专利名称：用于提供在基于SoA的工业环境中的监控特征参量的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于提供在基于SoA的工业环境中的监控特征参量以便监视工业设备的过程和/或生产装置的状态变化的方法，其中这些状态变化通过分析基于特征的监控特征参量如传感器信号来获得，这些基于特征的监控特征参量由作为工业设备的监控组件(如传感器)的待监视的组件作为服务(Sl-Sn)来提供给，以及涉及根据权利要求15的前序部分所述的用于执行该方法的系统。
背景技术：
用于提供在基于SoA的工业环境中的监控特征参量的方法和系统例如处于D.Cachapa 等的出版物“SoA-based Production Monitoring System for EnergyEfficiency: A Case-study Using Ford’ s POSMon System”， ICIT Conference 2010 年3月14日-17日中。在出版物Cachapa中，从已知的生产监视系统出发描述了基于SoA的技术用于改善工业设备的监视的应用。在出版物“D. Cachapa”中描述的网络布局包括用于连接如PLC的控制装置的公司自己的网络，这些控制装置分别控制和监视生产系统的组件。此外，该网络例如基于TCP/IP还包括设备网络，其将全部的生产辅助系统例如生产数据库、警报识别系统、生产悬挂式显示器与监视单元连接，在所述监视单元中可以通过生产工程师进行数据分析。这两个网络通过数据检测服务器连接，该数据检测服务器构成两个网络之间的桥接器。为了改善已知的系统，尤其是具有提供监控特征参量的系统，建议基于SoA的架构，其中所谓的“智能装置”被构造为面向服务的组件，所述面向服务的组件能够例如经由服务接口作为服务来提供监控特征参量。
在J. King等的 2006年的文章“Atlas : Service — oriented sensor platform”以及在WO 2007/098168 Al中描述了模块化的平台，其能够实现将异质设备、传感器和执行器自动集成到异质网络中。该系统包括硬件平台、至少一个驱动器、大量与该硬件平台连接的设备、中间件接口和大量软件服务。大量设备中的每一个从传感器和执行器的组中选择。大量软件服务由至少一个驱动器生成，其中软件服务与设备联合并且其中每个所述软件服务与中间件接口通信。也建议服务合成器(Service-Composer),其对传感器的服务进行编制，所述传感器虽然处于硬件平台的层面、也即“物理层”中。关于的面向服务的设备架构以及在面向服务的设备之间的通信和DPWS (用于Web服务的装置概况)的使用的一般提示可以从下面的文章中得到F. Jammes和H. Smit,“Service-oriented architectures for devices - the SIRENA view, ” 3rdIEEEInternational Conference on Industrial Informatics (INDIN), 2005,第 140-147 页以及 F. Jammes, A. Mensch 和 H. Smit, “Service-oriented device communications usingthe devices profile for web services, ” Proceedings of the 3rd internationalworkshop on Middleware for pervasive and ad-hoc computing, ACM New York,NY,USA,2005，第 I — 8 页。
在D. Cachapa, A. Colombo, M. Feike 和 A. Bepperling 的文章“An Approachfor Integrating Real and Virtual Production Automation Devices Applyingthe Service-oriented Architecture Paradigm, ”IEEE Conference on EmergingTechnologies & Factory Automation, 2007,第309-314页中，描述了用于在使用面向服务的架构情况下集成真实的和虚拟的生产自动化设备的方案。现代的工业环境当今遭受所有方面的压力政府要求更环保的和更安全的产品，而消费者要求质量、顾客特定的产品和低廉的价格。为了对待技术腾飞时代中的这些挑战，公司在企业架构的不同层面上使用越来越多的智能的机械电子(mechatronische)装备(设备和系统)，以便较早承担通过人类工作完成的任务。制造自动化的范围是该领域的先驱者并且近年来借助于越来越复杂和高效工作的机器而得以强烈地发展。但是这些改变也导致在维护和监视这些机器时的越来越复杂的任务。现代制造系统的使用变成难以置信地昂贵和费时的任务，因为制造设定值(Fertigungsvorgaben)必须被转化为机器代码,其将所有设备彼此连接。以同样的方式,也必须设立用于监视(或者监控(Monitoring))的范围，使得制造工程师实时地获得关于智能机械电子组件的状态、关于生产和信息流、能量消耗、仓库管理的概况以及其他对于生产重要的特征参量。期待的是,在面向服务的架构(Service oriented Architecture, SoA)上构建的生产装置的基于事件的、高级的并且去耦合的行为方式能够实现监控系统的更简单的集成、配置和维护，同时相对传统系统提高效率和可能性。对在基于SoA的制造自动化中的监控任务和能量效能的研究允许不仅仅在这些范围中限制在当前现有技术的接管上，而且也必须拟就原型的工程解决方案，其演示所建议的方法学。这些解决方案应当依照工程师地构建在表示当前工业需求的现有的应用情况上。为了解决如何在现代生产设备中最好地使用可用的新技术的问题，首先必须理解对面向能量的生产监控的要求。在文档CACHAPA中，描述了当前的、相应于现有技术的监控系统的分析。
发明内容
由此出发，本发明所基于的任务是，能够与越来越便宜、越来越小和越来越有效率的数据处理设备的可用性结合地实现SoA范例的应用并且尤其是显著改善当前的面向能量的生产监控技术。根据本发明，该任务通过如下方式被解决，由工业设备的监控组件作为服务提供的基于特征的监控特征参量借助在基于SoA的工业环境的不同层面中分布地布置的监控组件和检查系统(Kontrollsystem)作为软件模块实现的服务编排器(Orchestrator)被编排成新的、不由现有的监控组件提供的基于模型的监控特征参量，
服务的编排按照工业设备的过程模型的一个或多个物理或逻辑定律来进行，
每个所述服务编排器构成在基于SoA的工业环境中的新的监控器组件，并且作为服务提供至少一个新的基于模型的监控特征参量并且
由监控组件在基于SoA的工业环境的不同层面上作为服务提供的基于特征和基于模型的监控特征参量通过面向服务的网络被提供用于在具有服务编排器的检查系统中任意逻辑连接(Verkniipfung )。本发明的方法和所属的方法学基于用于表不在基于SoA的工业环境中的基于特征和基于模型的监控特征参量的业务的编排。优选地，该方法的特征在于，该编排通过优选在一个或多个所述组件中嵌入的、构成服务编排器的软件来实施。另一优选的方法方式的特征在于，对于每个用于监控确定的过程所使用的物理或逻辑定律，执行自己的编排过程。所述编排优选由一个或多个分布式编排器来实施，也即由整个软件或部分来实施，所述一个或多个分布式编排器被嵌入在基于SoA的架构的一个组件或多个所述组件中。构成传感器编排器并且按照用于待监视的过程的物理或逻辑定律实施编排的软件优选被上传到基于SoA的组件中。另一优选的行为方式规定，物理或逻辑定律由过程模型导出或者基于定性服务合并的方法和/或优选地过程模型包括模型参数和模型特性，其中通过分析模型特性产生新的监控特征参量，这些监控特征参量然后经由属于实施过程的组件的Web服务接口来提供。此外，该方法的特征在于，基于特征的监控特征参量由智能传感器作为服务来提供，其中智能传感器是被装配有服务接口的这样的传感器，所述服务接口将传感器数据通过基于SoA的网络来提供和/或基于模型的监控特征参量由编排器按照编排方法作为服务 来提供。用于提供在基于SoA的工业环境中的监控特征参量以便监视工业设备的过程和/或生产装置的状态变化的系统的特征在于，状态变化通过分析基于特征的监控特征参量如传感器信号来获得，所述基于特征的监控特征参量由作为工业设备的监控组件如传感器的待监视的组件作为服务提供并且由工业设备的监控组件作为服务提供的基于特征的监控特征参量借助在基于SoA的工业环境的不同层面中分布地布置的监控组件和检查系统作为软件模块实现的服务编排器可编排成新的、不由现有的监控组件提供的基于模型的监控特征参量，
服务的编排可按照工业设备的过程模型的一个或多个物理或逻辑定律来执行，
服务编排器中的每一个构成在基于SoA的工业环境中的新的监控器组件并且作为服务提供至少一个新的基于模型的监控特征参量并且
由监控组件在基于SoA的工业环境的不同层面上作为服务提供的基于特征和基于模型的监控特征参量可通过面向服务的网络提供用于在具有服务编排器的检查系统中任意逻辑连接。
本发明的其他细节、优点和特征不仅从权利要求、由其要提取的特征(本身和/或其组合)而且从后面的由附图要提取的优选实施例的描述中得到。其中图I示出了具有不同反应时间的不同的、联网的层面如制造层面和企业层面的企业架构的示意图，
图2示出了具有平等级的企业系统架构，
图3示出了通过基于SoA的网络与服务编排器连接的监控组件， 图4示出了企业结构的不同层面的通过基于SoA的网络相互连接的监控组件，
图5示出了制造单元的构造以及 图6示出了服务按照过程模型的编排。
具体实施例方式在按照在图I中所示的结构的工业设备的运行中能量消耗或能量使用的效能(Effizienz)和可靠性的程度不仅与各个机械电子或硬件组件38的运行有关，而且与嵌入的上级检查系统2、3、22、30的行为和结构有关。监视任务必须在两个不同的并且分离的、但是联网的层面1、4、6、也即制造层面和企业架构的较高的层面上进行。在这些层面中的每一个上可以识别多个功能和逻辑组件9、10、30、22，这些组件负责以下功能的实施数据检测、信息收集、信号和信息处理、作出判决、诊断和事件的单监视。通过在图I中的数字I 一 6表示的这些层面中的每一个均具有其自己的时间预设(从微秒到天和星期)以及其自己的数据和信息处理范围。企业架构中的每个这些上级检查层面的物理和逻辑特性的全面的描述在[PERA 2006, Purdue reference architecture。
kttp:/^era.nett謂觀,· ·_ ιαιΜ/￡&ΤΜΙ1.中找到。参见图 I :PERA 参
考架构和图2 示例性地施耐德电气企业系统架构“透明就绪(Tr_paiHi2-berdt)”。对机械电子或硬件组件以及作为整体的系统的活动、行为的监控因此是在企业架构的不同层面内的每个位置处这种上级检查系统的基本功能。作为“监控”在此情况下应该理解为识别在过程中或在机械电子或硬件资源的行为中的特征性变化，这通过分析过程和组件签名而无需中断正常运行地来实现(Du, Eltotawl & Ww, 1995)。一般说来，工业设备的监控原则上要求三个相继的阶段第一，设备以及所属软件控制系统的硬件规范和这两种组件的实现的验证(编码错误的识别)。第二步涉及“在线数据检测”和“信息收集”，其通过分析设备和嵌入的检查系统的实时行为和实时发展来实现。最后，必须处理信息和传感器信号，以便实时地得到关于整个工业设备的行为的完全的和可靠的概况(Feldmann等，1999以及其中的参照)。这些阶段的应用仅仅当存在满足这些需要的功能性的监控方法时是可能的。一般可以将监控方法分成两个类别基于特征和基于模型的方法(Du等，1995)。在基于特征的监控的情况下，组件的行为和过程条件可借助信息来估计，这些信息由传感器/执行器供应并且由过程接口提供(机械电子信息)。如果有工业设备和过程的模型，则在设备运行期间在该/这些模型中包含的信息和模型的参数和特性的分析能够实现监控功能的执行(Feldmann等，1999以及其中的参照)。工业设备例如制造单元的监控要求在时间上连续监视这些单元的状态。这通过监视构成设备的机械电子组件中的每一个的相关的特征参量和其彼此的关系来实现。基于特征的监控包括监视由生产装置提供的特征。关于这些特征的数据通过分析信号来得到，这些信号由不同的组件或监控组件K1、K2、K3、K4、K5例如生产装置PM的传感器或电机来产生。所建议的并且在图3a、3b中所示的架构目的在于，接受由硬件Κ1、Κ2、Κ3产生的信号，将它们以XML格式用扩展的所属数据例如时间戳包裹并且将其然后经由Web业务接口WSI1、WSI2、WSI3来提供。信息作为事件被封装并且实时地经由网络SN向所有感兴趣的用户如数据库DB、用户接口 HMl以及检查系统IB发送。该方法针对每个机械电子组件K1、K2、K3、K4、K5被重复，其能够支持计算机化的数据处理。如果这样的组件被装配有Web业务功能，则所述组件可以作为基于SoA的组件来理解或者作为具有集成的Web服务WSI、WS2、WS3、WSerp、WSmotor的智能设备来理解。
该方法到生产设备的全部组件上的扩张于是得到具有嵌入的Web服务WS1、WS2、WS3、WSerp、WSmotor 的智能设备。如果智能设备K1、K2、K3之一将其数据作为Web服务WSl、WS2、WS3或者SI、S2、S3来提供，其中所述Web服务涉及如传感器信号、测量数据等等…的特征，则该服务被识别为特征监控特征参量，例如Si。如果采取在设备或制造单元中可用的服务集合(S1"*Sn)，则其可以被连接成更复杂的特征，例如连接成由服务逻辑连接(Service Composition (服务合成))来逻辑连接的传感器合并。该结果于是构成新的监控特征参量
Ft = Si ο Si ο Si <>· ο Si ... <>Sm (I)。逻辑连接的服务F1是关联(Relation)应用到可用服务集合的结果。在由各个存在的传感器供应的特征的逻辑连接情况下该关联隐性地被应用。为此需要，在设备中或在制造单元中嵌入的处理器可以进行各个特征(服务)的逻辑连接，也即处理器按照在(I)中预先给定的逻辑连接规则进行服务编排，这恰恰是本发明的中心思想之一
用于监控的基于SoA的行为方式。处理器在下面被称为编排器O。在基于SoA的企业架构中的每个服务编排器O是在基于SoA的上级的检查系统中的监控器组件。基于模型的监控与直接由该机器供应的特征参量远离并且在该机器实施为所希望的目的所需的活动期间集中于本来的过程并且纯粹示意性地在图4a、4b中示出。过程的模型由模型参数和模型特性组成，其是活动的当前状态。也即，过程模型包含在为该过程所需的不同活动之间的连接，连同为所述活动所需要的信息，例如在预先给定的时间期间用制冷剂以预先给定的压力喷洒。通过分析模型特性，由模型分析产生新的监控特征参量，其作为监控服务WS4、WS6、WSdl、WSd2经由属于实施该过程的组件D1、D2的Web服务接口 WSIdl、WSId2来提供。简单例子示出在所述方法中的可能性在流体流动的管道中，压力测量系统传送参数“压力”(P[帕斯卡])和第二测量系统传送参数“体积”(V[m3])。该管道的模型现在遵循定律
权利要求
1.用于提供在基于SoA的工业环境中的监控特征参量以便监视工业设备的过程和/或生产装置(PM)的状态变化的方法，其中所述状态变化通过分析基于特征的监控特征参量如传感器信号来获得，所述基于特征的监控特征参量由作为工业设备的监控组件(K1、K2、K3、Κ4、Κ5)如传感器的待监视的组件作为服务(SI··· Sn ;WS1、WS2、WS3)来提供， 其特征在于， 由工业设备的监控组件(KI、K2、K3、K4、K5 )作为服务(SI…Sn ; WSI、WS2、WS3 )提供的基于特征的监控特征参量借助在基于SoA的工业环境的不同层面(SL、ML、EL)中分布地布置的监控组件(Kl、K2、K3、K4、K5)和检查系统(DB、HMI, IB、DU D2)作为软件模块实现的服务编排器(01、02)被编排成新的、不由现有的监控组件提供的基于模型的监控特征参量(Fl), 服务(SI··· Sn ;WS1、WS2、WS3)的编排按照工业设备的过程模型的一个或多个物理或逻辑定律来进行， 服务编排器(01、02)中的每一个构成在基于SoA的工业环境中的新的监控器组件(D1、D2)，并且作为服务(WSdl、WSd2)提供至少一个新的基于模型的监控特征参量并且 由监控组件(K1、K2、K3、K4、K5、D1、D2)在基于SoA的工业环境的不同层面上作为服务(WSl、WS2、WS3、WSdl、WSd2)提供的基于特征和基于模型的监控特征参量通过面向服务的网络(SN)被提供用于在具有服务编排器的检查系统(D1、D2、IM ；HMI ；DB)中任意逻辑连接。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述编排通过优选在一个或多个所述组件中嵌入的、构成服务编排器(O、01、02)的软件来实施。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，对于用于监控确定的过程所使用的每个物理或逻辑定律，执行自己的编排过程。
4.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，所述编排由一个或多个分布的编排器(0、01、02)来实施，也即由整个软件或部分来实施，所述一个或多个分布的编排器被嵌入在基于SoA的架构的一个组件(D1、D2)中或多个所述组件(D1、D2)中。
5.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，构成传感器编排器并且按照用于待监视的过程的物理或逻辑定律实施编排的软件可上传到基于SoA的组件(Kl、K2、K3、K4、K5、D1、D2)中。
6.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，物理或逻辑定律由过程模型导出或者基于定性服务合并的方法。
7.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，过程模型包括模型参数和模型特性，其中通过分析模型特性产生新的监控特征参量，所述新的监控特征参量然后经由属于实施过程的组件的Web服务接口来提供。
8.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，当服务、也即监控特征参量的逻辑连接遵循按照过程的物理或数学或逻辑定律时，服务编排器(O、01、02)执行基于模型的监控。
9.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，当服务编排器(O、01、02)基于与基于特征的特征参量关联、也即与作为服务呈现的传感器信号数据关联的事件工作时，其执行基于特征的监控。
10.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，基于特征的监控特征参量由智能传感器(Kl、K2、K3)作为服务来提供，其中智能传感器是被装备有服务接口(WSI1、WSI2、WSI3、WSI4、WSI5、WSI6)的这样的传感器，所述服务接口将传感器数据通过基于SoA的网络来提供。
11.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，基于模型的监控特征参量由编排器(O、01、02)按照编排方法作为服务来提供。
12.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，作为编排监控器的服务编排器通过信号逻辑连接、例如传感器合并产生将各个新的服务彼此逻辑连接的服务，或者通过供应服务的过程模型将模型参数或功能过程例如气动力相互逻辑连接。
13.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在服务编排器中的服务编排基于下面的方案之一进行 a)基于数学或物理或逻辑定量模型， b)基于待监视的过程的认识，以例如定性模型的形式，和/或 c)基于a)和b)的组合。
14.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，服务实时地被提供。
15.用于提供在基于SoA的工业环境中的监控特征参量以便监视工业设备的过程和/或生产装置(PM)的状态变化的系统，其中，所述状态变化通过分析基于特征的监控特征参量如传感器信号来获得，其由作为工业设备的监控组件(Kl、K2、K3、K4、K5)如传感器的待监视的组件作为服务(SI··· Sn ;WS1、WS2、WS3、WSdl、WSd2)提供，其特征在于， 由工业设备的监控组件(Kl、K2、K3、K4、K5)作为服务(SI··· Sn ;WS1、WS2、WS3、WSdl、WSd2)提供的基于特征的监控特征参量借助在基于SoA的工业环境的不同层面(SL、ML、EL)中分布地布置的监控组件(K1、K2、K3、K4、K5)和检查系统(DB、HMI、IB ;D1、D2)作为软件模块实施的服务编排器(01、02)可编排成新的、不由现有的监控组件提供的基于模型的监控特征参量(Fl), 服务(SI··· Sn ;WSl、WS2、WS3、WSdl、WSd2)的编排可按照工业设备的过程模型的一个或多个物理或逻辑定律来执行， 服务编排器(01、02)中的每一个构成在基于SoA的工业环境中的新的监控组件(D1、D2)并且作为服务提供至少一个新的基于模型的监控特征参量(WSdl、WSd2)并且 由监控组件在基于SoA的工业环境的不同层面上作为服务提供的基于特征和基于模型的监控特征参量可通过面向服务的网络(SN)提供用于在具有服务编排器(01、02)的检查系统中任意逻辑连接。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，构成服务编排器(01、02)的软件优选嵌入在一个或多个所述组件(1(1、1(2、1(3、1(4、1(5、01、02、腿1、IB)中。
17.根据权利要求15或16至少之一所述的系统，其特征在于，构成传感器编排器(01、02)并且按照用于待监视的过程的物理或逻辑定律实施编排的软件可上传到基于SoA的组件中。
18.根据权利要求15至17至少之一所述的系统，其特征在于，基于特征的监控特征参量由智能传感器作为服务来提供，其中智能传感器是被装配有服务接口的这样的传感器，所述服务接口将传感器数据经由基于SoA的网络来提供。
全文摘要
用于提供在工业环境中的监控特征参量的方法和系统，其基于面向服务的架构(SoA)，具有目的能够实现工业设备的过程和/或生产装置的状态变化的监视。这些状态变化通过分析基于特征的监控特征参量来获得，这些基于特征的监控特征参量由作为工业设备的监控组件的待监视的组件作为服务来提供。服务编排器在使用过程模型的物理或逻辑定律的情况下产生新的基于模型的监控特征参量。基于模型的监控特征参量作为服务被提供并且能够通过面向服务的网络被提供用于在具有服务编排器的检查系统中任意逻辑连接。
文档编号G05B19/418GK102934039SQ201180022543
公开日2013年2月13日 申请日期2011年5月4日 优先权日2010年5月4日
发明者A.W.科隆博, D.卡查帕 申请人:施奈德电气自动控制有限责任公司