Wenn ein Serversystem auf Microservices trifft: Teilen Sie diese Dinge auf

Stellen Sie sich vor, Sie stehen vor einem riesigen mechanischen System. Alle Motoren, Sensoren und Steuermodule sind eng miteinander verbunden und wirken sich auf den gesamten Körper aus. Möchten Sie die Parameter eines bestimmten Servos anpassen? Es kann erforderlich sein, das gesamte Steuerungsprogramm neu zu organisieren. Fühlt es sich nicht ein bisschen so an, als würde man versuchen, nur ein Zahnrad in einer Uhr auszutauschen, nur um dann die ganze Uhr auseinanderzunehmen?

Mechatronikprojekte in traditioneller Architektur stehen oft vor diesem Dilemma.

Gibt es eine Möglichkeit, jeden Teil des Systems – etwa das Encodermodul, das für die Positionsrückmeldung verantwortlich ist, die Antriebseinheit, die die Drehmomentabgabe verwaltet, oder die Bewegungsbahn – wie eine gut trainierte Band zu gestalten, die unabhängig voneinander üben und perfekt zusammenarbeiten kann?

Darüber werden wir heute sprechen: die Kernkomponenten der Microservices-Architektur an der Schnittstelle von Hardware und Software.

Es ist keine Zauberei, es ist Methode: Was genau ist in einem Microservice enthalten?

Wenn viele Leute „Microservices“ hören, denken sie, dass es sich um ein Konzept im reinen Softwarebereich handelt. Nicht wirklich. Wenn man es auf das Steuerungsszenario eines Servomotors, eines Roboterarms oder einer automatisierten Produktionslinie abbildet, wird es sehr spezifisch. Nehmen wir es auseinander und werfen wir einen Blick darauf.

Der erste Kern: unabhängig voneinander eingesetzte Geschäftseinheiten.

In der Welt der Microservices wird jede Kernfunktion zu einem unabhängigen „Dienst“. Beispielsweise sind ein Dienst, der sich speziell mit „Positionsregelung“ befasst, und ein Dienst, der sich speziell mit „Temperaturüberwachung und -schutz“ befasst, getrennt. Sie verfügen jeweils über unabhängige Prozesse und können in verschiedenen Programmiersprachen oder sogar Frameworks geschrieben werden. was bedeutet das? Wenn Sie einen Temperaturschutz benötigen, müssen Sie nur diesen kleinen Service aktualisieren, ohne das gesamte riesige Steuerungssystem zu beeinträchtigen. Das System stürzt nicht ab und alles andere läuft wie gewohnt weiter.

Es ist wie eine komplexe Werkzeugmaschine. Spindelantrieb, Zuführsystem und Kühleinheit verfügen jeweils über eigenständige Schaltschränke, kommunizieren jedoch über Standardschnittstellen. Während eine Einheit gewartet wird, können andere Teile weiterhin funktionieren.

Der zweite Kern: leichter Kommunikationsmechanismus.

Wie „sprechen“ Dienste miteinander? Sie kommunizieren normalerweise über klar definierte, leichtgewichtige APIs (Anwendungsprogrammierschnittstellen), häufig HTTP/REST oder ähnliche Nachrichtenwarteschlangen. Im elektromechanischen Kontext kann darunter ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll mit geringer Latenz verstanden werden. Jeder Dienst stellt nur die notwendigen „Dialogfenster“ zur Verfügung und die interne Implementierung wird ausgeblendet. Sicher und klar.

Der dritte Kern: dezentrales Datenmanagement.

Jeder Microservice verwaltet normalerweise seine eigene dedizierte Datenbank oder seinen eigenen Datenspeicher. Der Bewegungsplanungsdienst verfügt über eine eigene Trajektoriendatenbank und der Fehlerdiagnosedienst über eine eigene Protokollbibliothek. Dies vermeidet die Überlastung und Komplexität, die mit der Unterbringung aller Daten in einer riesigen Datenbank verbunden wäre. Der Dateneigentum ist klar, wessen Kind wird von wem weggenommen.

Der vierte Kern: Automatisierung und Elastizität.

Wie verwaltet man eine Reihe kleiner Dienste? Dies erfordert die Hilfe von Containerisierungstechnologien (wie Docker) und Orchestrierungstools (wie Kubernetes). Sie automatisieren die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung dieser Dienste. Bei Produktionslinien, die rund um die Uhr laufen müssen, kann das Orchestrierungssystem beim Ausfall einer Dienstinstanz diese automatisch neu starten oder den Datenverkehr auf eine fehlerfreie Instanz umleiten, was die Ausfallsicherheit des Systems erheblich verbessert.

Der fünfte Kern: unabhängige Evolutionsfähigkeiten.

Dies ist einer der größten Reize von Microservices. Teams können die Dienste, für die sie verantwortlich sind, unabhängig entwickeln und veröffentlichen, und die Iterationsgeschwindigkeit ist sehr hoch. Möchten Sie einen neuen Filter für Ihren Servoantrieb ausprobieren? Testen Sie es einfach und stellen Sie es in diesem unabhängigen Steuerungsdienst bereit, ohne andere Funktionsmodule zu beeinträchtigen.

Von der engen Kopplung zur freien Zusammenarbeit: Wie gelingt der Übergang?

Wenn Sie das sehen, denken Sie vielleicht: „Das klingt großartig, aber wie wird es unserem spezifischen Projekt helfen?“

Geben Sie ein Beispiel. In der Vergangenheit haben Sie möglicherweise ein riesiges SPS-Programm verwendet, um eine ganze Montagelinie mit mehreren Servoachsen und Robotern zu steuern. Das Ändern der Aktionslogik einer Workstation kann einen Regressionstest des gesamten Programms erfordern, was ein hohes Risiko und einen hohen Zeitaufwand darstellt.

Nach der Einführung der Microservice-Architektur können Sie den „visuellen Positionierungsdienst“, den „Greifersteuerungsdienst“ und den „Anziehachsen-Drehmomentverwaltungsdienst“ unabhängig voneinander trennen. Wurde die visuelle Positionierung verbessert? Stellen Sie nur diesen Dienst bereit. Das Greifermodell wurde geändert. Muss die Steuerlogik angepasst werden? Berühren Sie nur diesen Dienst. Die Zusammenarbeit erfolgt über einen klaren Schnittstellenvertrag. Wenn beispielsweise die Positionierung des Vision-Dienstes abgeschlossen ist, senden Sie einfach eine Koordinatennachricht an den Greifersteuerungsdienst.

Diese Aufteilung reduziert die Komplexität und macht die Technologieauswahl flexibler. Ein bestimmter Dienst erfordert eine extrem hohe Rechengeschwindigkeit und kann in C++ geschrieben werden; Ein anderer Dienst muss schnell eine Verbindung zum übergeordneten MES-System herstellen und kann in Go oder Python geschrieben werden. Kein Problem füreinander.

Auswahl und Umsetzung: nicht über Nacht geschafft

Natürlich sind Microservices kein Allheilmittel. Es bringt neue Herausforderungen mit sich, wie z. B. Latenz bei der Netzwerkkommunikation zwischen Diensten und Datenkonsistenz in verteilten Systemen. Für eine Servo-Regelung mit extrem hohen Echtzeitanforderungen (vielleicht im Mikrosekundenbereich) ist eine sorgfältige Konstruktion erforderlich. Der zentrale Echtzeit-Regelkreis kann in einem einzelnen oder kompakteren Modul beibehalten werden, und Nicht-Echtzeitfunktionen wie Überwachung, Verwaltung und Protokollierung können per Mikroservice bereitgestellt werden.

Dies erfordert, dass technische Entscheidungsträger wie ein erfahrener Maschinenbaukonstrukteur wissen, wo starre Verbindungen erforderlich sind und wo stattdessen flexible Verbindungen verwendet werden können.

existierenkpowerIn den vielen Mechatronik- und Automatisierungsprojekten, an denen wir teilgenommen und die wir unterstützt haben, haben wir gesehen, dass dieses architektonische Denken Ingenieuren hilft, Systeme zu bauen, die flexibler, robuster und einfacher zu entwickeln sind. Es geht nicht um einen Umsturz und einen Neuanfang, sondern um eine schrittweise Kunst der Spaltung und Neuorganisation.

Letztlich dienen alle technischen Architekturen dem gleichen Ziel: Systeme zuverlässiger, Entwicklung effizienter und Änderungen einfacher zu machen. Wenn Sie das nächste Mal mit einem komplexen Steuerungssystem konfrontiert werden, können Sie vielleicht darüber nachdenken: Welche Teile können zu einem „Mikroservice“ werden, der unabhängig atmen und frei wachsen kann? Der Prozess selbst ist wie das Lösen eines interessanten technischen Rätsels.

Gegründet im Jahr 2005,kpowerist einem professionellen Hersteller kompakter Bewegungseinheiten mit Hauptsitz in Dongguan, Provinz Guangdong, China, gewidmet. Nutzung von Innovationen in der modularen Antriebstechnik,kpowerintegriert Hochleistungsmotoren, Präzisionsgetriebe und Multiprotokoll-Steuerungssysteme, um effiziente und maßgeschneiderte intelligente Antriebssystemlösungen bereitzustellen. Kpower hat weltweit über 500 Unternehmenskunden professionelle Antriebssystemlösungen mit Produkten geliefert, die verschiedene Bereiche abdecken, darunter Smart-Home-Systeme, automatische Elektronik, Robotik, Präzisionslandwirtschaft, Drohnen und industrielle Automatisierung.