基于微服务的工业互联网平台设计与实现

基于微服务的工业互联网平台设计与实现

0以新兴信息技术为代表的数字经济高速发展中国的数字经济在接下来的20年里经历了快速增长。以大数据、工业互联网和人工智能为代表的新型信息技术不断出现，促进了数字经济的快速发展。这已成为推动中国经济增长的重要引擎。1业务大平台传统企业IT搭建方式为烟囱式的建设方式，企业内存在很多应用烟囱孤岛，弹性不足，无法支撑用户数量弹性扩展；业务能力受限，创新困难，系统更新周期长。工业互联网平台采用互联互通、分布式、微服务架构并由此建立起可互联互通的业务大平台，支持分布式应用开发架构，业务能力开放共享。从IaaS、PaaS、SaaS都是一个垂直的系统，即在成熟的IaaS平台上构建一个可扩展的操作系统，为工业应用软件开发提供一个基础平台。通过对通用PaaS平台的深度改造，构造满足工业实时、可靠、安全需求的云平台，将大量工业技术原理、行业知识、基础模型规则化、软件化、模块化，并封装为可重复使用和灵活调用的微服务，降低应用程序开发门槛和开发成本，提高开发、测试、部署效率，为海量开发者汇聚、开放社区建设提供支撑和保障2业务交互及迭代工业互联网平台可打造柔性的工业软件产品，支持制造企业业务的灵活配置和攸关方的多样交互，实现业务功能及产品快速迭代。具体实现方式：产品平台建设，包括设备层、技术平台组件开发、应用服务编排、用户展现的搭建。(1)设备层设备层包括所有生产设备、检测设备等设备，包括SCADA、HMI等可提供实时生产数据。(2)基础开发组件提供编排应用服务所需的基础元素，包括工厂模型组件开发、流程建模组件及引擎开发、基础功能组件开发、报表与图表组件开发、过程监控组件开发，开发组件以微服务的形式提供支撑，形成模块化的基础单元，根据开发需要可配置不同开发模块中相应的基础开发组件。(3)确立平台功能，实现业务流程应用服务编排需要利用基础元素进行业务流程编排并发布应用服务及菜单功能，来实现具体的业务流程，即根据业务流程的需要从技术平台组件开发中选择不同的工具来搭建应用服务。(4)用户展现的实现应用服务编排即根据业务需要将应用服务以菜单项管理方式提供给用户使用，最终实现可插拔式的用户展现的应用服务，即根据用户需要排列组合完成展现。如图1所示。2.1平台技术架构其特点在于PaaS平台是互联互通的，将技术开发的能力、框架的运维、维护监控能力部署在PaaS平台。企业的公共能力部署在PaaS平台，满足业务流程的个性化需求，平台技术架构如图2所示。此种架构优势在于SaaS层可根据不同业务场景快速编排重构应用，将PaaS平台作为一个软件开发标准化平台，同时支撑第三方软件开发，包括数据计算、可视化以及微服务、容器云、日志等平台服务，也可将搜索、消息、Docker等技术服务统一集成到PaaS平台，未来将标准化、模块化的工业微服务组件、人工智能算法、机理模型等放到这一层。底层IaaS层包括设备、人员、产品等泛工业要素的连接及数字建模能力。2.2功能设计及领域建模设计数据架构遵循微服务设计，底层元数据管理包括元数据、数据存储、数据质量等管理；功能设计主要包括服务设计、元数据标准、数据库设计；领域建模设计主要包括概念模型、逻辑模型像生产订单的管理、质量检验单、工序的配置管理；业务流程建模管理包括生产执行流程、工单管理流程、质量管理流程等。2.3选择主流数据库工业互联网平台可选取不同产品的数据库，根据企业或开发者自身情况而定，可选择包括Oracle、MySQL、DB2、Sybase等主流数据库。3打造可提供独立价值的i微服务是一种面向服务的架构风格，应用程序被构建为多个不同的小型服务的集合而不是单个应用程序(1)根据业务模块划分服务种类；(2)每个服务可独立部署且相互隔离；(3)服务之间通过轻量级API进行通信；(4)服务需保证良好的高可用性；(5)服务可产生独立价值。微服务设计是企业应用中至关紧要的一部分，需要将企业的流程进行微服务化梳理，需要具备强大的信息流程管理基础，同时需要掌握微服务划分的颗粒度，微服务太大不利于互联网平台上其它App应用调用，太小易导致系统压力过大，一般情况下根据业务功能与使用频次进行划分。技术层面可使用采用Spring-Boot实现微服务架构，针对微服务的治理、开发平台的技术要求、开发环境、开发要求，以及开发平台的工具、部署工具、监控工具、开发规范等根据需要可自行制定，可使用Dubbo、RocketMQ、Cobar相关技术4服务层的划分以生产型企业制造过程为例进行拆解：底层共用数据存储、公共基础服务由多个微服务中心组成，可进行相应的变更或添加，针对服务层可根据需要增加不同的服务，例如计划中心，添加项目计划、生产计划、采购计划等，根据梳理规则区分不同的服务；例如新增一个能源服务，使用MES服务中的计划中心、设备中心等，添加能源管控微服务即可；前端分两部分，一部分是共用的一个主体Web包括基础用户、权限、资源、配置等管理；另一部分是应用服务，实现一个平台上即可实现MES应用也可实现WMS应用。5入、产出用微服务以WMS物流管理系统为列，完善平台物流相关的微服务，分别搭建与WMS相关的入厂、厂内、出厂，以及入、出厂共用的微服务；以预约微服务为例，预约可拆解为车辆登记、月台管理、车辆离开等，预约微服务适用于原材料送货商的车辆入厂送货预约管理，也适用于成品物流的车辆入成品仓库的预约管理。6公有云部署服务器的搭建可使用私有云的方式进行部署也可使用目前主流的阿里云、腾讯云、亚马逊云等公有云进行部署，部署新应用程序仅需要0.5～1小时，平台在部署应用系统方面具备快捷、灵活和高效的特点，是实现敏捷IT服务的基础平台7工业互联网平台构建问题此种离散制造业工业互联网平台的交互式的微服务搭建方式，针对详细的技术并未展开说明，只阐述搭建方式，此种工业互联网平台的搭建效果与工业互联网产业联盟发布的工业互联网平台白皮书说明同源同宗。中国工业互联网平台还处于发展初期，各类平台不断涌现，平台的业务能力不断加强；工业互