專利名稱：用于將制造車間的面向服務的自動化部件整合到靈活的it企業架構中的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于將來自制造層的由面向服務的自動化部件所提供的服務編排和 整合到如企業層的更高層中的一種方法和一種裝置。
背景技術：
新信息技術在新一代制造系統中有很強的優勢。在多年并行的研發之后，信息系 統工具和制造系統的途徑會聚在一起，以便推動實現完全商業環境的整合。已采取了多種嘗試來將完整的多代理系統以及高級Petri網絡的靈活性、可用 性和整合性擴展到面向服務的生產系統的新領域(Colombo, Α. 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, Num. 1，Cont. 31,2006 年 2 月；Colombo, Α. W. "‘Industrial Agents =Towards Collaborative Production-Automation, -Management and-Organization，，·IEEE Industrial Electronics Society Newsletter, Vol. 52, No. 4,17-18 M,2005 ^ 12 月；Colombo, A. W.禾口 Schoop, R. "‘Collaborative Industrial Automation :Toward the Integration of a Dynamic Reconfigurable Shop Floor into a Virtual Factory". "Virtual Enterprise Integration-Technological and Organisational Perspectives，，(Ed. G. Putnik 禾口 M. M. Cunha)中的 XII 章.Idea Group Publishing, Hershey PA，美國，2005年3月)。用于自動化設備的面向服務的架構例如在F. Jammes等人的“Service-oriented architectures for devices-the SIRENA view”， IEEE, INDIN' 5，2005年8 月 10-12 日， 第 140-147 頁中以及 J. Lastra 等人的"Semantic web services in factory automation fundamental insights and research roadmap，，，IEEE, 2006 年 2 月，Vol. 2,第 1 至 11 頁中 有所描述。一種用于解決技術上、組織上、經濟上的限制的方案在于，將一組生產單元視為分 布式的、自主的、智能的并且可再使用的單元的集合，其中這些單元作為一組協作的單元工 作。這些單元中的每一個通常包括硬件機電一體化設備、控制軟件以及嵌入式智能， 并且能夠相互通信。在考慮到這些單元被嵌入到諸如制造企業環境的基礎機構中的情況下，從功能性 角度出發，每個協作的單元可以在任意時間發起動作并且動態地相互作用，以便解決本地 的和全局的任務。此外，做出了將工廠制造層中的面向服務的部件整合到IT企業架構中的嘗試，以 實現垂直的信息和控制訪問。一種可能的解決方式是，這些部件向企業結構的較高層提供 所需的服務，因此可以被這些較高層控制。這與面向服務的范例相匹配。然而，如果考慮自主動作的協作設備，則“從上至下視圖”中常見的主從層級不是有利的。一種部分解決方案是，將制造層中的能夠提供服務但是也能夠請求服務的自主 設備混合起來，其中所請求的服務由其他層提供，所述其他層例如是決策系統(Decision Making System ;DMS)、制造執行系統(Manufacturing Execution System ；MES)以及企業結 構資源規劃系統(Enterprise Resource Planning ；ERP)。
發明內容
由此本發明所基于的任務是，提供用于分析制造層上的面向服務的自主的自動化 和生產設備的運行行為以及將所述自動化和生產設備整合到靈活的IT企業架構中的方法 和系統。目標是，提供對制造層上設備的顯示自主的控制，該控制與通常的更加面向服務 的工廠自動化系統不同，在通常的更加面向服務的工廠自動化系統中，設備只作為向諸如 DMS、MES和/或ERP的更高層提供服務的提供方。該想法描述一種用于將面向服務的制造自動化部件整合到靈活的IT企業架構中 的編排中間件。結合上下文，該想法的焦點在于基于分布式、可再配置以及面向服務的設備 及其從制造成到更高層(例如企業層/商業層/生產層)的整合的自動化和生產系統。所 得到的中間件基礎結構在使用向量功能和基于設備的編排的布局的情況下將制造車間引 導和連接到更高的層。所有層間交互和層內交互都是面向服務的。根據本發明方法的特征尤其在于，面向服務的自動化部件通過編排中間件與更高 層耦合，并且在使用向量功能和基于面向服務的自動化部件的編排的布局的情況下將面向 服務的自動化部件所提供的服務整合到該更高層中。根據優選實施方式，由面向服務的自動化部件所提供的一組服務被映射為一組功 能/向量或功能向量。另一優選的方式設置，通過將該組功能/向量或功能向量組合起來來會聚服務， 其中由此構成的面向服務的自動化部件的向量空間包含所有可能的單獨的和會聚的服務。優選地，通過組合面向服務的自動化部件的向量空間、生成限制以及生成新的會 聚服務組來配置生產車間基于面向服務的自動化部件的編排的布局。在此設置，所述向量空間表示可執行的過程，這些過程與服務相關聯并且由每個 具有通向這些過程的入口的更高層調用和應用。編排中間件可以與面向服務的外部部件耦合，所述面向服務的外部部件例如是生 產編排器和/或決策系統。可以以面向服務的方式來實施層間交互以及層內交互。一種用于將來自制造層的由制造車間的面向服務的自動化部件所提供的服務編 排和整合到更高層中的系統的特征在于，在使用向量功能和基于面向服務的自動化部件的 編排的布局的情況下將面向服務的自動化部件通過編排中間件耦合。根據優選的系統，向量功能或一組向量功能由面向服務的自動化部件所提供的一 組服務映射而來，并且所述功能向量被組合到面向服務的自動化部件的向量空間以形成單 獨的和/或會聚的服務。編排中間件與面向服務的外部部件耦合，所述面向服務的外部部 件例如是生產編排器或決策系統。
本發明的其他細節、優點和特征不只從權利要求、從這些權利要求中獲知的一單 獨的和/或以組合方式的一特征中得出，而且還從下面對從附圖中獲知的優選實施例的描 述中得知。圖1示出具有中間件的IT企業架構的示意圖，該中間件用于編排和整合制造車間 的面向服務的自動化部件的服務，圖2示出兩個服務的會聚的示意圖，圖3示出借助于向量來組合服務的示意圖。
具體實施例方式圖1純示意性地示出編排中間件0M，該編排中間件OM也可以被稱為制造車間的編 排和整合器，用于將制造車間層中的面向服務的制造自動化部件Dl、D2、FC整合到例如IT 企業架構的更高層中。圖1示出制造車間FS的設備D1、D2、FC之間的整合和到服務S形式的更高層HL的 所需接口 0M。服務S表示制造車間FS的各種和充足的功能，這些功能將被引導并整合到更 高層HL中，并且服務S提供高度的控制和信息反饋。更高層HL的幾個明顯特征包括但不限 于拓撲信息、維護、若干控制操作、爭端解決和方法分析以及監控。該方案基于(設備的) 從下至上視圖，以便適應于上面的層HL的從上至下方案。存在松耦合的遺傳(Vererbimg)， 使得更高層(通常是中間件OM的客戶側)不限于特定的商業活動，但是絕對依賴于可使用 的中間件特性。該想法通過對從設備層直到企業層HL的采用和整合來使用和擴展服務基 礎的概念。每個生產設備D1、D2、FC(整合的機電一體化、通信和控制方面)是提供服務的編 排器或過程開發設備或控制設備，這些服務由設備制造商定義和開發。由每個設備提供的 服務的順序和連接遵循由設備的硬件(機電一體化)、通信和可能的控制方面生成的特性 和約束。如圖3所示那樣，由設備提供的服務組可以被映射為功能(向量)組。功能向量 的組成允許識別所有可能的組合(服務的會聚)，因為設備的向量空間包含所有可能的(所 允許的)單獨和會聚的服務。當為生產車間配置期望的布局時，該行為是一種編排的形式。布局的配置暗示設備的組成，并且一般來說當然也暗示設備的向量空間的組成、 新約束以及一組新的會聚服務的生成。對向量空間的分析給出關于完整的服務組的所有必 要的可接受的說明，該服務組由給定的配置來提供。向量空間同樣可以表示可執行的與服 務相關聯的過程，這些服務可被每個具有通向該服務的入口的層調用和處理。因此可以確 定這些調用或控制可用服務的過程的綜合行為。可以將過程從(制造車間中的)自動化過 程、整合過程、生產過程劃分到商業和企業過程。在確定給定的布局之后，必須編排或定義一個非常嚴格定義的服務組。在這里可 以涉及對生產車間的拓撲的編排。將所設置的布局投入使用意味著所調用的服務的順序重視明確地包含在會聚服 務的拓撲中的機電一體化、通信和控制規范/特性/約束，如共同使用的資源、過程容量、競爭等。
給定的自動化/生產系統的編排拓撲現在能夠與面向服務的外部部件耦合， 所述面向服務的外部部件例如是產品編排器PO和決策系統DMS (decision making systems (DMS))。例如可以由編排中間件OM為決策系統DMS提供用于解決實時決策的服務。例如，只有在正確的接口存在并且與產品相關聯的編排器PO識別出應找出制造 車間的編排拓撲中的哪些服務時，所定義的與產品相關聯的工作流程才能夠調用由制造車 間FS的編排拓撲所提供的(單獨的或會聚的)服務。該方案的主要結果是，制造車間的編排拓撲作為系統整合器來工作，該系統整合 器將基于SOA的制造車間與IT企業架構的基于SOA的其他部件整合在一起(參加圖1)_面向服務的整合的生產設備(機電一體化、控制和通信)(控制提供方+機器提 供方)-具有更高層、例如生成管理系統的整合的制造車間(控制提供方+MES(制造執行 系統)/ERP (企業資源和規劃系統))。根據圖2的應用示例示出，制造車間的配置如何以服務和所得到的編排的會聚形 式來執行。兩個設備一輸送機1和輸送機2—分別具有4維的向量空間，所述4維的向量空 間由4個對應的服務映射而來。尤其是輸送機1提供服務Sa、Sb、Si、S2，并且輸送機2提 供服務Sc、Sd、S3和S4。服務Si、S2、S3和S4表示所需的連接接口，該連接接口管理用于 每個輸送機的輸入和輸出傳輸服務。共同地，當這些輸送機在機電一體化、通信和控制方面 相連接和會聚時，所得到的維度是7并且由此制造車間的新配置提供7個服務。一種特殊 情況是服務Sl和S4會聚成一個唯一的服務Sl，4，因為這兩個服務表示一種相關邏輯服 務Sl的轉出操作需要S4的轉入操作。新服務Sl，4和其他不相關的服務是新的7維向量 空間的一部分。通過本發明使得能夠以編排方法的形式配置靈活的生產車間以及說明元件，以便 開發用于透明地整合制造車間部件(如設備)的中間件，所述制造車間部件通過其在基于 SOA的IT企業架構中的服務來說明。補充的實施方式該方案使用面向服務的概念來將設備層的采用和整合擴展到企 業層。可以從該想法中清楚地辨認出多個優點。一方面，“所繼承的”面向服務的架構的特 征與用于制造車間的傳統配置方案相融合，而另一方面與通常基于向量分析理論的新穎的 和創造性的編排方案相融合。對于優點的初步總結-中間件的編排和整合，所述中間件提供高級的、特征全面的和方法上不相關的控 制、透明的視圖、對生產車間層的接入和管理；_對所有層中的面向服務的概念的再使用，提供整合架構；-管理優勢，尤其是對生產車間的聯合訪問；-制造車間中的再配置不需要更高層中的相應配置(反之亦然)；-服務對于每個目的的可再適用性；-通過中間件對從上至下視圖和從下至上視圖的沖突管理；-為了對利用Petri網絡建模的系統的實時行為進行說明、分析、確認和支持使用 數學方法和基礎(例如線性代數和函數分析)。在上文中使用下列概念
編排描述服務/業務的自動合并、協調和管理。編排過程通過被稱為編排器的參 與方(服務/業務提供方/擁有方)來執行。編排(英文Orchestration)通常描述可實施的制造或商業過程；在此既可以編 排企業內部的業務也可以編排企業外部的業務。過程流通過一個參與方來控制。中間件(德語中大意為“中間應用”)在信息學中表示應用中性的程序，所述程序 位于應用與應用之間，使得這些應用的復雜性及其基礎結構被隱藏起來。中間件也可被視 為分布式平臺，即被視為在比常用的計算機通信更高的層上的協議(或協議集)。與處理計 算機之間的簡單通信的較低級的網絡業務不同，中間件支持過程之間的通信。中間件將軟 件部件相互連接，使得由此所述部件之間的互操作性得到支持。面向服務的架構(SOA) :S0A是用于構造和使用分布式功能的范例，所述功能由不 同的服務/業務擁有方/參與方負責。SOA是一種來自分布式系統領域的信息技術方案，用 于構造和使用制造設備的業務或服務。一組功能(向量)或功能向量可以被理解為以線性方程形式對設備/部件的功能 /能力/約束的描述以及所述功能之間的關系。每個功能也可以被看作向量場的一個基本 向量。一般來說，基本向量的集合就形成一個向量場。如果這些功能描述服務/業務，則得 到服務的向量場。如在所有向量場中那樣基本向量的合成形成新的向量(具有與該場相 同數目的坐標/維數)。因為這些向量描述功能，所以形成下列映射關系這些復雜的功能 可以是服務/業務關系的數學結果并且可以被繼續合成以便生成更復雜的功能，如在圖3 中示出的那樣。
權利要求
一種用于將來自制造層的由制造車間的面向服務的自動化部件所提供的服務編排和整合到如企業層、商業層和/或生產層的更高層中的方法，其中面向服務的自動化部件通過編排中間件與該更高層耦合，并且在使用向量功能和基于面向服務的自動化部件的編排的布局的情況下將面向服務的自動化部件所提供的服務整合到該更高層中。
2.根據權利要求1所述的方法， 其特征在于，由面向服務的自動化部件所提供的一組服務被映射為一組功能/向量或功能向量。
3.根據權利要求1或2所述的方法， 其特征在于，通過將該組功能/向量或功能向量組合起來來會聚服務，其中由此構成的面向服務的 自動化部件的向量空間包含所有可能的單獨的和會聚的服務。
4.根據前述權利要求至少之一所述的方法， 其特征在于，通過組合面向服務的自動化部件的向量空間、生成限制以及生成新的會聚服務組來配 置生產車間的基于面向服務的自動化部件的編排的布局。
5.根據前述權利要求至少之一所述的方法， 其特征在于，所述向量空間表示能執行的過程，這些過程與服務相關聯并且由每個具有通向這些過 程的入口的更高層調用和應用。
6.根據前述權利要求至少之一所述的方法， 其特征在于，編排中間件與面向服務的外部部件耦合，所述面向服務的外部部件例如是生產編排器 和/或決策系統。
7.根據前述權利要求至少之一所述的方法， 其特征在于，以面向服務的方式來實施層間交互以及層內交互。
8.一種用于將來自制造層(FL)的由制造車間(FS)的面向服務的自動化部件(D1、D2、 FC)所提供的服務(S)編排和整合到如企業層、商業層和/或生產層的更高層(HL)中的系 統，其特征在于，在使用向量功能和基于面向服務的自動化部件的編排的布局的情況下將面向服務的 自動化部件(D1、D2、FC)通過編排中間件(OM)耦合。
9.根據權利要求8所述的系統， 其特征在于，所述向量功能或一組向量功能由面向服務的自動化部件(D1、D2、FC)所提供的一組服 務(S)映射而來，并且所述功能向量被組合到面向服務的自動化部件(D1、D2、FC)的向量空 間以形成單獨的和/或會聚的服務(S)。
10.根據權利要求8或9所述的系統， 其特征在于，編排中間件(OM)與面向服務的外部部件耦合，所述面向服務的外部部件例如是生產 編排器(PO)和/或決策系統(DMS)。
全文摘要
本發明涉及一種用于將來自制造層的由制造車間的面向服務的自動化部件所提供的服務編排和整合到如企業層、商業層和/或生產層的更高層中的方法。為了以編排方法形式配置更靈活的生產車間和說明元件，通過編排中間件將面向服務的自動化部件與更高層耦合，并且在使用向量功能和基于面向服務的自動化部件的編排的布局的情況下將面向服務的自動化部件所提供的服務整合到該更高層中。
文檔編號G06F9/44GK101971142SQ200980105160
公開日2011年2月9日 申請日期2009年2月16日 優先權日2008年2月14日
發明者A·W·科隆博, J·M·門德斯 申請人:施奈德電氣自動控制有限責任公司