Servisne orientovaná architektura a její aplikace v...

Servisne orientovaná architektura a její aplikacev systémech sledování a rízení výroby

Marek Rychlý

Vysoké ucení technické v BrneFakulta informacních technologií

Ústav informacních systému

VII. rocník technické konferenceAutomatizace, Regulace a Procesy,

29. – 30. listopadu 2011

Marek Rychlý, FIT VUT Servisne orientovaná architektura a její aplikace v systémech sledování a rízení výroby (ARAP 2011) 1 / 22

Obsah

1 SOA v informacní systému organizaceDefinice, principy a technologie SOAPodniková SOASOA v systémech sledování a rízení výroby

2 Senzorové síte a webové služby pro zarízeníMotivace pro nasazení v systémech sledování a rízení výrobyBezdrátové senzorové síteDevices Profile for Web Services (DPWS)

3 SOA v systémech sledování a rízení výrobySOA v systémech sledování a rízení výrobyKlícové ukazatele výkonnosti a výrobní strategie


SOA v informacní systému organizaceSenzorové síte a webové služby pro zarízeníSOA v systémech sledování a rízení výroby

Definice, principy a technologie SOAPodniková SOASOA v systémech sledování a rízení výroby

Obsah







Servisne orientovaná architektura (SOA)

Definice (Service-Oriented Architecture)SOA je paradigma predepisující zpusob usporádání a použití distribuovanýchslužeb, které mohou být spravovány ruznými vlastníky. Definuje jednotný zpusobinzerce, hledání, vzájemné komunikace a spotreby služeb s cílem dosáhnoutpožadovaných výsledku v souladu s meritelnými predpoklady a ocekáváním.

[OASIS SOA Reference Model]

SOA je paradigma – kompozice služeb

SOA je distribuovaná – autonomní, ale spolupracující služby

SOA je heterogenní prostredí – služba prístupná pres své rozhraní

SOA je standardizovaná – popis rozhraní a zpusob komunikace služeb

SOA podporuje business – služby realizují konkrétní business procesy







SOA je paradigma – kompozice služeb(architektonický styl a zpusob analýzy, návrhu, integrace a údržby systému)












SOA je distribuovaná – autonomní, ale spolupracující služby(systém realizován jako kompozice úcelové spolupracujících služeb)












SOA je heterogenní prostredí – služba prístupná pres své rozhraní(služby mohou mít ruzné životní cykly, vlastníky, implementacní technologie, atd.)












SOA je standardizovaná – popis rozhraní a zpusob komunikace služeb(rešení nezávislé na dodavateli, možnost náhrady služby, její outsourcing, atp.)












SOA podporuje business – služby realizují konkrétní business procesy(služby zpracovávají a produkují dokumenty, spravují zdroje, atd.)




Informacní systém – bez architektury SOA

(diagram prevzat z „Sun: Service-Oriented Architecture – Overview“)

podsystémy jsou monolitické(komplikovaný prístup k jednotlivým

funkcím, nejasné rozhraní, obtížná

integrace celých podsystému)

podsystémy jsou striktneoddelené, každý má samostatnýživotní cyklus(implementací, správou, možností

modifikace, atd.)

komunikace podsystému presspolecné úložište dat(problematická návaznost procesu, napr.

„Order Status“, nejasná zodpovednost za

data)


http://cs.sun.com/practice/software/soa/



Informacní systém – s architekturou SOA

(diagram prevzat z „Sun: Service-Oriented Architecture – Overview“)

dekompozice na úrovenjednotlivých služeb(jasne definovaná rozhraní služeb,

podsystémy vznikají jejich kompozicí)

podsystémy se prolínajísdílenými službami, každá másamostatný životní cyklus(sdílení spolecných cástí podsystému,

napr. „Check Order Status“)

prímá komunikace služeb,úložište dat pro dokumenty(služby komunikují napríc podsystémy,

s daty manipuluje služba reprezentující

k datum príslušný business proces)


http://cs.sun.com/practice/software/soa/



Principy SOA

standardizace → kompatibilita, nezávislost(jednotný zpusob popisu služeb)

volné vázání → snadnejší údržba služeb

abstrakce → jednoznacný zpusob použití

znovupoužitelnost → vývoj služby prinese vetší zisk

nezávislost → overitelnost funkcnosti

bezstavovost → predvídatelnost chování

dohledatelnost → implementacní nezávislost

kompozice → tvorba složitejších služeb




Principy SOA

standardizace → kompatibilita, nezávislost

volné vázání → snadnejší údržba služeb(minimum závislostí mezi službami, okolí služby závisí pouze na jejím rozhraní)










Principy SOA



abstrakce → jednoznacný zpusob použití(služby prístupné pouze pres rozhraní, zbytek zapouzdren)









Principy SOA




znovupoužitelnost → vývoj služby prinese vetší zisk(služba použitelná v ruzných kontextech/systémech)








Principy SOA





nezávislost → overitelnost funkcnosti(služby autonomní jednotky, nezávisí skryte na svém okolí)







Principy SOA






bezstavovost → predvídatelnost chování(služba by nemela uchovávat viditelnou stavovou informaci)






Principy SOA







dohledatelnost → implementacní nezávislost(navazovány úcelove poskytovatel služby dle potreby dohledatelný v adresári)





Principy SOA








kompozice → tvorba složitejších služeb(kompozice služeb do vetších funkcních celku dle potreby)




Webové služby (Web Services)

Neznámejší a nejpoužívanejší technologie pro implementaci SOA

Webové služby postaveny na „webových“ standardech:

HTTP protokol a SOAP protokol (Simple Object Access Protocol),

jazyky XML (eXtensible Markup Language) a XML Schema,

registr UDDI (Universal Description, Discovery and Integration)

jazyk WSDL (Web Services Description Language)




Podniková SOA

Služby jsou v celé organizaci dostupné na sbernici ESB.(Enterprise Service Bus, prostredí pro propojení a rízení služeb)

Pri návrhu SOA se vychází z business procesu organizace.

Vedle nových služeb jsou využity již existující (vlastní i cizí) služby.

Stávající systémy jsou typicky integrovány v podobe služeb.

(diagram prevzat z „Madhusoodanan&Krishnan: Using the SOA ESB pattern to integrate WebSphere Commerce. . . “)


http://www.ibm.com/developerworks/websphere/library/techarticles/0806_madhusoodanan/0806_madhusoodanan.html



Podniková SOA

Služby jsou v celé organizaci dostupné na sbernici ESB.

Pri návrhu SOA se vychází z business procesu organizace.(business procesy jsou realizovány choreografií služeb jako jednotlivých cástí procesu)








Podniková SOA



Vedle nových služeb jsou využity již existující (vlastní i cizí) služby.(snaha o maximální znovupoužití již hotových služeb a komponent)







Podniková SOA




Stávající systémy jsou typicky integrovány v podobe služeb.(tyto služby poskytují v rámci SOA funkce integrovaných systému)






Integrace stávajících systému do SOA

Stávající systémy jsou integrovány v podobe služeb.

Služby predstavují specifická rozhraní integrovaných systému.(poskytují funkce integrovaných systému ostatním službám v SOA)

Výsledek integrace by mel respektovat principy SOA.(abstrakce, nezávislost, bezstavovost, znovupoužitelnost, atd.)

Problém je nalézt vhodnou a možnou dekompozici puvodního rozhraní.(systémy jsou vetšinou monolitické, nemají „programové“ ale jen uživatelské rozhraní, atp.)

⇓

Stávající systémy jsou integrovány vetšinou jako celky.(systém reprezentován ve vetšine prípadu jedinou dále nedelitelnou službou)

Pokud je potreba oddelit služba s dílcí funkcí skrytou uvnitr systému,implementuje se samostatne, mimo systém.(výsledek pak casto neodpovídá príslušným business procesum)




Integrace stávajících systému do SOA

Stávající systémy jsou integrovány v podobe služeb.

Služby predstavují specifická rozhraní integrovaných systému.(poskytují funkce integrovaných systému ostatním službám v SOA)

Výsledek integrace by mel respektovat principy SOA.(abstrakce, nezávislost, bezstavovost, znovupoužitelnost, atd.)

Problém je nalézt vhodnou a možnou dekompozici puvodního rozhraní.(systémy jsou vetšinou monolitické, nemají „programové“ ale jen uživatelské rozhraní, atp.)

⇓

Stávající systémy jsou integrovány vetšinou jako celky.(systém reprezentován ve vetšine prípadu jedinou dále nedelitelnou službou)

Pokud je potreba oddelit služba s dílcí funkcí skrytou uvnitr systému,implementuje se samostatne, mimo systém.(výsledek pak casto neodpovídá príslušným business procesum)




Systémy sledování a rízení výroby

Tyto systémy jsou vetšinou pro cinnost (výrobní) organizace klícové.(selhání jejich funkcnosti a nedostatecná spolehlivost vedou okamžite ke znatelným ztrátám)

Je zde velmi silná závislost na konkrétním dodavateli technologie.

Konkrétní již nasazená rešení jsou velice obtížne nahraditelná.





Tyto systémy jsou vetšinou pro cinnost (výrobní) organizace klícové.

Je zde velmi silná závislost na konkrétním dodavateli technologie.(proprietární technologie dostupné pres proprietární, z vetší cásti uzavrená, rozhraní)








Konkrétní již nasazená rešení jsou velice obtížne nahraditelná.(vetší zmena systému/rozhraní jen pri soucasné inovaci všech souvisejících výrobních prostredku;

výjimecne pri aktualizaci SW dodavatelem výrobního prostredku)








(diagram prevzat z interní dokumentace projektu eSONIA)


http://www.esonia.eu/


Motivace pro nasazení v systémech sledování a rízení výrobyBezdrátové senzorové síteDevices Profile for Web Services (DPWS)

Obsah







Motivace pro nasazení pri sledování a rízení výroby

1 Obtížná integrace stávajících systému sledování a rízení výroby do SOA

nové služby dle stávajících rozhraní nerespektují principy SOA

výsledek nelze dále dekomponovat, nové služby jen mimo systém

⇒ systémy sledování a rízení výroby zprístupneny jako služby SOA

2 Snaha dekomponovat SOA až na služby jednotlivých výrobních zarízení

služby napojené prímo na ovládání jednotlivých výrobních zarízení

služby zprístupnující jednotlivé senzory výrobních zarízení

umožnena kompozice zmínených služeb dle business procesu výroby

⇒ systémy sledování a rízení výroby prímo realizovány jako SOA




Motivace pro nasazení pri sledování a rízení výroby

1 Obtížná integrace stávajících systému sledování a rízení výroby do SOA

nové služby dle stávajících rozhraní nerespektují principy SOA

výsledek nelze dále dekomponovat, nové služby jen mimo systém

⇒ systémy sledování a rízení výroby zprístupneny jako služby SOA

2 Snaha dekomponovat SOA až na služby jednotlivých výrobních zarízení

služby napojené prímo na ovládání jednotlivých výrobních zarízení

služby zprístupnující jednotlivé senzory výrobních zarízení

umožnena kompozice zmínených služeb dle business procesu výroby

⇒ systémy sledování a rízení výroby prímo realizovány jako SOA




Bezdrátové senzorové síte

sít’ vzájemne propojených, prostorove distribuovaných,mobilních a autonomních senzorových zarízení(sít’ má nejcasteji dynamickou „mesh“ topologii, zarízení bezdrátove

prímo propojeno pouze se zarízeními v jeho bezprostredním okolí)

zarízení merí, prípadne mení, stav svého okolí

zarízení jsou velmi levná a témer bezúdržbová

pro sít’ování se používá napr. standard IEEE 802.15.4jeho implementace 6LoWPAN ci ZigBee

bežné aplikace v prumyslu i spotrební elektronice(obrázky z dokumentace STM32W a

interní dokumentace projektueSONIA)


http://www.st.com/internet/mcu/class/1743.jsp






sít’ vzájemne propojených, prostorove distribuovaných,mobilních a autonomních senzorových zarízení


merí hodnoty analogových i digitálních vstupu(teplota, vlhkost, geografická poloha, identifikátory v okolí se

nacházejících RFID cipu, cidla výrobních zarízení, atp.)

nastavují hodnoty na výstupech(nastavení parametru výrobních zarízení, spínání obvodu, atp.)















„deploy and forget“ – nasazení a minimální údržba(velké množství zarízení v rozsáhlém ci neprístupném prostoru)

„energy harvesting“ – alternativní zdroje napájení(fotovoltaika, EM pole, chemická nerovnováha v kmeni stromu)














pro sít’ování se používá napr. standard IEEE 802.15.4jeho implementace 6LoWPAN ci ZigBee(IEEE 802.15.4 pokrývá fyzickou a spojovou vrstvu ISO/OSI modelu,

6LoWPAN/ZigBee implementují vyšší vrstvy, napr. TCP/IP protokoly)














bežné aplikace v prumyslu i spotrební elektronice(monitorování výrobních procesu a stavu výrobních zarízení, systémy

pro rízení budov, bezdrátové herní systémy, atd.)(obrázky z dokumentace STM32W a








Devices Profile for Web Services (DPWS)

standard pro webové služby pro zarízení s omezenými zdroji(napr. senzorová zarízení, vestavené systémy, atd.)

rozširuje protokol klasických Web Services o podporu:

inzerce a zjišt’ování služeb na pripojené síti (WS-Discovery)zpusob registrace k odberu událostí a jejich generování (WS-Eventing)prenosu meta-informací o službách (WS-MetadataExchange)pokrocilé adresace a smerování, prenosu zdroju, . . .

(diagram prevzat z „Tim Cools: Discover your devices“)


http://www.timcools.net/post/2009/03/08/Discover-your-devices.aspx


SOA v systémech sledování a rízení výrobyKlícové ukazatele výkonnosti a výrobní strategie

Obsah







SOA v systémech sledování a rízení výroby

webové služby pro zarízení (DPWS) bežící na uzlech senzorových sítí(DPWS jsou kompatibilní s klasickými Web Services, tj. se službami vyšších vrstev SOA)

SOA muže být v tomto prípade dekomponována až na nejnižší úroven

služby implementujících ctení hodnot z jednotlivých senzoruslužby ovládajících jednotlivé prvky výrobních zarízení

tyto služby mohou být na vyšších úrovních komponovány do složitejšíchslužeb, dle business procesu sledování a rízení výroby




Sledování a rízení výroby jako SOA

(diagram prevzat z interní dokumentace projektu eSONIA)





SOA v systémech sledování a rízení výroby II

PRÍKLAD – služby ruzných úrovní SOA (postupná dekompozice):

1 Vytvorení spoju na daném výrobku dle jeho výrobního postupu. (WS)

2 Vytvorení pájeného spoje na dané pozici. (WS)

3 Pohyb ramene s pájecím hrotem, aktivace/deaktivace hrotu. (DPWS)

4 Zjištení pozice pájecího hrotu, zjištení jeho teploty. (DPWS)

(obrázek prevzat z webových stránek Japan Unix – Desktop Soldering Robot UNIX-414R)


http://www.japanunix.co.jp/ju_en/products/unix414r.html



Klícové ukazatele výkonnosti a výrobní strategie

Definice (Key Performance Indicators, KPIs)Promenné kvantitativne vyjadrující výkonnost nebo kvalitu, prípadne obojí, procesunebo systému ci jeho cásti ve srovnání s normou nebo splnením daného cíle.

[Lohman&Fortuin&Wouters: Designing a performance measurement system. . . ]

KPIs pro výrobní procesy nutno vypocítat z dat sledování výroby

služby pro výpocet KPIs zacleneny mezi služby sledování a rízení výroby

zaclenení služeb pro KPIs je pro zbytek systému transparentní, potrebnéslužby jsou i nadále bežne používány pro rízení výrobního procesu

služby pro výpocet KPIs mohou být dále komponovány

do služeb pro výpocet odvozených nebo agregovaných KPIsdo služeb realizujících business procesy rízení výroby

zmeny hodnot KPIs a kontextu výrobního procesu mohou iniciovat zmenyv rízení výroby, tj. optimalizovat výrobní strategie


























Záver

Záver

V soucasné dobe se již bežne používají bezdrátové senzorové síte promonitorování výrobních procesu a stavu výrobních zarízení.

Výrobci zacínají nabízet senzorová zarízení schopná behu webovýchslužeb podle standardu DPWS.

Napojením takových služeb do výrobní infrastruktury lze rozšírit SOA až nanejnižší úroven systému sledování a rízení výroby.

V systémech sledování a rízení výroby SOA prináší výhody

prímé realizace business procesu organizace,možného zavedení výpoctu KPIsa prípadné optimalizace výrobních strategií.


Podekování a kontakt

Dekuji za pozornost.

Kontakt:[email protected]

Projekt eSONIA – http://www.esonia.eu/Embedded Service-Oriented Monitoring, Diagnostics and Control: Towards the Asset-Aware and Self-Recovery

– Sledování a rízení mobilních prumyslových zarízení a senzoru,adaptace stávajících technologií.

– Detekce a vyhodnocení stavu senzoru a polohy dostupných zarízenípro zmenu výrobních strategií.

– Architektura SOA s podporou bezdrátových senzorových sítíIEEE 802.15.4 nad IPv6.


mailto:[email protected]


Date post:	27-Feb-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	4 times
Download:	0 times

Servisne orientovaná architektura a její aplikace v...

Documents