SOA:构建一个工业操作系统

弗兰克O史密斯控制工程

尽管面向服务的体系结构(SOA)在幕后已经变得相当普遍，但它绝不是一种预先规定好的技术。然而，它的持续增殖确实反映了——并且与——从植物底层向上的关键信息的稳定进化爬行一致，将单个细胞状设备连接到更大的功能网络组件。从现场总线级别到OPC，再到ISA 88/95和Open O&M等标准的持续发展，已经设计了一个标准堆栈，SOA正在利用它来改变工厂企业的分层DNA。

如果架构正确，SOA平台支持极其智能、用户友好的界面，用于从设备层向上快速映射连接。这将对控制工程师如何构建工作流以及如何将设备连接到plc、dcs和hmi产生重大影响。在这样做的过程中获得的是一个高阶系统的智能，用于从车间到角落办公室的无缝协调和协作。

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SOA的完整愿景还没有实现，还有许多结构和文化方面的工作要做。虽然这是一个简单的术语和概念，但它在细节上仍然很混乱，充满了混淆和持久的地盘争夺战的可能性。但别搞错了:它大有希望。

“SOA可能是定义最多的最简单的概念之一，”ABB协同生产管理解决方案的市场经理Marc Leroux说。具有讽刺意味的是，解决由不同的制造、部门和IT系统术语(通常指同一实体)所造成的混乱是SOA的主要目标之一，也是支持SOA所必需的标准之一。SOA在很大程度上依赖于ISA 88和ISA 95等标准中旨在明确命名约定的章节的成功采用。

实现通用术语的基础是在适当的高级抽象级别上工作，使术语的“规范化”能够提供可接受的通用定义-定义可以很好地平衡通用覆盖(例如，“流量计”)与有用的特异性，当加上标签标识符(例如，“流量计127”)。在SOA中，规范化包括企业体系结构中所有事物的描述性术语，包括资源(设备、材料、工人)、流程(工作流)和软件任务(接口、安全、警报、应用程序、报告)。

规范化的基础设施

David Chappell曾在一家财富500强CPG公司担任全球自动化服务主管近30年，并为规范条款和任务做出了巨大努力。他说，让植物生产人员简化他们有10,000种不同的制造方法或步骤的概念是一个挑战。“当你把它们分开时，你实际上只有20到50种方法，即使是非常复杂的业务。”一旦您转向模块化的工作流程和资源对象服务，“这就大大减少了每次推出新产品时努力改变”生产设备和控制系统的巨大工作量。他说:“你可以非常高效地将它们重新组合在一起，制造新产品。” 请阅读更多Chappell的报道。

GE Fanuc智能平台的产品总经理Greg Milligener从根本上将SOA描述为“如何开发软件的架构概念”。在这方面，它不是你买的包装好的东西，而是你工作的媒介。它要求您拥有必要且适当的基础设施工具，以启用集成工程和动态工作流，以支持自适应的基于服务的应用程序。关键目标:能够不断微调，全面适应和优化操作，以实现不断变化的市场需求和不断发展的战略目标。
术语的规范化是建立工厂综合模型的基石。工厂模型是企业SOA平台的关键支柱之一。通常，规范化描述符还包含与其关联的功能属性，创建自包含的构建块或软件元素，用于组装更大的组合应用程序。在SOA领域中，所有这些都被认为是“服务”——因此是面向服务的体系结构。

标准化的术语、工厂模型和模块化软件服务的整个阵列是包含在中央存储库或数据库中的基本元素。工作流编排工具(本身就是一个复合应用程序)用于创建流程工作流，这些工作流将存储库中包含的所有元素的信息与特定的执行功能(也组成为服务)结合在一起。工作流编排工具支持对象服务的拖放，以构建图形化显示的工作流。

支持工作流的软件程序驻留在对象中，因此工作流的构建和修改是流畅和容易的:在适当的位置捕获，提交到运行时，您就完成了。因为它们是在中央存储库中管理的，所以跨网络的每个服务实例都很容易维护和升级。这些对象服务组合起来并加以利用，是控制系统、hmi、MES、lim和ERP系统中的功能驱动因素。(与我们的进化模型一致，总有一天，这些系统将不再像我们目前使用的术语那样被视为有边界的系统，而更多地被视为服务对象库。)

集成操作系统的好处

有了一组通用的一致定义、事务和工作流程，将它们映射到一起以创建一个无缝集成的操作系统的任务就变得非常简单了——即使是引用工厂中通常发现的众多不同系统中的元素。虽然标准化术语和构建综合工厂模型以及其他关键存储库元素的工作需要大量的前端承诺，但随着时间的推移，回报是巨大的。

最突出的好处包括:
•开放传统上完全不同的功能系统，以便更自由地共享数据，而无需昂贵的点对点集成;
•无需大量工程工作即可无限重用服务;
•极具适应性的配置和重新配置的生产和业务运营，可以以最低的成本快速设计;
•快速原型，差距发现，并配置流程工作流程的纠正;
•高度基于角色的定制化、情境化的信息呈现;
•从一条生产线到另一条生产线，从一家工厂到另一家工厂，很容易复制最佳实践;
•通过封装为服务的系统功能的动态自适应控制，广泛利用当前资产投资;和
•控制工程人才重新聚焦于工厂优化和性能。

总部位于俄亥俄州西切斯特的咨询公司Complete Manufacturing Automation Associates的首席技术官大卫•查佩尔(David Chappell)表示:“让工厂人员以模块化、多层次的概念来思考是一项挑战。”“但如果你可以分解和模块化功能，你可以在需要的时候重新组织它们，你可以得到巨大的重用，而不是每次都从头开始。”

创建一个工业操作系统

英维思战略风险投资副总裁Peter Martin说，设计SOA平台的工作是复杂的，但是“如果你做得正确，你就能使控制、过程和自动化工程的工作变得更简单、更容易。”Martin领导了英维思/Wonderware soa平台ArchestrA的创建。虽然它很复杂，但如果操作得当，它的目的是成为一个工业操作系统，提供与现代计算机操作系统相同类型的多任务服务。它可以管理从公共名称空间构建的整个管理服务网络，提供一个体系结构，其中数百台车间计算机和来自不同供应商的不同年份的应用程序在30多年的时间里具有连接性和互操作性，并像一台计算机一样工作。内建的互连的广度定义了体系结构的有用性，这使得它不仅可以与来自单个供应商产品线的产品一起工作，而且可以与所有产品一起工作。

“因为你有一个公共的名称空间和连接服务，你不需要调用这些系统。你不需要担心这是谁的系统。你不需要设置通讯。您只需要知道标签ID(例如，流量计127)。对象管理服务是内置的。”
例如，如果“流量计127”是工厂中的新元件，控制工程师可以很容易地将其添加到共享公共功能的存储库中的流量计类中。然后，使用图形工作流工具，将其插入工厂车间模型中的流程工作流中。支持soa的平台管理设备连接服务，以处理将其集成到实际工厂操作中的所有技术细节。

“这非常强大。它提供了巨大的生产力提高，”马丁说。“它使控制工程师能够专注于更先进的事情，比如工厂优化和性能。”

弗兰克O史密斯是特约作家北美控制工程。

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《实时智能的力量》作者:Frank O Smith

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