项目背景

这是一份用于展示案例写法的匿名化示例。假设目标是一条由多个加工与检测工位组成的自动化产线：现场存在运动控制器、PLC、扫码器、视觉设备和多台 IPC，操作员通过统一 HMI 启停任务、处理报警并查看追踪记录。

系统真正困难的地方不是“让某个轴移动”，而是保证设备在不同节拍、网络抖动和人工干预下仍然保持一致。任何通信超时、急停或半成品滞留，都可能让各工位对当前批次产生不同理解。

系统规模

示例规模用于说明架构边界，不代表真实项目指标：

  • 3 台设备主机，6 个逻辑工位；
  • 多组运动轴和数字 IO；
  • PLC、扫码器与上位机通过 TCP 或 Modbus TCP 通信；
  • 本地保存配方、报警、生产事件与追踪索引；
  • 要求断线重连、任务取消和人工恢复不会破坏设备状态。

我的职责

案例中的职责范围包括控制层架构、设备通信抽象、全局状态机、报警与恢复流程，以及 HMI 与底层设备之间的数据契约。业务界面不直接操作驱动，而是通过应用服务提交意图并观察状态。

技术架构

                     LineMaster
                         │
              ┌──────────┼──────────┐
              │          │          │
              ▼          ▼          ▼
         DeviceHost  DeviceHost  DeviceHost
              │          │          │
         ┌────┴────┐     │      ┌───┴────┐
         ▼         ▼     ▼      ▼        ▼
       Motion      IO   PLC   Scanner   Vision
              │          │          │
              └──────────┴──────────┘
                         ▼
                Event / Trace Store

LineMaster 只负责跨工位编排，不直接拼装协议报文。每个 DeviceHost 管理设备生命周期、连接状态和能力集合；Motion、IO、Scanner 等能力通过明确接口暴露。这样既避免一个超大控制类，也能在离线测试中替换为模拟实现。

核心模块

分层状态机

设备状态和产线状态分开维护。设备可以处于 Disconnected、Ready、Running、Faulted，产线则拥有 Idle、Preparing、Executing、Recovering 等状态。产线只消费设备发布的稳定状态，不依赖瞬时 UI 标志。

通信调度器

同一物理连接上的请求串行执行，每次请求携带关联 ID、超时和取消令牌。驱动层负责帧边界与重试策略，业务层决定一次失败是否允许重新执行，避免把非幂等命令盲目重发。

追踪与报警

状态转换、关键命令和恢复动作写入事件记录。报警对象包含来源、发生时间、复位条件和关联任务，而不只是显示给操作员的一段文本。

技术难点

问题一：局部成功造成全局状态分裂

现象

上游工位已经放行工件，下游工位却在启动阶段超时。简单地把全线状态改为 Faulted，无法回答“哪些动作已经发生”和“恢复时应从哪里继续”。

原因

把一系列跨设备动作当成了不可分割的调用，但现场动作无法像数据库事务一样回滚。超时也不代表设备一定没有执行，重复发送可能造成二次动作。

方案

将一次产线任务拆成带持久化检查点的步骤。每一步记录开始、确认和结束事件；恢复流程先重新读取设备真实状态，再依据检查点决定继续、补偿或请求人工确认。所有非幂等命令必须有业务序列号，设备端能够识别重复请求。

问题二：界面线程承担了设备生命周期

现象

页面关闭或视图切换会意外取消设备连接，后台异常通过 async void 丢失，最终表现为偶发卡死或无法复位。

原因

设备对象由 ViewModel 创建，生命周期与视图绑定；同时业务命令直接修改大量界面属性，缺少单一状态来源。

方案

把 DeviceHost 注册为应用级服务，启动和停止由宿主生命周期控制。ViewModel 只订阅不可变状态快照，并通过命令总线提交操作。所有长期任务接受统一的 CancellationToken，关闭应用时按“停止接单—取消任务—断开设备”的顺序退出。

最终架构

系统最终形成三条清晰链路：命令从 HMI 流向应用服务和设备能力；状态从驱动层汇总为快照再回到 UI；事件独立写入日志与追踪存储。三条链路互不借用临时字段传递隐含状态。

技术栈

层级 示例技术 职责
UI WPF、MVVM 操作意图与状态展示
应用 .NET、状态机 编排、取消、恢复
设备 Motion、IO、Modbus TCP 协议与设备能力
数据 SQLite 配方、事件、追踪索引

项目复盘

自动化系统的可靠性来自明确的失败语义，而不是更多 try/catch。如果重新连接、重复命令、取消和人工介入没有在架构阶段定义，现场最终会用难以复现的条件分支补齐这些缺口。

发布真实案例时，应把这里的示例规模、职责和结果替换为可验证事实，并删除客户名称、真实 IP、工艺参数与未公开图纸。