工业互联网-自动化制造流程和系统

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RTI Connext DDS促进更快，更可靠的工厂自动化

翻译整理：刘奎亮

1．概述

RTI Connext DDS是一个点对点的实时通信中间件解决方案，可以显示并监视真实世界中的实体状态。由于它的无缝连接属性，通过它可以非常简单的构建一个监视和更新实体状态的系统。在离散制造过程中，利用RTI Connext DDS创建一个控制系统，这个系统它是由一个或多个控制程序组成，可以控制一个或多个批处理并更新批处理状态。本文旨在介绍一个离散处理流程的实施案例，这个案列的意义在于通过开发一套简单的用例可以支撑一个管理批量调度、监视海量状态、检测并报告系统错误的制造执行系统的设计。在以下应用领域中可以参考：

（1）离散型工厂自动化系统

（2）化工厂批处理流程

（3）药品生产流程

（4）医学样品的处理和分析

（5）使用分布式控制系统（DCS）处理生产线中产品的制造系统，或用来调度和监视状态信息的制造执行系统（MES）。

2. DDS：制造服务总线（MSB）

企业为了保持竞争力，工厂制造系统需要灵活和易于重构的架构体系，以减少产品上市时间，使生产能够根据客户需求、市场竞争和监管进行调整。同样，这种需求也推动集成供应商和IT系统面向更灵活和可扩展的制造系统架构。

应用面向服务体系架构（SOA）构建的系统已成功地解决企业系统内的类似需求。在企业SOA系统中以往使用如微软WFC，J2EE和企业服务总线（ESB）这些技术。然而，这些技术通常被认为不太适合于分布式、高事务性、近实时、确定性需求的制造系统。例如，ESB使用集中代理的Web技术，如HTTP和XML，这些技术影响系统整体性能、鲁棒性和确定性。相反，制造系统需要一个制造服务总线（MSB）而不是一个企业服务总线（ESB）。以下是一个典型的制造系统的层级架构：

由OMG数据分发服务（DDS）标准指定的以数据为中心的发布订阅技术是实现制造服务总线的一个新兴方向。RTI Connext DDS是一种高性能、高扩展性的以OMG DDS标准实现的解决方案。DDS为监控和集成制造控制系统提供了技术层，它独立于每个组件所使用的编程语言、硬件和操作系统。它在基础设施中提供自动服务发现、数据规范化、系统健康监测、仲裁调节和很多其他的SOA服务。此外，RTI Connext DDS的可扩展性、性能、确定性和实时QoS满足在制造环节中的各项需求。此外，因为没有额外的服务器或计算机需要管理，这种无服务器节点、点对点的对等分布式体系架构在工厂部署时非常容易。

下面这个案例体现了在巧克力的生产制造过程中如何应用RTI DDS作为制造服务总线（MSB）。巧克力生产原料遵循一个由生产执行系统控制的工作流，每个流程的控制器根据配方添加一个配料到巧克力中，如下图所示：

建立一套DDS应用程序并将其应用于在巧克力生产流程中配置不同配方的制造系统中，定义生产批量，控制每个批量流转工作单元的路径，监控生产过程的状态。这个例子可以引申到其他离散制造过程，同样也是分配大量不同的工作单元的生产场景，配置和监控每个工作单元的操作参数。其系统架构如下图所示：

分解上图中的每个应用，包括配方产生器、制造执行系统、基站控制器，每个应用有不同的功能，其中配方产生器提供用于创建巧克力的流程，如下图所示：

制造执行系统：

（1）为产品生产分配流程任务，根据以下对象初始状态来分配任务：

• 第一个处理该生产批次的控制器。

• 以及他所在的流程序号。

（2）监视产品在系统中的流程。

如下图所示：

基站控制器提供的功能如下：

（1）接收产品的状态更新

（2）接收所有流程

（3）过滤不同流程关注的状态信息。

（4）按照食谱加工产品

（5）更新巧克力块的状态，将其分配给流程中的下一站控制器。

（6）当MES系统接收到该批次生产处于已完成状态通知时，但是它是未注册的，系统允许它清理内存并清除这个被认为是特殊批次生产的状态信息。

如下图所示：

本应用案例中的数据流在生产执行系统决定下一个需要运行流程开始时，它发出了一个更新的chocolatelot state主题，包括使用的流程信息，并分配到第一台控制器来处理它。所有的基站控器都在监听巧克力批状态，并使用内容过滤来确保它们只接收自身所关注的状态，如下图：

本应用案例表明在自动化的生产制造系统中使用RTI CONNEXT DDS作为制造服务总线（MSB）, 非常简单快捷的构造灵活的、可重构的架构系统，能够够根据客户需求、市场竞争和监管进行快速调整，减少产品上市时间提高企业的核心竞争力；在工业互联网的浪潮下，DDS作为天然具备互联网基因的体系架构在未来的工业发展中应有广阔的应用和前景。