TWI410871B - Universal interface module - Google Patents

Description

通用介面模組

本發明是有關於一種提昇異質(Heterogeneous)系統間互溝通性(Interoperability)之技術，特別是指一種應用於異質系統間之資料交換架構的通用介面模組。

由於鋼鐵工業屬於人力密集之產業，為了節省人力成本並希望能更快速反應工廠設備的即時狀況，因此在各階段鋼鐵製程的設備中，紛紛建構了許多的製程相關(Process-Related)資訊系統，例如，各式的製程管控和設備監診(Process Monitoring and Diagnosis，簡稱PMD)系統。如此，即可透過網路通訊技術，將鋼鐵製程之設備與工程人員、維修診斷專家的各項操作流程連結起來。然而，鋼鐵製程是一道冗長、複雜、分段、不連續、且內涵高科技的一連串處理程序，從前段的原料(鐵礦、石灰石等)經過高爐、轉爐、連鑄(Continuous Casting)，到後段的熱軋(Hot Rolling)、冷軋(Cold Rolling)等各個製程，皆須要相當程度的領域知識，且具有獨特的專屬技術。以中鋼為例，各製程均分別設有專屬的部門來負責操作與設備維護，而各部門也分別為其製程之設備建構了許多對應的製程相關資訊系統。

隨著資訊科技的進步及系統結構的改變，鋼鐵業者各部門所發展的資訊環境，持續不斷地發生變化，使得目前廠內具有許多不同技術所建立的製程相關資訊系統。然而，單一的製程相關資訊系統往往無法涵蓋上、下游製程的量測值與分析結果，領域專家(例如，品管或設備維護工程師)常常必須跨系統查詢所需資訊，但由於這些製程相關資訊系統各自為獨立設計的異質系統，彼此之間的服務與資料無法共享，造成領域專家操作製程相關資訊系統與查詢資訊的工時增加。除此之外，隨著越來越多的製程相關資訊系統之上線運作，製程相關資訊系統間資訊的不流通儼然使資訊孤島問題越來越嚴重。又，由於每個製程相關資訊系統之開發可能採用不同的平台、通訊協定、通訊介面、資料定義、與安全機制，新的製程相關資訊系統往往無法使用其他既有(Legacy)之製程相關資訊系統中已開發的功能；而且，一旦系統數量與時俱增，往後其他系統的開發成本及既有之系統的維護成本也隨之增加。

舉例來說，假設廠內的多個既有之製程相關資訊系統係分別採用不同的技術，常見的像是開放式資料庫連接(Open Database Connectivity，簡稱ODBC)技術、用於製程控制的物件連結與嵌入(Object Linking and Embedding(OLE)for Process Control，簡稱OPC)技術、網路服務(Web Services，簡稱WS)技術等，以供操作及取得資料；當外部使用者為了操作該等製程相關資訊系統並取得相關製程資料時，必須透過上述不同技術所對應之方式；如此一來很難達成各系統之資訊交連，也無法協同合作，且既有之製程相關資訊系統逐漸因無法跟上資訊技術(Information Technology，簡稱IT)產業的發展，而導致功能受限。

有鑑於此，開發一個用於異質系統間資料交換的通用介面模組的確有其必要性。

因此，本發明之目的，即在提供一種應用於異質的製程相關(Process-Related)資訊系統間之資料交換架構的通用介面模組(Generic Interface Module)。

於是，本發明通用介面模組係安裝於一製程相關資訊系統，適用於供該製程相關資訊系統透過網路與資料交換對象通訊，該通用介面模組包含：一通訊代理人單元(Communication Agent)、一資料收集管理單元(Data Collection Manager)，及一設備驅動器介面(Equipment Driver Interface)。該通訊代理人單元用以透過網路與資料交換對象進行通訊，並提供資料交換對象以要求一資料收集服務，且傳送回應該資料收集服務之資料收集結果給資料交換對象。該資料收集管理單元用以經由該通訊代理人單元接收資料交換對象所要求之該資料收集服務，並根據該資料收集服務的內容對該製程相關資訊系統進行資料收集，且經由該通訊代理人單元傳送資料收集結果給資料交換對象。該設備驅動器介面用以供該資料收集管理單元對該製程相關資訊系統進行資料收集。

其中，該資料收集管理單元係經由該通訊代理人單元提供與該製程相關資訊系統有關的一通用設備模型文件(Common Equipment Model)給資料交換對象，並經由該通訊代理人單元接收來自資料交換對象的一資料收集計劃(Data Collection Plan)，其中，該通用設備模型文件包括一設備資訊(Equipment Information)及一資料來源資訊(Data Source Information)，該資料收集計劃係根據該通用設備模型文件被產生，當資料交換對象啟動該資料收集計劃，以要求對應該資料收集計劃之該資料收集服務後，該資料收集管理單元根據該資料收集計劃，透過該設備驅動器介面對該製程相關資訊系統進行資料收集，且將資料收集結果包裝成一資料收集報告(Data Collection Report)經由該通訊代理人單元傳送給資料交換對象。

本發明之功效在於利用該通用介面模組，有效地整合異質的製程相關資訊系統。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1與圖2，本發明通用介面模組1之較佳實施例，係應用於異質之製程相關資訊系統間的資料交換架構，該資料交換架構包含通用介面模組1、資料交換對象2，以及透過網路3與資料交換對象2通訊的製程相關資訊系統。以鋼鐵製程為例，製程相關資訊系統可為熱軋製程即時監測系統41、連鑄製程診斷系統42，或其他與製程相關的PMD系統。其中，每一製程相關資訊系統各自安裝有本發明之通用介面模組1，以供製程相關資訊系統與資料交換對象2進行通訊及資料交換。

值得一提的是，本發明通用介面模組1之設計目的，係用來建構一個基於服務導向架構(Service Oriented Architecture，簡稱SOA)的資料交換架構，以提昇異質之製程相關資訊系統間的互溝通性，而存在於製程相關資訊系統內部的程式、功能與資料，係被包裝(wrap)成各種服務(Service)，並藉由該通用介面模組1提供給資料交換對象2。其中，SOA係為現有之技術概念，可參考「http://en.wikipedia.org/wiki/Service-oriented_architecture」，故不在此贅述。

該通用介面模組1包括一通訊代理人單元11、一資料收集管理單元12、一使用者設定介面13，以及一設備驅動器介面14；其等之細節說明如下。

該通訊代理人單元11係用以處理對外的通訊與資料交換，例如，透過網路3提供資料交換對象2以要求一資料收集服務，且傳送回應該資料收集服務之資料收集結果給資料交換對象2。當資料交換對象2要和該通用介面模組1內的其他元件通訊時，必須經過該通訊代理人單元11之代理方能完成。在本較佳實施例中，該通訊代理人單元11係採用微軟(Microsoft)的視窗通訊基礎(Window Communication Foundation，簡稱WCF)技術來實作，且對外係以簡單物件存取協定(Simple Object Access Protocol，簡稱SOAP)，及超文件傳輸協定(Hypertext Transmission Protocol，簡稱HTTP)作為通訊協定。該通訊代理人單元11係提供以下方式：傳送可擴展標記語言(Extensible Markup Language，簡稱XML)格式檔案、接收XML格式檔案、傳送二進位(Binary)格式檔案、接收二進位格式檔案、傳送混合(Hybrid)格式檔案，及接收混合格式檔案，以與資料交換對象2進行雙向通訊。

其中，傳送XML格式檔案/接收XML格式檔案係用以傳送、接收通用命令，此兩種方式的引數(Argument)是符合一通用XML綱要(Schema)的XML檔案。傳送二進位格式檔案/接收二進位格式檔案係用以傳送、接收二進位檔案，此兩種方式的引數為包含位元組陣列(Byte Array)的結構(Structure)。傳送混合格式檔案/接收混合格式檔案係用以同時傳送、接收XML檔案及二進位格式檔案，此兩種方式的引數為包含XML檔案及二進位檔案的結構。

其中，該通用XML綱要包括三個主要的部分，分別是一通訊資訊(Communication Information)部分、一命令(Command)部分，及一相關參數(Associated Parameter)部分。該通訊資訊部分用以描述與資料交換對象2通訊所需之相關資訊，該等相關資訊包括一訊息名稱(Name)、一訊息識別號(ID)、一來源端網際網路通訊位址(Source IP)、一目的端網際網路通訊位址(Destination IP)、一同步(Synchronous)旗標，及一時間郵戳(TimeStamp)。該命令部分用以描述與資料交換對象2通訊中所要執行的命令，該等命令包括一獲取通用設備模型文件命令、一回傳通用設備模型文件命令、一定義資料收集計劃命令、一回應定義資料收集計劃命令、一啟動資料收集計劃命令，及一回應啟動資料收集計劃命令。當某些命令或回應需要夾帶額外的資訊時，該相關參數部分用以供此等額外的資訊附加於XML檔案中。

該資料收集管理單元12為本發明通用介面模組1的核心處理元件，用以接收資料交換對象2傳送來的各種命令，並在剖析命令之內容後，執行對應之處理動作。舉例來說，該資料收集管理單元12經由該通訊代理人單元11接收資料交換對象2所要求之該資料收集服務，並根據該資料收集服務的內容對其所屬的製程相關資訊系統進行資料收集，且經由該通訊代理人單元11傳送資料收集結果給資料交換對象2。其中，該資料收集管理單元12之各項主要功能分述如下。

通用設備模型文件管理功能：

該資料收集管理單元12經由該通訊代理人單元11提供一通用設備模型文件給資料交換對象2，以便資料交換對象2端的使用者可藉由取得該通用設備模型文件的內容，得知其所屬之製程相關資訊系統的具體架構。其中，該通用設備模型文件係利用「類Interface A」規範來作為欲交換之資料的描述規範，在本較佳實施例中，該通用設備模型文件係為包括一設備資訊及一資料來源資訊的XML描述檔，該資料收集管理單元12係經由該通訊代理人單元11之傳送XML格式檔案/接收XML格式檔案兩種方式，與資料交換對象2通訊。而「類Interface A」係基於國際半導體設備材料產業協會(簡稱SEMI)組織所提出的設備數據採集(Equipment Data Acquisition，簡稱EDA或Interface A)標準修改而得，EDA(或Interface A)之相關細節可參考「Gino Crispispieri,ISMI Manufacturing Initiative,Interface A Standards Implementation,1998.」、「Gino Crispispieri, ISMI Manufacturing Initiative,Interface A Usage Guidance,1998.」等文獻，故不在此贅述。值得一提的是，該通用設備模型文件所利用之「類Interface A」規範除了藉由該設備資訊描述系統或設備特性之外，還藉由該資料來源資訊描述與製程相關資訊系統有關的資料來源；該資料來源資訊所支援的資料來源型態(Type)包括了目前業界常用的一資料庫型態、一WS型態，以及一OPC型態，不過該資料來源資訊所支援的資料來源型態是可以隨著未來系統實際上所採用的技術而進行擴充，並不限於本較佳實施例所揭露。

資料收集計劃管理功能：

資料交換對象2端的使用者根據自己之資料需求，由該通用設備模型文件之描述內容中，選定或編輯其所需的參數或事件，以產生對應的一資料收集計劃；換句話說，該資料收集計劃的內容係包括該設備資訊及該資料來源資訊其中至少一者。當資料交換對象2啟動該資料收集計劃，以向製程相關資訊系統要求對應該資料收集計劃之資料收集服務後，該資料收集管理單元12會根據被啟動的該資料收集計劃之內容(參數或事件)，對其所屬之製程相關資訊系統進行資料收集。

資料收集報告產生功能：

回應資料交換對象2所要求之資料收集服務，該資料收集管理單元12將資料收集結果包裝成一資料收集報告，並經由該通訊代理人單元11傳送給資料交換對象2。而該資料收集報告依其產生的時機與頻率，主要可分為三種：一追蹤(Trace)報告、一事件(Event)報告，及一例外(Exception)報告。其中，資料交換對象2端的使用者在編輯該資料收集計劃時，可設定一追蹤區間(Trace Interval)，並記錄在該資料收集計劃內，該資料收集管理單元12根據該追蹤區間週期性地進行資料收集並將收集結果包裝成追蹤報告，經由該通訊代理人單元11傳送給資料交換對象2。資料交換對象2端的使用者在編輯該資料收集計劃時，亦可設定事件條件(Event Condition)，當事件條件成立時，該資料收集管理單元12即開始進行資料收集，並且在任務完成後將收集結果包裝成事件報告，經由該通訊代理人單元11傳送給資料交換對象2。當該資料收集管理單元12收集資料的過程中有例外發生時，例如，資料庫連接逾時，該資料收集管理單元12會產生對應此例外的例外報告，經由該通訊代理人單元11傳送給資料交換對象2。

該使用者設定介面13係為一圖形化使用者介面(Graphic User Interface，簡稱GUI)，用以供資料交換對象2端的使用者進行該通用介面模組1的相關設定，該等相關設定主要包括了供資料交換對象2端的使用者編輯該資料收集計劃，及供資料交換對象2端的使用者進行繫結步驟(Binding Step)，以完成該資料來源資訊的設定。

該設備驅動器介面14主要扮演該通用介面模組1與製程相關資訊系統之製程設備或資料來源之橋樑，該資料收集管理單元12係根據該設備資訊透過該設備驅動器介面14收集製程設備的原始資料(Raw Data)，或根據該資料來源資訊透過該設備驅動器介面14擷取製程相關資訊系統的原始資料。值得一提的是，該設備驅動器介面14係採取可抽換式(Pluggable)設計，以供與製程相關資訊系統有關的至少一設備驅動器(Equipment Driver)可抽換式地更換，對應地，該設備驅動器即為一可抽換式模組，而該設備驅動器可在程式執行時期動態抽換(Hot Spot)，或在程式編譯時期靜態抽換(Frozen Spot)。對於製程相關資訊系統的開發者及管理者而言，該設備驅動器介面14所採取的可抽換式設計具有模組化(Modularity)、可再利用性(Reusability)、鬆綁系統相依關係(Loosely Coupling)等特點，使得製程相關資訊系統之設備驅動器的開發與維護上更為容易。

在本較佳實施例中，該設備驅動器介面14實現上係採用類似設計模式(Design Pattern)中的轉接器模式(Adapter Pattern)的方式，來作為與製程相關資訊系統中既有之功能元件(像是，設備驅動器)之間的溝通橋樑，當日後製程相關資訊系統之功能元件有更動時，只需調整該設備驅動器介面14即可，此種實現方式，係將既有之功能元件對應之程式碼封裝起來，並將易於變動的程式碼與其抽離，盡量作到鬆綁系統相依關係。該設備驅動器介面14包括了RetrieveData()、ControlSystem()，及DataProcess()三種方法，以供各類設備驅動器繼承，其中，RetrieveData()係用於收集製程相關資訊系統之資料，ControlSystem()係用於控制製程相關資訊系統，像是，將命令及資料設定至欲控制之製程設備，以達到控制製程設備之目的，DataProcess()係用於資料邏輯處理或運算；至於設計模式及可抽換式介面的詳細實作方式，係為熟習此項技術者所熟知，故不在此贅述。

對應上述本發明通用介面模組1之較佳實施例，資料交換對象2可藉由本發明通用介面模組1來對異質的製程相關資訊系統(如，熱軋製程即時監測系統41、連鑄製程診斷系統42)進行資料收集。其中，資料交換對象2可以為遠端用戶(Remote Client)；而與該通用介面模組1的相關操作/設定畫面以及操作/設定結果畫面，皆可於遠端用戶之軟體視窗中顯示給使用者。

參閱圖1、圖2與圖3，與上述資料收集有關之步驟說明如下。

如步驟51所示，在各製程相關資訊系統上線運作之前，系統管理者必須先藉由建立與各製程相關資訊系統有關的通用設備模型文件及設備驅動器介面14，以建立各製程相關資訊系統專屬的通用介面模組1。

如步驟52所示，當資料交換對象2首次透過網路3連結任一製程相關資訊系統專屬的通用介面模組1時，會經由該通用介面模組1之通訊代理人單元11，向該通用介面模組1要求其通用設備模型文件，該製程相關資訊系統回應此要求，將其通用設備模型文件經由其通訊代理人單元11提供給資料交換對象2。

如步驟53所示，資料交換對象2端之使用者根據自己之需求，透過被顯示於資料交換對象2端的該通用介面模組1之使用者介面13，由通用設備模型文件所描述的內容中選定或編輯所需的參數或事件，以產生對應的資料收集計劃，並將資料收集計劃的內容傳送給該通用介面模組1。

如步驟54所示，該通用介面模組1經由其通訊代理人單元11接收每一資料收集計劃，並儲存所接收的資料收集計劃，且其資料收集管理單元12將所接收的資料收集計劃納入一資料收集計劃管理清單(DCP List)。

如步驟55所示，當資料交換對象2端之使用者登入製程相關資訊系統專屬的通用介面模組1時，資料交換對象2端之使用者可透過被顯示於資料交換對象2端的使用者介面13，設定該資料收集計劃管理清單中其欲啟動的資料收集計劃。當某一資料收集計劃被啟動後，資料交換對象2向該通用介面模組1要求對應資料收集計劃之資料收集服務。

如步驟56所示，該通用介面模組1經由該通訊代理人單元11接收資料收集服務(對應於被啟動之資料收集計劃)，其資料收集管理單元12根據被啟動之資料收集計劃的內容進行資料收集。

如步驟57所示，該資料收集管理單元12將步驟56之資料收集結果包裝成對應的資料收集報告，並經由該通訊代理人單元11透過網路3傳送對應的資料收集報告給資料交換對象2，以回應其資料收集服務。

綜上所述，藉由本發明通用介面模組1，可有效地整合異質的製程相關資訊系統，並使得各製程相關資訊系統之設備驅動器的開發與維護上更為容易，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1．．．通用介面模組

11．．．通訊代理人單元

12．．．資料收集管理單元

13．．．使用者設定介面

14．．．設備驅動器介面

2．．．資料交換對象

3．．．網路

41．．．熱軋製程即時監測系統

42．．．連鑄製程診斷系統

51~57．．．步驟

圖1是一方塊圖，說明本發明通用介面模組之一應用範例；

圖2是一方塊圖，說明本發明通用介面模組之一較佳實施例；及

圖3是一流程圖，說明資料交換對象藉由本發明通用介面模組，對異質的製程相關資訊系統進行資料收集之相關步驟。

1．．．通用介面模組

11．．．通訊代理人單元

12．．．資料收集管理單元

13．．．使用者設定介面

14．．．設備驅動器介面

Claims (11)

1. 一種通用介面模組，安裝於一製程相關資訊系統，適用於供該製程相關資訊系統透過網路與資料交換對象通訊，該通用介面模組包含：一通訊代理人單元，用以透過網路與資料交換對象進行通訊，並提供資料交換對象以要求一資料收集服務，且傳送回應該資料收集服務之資料收集結果給資料交換對象；一資料收集管理單元，用以經由該通訊代理人單元接收資料交換對象所要求之該資料收集服務，並根據該資料收集服務的內容對該製程相關資訊系統進行資料收集，且經由該通訊代理人單元傳送資料收集結果給資料交換對象；及一設備驅動器介面，用以供該資料收集管理單元對該製程相關資訊系統進行資料收集；其中，該資料收集管理單元係經由該通訊代理人單元提供與該製程相關資訊系統有關的一通用設備模型文件給資料交換對象，並經由該通訊代理人單元接收來自資料交換對象的一資料收集計劃，其中，該通用設備模型文件包括一設備資訊及一資料來源資訊，該資料收集計劃係根據該通用設備模型文件被產生，當資料交換對象啟動該資料收集計劃，以要求對應該資料收集計劃之該資料收集服務後，該資料收集管理單元根據該資料收集計劃，透過該設備驅動器介面對該製程相關資訊系統 進行資料收集，且將資料收集結果包裝成一資料收集報告經由該通訊代理人單元傳送給資料交換對象。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之通用介面模組，其中，該通訊代理人單元係採用微軟的視窗通訊基礎技術。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之通用介面模組，其中，該通訊代理人單元係提供以下方式：傳送可擴展標記語言格式檔案、接收可擴展標記語言格式檔案、傳送二進位格式檔案、接收二進位格式檔案、傳送混合格式檔案，及接收混合格式檔案，以與資料交換對象進行雙向通訊。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之通用介面模組，其中，經由該通訊代理人單元所傳送、接收的可擴展標記語言格式檔案係符合一通用可擴展標記語言綱要，該通用可擴展標記語言綱要包括一命令部分，用以描述與資料交換對象通訊中所要執行的命令，該等與資料交換對象通訊中所要執行的命令包括一獲取通用設備模型文件命令、一回傳通用設備模型文件命令、一定義資料收集計劃命令、一回應定義資料收集計劃命令、一啟動資料收集計劃命令，及一回應啟動資料收集計劃命令。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之通用介面模組，其中，該通用可擴展標記語言綱要還包括一通訊資訊部分，用以描述與資料交換對象通訊所需之相關資訊，該等與資料交換對象通訊所需之相關資訊包括一訊息名稱、一訊息識別號、一來源端網際網路通訊位址、一目的端網際 網路通訊位址、一同步旗標，及一時間郵戳。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之通用介面模組，其中，該資料收集計劃的內容係包括該通用設備模型文件的該設備資訊及該資料來源資訊其中至少一者。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之通用介面模組，其中，該資料收集管理單元係根據該資料來源資訊透過該設備驅動器介面來擷取該製程相關資訊系統之原始資料。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之通用介面模組，其中，該資料來源資訊支援的資料來源型態包括一資料庫型態、一網路服務型態，及一用於製程控制的物件連結與嵌入型態。
9. 依據申請專利範圍第7項所述之通用介面模組，還包含一使用者設定介面，用以供資訊交換對象端的使用者進行繫結步驟，以完成該資料來源資訊的設定。
10. 依據申請專利範圍第6項所述之通用介面模組，其中，該資料收集管理單元係根據該設備資訊透過該設備驅動器介面來收集該製程相關資訊系統的至少一製程設備之原始資料。
11. 依據申請專利範圍第1項所述之通用介面模組，其中，該設備驅動器介面還供與該製程相關資訊系統有關的至少一設備驅動器可抽換式地更換。