全球化的现代工业生产对分布式控制系统提出了更高的要求，其中，软件体系结构的好坏决定着整个系统的品质，这对于并不熟悉软件设计的机械工程师是极大的挑战。《分布式控制系统设计：模式语言方法》创新性地将计算机科学领域中的“模式”概念引入机器控制系统的研究中，甄选出80种模式，为系统工程师、设计师和管理人员等提供了实用的基础知识和应用指导。《分布式控制系统设计：模式语言方法》特色
　　·精选主流实用模式。80种模式都根植于工业实践，并经过多番专家研讨，涵盖消息模式、数据管理模式、人机界面模式等，为应对各类问题提供了成熟的解决方案。
　　·从模式到模式语言。将模式组织为模式语言是应对复杂问题所必需的，书中讲解了构建语言的“语法”，但并不限于80种模式，而是鼓励读者根据设计需求不断拓展。
　　·易阅读的讲解方式。每种模式都采用统一的呈现格式，从问题到方案再到应用均清晰明了，并提供易于查询的“模式手册”和细节知识更为丰富的配套网站。

　　《分布式控制系统设计：模式语言方法》讨论分布式控制领域中的软件体系结构，创新性地将计算机科学中的“模式”概念引入这项研究，从主流工业实践中甄选出80种实用模式，并将其组织为模式语言，为应对各类设计问题提供了成熟的解决方案。这80种模式涵盖消息模式、数据管理模式、人机界面模式和机群管理模式等，从问题到方案再到应用均清晰易读。
　　《分布式控制系统设计：模式语言方法》适合机械工程师、设计师和管理人员阅读，也是计算机和自动控制等相关专业学生的有益参考资料。

　　维利-佩卡·埃洛兰塔（Veli-Pekka Eloranta），坦佩雷理工大学研究员，曾多次担任VikingPLoP的主席。
　　
　　乔纳斯·科斯基宁（Johannes Koskillen），坦佩雷理工大学研究员，方向为软件项目管理和软件架构等。
　　
　　马可·利帕宁（Marko Leppanen），坦佩雷理工大学博士后研究员，曾在芬兰的多所大学讲授模式课程。
　　
　　维莱·雷约宁（Ville Reijonen），经验丰富的模式研究者，现在工业界致力于敏捷软件开发。

出版者的话
译者序
推荐序
致谢

第1章 绪论
1．1 为什么阅读本书
1．2 如何使用本书
1．3 与过去工作的比较

第2章 分布式控制系统领域
2．1 分布式控制系统的特性
2．2 通用方法和挑战
2．3 本领域的新趋势

第3章 软件体系结构和质量
3．1 什么是质量
3．2 质量属性
3．3 度量质量
3．4 外部质量和内部质量

第4章 关于模式
4．1 什么是模式
4．2 从模式到模式语言
4．3 本书中模式的故事
4．4 本书中使用的模式格式

第5章 分布式控制系统的模式语言
5．1 控制系统
5．2 看门狗
5．3 自检
5．4 强制输入值
5．5 错误计数器

第6章 分布模式
6．1 孤立功能
6．2 分布式安全
6．3 心跳
6．4 全局时间

第7章 消息模式
7．1 一对多
7．2 高层协议
7．3 消息接口
7．4 协议版本握手
7．5 消息队列
7．6 分类消息
7．7 消息信道复用
7．8 消息网关
7．9 消息向量时钟
7．10 确认

第8章 事件处理模式
8．1 通知
8．2 通知级别
8．3 通知日志
8．4 预警

第9章 控制系统模态的模式
9．1 操作模态
9．2 安全状态
9．3 跛行模式
9．4 传感器旁路
9．5 无所忌惮
9．6 互换算法

第10章 数据管理模式
10．1 变量管理器
10．2 变量保护
10．3 变量值翻译器
10．4 数据状态
10．5 计数器
10．6 快照

第11章 处理稀缺资源的模式
11．1 并发执行
11．2 静态调度
11．3 分离实时
11．4 部分结果
11．5 静态资源分配
11．6 储物柜密钥
11．7 半任务
11．8 早期工作

第12章 软件和硬件的解耦模式
12．1 硬件抽象层
12．2 操作系统抽象
12．3 虚拟运行环境

第13章 冗余模式
13．1 1+1冗余
13．2 投票

第14章 系统启动模式
14．1 引导程序
14．2 系统启动
14．3 启动协商

第15章 软件更新模式
15．1 可更新软件
15．2 集中更新
15．3 无扰更新

第16章 人机界面模式
16．1 人机界面
16．2 人工反馈
16．3 两步确认
16．4 直立就好
16．5 基于任务的
16．6 基于角色的
16．7 替代操作站
16．8 多个操作站
16．9 设备提供
16．10 信标
16．11 HMI通知
16．12 操作者配置文件
16．13 公共外观

第17章 高层服务模式
17．1 诊断
17．2 黑箱
17．3 第三方沙箱
17．4 远程访问
17．5 动态信道选择器

第18章 机群管理模式
18．1 机群管理
18．2 M2M通信
18．3 机会委托
18．4 系统适配器

第19章 系统配置模式
19．1 参数
19．2 配置参数版本
19．3 基于组件的配置
19．4 控制系统选项

第20章 应用模式

第21章 结束语
附录A 质量属性表
附录B 模式手册
参考文献
索引

　　《分布式控制系统设计：模式语言方法》：
　　开放式接口的另一个好处是第三方可以在它的生命周期内，为继续支持机器控制系统采取一定的责任。例如，为了改造旧的机器而适应新的硬件可能被作为第三方的软件加以实现。在某些情况下，客户可以在其寿命有效期内使用开放式接口，自己做修改并添加到系统中。在未来，官方支持结束后，将存在特定机器控制产品的兴旺的开源社区。
　　开放式接口也有不足之处。对第三方的开放性带来了保密和安全问题。即使机器上的机械安全系统可以防止最严重的安全隐患，如果第三方软件出现故障，系统的可用性可能会打折扣。例如，运行在自己硬件上的第三方软件连接到控制系统的总线上，即使它不发送命令，也会无意中引起问题。如果第三方组件向总线发送错误帧，它可以带来整个总线的瘫痪。信息安全也是一个问题，作为一个附加模块是控制系统的一部分，这使它很容易收集信息。这会在THIRD-PARTYSANDBOX（17.3节）中加以说明。
　　责任往往也是一个问题。如果事情出现差错，通常被归咎于机器制造商。正是由于机器制造商的利益，使其真的很难通过使用机器控制系统引起危害，并且同样重要的是，可以很容易证明第三方软件是否以危险的方法使用该系统，或者忽视安全规则。每当第三方应用程序和基本控制系统交互时，就需要某些类型的审计日志。
　　机器制造商必须意识到的是，一个接口发布后，如果没有充分的理由，它不应该改变：如果他们的软件停止工作，第三方开发者将失去业务。这是给他们的额外任务，如果接口改变，保持他们的软件更新，因此，如果没有其接口将如何演化的完善计划，他们可能会考虑放弃该平台。
　　……

　　各种不同类型的机器已经成为现代人类社会不可缺少的部分。在过去，一般认为机器系统的设计与开发是机械工程师的事，但随着机器功能的增加和复杂性的提高，机器控制系统的设计和开发成为相对独立的领域。机器控制系统离不开软件，甚至是非常复杂的软件。软件的体系结构决定了整个系统的品质，然而，机器控制系统工程师通常缺乏软件领域的专业知识，对软件的体系结构认识得也不够充分，可以说软件系统和机器控制领域之间存在巨大的鸿沟。
　　现代机器结构越来越复杂，功能越来越强大，分布式控制已经成为机器控制系统必然的选择，也是近年来研究和设计人员面临的巨大挑战。如何设计好的机器控制系统软件呢？本书从一个新的角度探讨了机器控制系统设计方法的基本原理，主要讲述如何运用模式来设计面向机器的分布式控制系统。模式提供了解决特定问题的原理和思路，而不是具体的技术细节。模式对应于特定设计问题的解决方案，其源于已得到成功应用的系统，开发人员可以在设计中复制这些解决方案。
　　本书内容丰富，涉及许多行业和领域。书中首先介绍了分布式控制系统的特性、设计方法和面临的挑战，然后进入核心内容——作者从成功的机器系统开发中提炼出来的80种模式，包括分布模式、消息模式、事件处理模式、控制系统模态的模式、数据管理模式、处理稀缺资源的模式、软件和硬件的解耦模式、冗余模式、系统启动模式、软件更新模式、人机界面模式、高层服务模式、机群管理模式、系统配置模式等。这些模式描述了分布式控制系统设计的解决途径，对于新系统的开发和旧系统的维护具有重要的作用，形成了分布式控制系统设计的模式语言。本书最后还利用书中模式设计了一个工作机器控制系统，用实例演示了模式语言的有效性。
　　本书将计算机科学领域中的模式概念引入机器控制系统的研究中，内容新颖，为分布式控制系统的设计与开发提供了一种新的手段，应用前景广阔。本书面向机器控制系统设计人员、系统工程师和系统管理人员，包括高级规划人员和项目经理等。当然，本书也可以作为本领域的教学参考书。
　　限于时间以及译者水平，译文中难免存在不当之处，恳请读者批评指正。
　　译者
　　2017年10月于西安