CN110912957B - 一种实现生产设备状态实时监控的多服务集群设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现生产设备状态实时监控的多服务群集设计方法，OPC Service对设备状态信息变更进行封装，同时触发生产设备监控服务接口，生产设备监控服务模块对封装信息进行解析，依据负载均衡算法，向事件处理服务模块发布生产过程的监控信息；事件处理服务模块进行业务处理后，发送到业务呈现服务模块，业务呈现服务模块依据呈现服务模块的订阅接口规范，向已订阅呈现终端推送呈现信息，呈现终端实时更新设备状态信息。本发明采用三级服务群集方式与设备状态数据采集接口对接，实现对设备状态信号的零延迟响应。通过对设备状态信息的抽象封装、有效解决了生产设备状态信息多样化导致的开发和维护难的问题。

Description

一种实现生产设备状态实时监控的多服务集群设计方法

技术领域

本发明涉及生产设备监控领域，具体地说是一种实现生产设备状态实时监控的多服务集群设计方法。

背景技术

生产设备是企业从事生产经营的基础，是企业的重要资产。生产设备是一种特别的资产，随时间折旧，在限定时间内，提升生产设备利用率，可以有效提升企业价值。良好的设备对于提升产品质量、降低残次品率、提升产量起着至关重要的作用。

制造执行***是连接上层计划与车间生产管理的重要管理***，有效优化整个生产管理过程。生产设备管理和生产设备监控是制造执行***的两个重要模块。生产设备管理负责生产设备的运维，通过建立点检、巡检、周期性检查等方式来保证生产设备的良好运转。生产设备监控，负责实时监控和记录生产设备运行状态，可以有效预警设备故障，提升产品质量、降低残次品率，因此对设备状态的及时响应，成为生产设备监控的一个重要考核点。

加工制造企业的生产设备类型杂、数量多，因而设备状态采集方式不同、采集信息差异大、种类多。采集方式主要有PLC、DCS、SCADA等方式，采集数据类型包括设备开机、设备关机、设备运行、温度、气压、湿度、转速等。因此需要建立一种统一的数据信息格式和数据传递方式。

由上述可知，一种实现生产设备状态实时监控的多服务集群设计方法具有非常重要的意义。对数据信息格式和数据传递方式的抽象概括，实现与OPC服务的对接，可以涵盖更多的设备种类和采集信息。三级分层的服务集群和负载均衡机制可以实现对设备状态信号的及时响应，Event Service与Present Service的发布订阅机制、Present Service与呈现终端的发布订阅机制可以实现第一时间在终端更新设备状态。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种实现生产设备状态实时监控的多服务集群设计方法，解决了生产设备状态信息多样化导致的开发和维护难的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种实现生产设备状态实时监控的多服务群集设计方法，

步骤1：对设备状态信息进行概括抽象，定义设备状态信息格式、内容、封装方法和解析方法；

步骤2：定义服务群集以及服务群集的负载均衡算法；

步骤3：对数据采集信息传递方式进行概括抽象，定义生产设备监控服务订阅接口规范和呈现服务模块的订阅接口规范；

步骤4：OPC Service对设备状态信息变更进行封装，同时触发生产设备监控服务接口，生产设备监控服务模块对封装信息进行解析，依据负载均衡算法，向事件处理服务模块发布生产过程的监控信息；

步骤5：事件处理服务模块进行业务处理后，发送到业务呈现服务模块，业务呈现服务模块依据呈现服务模块的订阅接口规范，向已订阅呈现终端推送呈现信息，呈现终端实时更新设备状态信息。

所述服务群集包括：

生产设备监控服务模块，接收生产设备状态监控信息，并根据生产设备状态监控信息的属性确定其类型，进行标识，生成监控信息的属性集；

事件处理服务模块，负责生产设备业务事件处理，向生产设备监控服务模块进行订阅，并接收生产设备监控服务模块发布的生产设备状态监控信息；

业务呈现服务模块，接收事件处理服务模块的指令信息，根据指令信息更新生产设备状态监控信息在终端的呈现；

呈现终端，以不同的应用形式呈现生产设备状态监控信息，向业务呈现服务模块进行订阅，并接收业务呈现服务模块发布的指令。

所述监控信息的属性集包括生产设备唯一标识、采集站点唯一标识、信息类型、信息值和时间戳。

所述负载均衡算法为：

Min(T(SE_i))＝＞SE_i,i∈{1,N}

其中，T(SE_i)为第i个Event Service执行完所有任务需要花费的时间，T(SE_ij)为第i个Event Service执行第j个任务需要花费的时间；

新的任务分配给当前所有Event Service中执行完所有任务所需时间最小的Event Service。

所述监控信息的属性集为：

其中，I_i为监控信息，N为自然数。

所述生产设备监控服务模块的订阅接口规范为：

事件处理服务模块向生产设备监控服务模块进行订阅，订阅成功后，生产设备监控服务模块主动向事件处理服务模块推送监控信息，表示为：SUB_e＝f(P,I_i)，其中P表示Event Service，I_i表示监控信息。

所述呈现服务模块的订阅接口规范为：

呈现终端向业务呈现服务模块进行订阅，订阅成功后，业务呈现服务模块主动向呈现终端推送监控信息，表示为：SUB_c＝f(Q,QI_i)，其中Q表示业务呈现服务模块，QI_i表示业务呈现信息。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.三级分层的服务集群和负载均衡机制可以实现对设备状态信号的及时响应；

2.Event Service与Present Service的发布订于机制、Present Service与呈现终端的发布订阅机制可以实现第一时间在终端更新设备状态。

附图说明

图1是本发明的***架构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

为使本发明的上述目的、特征和有点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，一种实现生产设备状态实时监控的多服务集群设计方法，包括以下步骤：

步骤1：对设备状态信息进行概括抽象，定义设备状态信息格式、内容、封装方法和解析方法；

步骤2：定义(Trace Service、Event Service、Present Service)服务群集的层级关系，明确Trace Service、Event Service、Present Service的业务范围；

步骤3：定义(Trace Service、Event Service、Present Service)服务群集的负载均衡算法，提高对设备状态信息变更的实时响应能力、降低延迟；

步骤4：对数据采集信息传递方式进行概括抽象，定义OPC Service与TraceService接口规范；

步骤5：定义Present Service与呈现终端的接口规范；

步骤6：OPC Service对设备状态信息变更进行封装，同时触发Trace Service接口，Trace Service对封装信息进行解析，依据负载均衡算法，安排Event Service处理，Event Service进行业务处理后，调用Present Service进行信息呈现，Present Service依据接口规范，向已订阅终端推送呈现信息，呈现终端实时更新设备状态信息。

所述监控信息的属性集为：{生产设备唯一标识、采集站点唯一标识、信息类型、信息值、时间戳}。

所述服务群集的层级关系：

第一层级服务Trace Service，服务数量为1个，由OPC服务触发，负责实时接收OPC服务发送的设备状态信息，对设备状态信息进行解析，依据负载均衡算法，将解析后的信息传送给Event Service；

第二层级服务Event Service集合，表示为

其中SE_i为基本EventService，每个Event Service由Trace Service触发，负责接收Trace Service发送的数据信息，进行业务逻辑处理，触发Present Service进行设备状态更新；

第三层级服务Present Service集合，表示为

其中SP_i为基本Present Service，由Event Service触发，负责接收Event Service发送的数据信息，依据接口规范，向已订阅终端推送呈现信息。

所述(Trace Service、Event Service、Present Service)服务群集的负载均衡算法：

(1)

(2)Min(T(SE_i))＝＞SE_i,i∈{1,N}

公式1：其中T(SE_i)为第i个Event Service执行完所有任务需要花费的时间，T(SE_ij)为第i个Event Service执行第j个任务需要花费的时间。

公式2：新的任务分配给当前所有Event Service中执行完所有任务所需时间最小的Event Service。

所述所属服务群集的触发机制：

OPC Service对设备状态信息变更进行封装，同时触发Trace Service接口，TraceService对封装信息进行解析，依据负载均衡算法，安排Event Service处理，EventService进行业务处理后，调用Present Service进行信息呈现，Present Service依据接口规范，向已订阅终端推送呈现信息，呈现终端实时更新设备状态信息。

表1描述了生产设备状态变更情况。设定有5台设备，每台设备有3个状态采集点。

表1

表2描述了Event Service集，假定设有三个Event Service，Event Service执行单个任务需要花费的时间设定为1秒，三个Event Service同时可选时，按照优先级从小到大的顺序选择。

表2

时刻：2018-03-08 08:00:00，Event Service集合{SE01、SE02、SE03}均无可执行任务，队列为空，采集信号有三个{E1001、E2001、E1002}，依据计算方法E1001进入SE01队列，SE01队列占用容量为1，E2001进入队列为SE02，SE02队列占用容量为1，E1002进入队列SE03，SE03队列占用容量为1；

时刻：2018-03-08 08:00:01，E1001执行完成，离开SE01队列，SE01队列占用容量为0，E2001执行完成，离开SE02，SE02队列占用容量为0，E1002执行完成，离开SE03，SE03队列占用容量为0。无采集信号发生，不进行入队分配；

时刻：2018-03-08 08:00:05，E2002发生信号，Event Service集合{SE01、SE02、SE03}均无可执行任务，队列为空，据计算方法E2002进入SE01队列，SE01队列占用容量为1；

时刻：2018-03-08 08:00:06，E3001发生信号，E2002执行完成，离开SE01队列，SE01队列占用容量为0，据计算方法E3001进入SE01队列，SE01队列占用容量为1；

时刻：2018-03-08 08:00:07，E3002发生信号，E3001执行完成，离开SE01队列，SE01队列占用容量为0，据计算方法E3002进入SE01队列，SE01队列占用容量为1；

时刻：2018-03-08 08:00:08，E3002执行完成，离开SE01队列，SE01队列占用容量为0。无采集信号发生，不进行入队分配；

时刻：2018-03-08 08:00:10，E2003发生信号，Event Service集合{SE01、SE02、SE03}均无可执行任务，队列为空，据计算方法E2003进入SE01队列，SE01队列占用容量为1；

时刻：2018-03-08 08:00:11，E2003执行完成，离开SE01队列，SE01队列占用容量为0。无采集信号发生，不进行入队分配；

时刻：2018-03-08 08:00:15，E1003发生信号，Event Service集合{SE01、SE02、SE03}均无可执行任务，队列为空，据计算方法E1003进入SE01队列，SE01队列占用容量为1；

时刻：2018-03-08 08:00:16，E4001发生信号，E1003执行完成，离开SE01队列，SE01队列占用容量为0，据计算方法E4001进入SE01队列，SE01队列占用容量为1；

时刻：2018-03-08 08:00:17，E5001发生信号，E4001执行完成，离开SE01队列，SE01队列占用容量为0，据计算方法E5001进入SE01队列，SE01队列占用容量为1；

时刻：2018-03-08 08:00:18，E4002发生信号，E5001执行完成，离开SE01队列，SE01队列占用容量为0，据计算方法E4002进入SE01队列，SE01队列占用容量为1；

时刻：2018-03-08 08:00:19，E4002执行完成，离开SE01队列，SE01队列占用容量为0。无采集信号发生，不进行入队分配；

时刻：2018-03-08 08:00:30，Event Service集合{SE01、SE02、SE03}均无可执行任务，队列为空，采集信号有四个{E4003、E5002、E5003、E3001}，依据计算方法E4003进入SE01队列，SE01队列占用容量为1，E5002进入队列为SE02，SE02队列占用容量为1，E5003进入队列SE03，SE03队列占用容量为1，E3001进入SE01队列，SE01队列占用容量为2；

时刻：2018-03-08 08:00:31，E4003执行完成，离开SE01队列，SE01队列占用容量为1，E5002执行完成，离开SE02，SE02队列占用容量为0，E5003执行完成，离开SE03，SE03队列占用容量为0。无采集信号发生，不进行入队分配；

时刻：2018-03-08 08:00:32，E3001执行完成，离开SE01队列，SE01队列占用容量为0。无采集信号发生，不进行入队分配。

Claims (6)

1.一种实现生产设备状态实时监控的多服务群集设计方法，其特征在于：

步骤1：对生产设备状态信息进行概括抽象，定义生产设备状态信息格式、内容、封装方法和解析方法；

步骤2：定义服务群集以及服务群集的负载均衡算法；

所述负载均衡算法为：

新的任务分配给当前所有Event Service中执行完所有任务所需时间最小的EventService：

Min(T(SE_i))＝＞SE_i,i∈{1,N}

其中，N为自然数，T(SE_i)为第i个Event Service执行完所有任务需要花费的时间，T(SE_ij)为第i个Event Service执行第j个任务需要花费的时间；

步骤3：对数据采集信息传递方式进行概括抽象，定义生产设备监控服务订阅接口规范和呈现服务模块的订阅接口规范；

步骤4：OPC Service对设备状态信息变更进行封装，同时触发生产设备监控服务接口，生产设备监控服务模块对封装信息进行解析，依据负载均衡算法，向事件处理服务模块发布生产过程的监控信息；

步骤5：事件处理服务模块进行业务处理后，发送到业务呈现服务模块，业务呈现服务模块依据呈现服务模块的订阅接口规范，向已订阅呈现终端推送呈现信息，呈现终端实时更新设备状态信息。

2.根据权利要求1所述的一种实现生产设备状态实时监控的多服务群集设计方法，其特征在于：所述服务群集包括：

生产设备监控服务模块，接收生产设备状态监控信息，并根据生产设备状态监控信息的属性确定其类型，进行标识，生成监控信息的属性集；

事件处理服务模块，负责生产设备业务事件处理，向生产设备监控服务模块进行订阅，并接收生产设备监控服务模块发布的生产设备状态监控信息；

业务呈现服务模块，接收事件处理服务模块的指令信息，根据指令信息更新生产设备状态监控信息在终端的呈现。

3.根据权利要求2所述的一种实现生产设备状态实时监控的多服务群集设计方法，其特征在于：所述监控信息的属性集包括生产设备唯一标识、采集站点唯一标识、信息类型、信息值和时间戳。

4.根据权利要求2所述的一种实现生产设备状态实时监控的多服务群集设计方法，其特征在于：所述监控信息的属性集为：

其中，I_i为监控信息，N为自然数。

5.根据权利要求1所述的一种实现生产设备状态实时监控的多服务群集设计方法，其特征在于：所述生产设备监控服务模块的订阅接口规范为：

事件处理服务模块向生产设备监控服务模块进行订阅，订阅成功后，生产设备监控服务模块主动向事件处理服务模块推送监控信息，表示为：SUB_e＝f(P,I_i)，其中P表示EventService，I_i表示监控信息。

6.根据权利要求1所述的一种实现生产设备状态实时监控的多服务群集设计方法，其特征在于：所述呈现服务模块的订阅接口规范为：

呈现终端向业务呈现服务模块进行订阅，订阅成功后，业务呈现服务模块主动向呈现终端推送监控信息，表示为：SUB_c＝f(Q,QI_i)，其中Q表示业务呈现服务模块，QI_i表示业务呈现信息。

Images