一种基于微服务架构的工业应用集成系统

摘要

本申请公开了一种基于微服务架构的工业应用集成系统，包括：基础服务平台，用于集成工业应用中的通用功能组件，通用功能组件通过领域标准信息模型提供统一通用服务；专用功能组件库，用于通过微服务架构，以发布/订阅的方式提供根据工业需求进行选择的专用功能组件，专用功能组件的组件引擎通过统一调用接口对内部状态机进行控制；开发编辑模块，用于获取用户终端针对专用功能组件的工程文件的修改编辑指令，并根据修改编辑指令对工程文件进行更新；组态集成模块，用于确定用户终端选择的目标专用功能组件，并对目标专用功能组件和基础服务平台进行集成，得到定制应用。本申请可在低代码的情况下快速完成集成，降低集成难度，节省开发成本。

说明书

技术领域

本申请涉及工业信息化技术领域，更具体地说，涉及一种基于微服务架构的工业应用集成系统。

背景技术

工业互联网(Industrial Internet)是开放、全球化的网络，可将人、数据和机器连接起来，属于泛互联网的目录分类，是工业系统与高级计算、分析、传感技术及互联网的高度融合。传统工业应用系统集成时，通常基于通信协议进行异构工业系统的数据集成，或基于中间件实现异构系统的数据集成及调用，或者可以采用消息队列中间件实现采用异构系统的解耦。然而，基于通信协议实现数据集成时，不能实现接口调用，基于中间件或消息队列中间件集成时需要较高的学习成本，开发周期较长。因此，如何解决上述问题是本领域技术人员需要重点关注的。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于微服务架构的工业应用集成系统，可在低代码的情况下快速完成集成，节省了开发成本。

为实现上述目的，本申请提供了一种基于微服务架构的工业应用集成系统，包括：

基础服务平台，用于集成工业应用中的通用功能组件，所述通用功能组件通过领域标准信息模型提供统一通用服务；

专用功能组件库，用于通过微服务架构，以发布/订阅的方式提供根据工业需求进行选择的专用功能组件，所述专用功能组件的组件引擎通过统一调用接口对内部状态机进行控制；

开发编辑模块，用于获取用户终端针对所述专用功能组件的工程文件的修改编辑指令，并根据所述修改编辑指令对所述工程文件进行更新；

组态集成模块，用于确定所述用户终端选择的目标专用功能组件，并对所述目标专用功能组件和所述基础服务平台进行集成，得到符合当前工业需求的定制应用。

可选的，所述通用功能组件包括：工业信息模型组件、实时数据库组件、历史数据库组件、报警组件、事件组件、认证组件、鉴权组件和日志组件中任一项或任几项的组合；所述专用功能组件包括：调度引擎服务组件、计算函数组件、机理模型组件、规则引擎组件、机器学习组件、数据接入组件和人机界面组件中任一项或任几项的组合。

可选的，所述调度引擎服务组件，用于接收所述用户终端下发的针对已注册功能组件服务接口的编排调用指令；

或，根据预设规则库中的模板文件对已注册功能组件服务接口进行修改；

或，接收用户针对已注册功能组件自定义的触发条件、工程文件及传入参数。

可选的，所述人机界面组件，用于通过交互界面接收所述用户终端下发的针对已注册功能组件服务接口的编排调用指令。

可选的，所述开发编辑模块，还用于通过web界面接收用户终端创建的所述专用功能组件的工程文件，或通过文件传输接口接收实时导入的第三方工程文件。

可选的，还包括：

配置管理模块，用于接收所述用户终端下发的针对所述通用功能组件或所述专用功能组件对应的数据库的数据请求，所述数据请求用于添加数据、修改数据、删除数据以及查询数据。

可选的，还包括：

组件新增模块，用于通过注册发现机制加载新增功能组件，通过所述基础服务平台对所述新增功能组件进行安全认证和鉴权，并在认证和鉴权通过后允许所述新增功能组件与所述领域标准信息模型进行数据交互；

日志记录模块，用于对所述新增功能组件的注册过程，以及各个功能组件的数据修改和接口调用过程进行记录，写入审计日志中。

可选的，还包括：

信息模型组态模块，用于获取所述用户终端设置的信息模型服务数据、事件联动信息模型方法，以便利用所述事件联动信息模型方法调用已注册功能组件服务接口，并在信息模型服务文件生效后，根据所述信息模型服务数据自动触发对应功能组件运行。

通过以上方案可知，本申请提供的一种基于微服务架构的工业应用集成系统，包括：基础服务平台，用于集成工业应用中的通用功能组件，所述通用功能组件通过领域标准信息模型提供统一通用服务；专用功能组件库，用于通过微服务架构，以发布/订阅的方式提供根据工业需求进行选择的专用功能组件，所述专用功能组件的组件引擎通过统一调用接口对内部状态机进行控制；开发编辑模块，用于获取用户终端针对所述专用功能组件的工程文件的修改编辑指令，并根据所述修改编辑指令对所述工程文件进行更新；组态集成模块，用于确定所述用户终端选择的目标专用功能组件，并对所述目标专用功能组件和所述基础服务平台进行集成，得到符合当前工业需求的定制应用。由上可知，本申请可以集成工业应用中的通用功能组件，实现已有工业组件的复用，并通过微服务架构，以发布/订阅的方式提供可选的专用功能组件，用户可根据实际的工业需求进行专业功能组件的选择，并可对专业功能组件进行适应性的修改，从而可在低代码的情况下快速完成工业应用的集成，增加了组件组合的灵活性，同时节省了开发成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种基于微服务架构的工业应用集成系统的架构图；

图2为本申请实施例公开的一种具体的工业应用集成系统的整体框架示意图；

图3为本申请实施例提供的一种工业微服务组件的拆分方案的示意图；

图4为本申请实施例公开的工业应用的组件服务构成示意图；

图5-图7为本申请实施例公开的应用场景实例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例公开了一种基于微服务架构的工业应用集成系统，可在低代码的情况下快速完成工业应用的集成，同时节省了开发成本。

参见图1所示，本申请实施例公开的一种基于微服务架构的工业应用集成系统，包括：

基础服务平台10，用于集成工业应用中的通用功能组件，所述通用功能组件通过领域标准信息模型提供统一通用服务；

本申请实施例中，可预先集成工业应用中已有的通用功能组件，以实现现有工业知识的复用。上述通用功能组件可以包括但不限于：工业信息模型组件、实时数据库组件、历史数据库组件、报警组件、事件组件、认证组件、鉴权组件和日志组件。具体地，通用功能组件的组件引擎可采用领域标准信息模型提供统一的认证、鉴权、日志读写、实时数据读写、历史数据读写、事件告警等服务。

需要说明的是，工业信息模型是对工业互联网信息在语义层面的标准化描述，是保证各工业对象互联互通互操作和信息交换的基础。工业软件间互相调用时可基于标准信息模型实现互操作，如FDT标准模型、MOM标准模型、PLCOpen标准模型等，通常采用XML形式进行表达，并在实例化后采用使用标识ID号进行标记区分。OPC UA信息模型的通信标准协议不但实现了不同系统间的互联互通，而且支持现有工业各领域的信息模型，可支持系统间互操作，对原有系统具有良好的兼容性。

专用功能组件库20，用于通过微服务架构，以发布/订阅的方式提供根据工业需求进行选择的专用功能组件，所述专用功能组件的组件引擎通过统一调用接口对内部状态机进行控制；

需要说明的是，本申请实施例可预先根据提炼出工业应用的通用功能组件、专业功能组件并分别进行微服务化，在屏蔽功能细节的情况下可最大程度实现应用的灵活组合，降低工业应用的开发复杂度。

微服务是一种新兴的软件架构，可以把一个大型的单个应用程序和服务拆分为数十个的支持微服务，其可扩展单个组件而不是整个的应用程序堆栈。微服务通常能够比传统的应用程序更有效地利用计算资源，底层的维护等可以交由统一的平台完成，支持动态弹性伸缩调配计算资源等功能，并可节省运维成本，便于统一管理。另外，微服务应用程序可以实现更快更容易的更新，可在不停机的情况下进行升级更新。

具体地，上述专用功能组件可以包括但不限于：调度引擎服务组件、计算函数组件、机理模型组件、规则引擎组件、机器学习组件、数据接入组件和人机界面组件。

在具体实施中，专用功能组件的组件引擎可通过统一的调用接口实现对内部状态机的控制，可供模型方法或统一的调度服务进行调用。

需要指出的是，上述调度引擎服务组件可以用于接收所述用户终端下发的针对已注册功能组件服务接口的编排调用指令；或，根据预设规则库中的模板文件对已注册功能组件服务接口进行修改；或，接收用户针对已注册功能组件自定义的触发条件、工程文件及传入参数。也即，用户可通过调度引擎服务组件对已注册功能组件服务接口进行编排调用或从响应的规则库调用目标文件进行修改，还可定义触发条件，选取工程文件及传入参数。另外，上述人机界面组件，也可用于通过交互界面接收所述用户终端下发的针对已注册功能组件服务接口的编排调用指令。

开发编辑模块30，用于获取用户终端针对所述专用功能组件的工程文件的修改编辑指令，并根据所述修改编辑指令对所述工程文件进行更新；

本申请实施例中，用户可根据实际的工业需求选择所需的专用功能组件，在选择组件之后，还可根据需求对所选择的组件进行适应性修改。具体地，可以对专用功能组件的工程文件进行修改，例如，可通过可视化的编辑页面下发针对专用功能组件的工程文件的修改编辑指令，后台即可根据该编辑指令对工程文件进行更新。

在一种可行的实施方式中，本申请实施例中用户除了可直接对已有的工程文件进行修改更新之外，还可导入或新建工程文件。例如，后台可通过web界面接收用户终端创建的专用功能组件的工程文件，或通过文件传输接口接收用户终端实时导入的第三方工程文件。

组态集成模块40，用于确定所述用户终端选择的目标专用功能组件，并对所述目标专用功能组件和所述基础服务平台进行集成，得到符合当前工业需求的定制应用。

可以理解的是，本申请实施例在用户终端选择目标专用功能组件之后，可对目标专用功能组件和包括通用功能组件的基础服务平台进行集成，从而生成符合当前需求的定制化的工业应用。

在一种优选的实施方式中，本申请实施例还可以进一步包括配置管理模块，该模块用于接收所述用户终端下发的针对所述通用功能组件或所述专用功能组件对应的数据库的数据请求，所述数据请求用于添加数据、修改数据、删除数据以及查询数据。也即，各个功能组件都有其对应的可配置的数据库，用户可对其数据库中的数据进行增删查改操作。

作为一种可行的实施方式，本申请实施例还可实现组件新增功能。相应的，上述系统可以进一步包括组件新增模块，用于通过注册发现机制加载新增功能组件，通过所述基础服务平台对所述新增功能组件进行安全认证和鉴权，并在认证和鉴权通过后允许所述新增功能组件与所述领域标准信息模型进行数据交互。优选的，可以利用日志记录模块，对所述新增功能组件的注册过程，以及各个功能组件的数据修改和接口调用过程进行记录，写入审计日志中，便于后续的安全审计过程。

在具体实施中，本申请实施例还可包括信息模型组态模块，用于获取所述用户终端设置的信息模型服务数据、事件联动信息模型方法，以便利用所述事件联动信息模型方法调用已注册功能组件服务接口，并在信息模型服务文件生效后，根据所述信息模型服务数据自动触发对应功能组件运行。也即，用户可以设置信息模型服务数据、事件联动信息模型方法，进而即可调用已注册功能组件服务接口，并能指定工程文件及参数。在用户配置的信息模型文件生效后，信息模型及通用功能服务可根据信息模型数据的变化需要自动触发对应功能组件服务进行处理。

通过以上方案可知，本申请提供的一种基于微服务架构的工业应用集成系统，包括：基础服务平台，用于集成工业应用中的通用功能组件，所述通用功能组件通过领域标准信息模型提供统一通用服务；专用功能组件库，用于通过微服务架构，以发布/订阅的方式提供根据工业需求进行选择的专用功能组件，所述专用功能组件的组件引擎通过统一调用接口对内部状态机进行控制；开发编辑模块，用于获取用户终端针对所述专用功能组件的工程文件的修改编辑指令，并根据所述修改编辑指令对所述工程文件进行更新；组态集成模块，用于确定所述用户终端选择的目标专用功能组件，并对所述目标专用功能组件和所述基础服务平台进行集成，得到符合当前工业需求的定制应用。由上可知，本申请可以集成工业应用中的通用功能组件，实现已有工业组件的复用，并通过微服务架构，以发布/订阅的方式提供可选的专用功能组件，用户可根据实际的工业需求进行专业功能组件的选择，并可对专业功能组件进行适应性的修改，从而可在低代码的情况下快速完成工业应用的集成，增加了组件组合的灵活性，同时节省了开发成本。

下面通过一种具体的示例对本申请实施例提供的工业应用集成系统的整体框架进行介绍。具体地，参见图2所示，本申请实施例采用微服务架构，以信息模型服务及附加功能为核心，其他组件服务的组建引擎采用领域标准信息模型提供统一的认证、鉴权、日志、事件报警等服务，各个引擎提供统一的调用接口实现对内部状态机的控制，可供模型方法或统一的调度服务进行调用。

针对信息模型统一服务，可以对各个工业组件的运行引擎进行改造实现运行时必要功能的调用，同时提供统一的调用接口供模型方法使用。

以模型服务及辅助服务为中心，支持数据订阅发布模型，支持多个组件进行数据读写。本申请实施例中，可包括但不限于消息队列、RPC或Restful API等多种技术实现方式，用于实现统一数据及接口规范。

在具体实施中，模型服务采用基于消息队列的微服务架构实现，提供基本服务。例如，可支持工业信息模型的统一命名空间；支持实时数据的获取功能；支持历史数据的查询、获取及基本聚合功能；支持报警及事件的关联；支持第三方组件接入的身份认证；支持鉴权服务；支持方法调用；支持视图。其他功能组件服务均需要通过统一的用户认证与鉴权后才能进行正常地数据交换及接口调用，且可根据需要将数据修改及接口调用过程记录到日志中，方便进行审计。另外，信息模型及通用功能服务组件对于要求不高的数据可采用异步方式进行，对于要求较高的数据可采用锁存并返回异常码的方式保证数据的一致性。

本申请实施例中，可提供Web可组态的模型工具，包括通过建模的元模型建立组态为信息领域模型，可组态设置报警规则、事件触发、历史聚合条件、方法调用节点、视图节点等，并可以绑定测点将模型转化为对象实例。

进一步地，模型的各个服务组件还连接有可配置的库，如用户库、权限库、日志库、实时库、历史库、报警库等，并可向用户提供Web界面的增删改查等管理功能。在信息模型库中，可支持导入或导出领域标准信息模型的XML或其他标准格式文件，以实现各种工业信息模型的积累与复用，包括设备信息模型、业务数据信息模型等。

本申请实施例中，可实现工业功能组件的微服务化。首先，可以对运行引擎进行微服务化改造。具体地，可统一微服务的注册发现机制；实现认证、权限、日志等安全服务组件与模型服务的对应；支持标准格式文件的加载和解析；支持自动或手动对Web组态工具加载文件的所需数据及信息模型进行绑定；可根据功能需要调用信息模型标准接口提供的服务，包括实时数据获取、历史数据查询，报警事件的获取等；运行组件引擎时可以通过接口控制其内部状态机，例如，可实现加载文件、解析文件、检查工程文件的合法性、绑定模型服务、初始化环境并加载配置文件、获取信息模型数据等功能。

需要指出的是，各个专用功能组件可以不提供基础服务，所需的基础服务可以在需要时通过信息模型及其通用功能组件完成。统一的状态机制可以指定相对一致的调用接口，方便用户对调用方采用Web组态工具进行配置调用。

进一步地，本申请实施例提供了开发调试工具，该工具可以基于Web界面创建编辑专用功能组件的工程文件，如机器学习算法文件、规则引擎文件等，还可支持第三方工程文件导入功能；支持用户执行功能的输入输出与信息模型的映射或实现基于信息模型语义的自动映射；基于Web界面的调用运行的功能，并提供可视化的结果展示。另外，还提供了库及管理工具，能够支持专用功能组件相关领域的标准格式文件导入、导出和存储功能，并提供Web界面的增删改查等管理功能，便于已有领域成果的积累及复用。

需要说明的是，本申请实施例实现了统一动态的调用接口。各个动态扩展的专用功能组件服务以领域标准信息模型为基础，采用发布/订阅的方式与模型服务实现数据交换。各异构的专用功能组件服务可以解析对应工具的映射关系并实现数据的绑定；各个动态扩展的专用功能组件可根据自身需要调用规范的信息模型及基础服务接口以完成完整功能；专用功能组件服务对应的工具能够调用模型服务相关接口获取模型及实例对象信息，及获取专用功能文件的输入、输出、配置等信息，以Web形式方便用户建立映射关系或根据相关语义自动生成映射；专用功能组件服务通过微服务代理实现规范接口的注册，而模型服务或其他已经存在的其他服务可在工具中发现对应的服务接口，可供用户通过Web配置统一调用或根据约定的统一规则直接生成调动关系。同时，动态加载功能服务组件需要通过统一的安全认证及鉴权，整个注册过程需要完整的记录至日志以便后续进行安全审计。

图3为本申请实施例提供的一种工业微服务组件的拆分方案，通过行业标准实现工业互联网平台与传统工业软件的镜像对等功能，最大化保留现有的知识成果，降低用户切换平台成本。具体地，可将传统工业软件划分为三个关键部分，即开发组态工具、工程库、运行时环境；将传统工业软件运行时环境进行容器微服务化改造，使其能够在平台生态中成为可运行的App功能组件，通过开放、标准、安全的接口与其他App功能组件集成；使符合行业标准的工程文件可以在传统工业软件与平台生态环境中无差别运行；工业互联网平台生态实现工程库，使其能够兼容导入传统工业软件形成以工程文件形式的行业积累，快速转化为平台生态的原始资产。在无新增学习成本或改变开发习惯的情况下，参与角色利用传统工业软件的开发或组态软件工具实现对平台生态建设，实现平台生态对传统工业软件的无缝迁移；建立云化的集成开发环境，实现对传统工业软件的集成开发环境的替代，无需用户安装独立软件，通过Web浏览器实现对工程的设计开发调试。

下面通过几种具体的应用场景实例对本申请实施例提供的工业应用集成系统进行介绍。

首先介绍工业应用的组件服务构成。如图4所示，针对工控软件分析，可以将工业控制类软件的划分为以下几类功能组件：数据通信处理类功能组件服务，负责各数据源的数据采集、抽取、加工清洗等；此类功能组件服务可以完成对数据的获取及更新。信息模型服务及其通用功能服务组件。人机界面服务组件，负责基于Web图形化的人机交互功能，可包括但不限于2D组件服务、3D组件服务、BI组件服务等，此类功能组件可以实现周期数据的获取更新，触发方式写入信息模型服务数据。人机界面服务与信息模型服务可以方便的调用信息模型及通用服务，如实时数据、历史数据、历史查询、报警查询等。专用功能组件服务，主要负责各种对数据信息进行加工处理，可以包括但不限于工业机理组件服务、机器学习组件服务、规则引擎组件服务、业务流程组件服务等。专用功能组件服务与信息模型服务可以方便的调用信息模型及通用服务，如实时数据、历史数据、历史查询、报警查询等。调度功能组件服务，主要根据用户的设置自动完成对各个功能组件服务注册接口的调度；调度功能组件服务支持可定义的绝对时间触发、周期触发、条件触发等形式，以实现工业应用自动运行。上述组件服务可围绕信息模型及基础服务进行可选配动态地组合，集成各种类型的工业运营类应用软件，从而快速灵活的满足用户需求。

接下来介绍基于调度服务组件配置已注册服务接口的应用场景，可利用调度引擎功能组件实现对各个功能组件的接口调用。如图5所示，具体地，用户可通过可视化Web调用工具完成对已注册的功能组件服务接口进行编排调用或从响应的规则库调用模板文件进行修改；在Web配置工具中，用户可以根据需要自定义触发条件，如绝对时间触发、周期触发或条件触发等，并可以单独调用或批量调用已注册服务接口，选取对应工程文件及传入参数。当调度器服务被触发运行后，可根据用户配置自动调配各个服务接口的运行。

接下来介绍基于信息模型服务事件触发方法调用已注册服务接口的应用场景，可采用通用组件的事件触发服务联动信息模型服务的方法来调用已注册专用功能服务组件的接口，实现应用程序的自动调用。如图6所示，具体地，用户可通过信息模型组态工具对信息模型服务的模型数据设置报警及条件触发事件；可通过信息模型组态工具设置事件联动信息模型方法；可通过信息模型组态工具设置方法调用已注册功能组件服务接口，并能指定工程文件及参数。在用户配置的信息模型文件生效后，信息模型及通用功能服务可根据信息模型数据的变化需要自动触发对应功能组件服务进行处理。其中，其数据变化的来源可以由各个功能组件服务修改实现。

接下来介绍通过人机界面事件触发调用模型服务方法调用已注册服务接口的应用场景，用户可利用人机界面服务组态用户触发事件关联信息模型服务方法对已注册专用模型服务进行调用。如图7所示，用户可通过HMI组态工具，对界面触发事件与信息模型服务方法进行配置关联；用户可通过信息模型组态工具设置模型方法调用已注册功能组件服务接口，并可指定工程文件及参数。当配置文件均运行生效时，用户可根据需要触发页面事件完成应用对专用功能的调用处理。

可以理解的是，当一个工业应用调用比较复杂时，可综合运用调度器配置触发调用已注册服务接口、信息模型服务事件触发方法调用已注册组件服务接口及采用人机界面事件触发调用模型事件实现各个微服务组件实现工业应用功能触发方式，即混合利用上述多个方式实现已注册服务接口的调用。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。