基于模型驱动和微服务耦合的工业软件构建方法及系统与流程

本发明涉及软件技术领域，尤其涉及一种基于模型驱动和微服务耦合的工业软件构建方法及系统。

背景技术：

随着工业软件技术的不断发展；人们对工业软件的认识在不断提高，由以前的工具性软件往专业化、平台化、云化的工业软件发展。由于中国的工业软件起步比较晚，规模小，功能薄弱，与国外相比仍然有一定的差距。中国的工业软件并不缺少相关的技术和人才，而真正缺少的是具有国际视野既懂工业又懂软件的系统架构师。

传统的软件开发主要分为需求分析、概要设计、详细设计，编码和测试五个部分，概要设计和详细设计是它的核心。但由于工业软件涉及到的人员、过程比较复杂，工业研发、部署、运维和使用都比较多样化，这就需要对工业架构设计变得尤为重要。

如今模型驱动架构和微服务架构等工业软件技术的不断发展，而国家也在加大对工业软件的投入，这使得工业软件的发展进入了一个蓬勃发展的时期。

微服务架构技术的最大的好处就是它使整个系统的分工更加明确，责任更加清晰，每个服务专心负责为软件平台提供更好的服务。工业互联网平台通常采用微服务架构，具有细颗粒、高内聚和易扩展等优点，但其松耦合的特点使它无法反映复杂工业产品内部关系，本质上是一种数据驱动的功能组合平台。虽然现在大家都在号召把工业软件的架构由紧耦合往松耦合发展，组件化、平台化、服务化，paas(平台即服务)+saas(软件即服务)。但由于工业软件的复杂性和特殊性，早期的工业软件是固化的整体，修改起来很麻烦，需要很长时间。

因此现有技术还有待于进一步发展。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于模型驱动和微服务耦合的工业软件构建方法及系统，能够解决现有技术中由于工业软件的复杂性和特殊性，早期的工业软件是固化的整体，修改起来很麻烦的技术问题。

本发明实施例的第一方面提供一种基于模型驱动和微服务耦合的工业软件构建方法，包括：

通过模型驱动架构形成工业软件的通用数据模型；

获取工业产品对象的数据，建立工业产品对象的数据与通用数据模型中模型数据的映射关系；

根据映射关系，将工业产品对象的数据转换为通用数据模型输出的目标数据；

根据目标数据形成工业软件，根据工作软件的功能需求构建软件画面；

获取工业软件中除软件画面外的功能模块，通过微服务实现工业软件中除软件画面外的功能模块后，完成工业软件的构建。

可选地，所述通过模型驱动架构形成工业软件的通用数据模型，包括：

通过对工业对象进行分析，生成由物理模型、机理模型和样机模型组成的通用数据模型。

可选地，所述获取工业产品对象的数据，包括：

获取工业对象的产品相关数据、特征相关数据、行为相关数据和状态相关数据。

可选地，所述获取工业产品对象的数据，建立工业产品对象的数据与通用数据模型中模型数据映射关系，包括：

获取工业对象的产品相关数据、特征相关数据、行为相关数据和状态相关数据；

将产品相关数据、特征相关数据、行为相关数据和状态相关数据分别与物理模型、机理模型和样机模型的数据进行映射。

可选地，所述工业产品包括工业消费品、夹具、生产设备、生产线、生产环境和生产系统。

本发明实施例第二方面提供了一种基于模型驱动和微服务耦合的工业软件构建系统，所述系统包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现以下步骤：

通过模型驱动架构形成工业软件的通用数据模型；

获取工业产品对象的数据，建立工业产品对象的数据与通用数据模型中模型数据的映射关系；

根据映射关系，将工业产品对象的数据转换为通用数据模型输出的目标数据；

根据目标数据形成工业软件，根据工作软件的功能需求构建软件画面；

获取工业软件中除软件画面外的功能模块，通过微服务实现工业软件中除软件画面外的功能模块后，完成工业软件的构建。

可选地，所述计算机程序被所述处理器执行时还实现以下步骤：

通过对工业对象进行分析，生成由物理模型、机理模型和样机模型组成的通用数据模型。

可选地，所述计算机程序被所述处理器执行时还实现以下步骤：

获取工业对象的产品相关数据、特征相关数据、行为相关数据和状态相关数据。

可选地，所述计算机程序被所述处理器执行时还实现以下步骤：

获取工业对象的产品相关数据、特征相关数据、行为相关数据和状态相关数据；

将产品相关数据、特征相关数据、行为相关数据和状态相关数据分别与物理模型、机理模型和样机模型的数据进行映射。

本发明实施例第三方面提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其特征在于，所述非易失性计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行时，可使得所述一个或多个处理器执行上述的基于模型驱动和微服务耦合的工业软件构建方法。

本发明实施例提供的技术方案中，通过模型驱动架构形成工业软件的通用数据模型；获取工业产品对象的数据，建立工业产品对象的数据与通用数据模型中模型数据的映射关系；根据映射关系，将工业产品对象的数据转换为通用数据模型输出的目标数据；根据目标数据形成工业软件，根据工作软件的功能需求构建软件画面；获取工业软件中除软件画面外的功能模块，通过微服务实现工业软件中除软件画面外的功能模块后，完成工业软件的构建。因此相对于现有技术，本发明实施例将模型驱动架构和微服务架构技术结合起来，通过微服务架构来实现针对工业软件相关的松耦合，通过模型驱动来解决复杂工业产品内部关系问题。

附图说明

图1为本发明实施例中一种基于模型驱动和微服务耦合的工业软件构建方法的一实施例的流程示意图；

图2为本发明实施例中一种基于模型驱动和微服务耦合的工业软件构建系统的另一实施例的硬件结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

以下结合附图对本发明实施例进行详细的描述。

请参阅图1，图1为本发明实施例中一种基于模型驱动和微服务耦合的工业软件构建方法的一个实施例的流程示意图。如图1所示，包括：

步骤s100、通过模型驱动架构形成工业软件的通用数据模型；

步骤s200、获取工业产品对象的数据，建立工业产品对象的数据与通用数据模型中模型数据的映射关系；

步骤s300、根据映射关系，将工业产品对象的数据转换为通用数据模型输出的目标数据；

步骤s400、根据目标数据形成工业软件，根据工作软件的功能需求构建软件画面；

步骤s500、获取工业软件中除软件画面外的功能模块，通过微服务实现工业软件中除软件画面外的功能模块后，完成工业软件的构建。

具体地，工业产品包括工业消费品、夹具、生产设备、生产线、生产环境和生产系统。其中生产环境是指生产现场中进行制造的地点，包括生产工装、量具、工艺过程、材料、操作者、环境和过程设置，如：进给量、速度、循环时间、压力、温度、生产线节拍等。生产系统，是指在正常情况下支持单位日常业务运作的信息系统。它包括生产数据、生产数据处理系统和生产网络。一个企业的生产系统一般都具有创新、质量、柔性、继承性、自我完善、环境保护等功能。生产系统在一段时间的运转以后，需要改进完善，而改进一般包括产品的改进，加工方法的改进，操作方法的改进等等。工业软件是指以工业产品为对象，以工业产品的研发、制造、运维和管理等为问题的软件系统。

模型驱动(mad)是由omg组织提出，传统的软件架构设计都是采用面向对象或面向过程的架构设计，但由于工业软件的复杂性，而工业产品设计又可以模型化的特点，采用面向模型的设计方法更适合工业软件。模型驱动的核心就是模型的定义和模型的转换。

微服务架构是一项在云中部署应用和服务的新技术。大部分围绕微服务的争论都集中在容器或其他技术是否能很好的实施微服务。微服务将应用通过一个个小而自治的服务组织起来。在微服务架构中，每一个服务都是自包含的且唯一实现某个单一业务功能。传统的单体架构下，所有服务共享一个应用实例、共享同一个数据库；微服务架构下业务功能划分为不同的微小服务，每个服务都处理各自业务数据，处理不同的业务功能。

把模型驱动架构和微服务架构技术结合起来，通过微服务架构来实现针对工业软件相关的松耦合，通过模型驱动来解决复杂工业产品内部关系问题。

微服务具有高内聚松耦合的特点，我们将工业软件除界面以外的数据处理、业务逻辑、通用功能模块，分析和算法进行拆分处理，拆分成足够细小、这些服务具备构成整个应用程序的细粒度功能。我们以飞机结构强度分析系统为例，该系统的操作流程为：往系统中导入需要分析的飞机结构模型；设置分析对象的材料属性；设置分析对象的载荷工况属性；设置需要调用的分析；对分析结果进行后处理。按这个操作流程，对该系统进行模块划分可以划分成这5个独立模块，模块与模块之间可以通过统一的数据结构进行数据传输。

每个微服务将具备针对工业软件的不同逻辑功能。我们采用模型驱动架构，将工业对象进行模型化。每个独立的微服务产生的数据都要和模型产生映射，我们通过模型把所有微服务内的数据组织在一起。

进一步地，通过模型驱动架构形成工业软件的通用数据模型，包括：

通过对工业对象进行分析，生成由物理模型、机理模型和样机模型组成的通用数据模型。

具体实施时，由于工业产品对象的数据都是发散和杂乱的，本身并没有任何规律可循，我们通过长时间的案例积累和方法的总结，采用模型驱动架构形成了针对工业软件的通用数据模型，即样机模型、物理模型和机理模型。

模型驱动架构，对工业对象的模型化。我们通过对领域模型的研究，将领域模型划分为物理模型、机理模型和样机模型。物理模型是描述物理对象的组织架构，根据对象的具体组织结构，分为产品、产品的行为，产品的特征以及产品的各种状态。机理模型是描述物理对象的内存机理，根据对象、生产过程的内部机制或者物质流的传递机理建立起来的精确数学模型。是对研究对象的数学抽象表述，根据对象具体分为单元、特性、载荷、分析和结果。其优点是参数具有非常明确的物理意义，易于调整，适应性强。样机模型最终将物理模型和机理模型组织在一起，建立物理模型和机理模型的关联关系，并与计算机模型进行映射。

模型驱动我们以弯管为例，我们要弯出某个形状的管子，弯管的样机模型包含物理模型和机理模型的所有信息，物理模型和机理模型不能直接进行数据交互，它们是通过样机模型来实现数据交互的。弯管的物理模型是我们能够直观看到的信息，我们看到的产品就是管子，特征从外表看是一根圆形管子，材料是钢的。行为我们要对这根管子做压弯的动作。管子的开始状态是直形的，经过压弯后就变成了45度的弯管。在实际操作中我们需要压一个45度角的弯管不是直接压弯45度就能形成，因为钢本身有回弹。那么我们就需要知道管子的回弹系数，这个就需要通过机理模型来算。机理模型的单元就是管子，且是一个知道厚度和直径的直管子，材料就是钢的一些具体参数比如弹性模量等，载荷是我们作用在某个部位的压力，我们通过回弹分析的公式算出这根45度的管子可能需要弯46度，另1度是回弹。

进一步地，获取工业产品对象的数据，包括：

获取工业对象的产品相关数据、特征相关数据、行为相关数据和状态相关数据。

具体地，我们将工业产品对象的数据大致分为产品相关数据、特征相关数据、行为相关数据和状态相关数据，并把这些数据和模型上的数据进行对应。并以模型的方式输出，最终我们形成部署服务，用户服务和运维服务。

进一步地，获取工业产品对象的数据，建立工业产品对象的数据与通用数据模型中模型数据映射关系，包括：

获取工业对象的产品相关数据、特征相关数据、行为相关数据和状态相关数据；

将产品相关数据、特征相关数据、行为相关数据和状态相关数据分别与物理模型、机理模型和样机模型的数据进行映射。

具体地，在定义工业产品模型的样机模型、物理模型和机理模型还严格遵循元-元模型、元模型，模型和对象的模型驱动的四层架构。这是模型驱动的核心，也是模型转换的基础。我们通过研究总结工业产品的特征规律，最终实现计算无关模型(cim)到平台无关模型(pim)，平台无关模型(pim)到平台相关模型(psm)的转换，最终生成代码。我们用弯管仿真系统为例，在计算无关模型cim我们只要定义我们这个系统主要的作用，比如弯管仿真，动画，回弹分析等；在平台无关模型(pim)我们需要通过一系列工具来描述这个系统，比如统一建模语言uml的各种类图，时序图、组件图和状态图等来描述这个系统，平台相关模型(psm)就是代码的生成过程，通过各种图直接生成系统的有效代码。

我们以工业产品弯管的样机模型为例，它也严格遵循元-元模型、元模型，模型和对象的模型驱动的四层架构。可以应用于所有的工业产品、是工业产品模型的一种通用组织形式。样机模型是由产品、特征、行为、状态(起)和状态(止)五个元素组成的。在元-元模型我们只定义这五个元素的最基本的信息，也就是最抽象的一层。元模型是在元-元模型的基础之上做了一定的扩展，产品就有了产品构型的概念，这个产品可以包含很多小的产品，即元模型是很多个元-元模型构成的。元模型是正对于工业领域最通用的模型，可适用于所有的产品。模型已经具体到弯管了，在元模型是正对于工业领域最通用的模型，可适用于所有的产品。模型已经具体到弯管了，在元模型的基础之上加了弯管的一些特征信息，可塑造一个弯管的对象。对象是模型的赋值，它已经具体到一个圆形，直径5厘米，管壁厚2厘米的钢管。元-元模型、元模型，模型和对象也存在一定的转变关系。

当我们用模型驱动和微服务架构构建一个工业软件的时候，我们首先用模型驱动理论通过模型来描述工业产品对象。通过物理模型的定义，再到机理模型的定义，最终形成样机模型。有了模型的基础，我们根据该工业软件的功能需求构建软件的画面，除画面以外的所有数据处理、业务逻辑、通用功能模块，分析和算法都通过微服务来实现。每个微服务的数据的传递都是通过模型来组织的。

以一工业产品为例，这个工业产品由产品1-1、产品1-2、产品1-3、产品1-4和产品1-5组成。我们要对产品1-3做振动分析，首先我们确定产品1-3的物理模型是产品1-3，产品1-3的特征，产品1-3的行为，产品1-3的状态。产品特征又分为材料特征和几何特征，产品状态分为开始状态和结束状态，产品的行为主要是震动行为。然后我们通过模型驱动实现模型转换，主要是物理模型到机理模型的转换，产品的物理模型的产品转化为机理模型的单元，特征转化为特性，行为转化为分析。转化完以后机理模型的单元分为板单元、长桁单元、框单元等，特征主要是极限应力等，分析是振动分析。我们通过样机模型作为载体，把产品模型和机理模型的相关信息附着在样机模型上。

针对分析的相关赋值和数据处理、分析的相关动作、振动分析这个算法我们都可以采用微服务的方式已经发布在服务器上，我们只需要统一微服务的传递的参数都是模型，通过画面调用微服务就能执行业务处理和分析，最后分析结果也直接存储在这个微服务所对应的数据库中。这样就完成了一个工业产品在设计分析阶段，模型驱动和微服务相结合的应用。我们可以采用相同的方式应用到工业产品的设计、制造，运维和管理中。

上面对本发明实施例中的基于模型驱动和微服务耦合的工业软件构建方法进行了描述，下面对本发明实施例中的基于模型驱动和微服务耦合的工业软件构建系统进行描述，请参阅图2，图2是本发明实施例中一种基于模型驱动和微服务耦合的工业软件构建系统的另一实施例的硬件结构示意图，如图2所示，系统10包括：存储器101、处理器102及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器101执行时实现以下步骤：

通过模型驱动架构形成工业软件的通用数据模型；

获取工业产品对象的数据，建立工业产品对象的数据与通用数据模型中模型数据的映射关系；

根据映射关系，将工业产品对象的数据转换为通用数据模型输出的目标数据；

根据目标数据形成工业软件，根据工作软件的功能需求构建软件画面；

获取工业软件中除软件画面外的功能模块，通过微服务实现工业软件中除软件画面外的功能模块后，完成工业软件的构建。

具体的实施步骤与方法实施例相同，此处不再赘述。

可选地，计算机程序被处理器101执行时还实现以下步骤：

通过对工业对象进行分析，生成由物理模型、机理模型和样机模型组成的通用数据模型。

具体的实施步骤与方法实施例相同，此处不再赘述。

可选地，计算机程序被处理器101执行时还实现以下步骤：

获取工业对象的产品相关数据、特征相关数据、行为相关数据和状态相关数据。

具体的实施步骤与方法实施例相同，此处不再赘述。

可选地，计算机程序被处理器101执行时还实现以下步骤：

获取工业对象的产品相关数据、特征相关数据、行为相关数据和状态相关数据；

将产品相关数据、特征相关数据、行为相关数据和状态相关数据分别与物理模型、机理模型和样机模型的数据进行映射。

具体的实施步骤与方法实施例相同，此处不再赘述。

可选地，工业产品包括工业消费品、夹具、生产设备、生产线、环境和系统。

本发明实施例提供了一种非易失性计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤s100至步骤s500。

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。