み合わせと、制限の発生と、集約されたサービスの新たなセットの作成とによって構成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
前記複数のベクトル空間は、前記複数のサービスに接続されており、かつ前記サービスへのアクセスを有するあらゆる上位のレベルによって呼び出されおよび用いられる、実行可能なプロセスを表わすことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
前記オーケストレーション・ミドルウェアを、外部のサービス指向コンポーネント、例えば、生産オーケストレーションおよび／または意思決定システムに連結することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
インタ・レベル対話およびイントラ・レベル対話をサービス指向で実行することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
製造現場(ＦＳ)の複数のサービス指向オートメーション・コンポーネント（Ｄ１，Ｄ２，ＦＣ）によって提供されるサービス（Ｓ）を、製造レベル（ＦＬ）から上位のレベル(ＨＬ)、例えば、コーポレート・レベル、ビジネス・レベルおよび／または生産レベルへオーケストレートしかつ統合するためのシステムにおいて、
前記サービス指向オートメーション・コンポーネント（Ｄ１，Ｄ２，ＦＣ）は、オーケストレーション・ミドルウェア(ＯＭ)によって、ベクトル関数と、サービス指向オートメーション・コンポーネントのオーケストレーションに基づくレイアウトとを用いて、結合されていることを特徴とするシステム。
前記ベクトル関数または１つのセットのベクトル関数が、任意の或るサービス指向オートメーション・コンポーネント（Ｄ１，Ｄ２，ＦＣ）によって提供される、１つのセットのサービス（Ｓ）から、マッピングされていること、および、前記複数の関数ベクトルが、個々のおよび／または集約されたサービス（Ｓ）を形成するために、前記サービス指向オートメーション・コンポーネント（Ｄ１，Ｄ２，ＦＣ）からなる前記ベクトル空間に組み立てられていることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
前記オーケストレーション・ミドルウェア(ＯＭ)は、外部のサービス指向コンポーネント、例えば、生産オーケストレータ（ＰＯ）および／または意思決定システム(ＤＭＳ)に連結されていることを特徴とする請求項８または９に記載のシステム。