Cuando el sistema de servidor se encuentra con los microservicios: divida esas cosas

Imagine que se enfrenta a un enorme sistema mecánico. Todos los motores, sensores y módulos de control están estrechamente acoplados y afectan a todo el cuerpo. ¿Quieres ajustar los parámetros de un determinado servo? Puede ser necesario reorganizar todo el programa de control. ¿No se siente un poco como intentar reemplazar solo un engranaje de un reloj y luego tener que desmontar todo el reloj?

Los proyectos de mecatrónica bajo arquitectura tradicional a menudo enfrentan este dilema.

¿Hay alguna manera de hacer que cada parte del sistema (como el módulo codificador responsable de la retroalimentación de posición, la unidad motriz que gestiona la salida de par o la trayectoria del movimiento) sea como una banda bien entrenada que pueda practicar de forma independiente y trabajar en conjunto perfectamente?

De eso vamos a hablar hoy: los componentes centrales de la arquitectura de microservicios en la intersección del hardware y el software.

No es magia, es método: ¿Qué hay exactamente en un microservicio?

Cuando muchas personas escuchan "microservicios", piensan que es un concepto puramente del campo del software. No precisamente. Cuando lo asigna al escenario de control de un servomotor, un brazo robótico o una línea de producción automatizada, se vuelve muy específico. Desmontémoslo y echemos un vistazo.

El primer núcleo: unidades de negocio implementadas de forma independiente.

En el mundo de los microservicios, cada función central se convierte en un "servicio" independiente. Por ejemplo, un servicio que maneja específicamente el "control de bucle cerrado de posición" y un servicio que maneja específicamente el "monitoreo y protección de temperatura" están separados. Cada uno tiene procesos independientes y se pueden escribir en diferentes lenguajes de programación o incluso marcos. ¿qué significa eso? Si necesita protección de temperatura, sólo necesita actualizar ese pequeño servicio sin alterar todo el enorme sistema de control. El sistema no se cae y todo lo demás continúa con normalidad.

Es como una máquina herramienta compleja. El accionamiento del husillo, el sistema de alimentación y la unidad de refrigeración tienen cada uno armarios de control independientes, pero se comunican a través de interfaces estándar. Mientras se mantiene una unidad, otras partes aún pueden funcionar.

El segundo núcleo: mecanismo de comunicación ligero.

¿Cómo se "comunican" los servicios entre sí? Por lo general, se comunican a través de API (interfaces de programación de aplicaciones) ligeras y bien definidas, a menudo HTTP/REST o colas de mensajes similares. En el contexto electromecánico, esto puede entenderse como un protocolo de comunicación estandarizado y de baja latencia. Cada servicio expone sólo las "ventanas de diálogo" necesarias y la implementación interna está oculta. Seguro y claro.

El tercer núcleo: gestión de datos descentralizada.

Cada microservicio normalmente gestiona su propia base de datos o almacén de datos dedicado. El servicio de planificación de movimiento tiene su propia base de datos de trayectoria y el servicio de diagnóstico de fallas tiene su propia biblioteca de registros. Esto evita la congestión y la complejidad de agrupar todos los datos en una base de datos gigante. La propiedad de los datos está clara, quién se lleva a quién se lleva el hijo.

El cuarto núcleo: automatización y elasticidad.

¿Cómo gestionar un montón de pequeños servicios? Esto requiere la ayuda de tecnologías de contenedorización (como Docker) y herramientas de orquestación (como Kubernetes). Automatizan la implementación, el escalado y la gestión de estos servicios. Para las líneas de producción que necesitan funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, si una instancia de servicio falla, el sistema de orquestación puede reiniciar una automáticamente o cambiar el tráfico a una instancia en buen estado, lo que mejora en gran medida la resiliencia del sistema.

El quinto núcleo: capacidades de evolución independiente.

Este es uno de los mayores encantos de los microservicios. Los equipos pueden desarrollar y lanzar de forma independiente los servicios de los que son responsables, y la velocidad de iteración es muy rápida. ¿Quiere probar un nuevo filtro para su servoaccionamiento? Simplemente pruébelo e impleméntelo en ese servicio de control independiente, sin afectar otros módulos funcionales.

Del estrecho acoplamiento a la colaboración libre: ¿cómo se produce la transición?

Al ver esto, quizás estés pensando: "Esto suena genial, pero ¿cómo ayudará a nuestro proyecto específico?"

Da un ejemplo. En el pasado, es posible que haya utilizado un programa PLC gigante para controlar una línea de ensamblaje completa con múltiples servoejes y robots. Modificar la lógica de acción de una estación de trabajo puede requerir pruebas de regresión de todo el programa, lo que supone un alto riesgo y requiere mucho tiempo.

Después de adoptar la arquitectura de microservicio, puede separar el "servicio de posicionamiento visual", el "servicio de control de pinzas" y el "servicio de gestión de par del eje de apriete" de forma independiente. ¿Se ha mejorado el posicionamiento visual? Implemente únicamente ese servicio. Se ha cambiado el modelo de pinza. ¿Es necesario ajustar la lógica de control? Sólo toca ese servicio. Cooperan a través de un contrato de interfaz claro. Por ejemplo, una vez completado el posicionamiento del servicio de visión, simplemente envíe un mensaje de coordenadas al servicio de control de pinzas.

Esta división reduce la complejidad y hace que la selección de tecnología sea más flexible. Un determinado servicio requiere una velocidad informática extremadamente alta y puede escribirse en C++; otro servicio necesita conectarse rápidamente al sistema MES de capa superior y puede escribirse en Go o Python. No hay problema el uno para el otro.

Selección e implementación: no se logra de la noche a la mañana

Por supuesto, los microservicios no son una solución milagrosa. Introduce nuevos desafíos, como la latencia en la comunicación de red entre servicios y la coherencia de los datos en sistemas distribuidos. Para el control servo de circuito cerrado con requisitos de tiempo real extremadamente altos (quizás al nivel de microsegundos), se requiere un diseño cuidadoso. El bucle central de control en tiempo real puede retenerse en un módulo único o más compacto, y las funciones que no son en tiempo real, como la supervisión, la gestión y el registro, pueden recibir microservicios.

Esto requiere que quienes toman decisiones técnicas, como un diseñador mecánico experimentado, sepan dónde se necesitan conexiones rígidas y dónde se pueden usar juntas flexibles en su lugar.

existirkpotenciaEn los numerosos proyectos de mecatrónica y automatización en los que hemos participado y apoyado, hemos visto que este pensamiento arquitectónico está ayudando a los ingenieros a construir sistemas que son más flexibles, robustos y más fáciles de evolucionar. No se trata de derrocar y empezar de nuevo, sino de un arte paso a paso de dividir y reorganizar.

En última instancia, todas las arquitecturas técnicas tienen el mismo objetivo: hacer que los sistemas sean más confiables, el desarrollo más eficiente y los cambios más fáciles. La próxima vez que se enfrente a un sistema de control complejo, tal vez pueda pensar en ello: ¿qué partes pueden convertirse en un "microservicio" que pueda respirar de forma independiente y crecer libremente? El proceso en sí es como resolver un interesante rompecabezas de ingeniería.

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