WO2018050252A1 - Method and device for planning a production process from a specification and basic functions - Google Patents

Method and device for planning a production process from a specification and basic functions Download PDF

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WO2018050252A1
WO2018050252A1 PCT/EP2016/072176 EP2016072176W WO2018050252A1 WO 2018050252 A1 WO2018050252 A1 WO 2018050252A1 EP 2016072176 W EP2016072176 W EP 2016072176W WO 2018050252 A1 WO2018050252 A1 WO 2018050252A1
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production
program
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production process
inference
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PCT/EP2016/072176
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Sebastian Albrecht
Stephan Grimm
Daniel MEYER-DELIUS DI VASTO
Maja MILICIC BRANDT
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for computer-aided control of a production process for producing a product composed of several partial products in a production system comprising a plurality of technical components.
  • the invention relates to a computer program or a computer program product.
  • Production systems are often used only for the automatic production of a single high-volume product. This is because the establishment of a production ⁇ tion systems for different types of products with a large ⁇ SEN expenditure connected for experts.
  • a producti ⁇ onssystems mostly on the system itself and not to the tasks to be performed of the system aligned (so-called. System-centric programming) today. Consequently, a producti ⁇ onssystem is designed as a single large complex unit and needs to be reconfigured for a new production task essentially and programmed.
  • the inventive method is used for computer-aided control of a production process for producing a composite of several partial products product in a production system of several technical components.
  • steps a) to c) of the method explained below are carried out in an automated and computer-aided manner.
  • an automated system is meant, which can carry out by means of the just ge ⁇ called technical components which are involved in the production process, the production process.
  • the term of producing a product is to be understood broadly. This may be, for example, the manufacture or assembly of a product. It can also be the production of a product via various chemical processes.
  • the technical components involved in the production process are such devices that are required to carry out the production process. In particular, it is actors, such as Ro ⁇ boter or robotic units, and possibly also to sensors that monitor the production process.
  • the current state of the production system and semantic information are stored in a knowledge base in digital form.
  • the semantic information includes data on the production system, on basic functions that can be executed as encapsulated programs by the components in the production system, on subprocesses that can be processed in the production process and on production steps that can be carried out in the production process and their dependencies. Partial products both starting materials in the production process and intermediates of this pro ⁇ zesses can be.
  • the ⁇ nen-described in the semantic information production steps are not ter loads unlike the Basisfunkti ⁇ tions as encapsulated programs in the production system back ⁇ .
  • step a) a digital specification for the production of a predetermined product is read.
  • a production process for the predetermined Pro ⁇ domestic product on the basis of the read specification is then scheduled using a planning program, and an inference in step b).
  • the planning program generates the production process in the form of a sequence of the above-mentioned basis functions using information which is derived from the knowledge base by means of the inference program via inference (ie inference).
  • step c) an execution program controls the execution of the sequence of basis functions.
  • the inventive method is characterized that are per se known concepts suited to each other combinatorial ⁇ ned to deploy a production system flexible and robust for different production tasks.
  • the concept of basic functions which are encapsulated programs for specific functionalities, is combined with a semantic knowledge representation in the form of a digital knowledge base.
  • Knowledge can be derived from the knowledge base by means of inference.
  • an inference program is used, which can consist of one or more known reasoners (eg FaCT ++).
  • the planning of the production process is reali a planning program ⁇ Siert which accesses the knowledge of the knowledge base and the knowledge derived by the inference engine.
  • the Pla ⁇ calculation program can turn se known computer-aided planner included (eg Fast Downward or Hierarchical Task Network Planner).
  • step a) and b) it is checked between step a) and b) whether a production process for producing the predetermined product in accordance with the read-in Spe ⁇ fication can be planned with ⁇ means of the knowledge base. If this is not the case, the procedure is usually already at this time tobro ⁇ chen, as the conditions do not exist for the production of the corresponding product.
  • the information in the above step b) derived through inference are stored in the knowledge base, so that the Wis ⁇ sen of the knowledge base is further increased continuously.
  • the semantic information about the production processes that can be carried out in the production process steps and their dependencies represented by one or more process graphs of nodes and edges. These process graphs describe in a simple way the possible production steps in a production system.
  • a process graph is at least designed so that each node represents a production step and the nodes are interconnected via court ⁇ preparing edges.
  • the directed edges describe a partial order such that the
  • Production step of a node in a directed Kan ⁇ te in running is performed from ⁇ after the production steps of the node from which the directed edge originates and the production step of a node from which a directed edges boils down to is carried out before the production step, in whose node runs in the directional edge.
  • variable partial products can allow variable partial products and / or one or more of the process graph can define fixed predetermined Operapro ⁇ -products.
  • the semantic information about a respective basic function comprises the following variables:
  • Performance characteristics of the respective base function e.g. the time required to execute it.
  • a respective base ⁇ function preferably comprises an interface via which the Execution program can leave the execution of the respective base function and can retrieve the runtime state of execution of the respective base function.
  • the execution program monitors the execution of the sequence of basis functions and maps the changing states of the production system into the knowledge base, the execution program being aware of the occurrence of disturbances in the execution of the sequence of basis functions (eg, false preconditions or effects ) the re-execution of steps b) and c), ie a re-planning of the production process, causes ⁇ .
  • the production process can be adapted in real time in the event of unforeseen disturbances.
  • the read-in specification is information entered or edited by a user via a user interface.
  • a user interface of the ⁇ le is provided, via which to manually set the predetermined produ ⁇ ornamental product or properties of the production process.
  • the process graphs described above for changing the production steps or their dependencies can be edited appropriately.
  • the invention relates to a device for computer-aided control of a production process for producing a product composed of several sub-products in a production system of several technical components, which are involved in the production process.
  • this device may be realized in the production system with suitable software by ei ⁇ NEN central computer.
  • a knowledge base is stored in wel ⁇ cher, the state of production ⁇ system and semantic information are stored in digital form.
  • the Semantic information includes data on the production system, on basic functions that can be executed as encapsulated programs by the components in the production system, on sub-products that can be processed in the production process, and production steps and their dependencies that can be carried out in the production process.
  • the device comprises a read-in unit, eg a user interface
  • Inference program a planning program and an execution program, with which the following steps are carried out during operation of the device:
  • the scheduling program generates the produc tion process in the form of a sequence of Basisfunktio ⁇ NEN using information which can be derived by means of the inference through inference from Wis ⁇ sensbasis;
  • the inventive apparatus is preferably arranged through ⁇ guide one or more preferred variants of the inventive method.
  • the invention further relates to a computer program with a program code for carrying out the method according to the invention or one or more preferred variants of the method according to the invention, when the program code is executed on a computer.
  • the invention relates to a computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to the invention or one or more preferred variants of the invention. method according to the invention, when the program code is executed on a computer.
  • Figure 1 is a schematic representation of a production system, which is controlled with a variant of erfindungsge ⁇ MAESSEN method.
  • Fig. 2 shows the representation of a process graph
  • this system comprises a central control device CO, which can be stored, for example, in a central computer. With this control device, an embodiment of the method according to the invention is performed.
  • the individual components of the control device CO which are explained below, are software programs.
  • the production system SYS further comprises a plurality of technical components or devices, which are reproduced in the block D. By means of these devices is the automated execution of a corresponding requirementsprozes ⁇ ses.
  • the production system SYS is a production cell for assembling various products, and the assembly of a toy vehicle will be described below.
  • the reproduced in block D technical components Dl to D3 are provided. It is a monocular camera Dl with a corresponding controller DCl pre ⁇ see what the poses of the TEI used in the assembly le recorded.
  • a robot arm D2 is provided with a corresponding controller DC2, via which the components can be moved during assembly.
  • a gripper D3 with a corresponding controller DC3 is attached to the robot arm, via which gripping of the components takes place during assembly.
  • the production cell further includes a work surface (not shown) for temporarily depositing partial products during assembly.
  • the skill "pick" which specifies a picking up of a component
  • control device CO controller CO is a digital knowledge base KB rear sets, which contains knowledge on the application domain of the producti ⁇ onssystems SYS as well as the current status of the production ⁇ system.
  • the knowledge about the application domain is ba ⁇ sierend on a semantic standard, in particular in the form of a ontology language (eg OWL) deposited.
  • This knowledge is represented on the models ASM, SCM, POM and PRM.
  • the model SKM Skill Model) Knowledge about the skills of the production system.
  • the model PRM (PRM Process Model) be ⁇ writes in the production process executable requirementsschrit ⁇ te and their dependencies.
  • the model PRM (hereinafter also referred to as process model) is represented by a process graph ⁇ PG, which will be explained later with reference to Fig. 2 in more detail.
  • Performance characteristics which define performance characteristics of the skill (eg the duration of its execution).
  • a skill SK further comprising an interface to an in ⁇ to allow to the actual executable program of the skill ter syndrome. Through this interface, the white ⁇ ter execution unit EE described below can cause execution of the skill or information about the runtime state of skills to retrieve.
  • the encapsulated programs can be used more frequently in the production process
  • a CO is in the control device
  • PE Planning Engine
  • a control program CP with a control shell ie user interface parts
  • the control shell can also be used to change the models in the knowledge base KB.
  • the process graph PG described below may be adapted.
  • the specification SPEC is processed by the engineering program to calculate, based on this specification, a sequence of skills with which the desired product can be manufactured by the production system according to the specification.
  • Essential to the invention is that the planning program PE interacts with the inference program RE.
  • RE inference leads on inference semantic information from the knowledge base KB from the advertising required by the Lampspro ⁇ gram PE to determine the sequence of the Skills.
  • Inference program RE also interact iteratively with each other.
  • the planning program PE may first one un ⁇ complete macroscopic sequence of skills without all he ⁇ ford variable skill parameters based on from the
  • the planning program PE When determining the sequence of skills, the planning program PE also uses the process model PRM, among other things.
  • this model is described by a process graph PG (see FIG. 2).
  • a process graph in the embodiment described here is represented by a plurality of nodes and directed edges between the nodes.
  • Each node represents a producti ⁇ onsuze, which can be performed with the corresponding components of the production system.
  • About the directed edges a partial order is described.
  • a production step of a node into which a directed edge enters is to be carried out after the production step of the node from which the directed edge originates.
  • the production step of a node is one of directed edge out, before the production step from ⁇ feed, in whose node the directed edge runs.
  • the process graph can be a general process graph containing only essential loading restrictions with regard to the execution order of the production steps and also allows variable intermediate production ⁇ te under production.
  • the graph can be a special assembly tree that unlike ei ⁇ nem general process graph precisely specified intermediates sets during production.
  • a special exporting ⁇ approximate shape of the assembly Trees is the process sequence, which specifies the exact order of all production steps and entspre ⁇ sponding intermediates.
  • AI Artificial Intelligence
  • Inference program must be resorted to.
  • the process graph is a general process graph
  • an HTN scheduler is typically used to determine a macroscopic skill sequence.
  • Subsequently ⁇ again loading the right by means of the inference RE further information in the form of lack of skill parameters, whereupon the scheduler PE then derives the detailed executable skill sequence.
  • the exemplary program causes the off ⁇ guide the respective skills of the sequence by the individual components Dl to D3.
  • the Implementing Food Program this execution and updates the entspre ⁇ sponding state of the production system in the knowledge base KB. If faults occur in the production process, the execution program EE may optionally replanning as manufacturing processes based on the current state of the production system ⁇ tion through the scheduler PE in combination with the inference engine RE cause.
  • a specification SPEC is read in the control shell of the control program CP.
  • the knowledge base KB is checked as to whether the producti ⁇ onssystem is even able to produce the product according to the specification SPEC. It verifies whether the knowledge relevant to the production of the product exists in the knowledge base. If this is not the case, the procedure is aborted. If the above verification is positive, one or more combined inference and planning phases are performed. In each of these phases, the relevant information required by the planning program PE in addition to the already existing information in the knowledge base KB is derived from the knowledge base via inference (inference) by the inference program RE. Then a sequence of skills is calculated by the planning program PE. If the sequence of skills to execute them does not yet contain all the required information, the required information will be retrieved by the
  • Inference program RE derived from the knowledge base KB. It should be noted that all information newly derived via the inference program is also repeatedly stored in the KB knowledge base. At the end of this process you just described will contain an executable sequence of skills that can be ⁇ directly under control of the executive program EE. Upon receipt of the executable skill sequence, it is executed, as already mentioned, using the execution program EE. The execution of the encapsulated programs of the skills takes place via the corresponding controllers DC1 to DC3 of the technical components D1 to D3 of the production system SYS.
  • the process graph PG of FIG. 2 is used as the process model.
  • the process graph PG comprises a plurality of nodes NO to N9, which represent different production steps.
  • the node NO represents the start of production and node N9 the end of production.
  • These nodes are also to be understood as production steps according to which the production is initialized or terminated.
  • the nodes are connected to one another via directed edges ED, whereby the partial order already described above is determined. In other words, a production step in which a directed edge ED in running always be performed according to the Pro ⁇ dutechnischs suits from which the directed edge ED is derived.
  • the nodes N1 to N8 of FIG. 2 specify the following production steps for the assembly of a toy vehicle:
  • N2 inserting the rear axle into the chassis
  • N3 inserting the left front wheel into the front axle
  • control shell of the control program CP of FIG. 1 receives the specification SPEC for the production of a toy vehicle. Then, if the robot arm, the gripper and the camera are ready for use and whether the process graph and the PG wiee- ren necessary semantic information for the production of the toy vehicle in the knowledge base KB are stored is checked via ⁇ .
  • the inference planning phase already explained above is performed.
  • the planning program PE interacts with the inference program RE.
  • it can be derived by inference which fastening ⁇ tion is to be used for which component.
  • you will get a sequence of skills, below is a part of this sequence that shows the attachment of the axles with the corresponding wheels to the chassis:
  • X or X 'be a component which may be an axle, a chassis, a pin, or a wheel.
  • Y be a fixture for a component on the work surface, with the two fixtures fixturel and fixture2.
  • Z refers to a direction from ⁇ selected from left, right, up and down (left, right, bottom, top).
  • pick (X) denotes the gripping of the component X
  • Fixate (X, Y, Z) denotes the fixation of the component X in the attachment Y on the corresponding side Z of the component X
  • Insert (X, X ', Z) denotes the Insertion of the component X into the component X 'on the corresponding side Z of the component X'.
  • the system may self-recover due to monitoring by the execution program.
  • skill-based programs are very robust and flexible and can handle variations and errors, e.g. by feedback of the state of the system via sensors.
  • Insbesonde ⁇ re can be resorted to several times usable skills, which cost in the design of the production system can be saved in planning the production process.

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Abstract

The invention relates to a method for planning a production process of a product composed from multiple sub-products in a production system (SYS) consisting of multiple technical components (D1, D2, D3). The current state of the production system (SYS) and semantic information (ASM,SKM,PO,PR) are stored in a knowledge base (KB) or a database. The semantic information comprises data on the production system and on basic functions (SK) which can be executed in the form of encapsulated programs by the components (D1, D2, D3) in the production system, on sub-products which can be processed in the production process, and on production steps which can be carried out in the production process and dependencies thereof which can be represented as a directed graph with edges and nodes. The following steps are carried out in the method: a) reading a digital specification (SPEC) for producing a specified product; b) planning a production process for the specified product on the basis of the read specification (SPEC) using a planning program (PE) and an inference program (RE), wherein the planning program (PE) generates the production process in the form of a sequence of basic functions (SK) using information derived by an inference from the knowledge base by means of the inference program (RE); and c) controlling the execution of the sequence of basic functions (SK) by means of an execution program (EE).

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM PLANEN EINES PRODUKTIONSPROZESSES AUS EINER  METHOD AND DEVICE FOR PLANNING A PRODUCTION PROCESS FROM ONE
SPEZIFIKATION UND BASIFUNKTIONEN  SPECIFICATION AND BASIC FUNCTIONS
Beschreibung  description
Verfahren und Vorrichtung zur rechnergestützten Steuerung eines Produktionsprozesses zum Produzieren eines aus mehreren Teilprodukten zusammengesetzten Produkts Method and device for the computerized control of a production process for producing a product composed of several partial products
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur rechnergestützten Steuerung eines Produktionsprozesses zum Produzieren eines aus mehreren Teilprodukten zusammengesetz- ten Produkts in einem Produktionssystem aus mehreren techni- sehen Komponenten. The invention relates to a method and a device for computer-aided control of a production process for producing a product composed of several partial products in a production system comprising a plurality of technical components.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Computerprogramm bzw. ein Computerprogrammprodukt . Moreover, the invention relates to a computer program or a computer program product.
Produktionssysteme werden häufig nur für die automatische Produktion eines einzelnen Produkts mit hoher Stückzahl eingesetzt. Dies liegt daran, dass die Einrichtung eines Produk¬ tionssystems für unterschiedliche Produkttypen mit einem gro¬ ßen Aufwand für Experten verbunden ist. Im Besonderen sind heutzutage der Entwurf und die Realisierung eines Produkti¬ onssystems meist auf das System selbst und nicht auf die durchzuführenden Aufgaben des Systems ausgerichtet (sog. Sys- tem-zentrierte Programmierung) . Demzufolge wird ein Produkti¬ onssystem als eine einzelne große komplexe Einheit entworfen und muss für eine neue Produktionsaufgabe im Wesentlichen neu konfiguriert und programmiert werden. Production systems are often used only for the automatic production of a single high-volume product. This is because the establishment of a production ¬ tion systems for different types of products with a large ¬ SEN expenditure connected for experts. In particular, are the design and implementation of a producti ¬ onssystems mostly on the system itself and not to the tasks to be performed of the system aligned (so-called. System-centric programming) today. Consequently, a producti ¬ onssystem is designed as a single large complex unit and needs to be reconfigured for a new production task essentially and programmed.
Um den Aufwand bei der Einrichtung eines Produktionssystems für eine neue Produktionsaufgabe zu vermindern, sind zwei verschiedene Vorgehensweisen bekannt. Gemäß einer Vorgehens¬ weise wird versucht, den Konfigurations- und Programmierauf¬ wand direkt zu vermindern. Gemäß einer anderen Vorgehensweise wird der Grad an Autonomie und Robustheit des Systems verbes¬ sert . To reduce the expense of setting up a production system for a new production task, two different approaches are known. , According to a procedure ¬ is attempted, the configuration and Programmierauf ¬ wall to reduce directly. According to another approach, the degree of autonomy and robustness of the system is improved verbes ¬ .
Zur direkten Verminderung des Konfigurations- und Programmieraufwands gibt es Ansätze, wonach einfache und intuitive Programmierumgebungen genutzt werden. Beispielsweise kann graphische Programmierung anstatt des textuellen Erstellens von Applikationsprogrammen eingesetzt werden. Solche Lösungen sind meist proprietär und somit nicht universell einsetzbar. To directly reduce the configuration and programming effort, there are approaches that make simple and intuitive Programming environments are used. For example, graphical programming can be used instead of the textual creation of application programs. Such solutions are usually proprietary and therefore not universally applicable.
Aus dem Stand der Technik ist ferner das Konzept der sog. „Skills" bekannt, mit denen bestimmte Basisfunktionen eines robotischen Systems über gekapselte Programme realisiert wer¬ den. Hierdurch kann der Aufwand beim Entwurf und Einrichten eines robotischen Systems vermindert werden. From the prior art, the concept of so-called. "Skills" is also known to those implemented certain basic functions of a robotic system via encapsulated programs ¬ the. Result, the cost can be reduced in the design and setting up a robotic system.
Ferner gibt es Ansätze, die Autonomie und Robustheit von Pro¬ duktionssystemen über digitale wissensbasierte Systeme zu verbessern. Solche wissensbasierte Systeme speichern semanti- sches Wissen über das Produktionssystem bzw. den durchzuführenden Produktionsprozess in einer Wissensbasis. Bis dato gibt es keine funktionsfähige Umsetzung eines wissensbasier¬ ten Systems für die automatische Produktion eines Produkts. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung eines Produktionsprozesses zu schaffen, welches einfach und flexibel an unterschiedliche Produktionsaufgaben angepasst werden kann. Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche ge¬ löst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Furthermore, there are approaches to improve the autonomy and robustness of pro ¬ duktionssystemen via digital knowledge-based systems. Such knowledge-based systems store semantic knowledge about the production system or the production process to be carried out in a knowledge base. To date, there is no functional implementation of a wissensbasier ¬ th system for automatic production of a product. The object of the invention is to provide a method for controlling a production process, which can be easily and flexibly adapted to different production tasks. This object is achieved by the independent claims ge ¬ triggers. Advantageous developments of the invention are defined in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur rechnergestützten Steuerung eines Produktionsprozesses zum Produzieren eines aus mehreren Teilprodukten zusammengesetzten Produkts in einem Produktionssystem aus mehreren technischen Komponenten. Mit anderen Worten werden die nachfolgend erläuterten Schritte a) bis c) des Verfahrens automatisiert und rechnergestützt durchgeführt. Unter einem Produktionssystem ist ein automatisiertes System zu verstehen, welches mittels der soeben ge¬ nannten technischen Komponenten, welche am Produktionsprozess beteiligt sind, den Produktionsprozess ausführen kann. Hier und im Folgenden ist der Begriff des Produzieren eines Produkts weit zu verstehen. Es kann sich hierbei z.B. um die Fertigung bzw. den Zusammenbau eines Produkts handeln. Ferner kann es sich auch um die Herstellung eines Produkts über ver- schiedene chemische Prozesse handeln. Die am Produktionspro- zess beteiligten technischen Komponenten sind solche Geräte, welche zur Durchführung des Produktionsprozesses benötigt werden. Insbesondere handelt es sich um Aktoren, wie z.B. Ro¬ boter oder robotische Einheiten, sowie ggf. auch um Sensoren, die den Produktionsprozess überwachen. The inventive method is used for computer-aided control of a production process for producing a composite of several partial products product in a production system of several technical components. In other words, the steps a) to c) of the method explained below are carried out in an automated and computer-aided manner. Under a production system, an automated system is meant, which can carry out by means of the just ge ¬ called technical components which are involved in the production process, the production process. Here and in the following, the term of producing a product is to be understood broadly. This may be, for example, the manufacture or assembly of a product. It can also be the production of a product via various chemical processes. The technical components involved in the production process are such devices that are required to carry out the production process. In particular, it is actors, such as Ro ¬ boter or robotic units, and possibly also to sensors that monitor the production process.
Im erfindungsgemäßen Verfahren sind in einer Wissensbasis in digitaler Form der aktuelle Zustand des Produktionssystems sowie semantische Informationen hinterlegt. Die semantischen Informationen umfassen Daten über das Produktionssystem, über Basisfunktionen, welche als gekapselte Programme durch die Komponenten im Produktionssystem ausführbar sind, über im Produktionsprozess verarbeitbare Teilprodukte und über im Produktionsprozess ausführbare Produktionsschritte und deren Abhängigkeiten. Teilprodukte können sowohl Ausgangsprodukte im Produktionsprozess als auch Zwischenprodukte dieses Pro¬ zesses sein. Die in den semantische Informationen beschriebe¬ nen Produktionsschritte sind im Gegensatz zu den Basisfunkti¬ onen nicht als gekapselte Programme im Produktionssystem hin¬ terlegt . In the method according to the invention, the current state of the production system and semantic information are stored in a knowledge base in digital form. The semantic information includes data on the production system, on basic functions that can be executed as encapsulated programs by the components in the production system, on subprocesses that can be processed in the production process and on production steps that can be carried out in the production process and their dependencies. Partial products both starting materials in the production process and intermediates of this pro ¬ zesses can be. The ¬ nen-described in the semantic information production steps are not terlegt unlike the Basisfunkti ¬ tions as encapsulated programs in the production system back ¬.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die nachfolgend erläuterte Schritte a) , b) und c) durchgeführt. In Schritt a) wird eine digitale Spezifikation zur Produktion eines vorbestimmten Produkts eingelesen. Anschließend wird in Schritt b) ein Produktionsprozess für das vorbestimmte Pro¬ dukt auf der Basis der eingelesenen Spezifikation unter Verwendung eines Planungsprogramms und eines Inferenzprogramms geplant. Dabei generiert das Planungsprogramm den Produkti- onsprozess in der Form einer Sequenz der oben genannten Basisfunktionen unter Verwendung von Informationen, welche mittels des Inferenzprogramms über Inferenz (d.h. Schlussfol- gern) aus der Wissensbasis abgeleitet werden. Schließlich steuert in Schritt c) ein Ausführungsprogramm die Ausführung der Sequenz von Basisfunktionen. In the context of the method according to the invention, the steps a), b) and c) explained below are carried out. In step a) a digital specification for the production of a predetermined product is read. A production process for the predetermined Pro ¬ domestic product on the basis of the read specification is then scheduled using a planning program, and an inference in step b). The planning program generates the production process in the form of a sequence of the above-mentioned basis functions using information which is derived from the knowledge base by means of the inference program via inference (ie inference). After all In step c), an execution program controls the execution of the sequence of basis functions.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass an sich bekannte Konzepte geeignet miteinander kombi¬ niert werden, um ein Produktionssystem flexibel und robust für unterschiedliche Produktionsaufgaben einzusetzen. Im Besonderen wird das Konzept von Basisfunktionen, welche gekapselte Programme für bestimmte Funktionalitäten sind, mit ei- ner semantischen Wissensrepräsentation in der Form einer digitalen Wissensbasis kombiniert. Aus der Wissensbasis kann Wissen mittels Inferenz abgeleitet werden. Hierfür wird ein Inferenzprogramm genutzt, das aus einem oder mehreren bekannten Reasonern (z.B. FaCT++) bestehen kann. Die Planung des Produktionsprozesses wird über ein Planungsprogram reali¬ siert, welches auf das Wissen der Wissensbasis und das durch das Inferenzprogramm abgeleitete Wissen zugreift. Das Pla¬ nungsprogramm kann wiederum an sich bekannte rechnergestützte Planer enthalten (z.B. Fast-Downward oder Hierarchical Task Network Planner) . The inventive method is characterized that are per se known concepts suited to each other combinatorial ¬ ned to deploy a production system flexible and robust for different production tasks. In particular, the concept of basic functions, which are encapsulated programs for specific functionalities, is combined with a semantic knowledge representation in the form of a digital knowledge base. Knowledge can be derived from the knowledge base by means of inference. For this an inference program is used, which can consist of one or more known reasoners (eg FaCT ++). The planning of the production process is reali a planning program ¬ Siert which accesses the knowledge of the knowledge base and the knowledge derived by the inference engine. The Pla ¬ calculation program can turn se known computer-aided planner included (eg Fast Downward or Hierarchical Task Network Planner).
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen Schritt a) und b) überprüft, ob mit¬ tels der Wissensbasis ein Produktionsprozess zur Produktion des vorbestimmten Produkts entsprechend der eingelesenen Spe¬ zifikation planbar ist. Ist dies nicht der Fall, wird das Verfahren in der Regel bereits zu diesem Zeitpunkt abgebro¬ chen, da die Voraussetzungen zur Produktion des entsprechenden Produkts nicht gegeben sind. In a preferred embodiment of the inventive method, it is checked between step a) and b) whether a production process for producing the predetermined product in accordance with the read-in Spe ¬ fication can be planned with ¬ means of the knowledge base. If this is not the case, the procedure is usually already at this time abgebro ¬ chen, as the conditions do not exist for the production of the corresponding product.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die im obigen Schritt b) über Inferenz abgeleiteten Informationen in der Wissensbasis abgelegt, so dass das Wis¬ sen der Wissensbasis kontinuierlich weiter vergrößert wird. In a further variant of the method the information in the above step b) derived through inference are stored in the knowledge base, so that the Wis ¬ sen of the knowledge base is further increased continuously.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die semantischen Informationen über die im Produktionsprozess ausführbaren Produktions- schritte und deren Abhängigkeiten durch einen oder mehrere Prozessgraphen aus Knoten und Kanten repräsentiert. Diese Prozessgraphen beschreiben auf einfache Weise die in einem Produktionssystem möglichen Produktionsschritte. In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the semantic information about the production processes that can be carried out in the production process steps and their dependencies represented by one or more process graphs of nodes and edges. These process graphs describe in a simple way the possible production steps in a production system.
In einer besonders bevorzugten Variante ist zumindest ein Prozessgraph derart ausgestaltet, dass jeder Knoten einen Produktionsschritt repräsentiert und die Knoten über gerich¬ tete Kanten miteinander verbunden sind. Dabei beschreiben die gerichtete Kanten eine partielle Ordnung derart, dass derIn a particularly preferred variant, a process graph is at least designed so that each node represents a production step and the nodes are interconnected via court ¬ preparing edges. The directed edges describe a partial order such that the
Produktionsschritt eines Knotens, in den eine gerichtete Kan¬ te hineinläuft, nach dem Produktionsschritte des Knotens aus¬ zuführen ist, von dem die gerichtete Kante stammt, und der Produktionsschritt eines Knotens, aus dem eine gerichtete Kanten hinausläuft, vor dem Produktionsschritt auszuführen ist, in dessen Knoten die gerichtete Kante hineinläuft. Production step of a node in a directed Kan ¬ te in running is performed from ¬ after the production steps of the node from which the directed edge originates and the production step of a node from which a directed edges boils down to is carried out before the production step, in whose node runs in the directional edge.
Je nach Ausgestaltung können einer oder mehrere der Prozessgraphen variable Teilprodukte zulassen und/oder einer oder mehrere der Prozessgraphen können fest vorgegebene Teilpro¬ dukte definieren. Depending on the configuration of one or more of the process graph can allow variable partial products and / or one or more of the process graph can define fixed predetermined Teilpro ¬-products.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform umfassen die semantischen Informationen über eine jeweilige Ba- sisfunktion folgende Größen: In a further, particularly preferred embodiment, the semantic information about a respective basic function comprises the following variables:
- Parameter, welche zur Ausführung der jeweiligen Basisfunktion benötigt werden;  - parameters needed to execute the respective base function;
- Vorbedingungen, welche der Zustand des Produktionssystems zur Ausführung der jeweiligen Basisfunktion erfüllen muss; - Effekte der Ausführung der jeweiligen Basisfunktion, welche Bedingungen sind, die der Zustand des Produktionssystems nach der Ausführung der jeweiligen Basisfunktion erfüllt; Preconditions which the state of the production system must fulfill to perform the respective basic function; Effects of the execution of the respective base function, which are conditions which the state of the production system fulfills after execution of the respective base function;
- Performanzcharakteristika der jeweiligen Basisfunktion, z.B. die zu dessen Ausführung benötigte Zeit. Performance characteristics of the respective base function, e.g. the time required to execute it.
Um einen effizienten Zugriff des Ausführungsprogramms auf die Basisfunktionen zu ermöglichen, umfasst eine jeweilige Basis¬ funktion vorzugsweise eine Schnittstelle, über welche das Ausführungsprogramm die Ausführung der jeweiligen Basisfunktion verlassen kann und den Laufzeitzustand der Ausführung der jeweiligen Basisfunktion abrufen kann. In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform überwacht das Ausführungsprogramm die Ausführung der Sequenz von Basisfunktionen und legt die sich dabei verändernden Zustände des Produktionssystems in der Wissensbasis ab, wobei das Ausführungsprogramm beim Auftreten von Störungen bei der Ausführung der Sequenz von Basisfunktionen (z.B. falsche Vorbedingungen oder Effekte) die Neudurchführung der Schritte b) und c) , d.h. eine Neuplanung des Produktionsprozesses, veran¬ lasst. Gemäß dieser Variante der Erfindung kann der Produkti- onsprozess in Echtzeit bei Auftreten von unvorhergesehenen Störungen angepasst werden. In order to enable an efficient access of the execution program to the basic functions, a respective base ¬ function preferably comprises an interface via which the Execution program can leave the execution of the respective base function and can retrieve the runtime state of execution of the respective base function. In another particularly preferred embodiment, the execution program monitors the execution of the sequence of basis functions and maps the changing states of the production system into the knowledge base, the execution program being aware of the occurrence of disturbances in the execution of the sequence of basis functions (eg, false preconditions or effects ) the re-execution of steps b) and c), ie a re-planning of the production process, causes ¬ . According to this variant of the invention, the production process can be adapted in real time in the event of unforeseen disturbances.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die eingelesene Spezifikation eine durch einen Benutzer über eine Benutzerschnittstelle eingegebene oder editierte Information. Mit anderen Worten ist eine Benutzerschnittstel¬ le vorgesehen, über welche manuell das vorbestimmte zu produ¬ zierende Produkt bzw. Eigenschaften des Produktionsprozesses festgelegt werden. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Prozessgraphen zur Veränderung der Produktionsschritte bzw. deren Abhängigkeiten geeignet editiert werden. In a further variant of the method according to the invention, the read-in specification is information entered or edited by a user via a user interface. In other words, a user interface of the ¬ le is provided, via which to manually set the predetermined produ ¬ ornamental product or properties of the production process. For example, the process graphs described above for changing the production steps or their dependencies can be edited appropriately.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur rechnergestützten Steuerung eines Produktionsprozesses zum Produzieren eines aus mehreren Teilpro- dukten zusammengesetzten Produkts in einem Produktionssystem aus mehreren technischen Komponenten, welche am Produktions- prozess beteiligt sind. Diese Vorrichtung kann z.B. durch ei¬ nen zentralen Rechner im Produktionssystem mit geeigneter Software realisiert sein. In addition to the method described above, the invention relates to a device for computer-aided control of a production process for producing a product composed of several sub-products in a production system of several technical components, which are involved in the production process. For example, this device may be realized in the production system with suitable software by ei ¬ NEN central computer.
In der Vorrichtung ist eine Wissensbasis gespeichert, in wel¬ cher in digitaler Form der aktuelle Zustand des Produktions¬ systems sowie semantische Informationen hinterlegt sind. Die semantischen Informationen umfassen Daten über das Produktionssystem, über Basisfunktionen, welche als gekapselte Programme durch die Komponenten im Produktionssystem ausführbar sind, über im Produktionsprozess verarbeitbare Teilprodukte und über im Produktionsprozess ausführbare Produktionsschrit te und deren Abhängigkeiten. Die Vorrichtung umfasst eine Einleseeinheit, z.B. eine Benutzerschnittstelle, ein In the apparatus, a knowledge base is stored in wel ¬ cher, the state of production ¬ system and semantic information are stored in digital form. The Semantic information includes data on the production system, on basic functions that can be executed as encapsulated programs by the components in the production system, on sub-products that can be processed in the production process, and production steps and their dependencies that can be carried out in the production process. The device comprises a read-in unit, eg a user interface
Inferenzprogramm, ein Planungsprogramm und ein Ausführungsprogramm, mit welchen im Betrieb der Vorrichtung folgende Schritte durchgeführt werden: Inference program, a planning program and an execution program, with which the following steps are carried out during operation of the device:
a) Einlesen einer digitalen Spezifikation zur Produktion ei nes vorbestimmten Produkts durch die Einleseeinheit; a) reading a digital specification for the production of a predetermined product by the read-in unit;
b) Planen eines Produktionsprozesses für das vorbestimmte Produkt auf der Basis der eingelesenen Spezifikation unter Verwendung des Planungsprogramms und des b) planning a production process for the predetermined product on the basis of the read specification using the planning program and the
Inferenzprogramms , wobei das Planungsprogramm den Produk tionsprozess in der Form einer Sequenz von Basisfunktio¬ nen unter Verwendung von Informationen generiert, welche mittels des Inferenzprogramms über Inferenz aus der Wis¬ sensbasis abgeleitet werden; Inference program, wherein the scheduling program generates the produc tion process in the form of a sequence of Basisfunktio ¬ NEN using information which can be derived by means of the inference through inference from Wis ¬ sensbasis;
c) Steuern der Ausführung der Sequenz von Basisfunktionen durch das Ausführungsprogramm. c) controlling the execution of the sequence of basis functions by the execution program.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durch¬ führung einer oder mehrerer bevorzugter Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. The inventive apparatus is preferably arranged through ¬ guide one or more preferred variants of the inventive method.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer oder mehrerer bevorzugter Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird. The invention further relates to a computer program with a program code for carrying out the method according to the invention or one or more preferred variants of the method according to the invention, when the program code is executed on a computer.
Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer oder mehrerer bevorzugter Varianten des erfin- dungsgemäßen Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird. Furthermore, the invention relates to a computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to the invention or one or more preferred variants of the invention. method according to the invention, when the program code is executed on a computer.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. An embodiment of the invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Produktionssys- tems, welches mit einer Variante des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens gesteuert wird; und Figure 1 is a schematic representation of a production system, which is controlled with a variant of erfindungsge ¬ MAESSEN method. and
Fig. 2 die Darstellung eines Prozessgraphen, der in der Fig. 2 shows the representation of a process graph, in the
Wissensbasis des Produktionssystems der Fig. 1 hin- terlegt ist und auf dessen Basis eine Sequenz von 1 is based on the knowledge base of the production system and on the basis of which a sequence of
Basisfunktionen abgeleitet wird. Basic functions is derived.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des in Fig. 1 dargestellten Produktionssystems SYS beschrieben. Die- ses System umfasst zum einen eine zentrale Steuereinrichtung CO, die beispielsweise in einem zentralen Rechner hinterlegt sein kann. Mit dieser Steuereinrichtung wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt. Die einzelnen Bestandteile der Steuereinrichtung CO, die im Fol- genden erläutert werden, sind dabei Softwareprogramme. The method according to the invention will be described below with reference to the production system SYS shown in FIG. On the one hand, this system comprises a central control device CO, which can be stored, for example, in a central computer. With this control device, an embodiment of the method according to the invention is performed. The individual components of the control device CO, which are explained below, are software programs.
Das Produktionssystem SYS umfasst ferner eine Vielzahl von technischen Komponenten bzw. Geräten, die in dem Block D wiedergegeben sind. Mittels dieser Geräte erfolgt die automati- sierte Durchführung eines entsprechenden Produktionsprozes¬ ses. In der hier beschriebenen Ausführungsform handelt es sich bei dem Produktionssystem SYS um eine Produktionszelle zum Zusammenbau von verschiedenen Produkten, wobei nachfolgend der Zusammenbau eines Spielzeugfahrzeugs erläutert wird. Für diesen Zusammenbau sind die im Block D wiedergegebenen technischen Komponenten Dl bis D3 vorgesehen. Dabei ist eine monokulare Kamera Dl mit entsprechendem Controller DCl vorge¬ sehen, welche die Posen der beim Zusammenbau verwendeten Tei- le erfasst. Ferner ist ein Roboterarm D2 mit entsprechendem Controller DC2 vorgesehen, über den die Bauteile beim Zusammenbau bewegt werden können. An dem Roboterarm ist als weitere technische Komponente ein Greifer D3 mit entsprechendem Controller DC3 angebracht, über den ein Greifen der Bauteile beim Zusammenbau erfolgt. Die Produktionszelle umfasst ferner eine (nicht gezeigte) Arbeitsfläche, um Teilprodukte temporär während des Zusammenbaus abzulegen. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel hat das Produk¬ tionssystem folgende Basisfunktionen im Sinne der Ansprüche, wobei diese Basisfunktionen im Folgenden auch als Skills bezeichnet werden. Der Skill „pick", der ein Aufgreifen eines Bauteils spezifiziert ; The production system SYS further comprises a plurality of technical components or devices, which are reproduced in the block D. By means of these devices is the automated execution of a corresponding Produktionsprozes ¬ ses. In the embodiment described here, the production system SYS is a production cell for assembling various products, and the assembly of a toy vehicle will be described below. For this assembly, the reproduced in block D technical components Dl to D3 are provided. It is a monocular camera Dl with a corresponding controller DCl pre ¬ see what the poses of the TEI used in the assembly le recorded. Furthermore, a robot arm D2 is provided with a corresponding controller DC2, via which the components can be moved during assembly. As a further technical component, a gripper D3 with a corresponding controller DC3 is attached to the robot arm, via which gripping of the components takes place during assembly. The production cell further includes a work surface (not shown) for temporarily depositing partial products during assembly. In the embodiment described here has the production ¬ tion system following basic functions in terms of the claims, said base functions are referred to hereinafter as skills. The skill "pick", which specifies a picking up of a component;
der Skill „place", der ein Ablegen eines Bauteils spezifiziert ; the skill "place", which specifies a placement of a component;
der Skill „insert", der das Einsetzen eines Bauteils in ein anderes Bauteil spezifiziert; the skill "insert", which specifies the insertion of one component into another component;
der Skill „fixate", der die Fixierung eines Bauteils mittels einer geeigneten Befestigung auf der Arbeitsfläche spezifiziert . Bevor auf die erfindungsgemäße Erzeugung einer Sequenz von Skills zum Zusammenbau des Spielzeugfahrzeugs eingegangen wird, werden zunächst die hierfür erforderlichen Softwarekomponenten in der Steuereinrichtung CO erläutert. In der Steuereinrichtung CO ist eine digitale Wissensbasis KB hinter- legt, welche Wissen über die Anwendungsdomäne des Produkti¬ onssystems SYS sowie den aktuellen Zustand des Produktions¬ systems enthält. Das Wissen über die Anwendungsdomäne ist ba¬ sierend auf einem semantischen Standard, insbesondere in der Form einer Ontologiesprache (z.B. OWL) , hinterlegt. Dieses Wissen wird über die Modelle ASM, SKM, POM und PRM repräsentiert. Das Modell ASM (ASM = Asset Model) repräsentiert Wis¬ sen über das Produktionssystem (d.h. dessen Hardware und Ressourcen) . Das Modell SKM (SKM = Skill Model) repräsentiert Wissen über die Skills des Produktionssystems. Das Modell POM (POM = Product Model) repräsentiert Wissen über im Produkti- onsprozess des Produktionssystems verarbeitbaren Teilprodukte (d.h. Ausgangsprodukte, verwendete Materialien sowie Zwi- schenprodukte) . Das Modell PRM (PRM = Process Model) be¬ schreibt im Produktionsprozess ausführbare Produktionsschrit¬ te und deren Abhängigkeiten. Das Modell PRM (im Folgenden auch als Prozessmodell bezeichnet) wird durch einen Prozess¬ graphen PG repräsentiert, der weiter unten anhand von Fig. 2 näher erläutert wird. the skill "fixate" which specifies the fixation of a component by means of a suitable fastening on the work surface Before the generation according to the invention of a sequence of skills for assembly of the toy vehicle is discussed, the software components required for this purpose are first of all explained in the control device CO controller CO is a digital knowledge base KB rear sets, which contains knowledge on the application domain of the producti ¬ onssystems SYS as well as the current status of the production ¬ system. the knowledge about the application domain is ba ¬ sierend on a semantic standard, in particular in the form of a ontology language (eg OWL) deposited. This knowledge is represented on the models ASM, SCM, POM and PRM. the model ASM (ASM = Asset model) Wis ¬ sen represented on the production system (ie, its hardware and resources). the model SKM (SKM = Skill Model) Knowledge about the skills of the production system. The POM model (POM = Product Model) represents knowledge about sub-products that can be processed in the production process of the production system (ie raw materials, materials used and intermediate products). The model PRM (PRM = Process Model) be ¬ writes in the production process executable Produktionsschrit ¬ te and their dependencies. The model PRM (hereinafter also referred to as process model) is represented by a process graph ¬ PG, which will be explained later with reference to Fig. 2 in more detail.
Die im obigen Modell SKM beschriebenen Skills sind in Fig. 1 mit SK bezeichnet und stellen gekapselte ausführbare Program¬ me zur Umsetzung bestimmter Funktionalitäten im Produktions- System dar. Zur Ausführung der Skills werden die gekapselten Programme an die entsprechenden Controller DC1 bis DC3 der Geräte Dl bis D3 übertragen. Ein jeweiliger Skill ist durch folgende Merkmale charakterisiert, die in der Wissensbasis KB hinterlegt sind: The skills described in the above model SKM are shown in FIG. 1 are denoted by SK and provide encapsulated executable program ¬ me to implement certain functionalities in the production system. In order to execution of the encapsulated skills programs to the appropriate controller DC1 to DC3 of the devices Dl transferred to D3. A respective skill is characterized by the following features, which are stored in the knowledge base KB:
- Skill-Parameter, welche zur Ausführung des Skills benötigt werden; - skill parameters needed to perform the skill;
- Skill-Vorbedingungen, welche der Zustand des Produktions¬ systems zur Ausführung des Skills erfüllen muss; - Skill preconditions which must meet the condition of the production system ¬ to perform the skills;
- Skill-Effekte, welche Bedingungen sind, die der Zustand des Produktionssystems nach Ausführung des Skills erfüllt; - skill effects, which are conditions that the state of the production system fulfills after execution of the skill;
- Performanzcharakteristika, welche Performanzmerkmale des Skills (z.B. die Zeitdauer seiner Ausführung) festlegen. Ein Skill SK umfasst ferner eine Schnittstelle, um eine In¬ teraktion mit dem eigentlichen ausführbaren Programm des Skills zu ermöglichen. Über diese Schnittstelle kann die wei¬ ter unten beschriebene Ausführungseinheit EE die Ausführung des Skills veranlassen bzw. Informationen über den Laufzeit- zustand der Skills abrufen. - Performance characteristics, which define performance characteristics of the skill (eg the duration of its execution). A skill SK further comprising an interface to an in ¬ to allow to the actual executable program of the skill teraktion. Through this interface, the white ¬ ter execution unit EE described below can cause execution of the skill or information about the runtime state of skills to retrieve.
Die im Vorangegangenen erläuterten Skills beruhen auf folgenden Prinzipien: - Lose Kopplung: Die Skills haben möglichst wenig Abhängigkeiten zu anderen Skills oder technischen Komponenten; The skills explained above are based on the following principles: - Loose coupling: The skills have as little dependency on other skills or technical components as possible;
- Abstraktion: Die Steuerlogik bzw. das gekapselte Programm der Skills sowie deren interne Ressourcen sind vor anderen - Abstraction: The control logic or the encapsulated program of the skills and their internal resources are in front of others
Skills sowie dem restlichen System versteckt; Hidden skills and the rest of the system;
- Wiederverwendbarkeit: Die gekapselten Programme können im Produktionsprozess häufiger eingesetzt werden;  - Reusability: The encapsulated programs can be used more frequently in the production process;
- Autonomie: Skills steuern autonom ihre Kontrolllogik bzw. ihr gekapseltes Programm;  - Autonomy: Skills autonomously control their control logic or their encapsulated program;
- Zustandsfreiheit : Die Ausführung jedes Skills ist eine un¬ abhängige Ausführung, welche keinen Bezug zu der vorherigen Ausführung des gleichen oder eines anderen Skills hat. Aufgrund der Verwendung von semantischen Standards können weitergehende semantische Informationen aus den Modellen ASM, SKM, POM und PRM der Wissensbasis KB über Inferenz (d.h. - Freedom of State: The execution of each skill is an independent version, which has no relation to the previous execution of the same or another skill. Due to the use of semantic standards, more advanced semantic information from the models ASM, SKM, POM, and PRM of the knowledge base KB about inference (ie
Schlussfolgern) mit einem oder mehreren Reasonern abgeleitet werden. Hierfür ist in der Steuereinrichtung CO ein Concluding) with one or more reasoners. For this purpose, a CO is in the control device
Inferenzprogramm RE (RE = Reasoning Engine) vorgesehen, welches mehrere Reasoner zum Schlussfolgern aus den semantischen Informationen der Wissensbasis KB umfasst. Inference program RE (RE = Reasoning Engine) provided, which includes several reasoners for inferring from the semantic information of the knowledge base KB.
Die Steuereinrichtung CO beinhaltet ferner ein Planungspro- gramm PE (PE = Planning Engine) , wobei das Planungsprogramm eine oder mehrere an sich bekannte rechnergestützte Planer (z.B. Fast-Downward oder HTN = Hierarchical Task Network) umfasst. In der Steuereinrichtung CO ist darüber hinaus ein Kontrollprogramm CP mit einer Kontroll-Shell (d.h. Benutzer- schnittsteile) integriert. Über die Kontroll-Shell wird durch einen Benutzer eine Spezifikation SPEC eingegeben, die festlegt, welches Produkt mit dem Produktionssystem SYS gefertigt werden soll. Über die Kontroll-Shell können ferner auch die Modelle in der Wissensbasis KB verändert werden. Zum Beispiel kann der weiter unten beschriebene Prozessgraph PG angepasst werden . Die Spezifikation SPEC wird vom Planungsprogramm verarbeitet, um basierend auf dieser Spezifikation eine Sequenz von Skills zu berechnen, mit der das gewünschte Produkt entsprechend der Spezifikation durch das Produktionssystem hergestellt werden kann. Erfindungswesentlich ist, dass das Planungsprogramm PE mit dem Inferenzprogramm RE wechselwirkt. Das The control device CO further includes a planning program PE (PE = Planning Engine), wherein the planning program comprises one or more known computer-aided planner (eg Fast-Downward or HTN = Hierarchical Task Network). In addition, a control program CP with a control shell (ie user interface parts) is integrated in the control device CO. Through the control shell, a user enters a specification SPEC specifying which product is to be manufactured using the SYS production system. The control shell can also be used to change the models in the knowledge base KB. For example, the process graph PG described below may be adapted. The specification SPEC is processed by the engineering program to calculate, based on this specification, a sequence of skills with which the desired product can be manufactured by the production system according to the specification. Essential to the invention is that the planning program PE interacts with the inference program RE. The
Inferenzprogramm RE leitet über Inferenz semantische Informationen aus der Wissensbasis KB ab, die von dem Planungspro¬ gramm PE zur Ermittlung der Sequenz von Skills benötigt wer- den. Dabei können das Planungsprogramm PE und das RE inference leads on inference semantic information from the knowledge base KB from the advertising required by the Planungspro ¬ gram PE to determine the sequence of the Skills. The planning program PE and the
Inferenzprogramm RE auch iterativ miteinander wechselwirken. Beispielsweise kann das Planungsprogramm PE zunächst eine un¬ vollständige makroskopische Sequenz von Skills ohne alle er¬ forderlichen Skill-Parameter basierend auf von dem Inference program RE also interact iteratively with each other. For example, the planning program PE may first one un ¬ complete macroscopic sequence of skills without all he ¬ ford variable skill parameters based on from the
Inferenzprogramm RE ermittelten Informationen ableiten. Anschließend können dann nochmals durch das Inferenzprogramm RE weitergehende Informationen aus der Wissensbasis KB abgelei¬ tet werden, um schließlich eine detaillierte Sequenz von Skills mit allen erforderlichen Skill-Parametern über das Planungsprogramm PE zu erhalten. Diese Sequenz kann dann von den einzelnen Komponenten Dl bis D3 des Produktionssystems SYS ausgeführt werden. Derive information obtained in the inference program RE. Further information from the knowledge base KB can then then again by the inference engine RE are abgelei ¬ tet, to finally obtain a detailed sequence of skill with all the necessary skill parameters from the scheduling program PE. This sequence can then be executed by the individual components Dl to D3 of the production system SYS.
Bei der Ermittlung der Sequenz von Skills greift das Pla- nungsprogramm PE unter anderem auch auf das Prozessmodell PRM zurück. Wie bereits erwähnt, wird dieses Modell durch einen Prozessgraphen PG (siehe Fig. 2) beschrieben. Ein Prozessgraph ist in der hier beschriebenen Ausführungsform durch eine Vielzahl von Knoten und gerichtete Kanten zwischen den Knoten repräsentiert. Jeder Knoten bezeichnet einen Produkti¬ onsschritt, der mit entsprechenden Komponenten des Produktionssystems ausgeführt werden kann. Über die gerichteten Kanten wird eine partielle Ordnung beschrieben. Mit anderen Worten ist ein Produktionsschritt eines Knotens, in den eine ge- richtete Kanten hineinläuft, nach dem Produktionsschritt des Knotens auszuführen, von dem die gerichtete Kante stammt. Ferner ist der Produktionsschritt eines Knotens, aus dem eine gerichtete Kante hinausläuft, vor dem Produktionsschritt aus¬ zuführen, in dessen Knoten die gerichtete Kante hineinläuft. Je nach Ausführungsform kann der Prozessgraph ein allgemeiner Prozessgraph sein, der nur die unbedingt erforderlichen Be- schränkungen im Hinblick auf die Ausführungsreihenfolge der Produktionsschritte enthält und auch variable Zwischenproduk¬ te im Rahmen der Produktion zulässt. Ebenso kann der Graph ein spezieller Assembly-Tree sein, der im Unterschied zu ei¬ nem allgemeinen Prozessgraphen genau spezifizierte Zwischen- produkte bei der Produktion festlegt. Eine spezielle Ausfüh¬ rungsform des Assembly-Trees ist die Prozess-Sequenz , welche die genaue Reihenfolge aller Produktionsschritte und entspre¬ chende Zwischenprodukte spezifiziert. Wird von dem Planungsprogramm PE ein Assembly-Tree oder eine Prozess-Sequenz verarbeitet, kann die Skill-Sequenz durch das Planungsprogramm PE unter Umständen direkt mittels eines klassischen AI Planers (z.B. Fast-Downward) berechnet werden (AI = Artificial Intelligence) . Mit anderen Worten müssen nur initial Informationen durch das Inferenzprogramm RE zur Verwendung durch das Planungsprogramm PE abgeleitet werden, so dass im Rahmen der Planung nicht nochmals auf das When determining the sequence of skills, the planning program PE also uses the process model PRM, among other things. As already mentioned, this model is described by a process graph PG (see FIG. 2). A process graph in the embodiment described here is represented by a plurality of nodes and directed edges between the nodes. Each node represents a producti ¬ onsschritt, which can be performed with the corresponding components of the production system. About the directed edges a partial order is described. In other words, a production step of a node into which a directed edge enters is to be carried out after the production step of the node from which the directed edge originates. Further, the production step of a node is one of directed edge out, before the production step from ¬ feed, in whose node the directed edge runs. Depending on the embodiment, the process graph can be a general process graph containing only essential loading restrictions with regard to the execution order of the production steps and also allows variable intermediate production ¬ te under production. Similarly, the graph can be a special assembly tree that unlike ei ¬ nem general process graph precisely specified intermediates sets during production. A special exporting ¬ approximate shape of the assembly Trees is the process sequence, which specifies the exact order of all production steps and entspre ¬ sponding intermediates. If an assembly tree or a process sequence is processed by the planning program PE, the skill sequence may be calculated by the planning program PE directly by means of a classical AI planner (eg fast-downward) (AI = Artificial Intelligence). In other words, only initial information must be derived by the inference program RE for use by the planning program PE, so that in the context of the planning does not refer again to the
Inferenzprogramm zurückgegriffen werden muss. Im Falle, dass der Prozessgraph ein allgemeiner Prozessgraph ist, wird in der Regel ein HTN-Planer verwendet, um eine makroskopische Skill-Sequenz zu bestimmen. Anschließend wer¬ den nochmals mittels des Inferenzprogramms RE weitergehende Informationen in der Form von fehlenden Skill-Parametern be- stimmt, woraufhin das Planungsprogramm PE dann die detaillierte ausführbare Skill-Sequenz ableitet. Inference program must be resorted to. In the case that the process graph is a general process graph, an HTN scheduler is typically used to determine a macroscopic skill sequence. Subsequently ¬ again loading the right by means of the inference RE further information in the form of lack of skill parameters, whereupon the scheduler PE then derives the detailed executable skill sequence.
Nach der Erzeugung der Skill-Sequenz durch das Planungsprogramm PE wird der darauf basierende Produktionsprozess unter Steuerung eines Ausführungsprogramms EE (EE = Execution Engine) durchgeführt. Das Ausführungsprogramm veranlasst die Aus¬ führung der entsprechenden Skills der Sequenz durch die einzelnen Komponenten Dl bis D3. Ferner überwacht das Ausfüh- rungsprogramm diese Ausführung und aktualisiert den entspre¬ chenden Zustand des Produktionssystems in der Wissensbasis KB. Sollten Störungen im Produktionsprozess auftreten, kann das Ausführungsprogramm EE ggf. eine Neuplanung des Produkti- onsprozesses basierend auf dem aktuellen Zustand des Produk¬ tionssystems durch das Planungsprogramm PE in Kombination mit dem Inferenzprogramm RE veranlassen. After the generation of the skill sequence by the planning program PE, the production process based thereon is carried out under the control of an execution program EE (EE = Execution Engine). The exemplary program causes the off ¬ guide the respective skills of the sequence by the individual components Dl to D3. In addition, the Implementing Food Program this execution and updates the entspre ¬ sponding state of the production system in the knowledge base KB. If faults occur in the production process, the execution program EE may optionally replanning as manufacturing processes based on the current state of the production system ¬ tion through the scheduler PE in combination with the inference engine RE cause.
Im Folgenden werden nochmals die durch die Programme der Steuereinrichtung CO durchgeführten Schritte erläutert. Zunächst wird eine Spezifikation SPEC an der Kontroll-Shell des Steuerprogramms CP eingelesen. In einem nächsten Schritt wird die Wissensbasis KB dahingehend überprüft, ob das Produkti¬ onssystem überhaupt in der Lage ist, das Produkt gemäß der Spezifikation SPEC zu produzieren. Dabei wird verifiziert, ob das für die Produktion des Produkts relevante Wissen in der Wissensbasis vorhanden ist. Ist dies nicht der Fall, wird das Verfahren abgebrochen. Ist die obige Verifikation positiv verlaufen, werden eine oder mehrere kombinierte Inferenz- und Planungsphasen durchgeführt. In jeder dieser Phasen werden die relevanten Informationen, welche von dem Planungsprogramm PE zusätzlich zu den schon vorhandenen Informationen in der Wissensbasis KB benötigt werden, über Inferenz (d.h. Schlussfolgern) durch das Inferenzprogramm RE aus der Wissensbasis abgeleitet. Dann wird eine Sequenz von Skills durch das Planungsprogramm PE berechnet. Sollte die Sequenz von Skills zu deren Ausführung noch nicht alle erforderlichen Informationen enthalten, wer- den die benötigten Informationen wieder durch das The steps performed by the programs of the control device CO are explained again below. First, a specification SPEC is read in the control shell of the control program CP. In a next step, the knowledge base KB is checked as to whether the producti ¬ onssystem is even able to produce the product according to the specification SPEC. It verifies whether the knowledge relevant to the production of the product exists in the knowledge base. If this is not the case, the procedure is aborted. If the above verification is positive, one or more combined inference and planning phases are performed. In each of these phases, the relevant information required by the planning program PE in addition to the already existing information in the knowledge base KB is derived from the knowledge base via inference (inference) by the inference program RE. Then a sequence of skills is calculated by the planning program PE. If the sequence of skills to execute them does not yet contain all the required information, the required information will be retrieved by the
Inferenzprogramm RE aus der Wissensbasis KB abgeleitet. Dabei ist zu beachten, dass alle über das Inferenzprogramm neu abgeleiteten Informationen auch immer wieder in der Wissensbasis KB abgelegt werden. Am Ende des gerade beschriebenen Pro- zesses enthält man dann eine ausführbare Sequenz von Skills, die direkt unter Steuerung des Ausführungsprogramms EE ausge¬ führt werden kann. Nach Erhalt der ausführbaren Skill-Sequenz wird diese, wie bereits erwähnt, unter Verwendung des Ausführungsprogramms EE ausgeführt. Die Ausführung der gekapselten Programme der Skills erfolgt über die entsprechenden Controller DCl bis DC3 der technischen Komponenten Dl bis D3 des Produktionssystems SYS . Inference program RE derived from the knowledge base KB. It should be noted that all information newly derived via the inference program is also repeatedly stored in the KB knowledge base. At the end of this process you just described will contain an executable sequence of skills that can be ¬ directly under control of the executive program EE. Upon receipt of the executable skill sequence, it is executed, as already mentioned, using the execution program EE. The execution of the encapsulated programs of the skills takes place via the corresponding controllers DC1 to DC3 of the technical components D1 to D3 of the production system SYS.
Im Folgenden wird der Zusammenbau eines Spielzeugfahrzeugs über die Generierung einer entsprechenden Sequenz von Skills mittels des Produktionssystems der Fig. 1 erläutert. Dabei wird als Prozessmodell der Prozessgraph PG der Fig. 2 verwendet. Der Prozessgraph PG umfasst eine Mehrzahl von Knoten NO bis N9, welche verschiedene Produktionsschritte darstellen. Dabei repräsentiert der Knoten NO den Start der Produktion und der Knoten N9 das Ende der Produktion. Auch diese Knoten sind als Produktionsschritte aufzufassen, gemäß denen die Produktion initialisiert bzw. beendet wird. Die Knoten sind über gerichtete Kanten ED miteinander verbunden, wobei hierdurch die bereits oben beschriebene partielle Ordnung festge- legt ist. Mit anderen Worten ist ein Produktionsschritt, in dem eine gerichtete Kante ED hineinläuft, immer nach dem Pro¬ duktionsschritt durchzuführen, von dem die gerichtete Kante ED stammt. Ebenso ist ein Produktionsschritt, aus dem eine gerichtete Kante hinausläuft, immer vor dem Produktions- schritt durchzuführen, in dem diese gerichtete Kante hinein¬ läuft. Gemäß dem Prozessgraphen PG sind somit alle Produkti¬ onsschritte Nl bis N6 nach dem Produktionsschritt NO und vor dem Produktionsschritt N7, der Produktionsschritt N8 nach dem Produktionsschritt N7 und der Produktionsschritt N9 nach dem Produktionsschritt N8 durchzuführen. Dabei wird durch denThe assembly of a toy vehicle via the generation of a corresponding sequence of skills by means of the production system of FIG. 1 will now be explained. In this case, the process graph PG of FIG. 2 is used as the process model. The process graph PG comprises a plurality of nodes NO to N9, which represent different production steps. The node NO represents the start of production and node N9 the end of production. These nodes are also to be understood as production steps according to which the production is initialized or terminated. The nodes are connected to one another via directed edges ED, whereby the partial order already described above is determined. In other words, a production step in which a directed edge ED in running always be performed according to the Pro ¬ duktionsschritt from which the directed edge ED is derived. Also, a production step from which a directed edge amounts to carry out always in front of the production step in which this directed edge ¬ runs into it. According to the process graph PG all producti ¬ onsschritte Nl to N6 after the production step and before the NO production step N7, N8 of the production step to the production step N7 and the production step N9 after the production step N8 are thus carried out. It is by the
Graphen nicht festgelegt, in welcher Reihenfolge die Produk¬ tionsschritte Nl bis N6 durchzuführen sind. Not fixed graph in which order the production ¬ tion steps Nl to N6 must be carried out.
Die Knoten Nl bis N8 der Fig. 2 legen folgende Produktions- schritte für den Zusammenbau eines Spielzeugfahrzeugs fest: The nodes N1 to N8 of FIG. 2 specify the following production steps for the assembly of a toy vehicle:
Nl : Einsetzen der Vorderachse in das Chassis; Nl: insert the front axle into the chassis;
N2 : Einsetzen der Hinterachse in das Chassis; N3: Einsetzen des linken Vorderrads in die Vorderachse; N2: inserting the rear axle into the chassis; N3: inserting the left front wheel into the front axle;
N4 : Einsetzen des rechten Vorderrads in die Vorderachse;  N4: inserting the right front wheel into the front axle;
N5 : Einsetzen des linken Hinterrads in die Hinterachse;  N5: inserting the left rear wheel into the rear axle;
N6 : Einsetzen des rechten Hinterrads in die Hinterachse;  N6: inserting the right rear wheel into the rear axle;
N7 : Einsetzen der Sitze in das Chassis;  N7: inserting the seats into the chassis;
N8 : Aufsetzen der Karosserie auf das Chassis.  N8: putting the body on the chassis.
Mittels dieses Prozessgraphen PG wird dann eine entsprechende Sequenz von Skills basierend auf den oben erläuterten Verfah- ren ermittelt. Zunächst erhält hierzu die Kontroll-Shell des Controllprogramms CP der Fig. 1 die Spezifikation SPEC zur Herstellung eines Spielzeugfahrzeugs. Anschließend wird über¬ prüft, ob der Roboterarm, der Greifer und die Kamera betriebsbereit sind und ob der Prozessgraph PG sowie die weite- ren erforderlichen semantischen Informationen zur Produktion des Spielzeugfahrzeugs in der Wissensbasis KB hinterlegt sind . By means of this process graph PG, a corresponding sequence of skills is then determined based on the methods explained above. First of all, the control shell of the control program CP of FIG. 1 receives the specification SPEC for the production of a toy vehicle. Then, if the robot arm, the gripper and the camera are ready for use and whether the process graph and the PG weite- ren necessary semantic information for the production of the toy vehicle in the knowledge base KB are stored is checked via ¬.
Nach diesen Überprüfungen wird die bereits oben erläuterte Inferenz-Planungs-Phase durchgeführt. Hierbei interagiert das Planungsprogramm PE mit dem Inferenzprogramm RE . Beispielsweise kann durch Inferenz abgeleitet werden, welche Befesti¬ gung für welches Bauteil zu verwenden ist. Am Ende dieser Phase erhält man eine Sequenz aus Skills, wobei im Folgenden ein Ausschnitt aus dieser Sequenz wiedergegeben ist, der den Anbau der Achsen mit den entsprechenden Rädern an das Chassis wiedergibt : After these checks, the inference planning phase already explained above is performed. In this case, the planning program PE interacts with the inference program RE. For example, it can be derived by inference which fastening ¬ tion is to be used for which component. At the end of this phase you will get a sequence of skills, below is a part of this sequence that shows the attachment of the axles with the corresponding wheels to the chassis:
1 pick (axis) 1 pick (axis)
2 fixate(axis, fixturel, left) 2 fixates (axis, fixturel, left)
3 pick (wheel )  3 pick (wheel)
4 insert (wheel , axis, left)  4 insert (wheel, axis, left)
5 pick (pin)  5 pick (pin)
6 insert (pin, wheel, top)  6 insert (pin, wheel, top)
7 pick (axis) 7 pick (axis)
8 fixate(axis, fixturel, right)  8 fixates (axis, fixturel, right)
9 pick (wheel )  9 pick (wheel)
10 insert (wheel , axis, right) 11 pick (pin) 10 insert (wheel, axis, right) 11 pick (pin)
12 insert (pin, wheel, top)  12 insert (pin, wheel, top)
13 pick (chassis)  13 pick (chassis)
14 fixate (chassis, fixture2, bottom)  14 fixates (chassis, fixture2, bottom)
15 pick (axis)  15 pick (axis)
16 insert (axis, chassis, bottom)  16 insert (axis, chassis, bottom)
Die obigen Skills beziehen sich auf das Aufgreifen (pick) eines Bauteils, auf die Fixierung (fixate) eines Bauteils in einer entsprechenden Befestigung (fixturel oder fixture2) auf der Arbeitsfläche sowie auf das Einsetzen (insert) eines Bau¬ teils in einer bestimmten Orientierung (top, bottom, right, left) in ein anderes Bauteil. Die obige Syntax ist wie folgt zu interpretieren: The above skills related to picking up (pick) of a component on the fixation (fixate) of a component in a respective mounting (fixturel or fixture2) on the working surface as well as to the onset (insert) of a construction ¬ (partly in a particular orientation top, bottom, right, left) into another component. The above syntax is to be interpreted as follows:
Es sei X bzw. X' ein Bauteil, welches eine Achse (axis), ein Chassis (chassis) , ein Pin (pin) oder ein Rad (wheel) sein kann. Ferner sei Y eine Befestigung für ein Bauteil auf der Arbeitsfläche, wobei es die beiden Befestigungen fixturel und fixture2 gibt. Darüber hinaus bezeichnet Z eine Richtung aus¬ gewählt aus links, rechts, oben und unten (left, right, bottom, top) . Let X or X 'be a component, which may be an axle, a chassis, a pin, or a wheel. Further, let Y be a fixture for a component on the work surface, with the two fixtures fixturel and fixture2. In addition, Z refers to a direction from ¬ selected from left, right, up and down (left, right, bottom, top).
Demzufolge bezeichnet pick (X) das Ergreifen des Bauteils X, Fixate (X, Y, Z) bezeichnet die Fixierung des Bauteils X in der Befestigung Y auf der entsprechenden Seite Z des Bauteils X. Insert (X, X', Z) bezeichnet das Einsetzen des Bauteils X in das Bauteil X' auf der entsprechenden Seite Z des Bauteils X' . Accordingly, pick (X) denotes the gripping of the component X, Fixate (X, Y, Z) denotes the fixation of the component X in the attachment Y on the corresponding side Z of the component X. Insert (X, X ', Z) denotes the Insertion of the component X into the component X 'on the corresponding side Z of the component X'.
Die oben beschriebene Sequenz von Skills kann nunmehr unter Steuerung des Ausführungsprogramms EE durch das Produktions¬ system mittels der drei Komponenten Dl bis D3 durchgeführt werden . The sequence of skills described above can now under control of the executive program to be performed by the D3 EE ¬ production system by means of the three components Dl.
Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere kann für ein Produktionssystem automatisch basierend auf ei- ner spezifizierten Aufgabe zur Herstellung eines Produkts ein Skill-basiertes Programm geplant werden, um diese Aufgabe um¬ zusetzen. Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen bestimmt das Produktionssystem rechnergestützt sein eigenes Verhalten für eine bestimmte Produktionsaufgabe, ohne dass vorab feste In¬ struktionen zur Durchführung der Aufgabe im System hinterlegt sein müssen. The embodiments of the invention described above have a number of advantages. In particular, for a production system, automatically based on a In order to accomplish this task, a skill-based program for producing a product must be planned. Compared to conventional systems, the production system determines computer-aided its own behavior for a specific production task, without having to deposit in advance fixed In ¬ struktionen to perform the task in the system.
Im Falle eines Fehlers bei der Ausführung des Produktionspro- zesses kann sich das System aufgrund der Überwachung durch das Ausführungsprogramm selbst wiederherstellen. Darüber hinaus sind Skill-basierte Programme sehr robust und flexibel und können Variationen und Fehler verarbeiten, z.B. indem eine Rückkopplung des Zustands des Systems über Sensoren er- folgt. In the event of an error in the execution of the production process, the system may self-recover due to monitoring by the execution program. In addition, skill-based programs are very robust and flexible and can handle variations and errors, e.g. by feedback of the state of the system via sensors.
Ferner wird durch die Erfindung der Aufwand zum Entwurf (sog. Engineering) eines Produktionssystems vermindert. Insbesonde¬ re können bei der Planung des Produktionsprozesses auf mehr- mals verwendbare Skills zurückgegriffen werden, wodurch Kosten beim Entwurf des Produktionssystems eingespart werden. Furthermore, the effort of the design (so-called engineering) of a production system is reduced by the invention. Insbesonde ¬ re can be resorted to several times usable skills, which cost in the design of the production system can be saved in planning the production process.
Durch die Repräsentation von Wissen über semantische Informationen kann dynamisch eine Inferenz zum Ableiten von neuem Wissen durchgeführt werden sowie Wissen dynamisch abgefragt werden. Unter der Verwendung von an sich bekannten semantischen Standards kann auf einfache Weise auch spezielles Wis¬ sen aus externen Quellen in die Wissensbasis integriert wer¬ den . Through the representation of knowledge about semantic information, an inference for the derivation of new knowledge can be dynamically performed and knowledge queried dynamically. With the use of known semantic standards also special Wis ¬ sen can from external sources easily integrated into the knowledge base ¬ to.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur rechnergestützten Steuerung eines Produktionsprozesses zum Produzieren eines aus mehreren Teilprodukten zusammengesetzten Produkts in einem Produktionssystem (SYS) aus mehreren technischen Komponenten (Dl, D2, D3) , welche am Produktionsprozess beteiligt sind, wobei in einer Wissensba¬ sis (KB) in digitaler Form der aktuelle Zustand des Produkti¬ onssystems (SYS) sowie semantische Informationen (ASM, SKM, POM, PRM) hiterlegt sind, wobei die semantischen Informatio¬ nen (ASM, SKM, POM, PRM) Daten über das Produktionssystem (SYS) , über Basisfunktionen (SK) , welche als gekapselte Pro¬ gramme durch die Komponenten (Dl, D2, D3) im Produktionssys¬ tem (SYS) ausführbar sind, über im Produktionsprozess verar- beitbare Teilprodukte und über im Produktionsprozess ausführ¬ bare Produktionsschritte und deren Abhängigkeiten umfassen, wobei folgende Schritte durchgeführt werden: 1. A method for computer-aided control of a production process for producing a composite of a plurality of partial products the product in a production system (SYS) of a plurality of technical components (Dl, D2, D3) which are involved in the production process, wherein in a Wissensba ¬ sis (KB) in digital form the current state of the producti ¬ onssystems (SYS) as well as semantic information (ASM, SKM, POM, PRM) are hiterlegt, wherein the semantic Informatio ¬ NEN (ASM, SKM, POM, PRM) data on the production system (SYS), via basis functions (SK), which as encapsulated Pro ¬ programs by the components (Dl, D2, D3) in Produktionssys ¬ system (SYS) are executable on processed in the production process beitbare partial products and the production process execute ¬ bare production steps and their dependencies comprising the following steps:
a) Einlesen einer digitalen Spezifikation (SPEC) zur Produktion eines vorbestimmten Produkts; a) reading a digital specification (SPEC) for the production of a predetermined product;
b) Planen eines Produktionsprozesses für das vorbestimmte Produkt auf der Basis der eingelesenen Spezifikation (SPEC) unter Verwendung eines Planungsprogramms (PE) und eines Inferenzprogramms (RE) , wobei das Planungsprogramm (PE) den Produktionsprozess in der Form einer Sequenz von Basisfunktionen (SK) unter Verwendung von Informationen generiert, welche mittels des Inferenzprogramms (RE) über Inferenz aus der Wissensbasis (KB) abgeleitet werden; c) Steuern der Ausführung der Sequenz von Basisfunktionen (SK) durch ein Ausführungsprogramm (EE) . b) scheduling a production process for the predetermined product on the basis of the read-in specification (SPEC) using a planning program (PE) and an inference program (RE), the planning program (PE) defining the production process in the form of a sequence of basis functions (SK) using information generated by the inference program (RE) via inference from the knowledge base (KB); c) controlling the execution of the sequence of basic functions (SK) by an execution program (EE).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt a) und Schritt b) überprüft wird, ob mittels der Wissensbasis (KB) ein Produktionsprozess zur Produktion des vorbestimmten Produkts entsprechend der eingelesenen Spe- zifikation (SPEC) planbar ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that between step a) and step b) is checked whether by means of the knowledge base (KB), a production process for the production of the predetermined product according to the read Specification (SPEC) is plannable.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt b) über Inferenz abgeleiteten Informatio¬ nen (DI) in der Wissensbasis (KB) abgelegt werden. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in step b) derived via inference information ¬ (DI) in the knowledge base (KB) are stored.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die semantischen Informationen (PRM) über die im Produktionsprozess ausführbaren Produktions¬ schritte und deren Abhängigkeiten durch einen oder mehrere Prozessgraphen (PG) aus Knoten (NO, Nl, ..., N9) und Kanten (ED) repräsentiert werden. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the semantic information (PRM) on the executable in the production process production ¬ steps and their dependencies by one or more process graphs (PG) of nodes (NO, Nl, ..., N9 ) and edges (ED).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Prozessgraph (PG) derart ausgestaltet ist, dass jeder Knoten (NO, Nl, ..., N9) einen Produktionsschritt reprä- sentiert und die Knoten (NO, Nl, ..., N9) über gerichtete Kan¬ ten (ED) miteinander verbunden sind, wobei die gerichteten Kanten (ED) eine partielle Ordnung derart beschreiben, dass der Produktionsschritt eines Knotens (NO, Nl, ..., N9) , in den eine gerichtete Kante (ED) hineinläuft, nach dem Produktions- schritt des Knotens (NO, Nl, ..., N9) auszuführen ist, von dem die gerichtete Kante (ED) stammt, und der Produktionsschritt eines Knotens (NO, Nl, ..., N9) , aus dem eine gerichtete Kante (ED) hinausläuft, vor dem Produktionsschritt auszuführen ist, in dessen Knoten (NO, Nl, ..., N9) die gerichtete Kante (ED) hineinläuft. 5. The method according to claim 4, characterized in that at least one process graph (PG) is designed such that each node (NO, Nl, ..., N9) represents a production step and the nodes (NO, Nl, .. ., N9) through directed Kan ¬ th (ED) are connected to each other, wherein the directed edges (ED) describe a partial order such that the production step of a node (NO, Nl, ..., N9), in a directional Edge (ED), according to the production step of the node (NO, N1, ..., N9) from which the directional edge (ED) originates, and the production step of a node (NO, N1, ... , N9), from which a directed edge (ED) results, is to be executed before the production step in whose node (NO, N1, ..., N9) the directional edge (ED) runs.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Prozessgraphen (PG) variable Teilprodukte zulassen und/oder einer oder mehrere der Pro- zessgraphen (PG) vorgegebenen Teilprodukte definieren. 6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that one or more of the process graphs (PG) allow variable partial products and / or define one or more of the process graphs (PG) predetermined sub-products.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die semantischen Informationen (SKM) über eine jeweilige Basisfunktion (SK) umfassen: 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the semantic information (SKM) via a respective basic function (SK) include:
- Parameter, welche zur Ausführung der jeweiligen Basisfunktion (SK) benötigt werden; - Vorbedingungen, welche der Zustand des Produktionssystems (SYS) zur Ausführung der jeweiligen Basisfunktion (SK) erfüllen muss; Parameters required for execution of the respective basic function (SK); Preconditions which the state of the production system (SYS) must fulfill for the execution of the respective base function (SK);
- Effekte der Ausführung der jeweiligen Basisfunktion (SK) , welche Bedingungen sind, die der Zustand des Produktions¬ systems (SYS) nach der Ausführung der jeweiligen Basisfunktion (SK) erfüllt; - Effects of the execution of the respective basic function (SK), which are conditions that satisfies the condition of the production ¬ system (SYS) according to the execution of the respective base function (SK);
- Performanzcharakteristika der jeweiligen Basisfunktion  - Performance characteristics of the respective basic function
(SK) .  (SK).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das eine jeweilige Basisfunktion (SK) eine Schnittstelle umfasst, über welche das Ausführungsprogramm (EE) die Ausführung der jeweiligen Basisfunktion (BS) veran- lassen kann und den Laufzeitzustand der Ausführung der jeweiligen Basisfunktion (SK) abrufen kann. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a respective base function (SK) comprises an interface over which the execution program (EE) can make the execution of the respective base function (BS) and the running time state of the execution of the respective base function (SK) can retrieve.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausführungsprogramm (EE) die Ausfüh- rung der Sequenz von Basisfunktionen (SK) überwacht und die sich dabei verändernden Zustände des Produktionssystems (SYS) in der Wissensbasis (KB) ablegt, wobei das Ausführungspro¬ gramm (EE) beim Auftreten von Störungen bei der Ausführung der Sequenz von Basisfunktionen (SK) die Neudurchführung der Schritte b) und c) veranlasst 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the execution program (EE) monitors the execution of the sequence of basic functions (SK) and stores the changing states of the production system (SYS) in the knowledge base (KB), wherein the Ausführungspro ¬ grams (EE) in the event of disturbances in the execution of the sequence of basis functions (SK) causes the rerun of the steps b) and c)
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingelesene Spezifikation (SPEC) eine durch einen Benutzer über eine Benutzerschnitt- stelle eingegebene oder editierte Information umfasst. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the read-in specification (SPEC) comprises an input or edited by a user via a user interface information.
11. Vorrichtung zur rechnergestützten Steuerung eines Produktionsprozesses zum Produzieren eines aus mehreren Teilprodukten zusammengesetzten Produkts in einem Produktionssystem (SYS) aus mehreren technischen Komponenten (Dl, D2, D3) , welche am Produktionsprozess beteiligt sind, wobei in der Vor¬ richtung eine Wissensbasis (KB) gespeichert ist, in welcher in digitaler Form der aktuelle Zustand des Produktionssystems (SYS) sowie semantische Informationen (ASM, SKM, POM, PRM) hiterlegt sind, wobei die semantischen Informationen (ASM, SKM, POM, PRM) Daten über das Produktionssystem (SYS), über Basisfunktionen (SK) , welche als gekapselte Programme durch die Komponenten (Dl, D2, D3) im Produktionssystem ausführbar sind, über im Produktionsprozess verarbeitbare Teilprodukte und über im Produktionsprozess ausführbare Produktionsschrit¬ te und deren Abhängigkeiten umfassen, wobei die Vorrichtung eine Einleseeinheit, ein Inferenzprogramm (RE) , ein Planungs¬ programm (PE) und ein Ausführungsprogramm (EE) umfasst, mit welchen folgende Schritte durchführbar sind: 11. A device for computer-aided control of a production process for producing a product composed of several partial products in a production system (SYS) of several technical components (Dl, D2, D3), which are involved in the production process, wherein in the pre ¬ direction a knowledge base (KB ), in which in digital form the current state of the production system (SYS) and semantic information (ASM, SKM, POM, PRM) are heaped, the semantic information (ASM, SKM, POM, PRM) data on the production system (SYS), on basis functions (SK), which as encapsulated programs by the components (Dl, D2, D3) are executed in the production system include about processable in the production process of partial products and the production process executable Produktionsschrit ¬ te and their dependencies, the apparatus comprising a reading unit, an inference engine (RE), a planning ¬ program (PE ) and an execution program (EE) with which the following steps can be carried out:
a) Einlesen einer digitalen Spezifikation (SPEC) zur Produktion eines vorbestimmten Produkts durch die a) reading a digital specification (SPEC) for the production of a predetermined product by the
Einleseeinheit ;  Reading unit;
b) Planen eines Produktionsprozesses für das vorbestimmte Produkt auf der Basis der eingelesenen Spezifikation (SPEC) unter Verwendung des Planungsprogramms (PE) und des Inferenzprogramms (RE) , wobei das Planungsprogramm (PE) den Produktionsprozess in der Form einer Sequenz von Basisfunktionen (SK) unter Verwendung von Informationen generiert, welche mittels des Inferenzprogramms (RE) über Inferenz aus der Wissensbasis abgeleitet werden; b) scheduling a production process for the predetermined product on the basis of the read-in specification (SPEC) using the planning program (PE) and the inference program (RE), wherein the planning program (PE) the production process in the form of a sequence of basis functions (SK) generated using information derived by inference from the knowledge base via the inference program (RE);
c) Steuern der Ausführung der Sequenz von Basisfunktionen (SK) durch das Ausführungsprogramm (EE) . c) controlling the execution of the sequence of basic functions (SK) by the execution program (EE).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 10 eingerichtet ist. 12. The device according to claim 11, characterized in that the device is arranged for carrying out a method according to one of claims 2 to 10.
13. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird. A computer program having a program code for carrying out a method according to any one of claims 1 to 10, when the program code is executed on a computer.
14. Computerprogrammprodukt mit einem auf einem maschmenle baren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung ei nes Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird. 14. A computer program product having a program code stored on a machine carrier for performing a method according to any one of claims 1 to 10 when the program code is executed on a computer.
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