Quando il sistema server incontra i microservizi: dividi queste cose

Immagina di trovarti di fronte a un enorme sistema meccanico. Tutti i motori, i sensori e i moduli di controllo sono strettamente accoppiati tra loro, influenzando l'intero corpo. Vuoi regolare i parametri di un determinato servo? Potrebbe essere necessario riorganizzare l'intero programma di controllo. Non è un po’ come provare a sostituire solo un ingranaggio di un orologio, per poi dover smontare l’intero orologio?

I progetti di meccatronica nell’ambito dell’architettura tradizionale spesso affrontano questo dilemma.

Esiste un modo per rendere ogni parte del sistema, come il modulo encoder responsabile del feedback di posizione, l'unità di azionamento che gestisce l'uscita della coppia o la traiettoria del movimento, come una banda ben addestrata che può esercitarsi in modo indipendente e lavorare insieme perfettamente?

Questo è ciò di cui parleremo oggi: i componenti principali dell’architettura dei microservizi all’intersezione tra hardware e software.

Non è magia, è metodo: cosa c'è esattamente in un microservizio?

Quando molte persone sentono parlare di "microservizi", pensano che si tratti di un concetto nel puro campo del software. Non proprio. Quando lo si associa allo scenario di controllo di un servomotore, di un braccio robotico o di una linea di produzione automatizzata, diventa molto specifico. Smontiamolo e diamo un'occhiata.

Il primo nucleo: unità aziendali distribuite in modo indipendente.

Nel mondo dei microservizi, ogni funzione principale diventa un "servizio" indipendente. Ad esempio, un servizio che gestisce specificamente il "controllo della posizione ad anello chiuso" e un servizio che gestisce specificamente il "monitoraggio e protezione della temperatura" sono separati. Ognuno di essi ha processi indipendenti e può essere scritto in diversi linguaggi di programmazione o addirittura framework. che cosa significa? Se hai bisogno di protezione termica, devi solo aggiornare quel piccolo servizio senza disturbare l'intero enorme sistema di controllo. Il sistema non si ferma e tutto il resto continua normalmente.

È come una macchina utensile complessa. L'azionamento del mandrino, il sistema di alimentazione e l'unità di raffreddamento dispongono ciascuno di armadi di controllo indipendenti, ma comunicano tramite interfacce standard. Mentre un'unità viene sottoposta a manutenzione, le altre parti possono ancora funzionare.

Il secondo nucleo: meccanismo di comunicazione leggero.

Come "parlano" i servizi tra loro? Di solito comunicano tramite API (interfacce di programmazione delle applicazioni) ben definite e leggere, spesso HTTP/REST o code di messaggi simili. Nel contesto elettromeccanico, questo può essere inteso come un protocollo di comunicazione standardizzato a bassa latenza. Ogni servizio espone solo le "finestre di dialogo" necessarie e l'implementazione interna è nascosta. Sicuro e chiaro.

Il terzo nucleo: la gestione decentralizzata dei dati.

Ogni microservizio gestisce in genere il proprio database o archivio dati dedicato. Il servizio di pianificazione del movimento dispone di un proprio database di traiettorie e il servizio di diagnosi dei guasti dispone di una propria libreria di registri. Ciò evita la congestione e la complessità di stipare tutti i dati in un unico database gigante. La proprietà dei dati è chiara, a chi viene portato via il figlio.

Il quarto nucleo: automazione ed elasticità.

Come gestire un insieme di piccoli servizi? Ciò richiede l’aiuto di tecnologie di containerizzazione (come Docker) e strumenti di orchestrazione (come Kubernetes). Automatizzano l'implementazione, il dimensionamento e la gestione di questi servizi. Per le linee di produzione che devono funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, se un'istanza del servizio fallisce, il sistema di orchestrazione può riavviarne automaticamente una o trasferire il traffico a un'istanza integra, migliorando notevolmente la resilienza del sistema.

Il quinto nucleo: capacità di evoluzione indipendente.

Questo è uno dei maggiori vantaggi dei microservizi. I team possono sviluppare e rilasciare in modo indipendente i servizi di cui sono responsabili e la velocità di iterazione è molto elevata. Vuoi provare un nuovo filtro per il tuo servoazionamento? Basta testarlo e implementarlo in quel servizio di controllo indipendente, senza influenzare altri moduli funzionali.

Dallo stretto accoppiamento alla libera collaborazione: come avviene la transizione?

Vedendo questo, potresti pensare: "Sembra fantastico, ma come aiuterà il nostro progetto specifico?"

Fai un esempio. In passato, avresti potuto utilizzare un gigantesco programma PLC per controllare un'intera catena di montaggio con più servoassi e robot. La modifica della logica di azione di una workstation può richiedere test di regressione dell'intero programma, il che comporta rischi elevati e richiede molto tempo.

Dopo aver adottato l'architettura dei microservizi, è possibile separare in modo indipendente il "servizio di posizionamento visivo", il "servizio di controllo della pinza" e il "servizio di gestione della coppia dell'asse di serraggio". Il posizionamento visivo è stato aggiornato? Distribuisci solo quel servizio. Il modello della pinza è stato modificato. La logica di controllo deve essere modificata? Tocca solo quel servizio. Collaborano attraverso un chiaro contratto di interfaccia. Ad esempio, una volta completato il posizionamento del servizio di visione, è sufficiente inviare un messaggio di coordinate al servizio di controllo della pinza.

Questa suddivisione riduce la complessità e rende la selezione della tecnologia più flessibile. Un determinato servizio richiede una velocità di elaborazione estremamente elevata e può essere scritto in C++; un altro servizio deve connettersi rapidamente al sistema MES di livello superiore e può essere scritto in Go o Python. Nessun problema l'uno per l'altro.

Selezione e attuazione: non realizzate da un giorno all'altro

Naturalmente, i microservizi non sono una soluzione miracolosa. Introduce nuove sfide come la latenza nella comunicazione di rete tra servizi e la coerenza dei dati nei sistemi distribuiti. Per il servocontrollo ad anello chiuso con requisiti di tempo reale estremamente elevati (forse a livello di microsecondi), è necessaria un'attenta progettazione. Il circuito di controllo in tempo reale principale può essere mantenuto in un modulo singolo o più compatto e le funzioni non in tempo reale come il monitoraggio, la gestione e la registrazione possono essere sottoposte a microservizi.

Ciò richiede che i decisori tecnici, come un progettista meccanico esperto, sappiano dove sono necessarie connessioni rigide e dove invece è possibile utilizzare giunti flessibili.

esisterekpowerNei numerosi progetti di meccatronica e automazione a cui abbiamo partecipato e supportato, abbiamo visto che questo pensiero architettonico sta aiutando gli ingegneri a costruire sistemi più flessibili, robusti e più facili da evolvere. Non si tratta di rovesciare e ricominciare da capo, ma di un’arte passo dopo passo di dividere e riorganizzare.

In definitiva, tutte le architetture tecniche perseguono lo stesso obiettivo: rendere i sistemi più affidabili, lo sviluppo più efficiente e le modifiche più semplici. La prossima volta che ti troverai ad affrontare un sistema di controllo complesso, forse potresti pensarci: quali parti possono diventare un "microservizio" in grado di respirare in modo indipendente e crescere liberamente? Il processo stesso è come risolvere un interessante puzzle ingegneristico.

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