CN110199232B - 用于进行检查的方法、设备和计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

用于进行检查的方法、设备和计算机程序产品在按照本发明的用于检查技术过程是否能借助于技术系统来实现和/或如何借助于技术系统来实现（所述技术系统具有两个或更多个单元，所述两个或更多个单元各具有对于该技术过程来说可能相关的技术能力）的方法中，使用至少一个本体，而且借助于该至少一个本体来形成约束满足问题，该本体描述该技术系统以及该技术过程。在按照本发明的方法中，搜索并且优选地输出约束满足问题的解。

Description

用于进行检查的方法、设备和计算机程序产品
技术领域
本发明涉及一种用于检查技术过程是否能借助于技术系统来实现的方法以及一种设备和一种计算机程序产品。
背景技术
在“工业4.0”技术发展的过程中，越来越多使用技术系统、尤其是信息物理制造系统，所述技术系统具有模块化的并且自组织地进行工作的单元、比如信息物理制造单元、如“智能机器（Smart Machines）”，这些模块化的并且自己组织起来进行工作的单元对新要求动态地做出反应，其方式是这些单元自己以新的方式嵌入到技术过程、比如制造过程中。基于预先给定的技术过程、例如对某个技术产品的制造，制造系统可以由这种单元自组织地组成，而为此并不需要中央协调。
在该技术发展的背景下，通常提出如下任务：检查是否能借助于当前配置的具有多个单元的技术系统来实现所希望的技术过程。这种技术过程尤其是对产品的制造。例如，对于借助于给定的信息物理制造系统来制造产品来说重要的是：该信息物理制造系统是否提供对于制造该产品来说所需的制造能力。还相关的是：是否能借助于信息物理系统的拓扑以正确的顺序来使用所有制造步骤。在此，还必须能满足产品的零件清单和产品的工作计划。
还必须能够满足所有相关的生产条件，尤其是交货时间和/或在不同的信息物理制造单元之间的运输时间的上限和/或相应的信息物理制造单元对所有必需的材料和工件的可接触性。
这种检查的结果或者是结论“该产品不能生产”，要不然该检查导致制造过程的详细的流程图，该流程图包含最终产品的全部零件的所有制造和运输步骤。尤其是，这种流程图不仅应该能在技术上实现，而且该流程图应该关于其它技术标准方面、尤其是关于减到最低限度的制造时间方面或者关于减到最低限度的资源使用、优选地能量使用方面被优化。
原则上，对技术过程是否能借助于信息物理系统来实现的这种检查类似于车间作业调度问题（Job-Shop-Problem）或者机器调度问题，其中在经优化的流程图中将工作步骤和工件分配到机器。已知大量解决这种机器调度问题的算法。这些算法或者特定地针对这种任务定制，或者是来自运筹学（Operations-Research）、也就是说数学规划计算或者线性规划（Linear Programming）领域的标准方法。
然而，就本申请而言的用于进行检查的方法应该使机器调度问题在两个方面扩展：一方面不仅应该确定工件到机器的经优化的分配，而且工件在技术系统的单元之间以及必要时到最终的仓储的所容许的并且经优化的运输应该一并包括在内。该方法还应该检查技术过程究竟是否能利用技术系统来实现。现有的方法并没有可靠地满足这两个要求：这样，特定地适配的方法不能一般化地被使用，更确切地说，所要解决的任务的变化和/或扩展常常造成解决策略完全发生变化。其它方法常常失败于：这些方法已经不解决如下基本的任务：确定某个技术过程究竟是否能由技术系统实现。
发明内容
因而，在该背景下，本发明的任务是说明一种经改善的用于检查技术过程是否能借助于技术系统来实现和/或如何能借助于技术系统来实现的方法。此外，本发明的任务是提供一种经改善的设备，借助于该设备能实现该方法。
本发明的该任务利用按照本发明的用于检查技术过程是否能借助于技术系统来实现和/或如何能借助于技术系统来实现的方法以及利用按照本发明的特征的设备以及利用按照本发明的计算机程序产品来解决。本发明的优选的扩展方案从所属的从属权利要求、随后的描述和附图中得到。
在按照本发明的用于检查技术过程是否能借助于技术系统来实现和/或如何借助于技术系统来实现（所述技术系统具有两个或更多个单元，所述两个或更多个单元各具有对于该技术过程来说可能相关的技术能力）的方法中，使用至少一个本体，而且借助于该至少一个本体来形成约束满足问题（Constraint-Satisfaction-Problem），该至少一个本体描述该技术系统以及该技术过程。在按照本发明的方法中，搜索约束满足问题的解，只要找到一个或多个解，就输出一个或多个、优选地全部的解和/或为了其它目的而准备好、适宜地存储一个或多个、优选地全部的解。
本发明的优点在于借助于本体的符号知识表示和符号推理与利用约束解算（Constraint Solving）的子符号推理技术的关联，用来检查技术过程是否能借助于技术系统来实现。
按照本发明，借助于在本体中的显性能力描述，对于该技术过程来说所需的能力与由该技术系统的单元来提供的能力的动态比较是可能的，而如今的技术过程、尤其是制造方法常常不具有灵活性或者只有微小的灵活性。
此外，从方法论的角度看，本体和与所述本体相关联的尤其是自动化的符号推理（Symbolic Reasoning）的可能性与子符号约束解算的可能性的组合也是新的：
约束解算的强项在于：高效地计算子符号条件、尤其是数值条件，而且提供解的集合，其中尤其应该找到在某个方面最优的或者至少尽可能优化的解。
可以使用约束解算器（Constraint Solver），从而高效地计算尤其是在制造中的工作流程的经优化的解，而且从而检查子符号条件，这些子符号条件包含可能复杂的数值计算。
而具有本体的逻辑的强项在于：可以基于语义描述来执行具有用符号表示的知识的结论。
这样，可以使用本体，以便借助于用于进行知识表示的符号技术以能高效地操作和分析的方式概念上准备好相关的知识，尤其是关于制造能力和对所要制造的产品的产品造形的要求的相关的知识。
可以使用符号推理器、比如以逻辑单元或者基于计算机的推理器为类型的符号推理器，以便借助于逻辑结论在由技术系统的单元提供的能力与对于技术过程来说所需的能力之间进行比较，其中（可能）复杂的语义结构能与本体能力描述适配。
按照本发明，专业领域的易于维护的知识库能借助于本体来与约束解算的高效的可计算性以混合的方式组合，使得一方面对技术系统的单元的能力的直观的符号描述以及条件、尤其是能在计算上包括在内的数值条件在唯一的描述系统之内是可能的而且能在唯一的描述系统之内被处理。
在本发明的情况下，在计算机辅助地与本体打交道时常见的或者已知的标准、比如SPARQL查询语言允许不仅通过符号推理器而且通过约束解算器从中央知识库中调用所表示的知识的所需的部分。
优选地，在按照本发明的方法中，该技术系统是制造系统，而系统的单元是制造单元。恰好对于制造系统来说，借助于按照本发明的方法可以特别高效地检查是否可能改变借助于已经存在的制造系统所要制造的产品或者借助于已经存在的制造系统的制造方法。此外，借助于按照本发明的方法，可以对变化的和/或新的要求特别动态地做出反应。尤其是，借助于制造系统的制造过程也可以自主地组织起来，而为此并不需要分开的人类协调或者中央协调。
替选地或附加地，该技术系统是控制装置和/或自动化系统和/或辅助系统。
在按照本发明的方法的一个优选的扩展方案中，约束满足问题经受针对该约束满足问题的解的搜索空间的过滤，优选地在确实搜索解之前经受针对该约束满足问题的解的搜索空间的过滤。以这种方式，针对解的搜索空间可以足够小而且因此保持能充分操作，使得高效的搜索是可能的，优选地用于优化性能标准、如尤其是尽可能短的制造时间以及因此交货时间、成本尽可能低廉的、资源和/或能量花费少的制造等等的高效的搜索是可能的。
适当地，在按照本发明的方法中，借助于约束推理、尤其是借助于约束推理器和/或借助于语义推理来进行过滤。
优选地，在按照本发明的方法中，借助于语义推理器来进行语义推理（Semantic-Reasoning），该语义推理器使用、至少部分地使用该本体。
适宜地，在按照本发明的方法中，该至少一个本体包括系统的两个或更多个或全部单元和/或这些单元中的至少一个或多个或全部单元的能力以及优选地这些单元的技术能力的关于这些单元中的一个或多个或全部单元存在的条件。
适当地，在按照本发明的方法中，该至少一个本体包括技术系统的拓扑。
在按照本发明的方法的一个优选的扩展方案中，该至少一个本体包括技术过程的计划信息、尤其是所要制造的产品的工作计划和/或零件清单。
有利地，在按照本发明的方法中，在一个扩展方案中，搜索约束满足问题的如下这种解，这些解优化了一个或多个性能和/或优化标准，尤其是技术过程的时长、优选地制造时间，和/或资源使用、优选地能量使用。
在按照本发明的方法中，约束满足问题优选地包括至少一个约束、也就是说条件，优选地以能力一致性条件的形式。能力一致性条件是指如下要求：由技术系统的单元提供的能力、如制造能力与对于技术过程来说所需的能力一致，使得该技术系统能够实现该技术过程。
易于理解的是：术语“能力”在本申请的范围内优选地应被理解为技术能力、尤其是制造能力。
适当地，在按照本发明的方法中，约束满足问题包括至少一个约束、即条件，以组合和/或数值一致性条件的形式。适宜地，这种组合和/或数值条件或者（同义词）一致性条件意味着：由单元所提供的能力必须关于该单元的参数方面与技术过程所需要的能力兼容。
优选地，在按照本发明的方法中，约束满足问题包括至少一个约束、即至少一个条件，以单位或者移交条件的形式。尤其是，单元 材料、比如工件必须能够被移交给适合的其它单元，从而实现流程步骤的所规定的顺序。本身彼此不兼容的物理单位也必须在对技术过程所需要的并且由技术系统的单元提供的能力的描述中被换算到共同的单位制。
按照本发明的设备构造用于如上文所描述的那样来实施、尤其是计算机辅助地实施按照本发明的方法。按照本发明的设备具有知识库，该知识库具有至少一个本体，该至少一个本体描述该技术系统以及该技术过程。按照本发明，该设备还具有约束满足问题发生器，该约束满足问题发生器构造为使用该至少一个本体的数据并且生成约束满足问题。按照本发明的设备还包括约束解算器（Constraint Solver，CON），该约束解算器构造为解决约束满足问题（Constraint-Satisfaction-Problem）。
优选地，该设备包括过滤器，用于过滤针对约束满足问题的解的搜索空间，该过滤器优选地具有约束推理器和/或语义推理器。
按照本发明的计算机程序产品构造用于如上文所描述的那样来执行按照本发明的方法。
附图说明
随后，本发明依据在附图中示出的实施例进一步予以阐述。
其中：
图1以示意图以流程图示出了按照本发明的用于检查技术过程是否能借助于具有多个单元的技术系统来实现的方法；
图2以与建模语言UML（统一建模语言（Unified Modelling Language））兼容的类关系图示出了按照图1的技术系统和以对产品的制造为形态的技术过程的本体的图示；以及
图3以类关系图示意性地示出了按照图2的技术过程的产品的零件列表以及工作计划。
具体实施方式
在随后示出的实施例中，该技术过程形成对产品的制造，而该技术系统是具有多个信息物理制造单元的信息物理制造系统，所述多个信息物理制造单元分别具有用于产品制造的制造能力。
原则上，在其它未特意示出的实施例中，该技术系统也可以是控制装置和/或自动化系统和/或辅助系统。这里所阐述的实施例的实施方案相对应地适用于这种系统。
在当前的实施例中牵涉到的是：新的技术产品是否可以利用预先给定的信息物理制造系统、也就是说借助于该预先给定的信息物理制造系统的信息物理制造单元来制造，以及必要时可以如何利用预先给定的信息物理制造系统、也就是说借助于该预先给定的信息物理制造系统的信息物理制造单元来制造。
为了回答该问题，按照本发明的方法如在图1中示出的那样被实施：
过程计划装置（未明确示出）借助于开始信号PCH开始按照本发明的用于检查技术过程是否能借助于技术系统来实现的方法。
如上文已经提及的那样，在所示出的实施例中，该技术过程是对产品的制造，其中该技术系统是信息物理制造系统。准备好关于该信息物理制造系统的知识作为数字孪生。为此，信息物理制造系统借助于本体ONT以数字方式来描述。该本体ONT准备好关于所有信息物理制造单元、所述所有信息物理制造单元的相应的制造能力以及在术语的层次结构中的产品数据的知识，所述术语的层次结构例如以分级归类的方式：这样，术语“组装”包括术语“固定”，该术语“固定”又包括术语“压紧”，该术语“压紧”又包括术语“螺丝拧紧”。此外，这种术语还分配有特性和条件。这种术语的类型以及这种术语的实体（即在其分别当前的状态下的相应的信息物理制造单元或相应的工件）与它们的相应的特性和相应的条件共同构造出信息物理制造系统的数字孪生。
在开始按照本发明的方法之后，在方法步骤RET中，借助于调用、例如借助于SPARQL查询，从不仅具有其信息物理制造单元的信息物理制造系统的本体ONT而且所要制造的产品的零件列表和工作计划BOP中请求数据组。在这一方面获得的数据组包含：信息物理制造系统的所有信息物理制造单元；所述所有信息物理制造单元的相应的制造能力以及这些制造能力为其所决定的条件；信息物理制造系统的拓扑、尤其是在彼此相邻的和/或彼此保持连接的信息物理制造单元CPPU之间的“连接”关系；以及所要制造的产品的零件列表BOM和工作计划BOP。
在步骤CRE中，根据该数据组来对约束满足问题CSP进行建模。在此，约束满足问题CSP以所要使用的约束解算器的语言来表达。为此，例如使用MiniZinc作为语言。
用于搜索约束满足问题CSP的解的搜索空间借助于方法步骤FIL而受到过滤：搜索空间具有搜索树的结构。在此，在过滤时，在搜索空间的明显不能通向解的这种支路之内进行进一步搜索之前，将该支路除去。例如，将不能实施某个制造步骤（比如因为信息物理制造单元的相应的制造能力为其所决定的条件没有以预期的方式允许当前所需的制造步骤的实施）的信息物理制造单元从针对该制造步骤的进一步搜索中除去。借此，过滤FIL减小了所要彻底搜索的搜索空间。
对于这种过滤FIL来说所需的对照包括两个标准：首先确定：分别被考虑的信息物理制造单元究竟是否提供所需的制造能力，以便实施相应的制造步骤。该标准借助于语义推理器SEM借助于语义匹配SEMM在符号层面被检查。
检查是否能满足在本体ONT中保留的全部一致性条件，作为另一标准。这种条件通常借助于数值条件、尤其是数值区间来表达，所述数值条件可以借助于约束推理器CON的约束传播（Constraint Propagation）来回答。借助于约束推理器CON来检查这些数值条件，即这些数值条件受到数值检查NUC。
在步骤SEA中，借助于约束解算器来计算一个或多个经优化的解。在此，借助于性能指标、比如制造时长或者能量使用来进行优化，尤其是从而将这种性能指标减到最低限度。
借助于步骤PROV，通过（未特意示出的）用户接口来输出检查的结果。在此，如果约束满足问题CSP不可解，则该检查一方面可能导致“不能生产产品”的结果。否则，输出N个、例如五个最好的解的列表，作为该检查的结果。在此，这些解一方面包括用于制造的完整的流程图、尤其是制造步骤和运输步骤的序列。
之前提到的本体ONT按如下地来设计：本体一般以能容易查询和处理的方式准备好关于不同的专业领域的知识：为此，本体尤其包括术语模型而且允许语义结构的逻辑公理化，所述术语模型表示专业领域内的术语以及它们彼此间的关系。对于制造产品的情况来说，所使用的本体包括信息物理制造系统的结构以及以自动化地允许制造能力的对照的方式的产品相关的信息：为此，该本体包括如下术语：
“设备”在本体中在当前情况下指的是制造单元、即提供制造能力的技术设备。
术语“材料”包括所有材料和产品组成部分、比如单个零件，所述所有材料和产品组成部分借助于该设备在成为最终产品的路上被加工和/或处理。
“工作步骤”包括一个或多个制造步骤，所述一个或多个制造步骤对于实现用于制造产品的工作计划来说是必需的。
“制造能力”包括设备的如下能力，所述能力明确地被描述而且被供应或提供用于在信息物理制造系统中的制造或者对于完成工作步骤来说是必需的。
在图2中示出的类关系图包括关于之前提到的本体术语以及这些本体术语彼此间的本体关系、也就是说关联的类别，而且这些类别以统一建模语言UML来表达。
制造能力的术语以语言UML借助于与其它术语的关系来描述：这样，制造能力通过确定的设备来辅助，例如制造能力“钻孔”通过“车床”来辅助，也就是说制造能力借助于“通过...来辅助”关系来与一个或多个设备保持关系。制造能力还借助于“对于...来说是必需的”关系来与其它术语、比如与其它制造能力保持关系：例如，制造能力“拼合”与制造能力“过盈配合”保持“对于...来说是必需的”关系，也就是说过盈配合对于拼合来说是必需的。制造能力还可以与某些材料保持“影响”关系：例如，制造能力“固定”、尤其是“过盈配合”影响工件，使得工件被拼合成能一体化地操作的组件。
在本体语言UML中，术语“设备”也可以用“机器”（英文“Machine”）来表示，术语“工作步骤”也可以用术语“过程”（英文“Process”）来表示，而术语“制造能力”也可以用术语“能力”（英文“Skill”）来表示。术语“材料”在口语上尤其包括工件和原料。
此外，术语也可具有与该术语的组成部分或者其它实体的自引用关系：
这样，如在图2中示出的那样的设备MAC可以与其它设备MAC连接，也就是说具有与其它设备MAC的“连接”关系。
工作步骤PRO可以与其它工作步骤PRO有关系，例如与其它工作步骤PRO保持依赖关系“取决于...”关系deo。例如，方法步骤可取决于对先前的方法步骤的成功的实施。
此外，以工件的形式的材料MAT可以能拆解成单个零件，这些单个零件分别同样以工件的方式构成材料MAT，也就是说材料MAT可以与其它材料MAT保持“是...的部分”关系ipo。
此外，制造能力SKI也可以借助于“影响”关系aff与材料MAT相关联，也就是说制造能力SKI影响材料MAT。此外，工作步骤PRO可以借助于“将...包括在内”关系inv与材料保持关系，也就是说工作步骤PRO将材料MAT一并包括在内。制造能力SKI还可以为比如以字符串cs的形式来描述的条件所决定。
此外，本体允许借助于分类或归类来建立分级分类（Taxonomien）。在所示出的实施例中，这种分类针对先前提及的全部术语来设置：
设备MAC的术语尤其包括制造单元CPPU的更特殊的情况，该制造单元包括运输单元作为还更特殊的子情况，该运输单元在还更特殊的情况下可以是传送带。术语“材料”尤其包括工件，该工件比如可以形成为单个零件，该单个零件在特殊情况下可以作为“螺丝”存在。
工作步骤PROC被分成更特殊的工作步骤PROC、例如制造方法，该制造方法又包括自动化的制造方法作为特殊的子情况，该自动化的制造方法在还更具体的子情况下可以是用于将两个工件拼合的拼合方法。
制造能力SKI例如形成能力的子情况，而且就其而言包括制造能力“组装”作为特殊的子情况，该制造能力“组装”在还更具体的子情况下可以是制造能力“过盈配合”。
这些术语和在这些术语之间的如在图2中示出的那样的关系与在相应的专业领域的之前提到的分类系统学共同形成在这些专业领域的知识的形式化，而且形成用于所需的制造能力SKI与信息物理制造系统的所提供的制造能力SKI的形式化的比较的基础。
此外，本体ONT通过以约束满足语言来表达的条件予以补充。这些条件分别构成关于相应的制造能力SKI的本体表示的组合和/或数值附加信息。以这种方式获得信息物理制造系统的所提供的制造能力SKI的完整的表示。
在所示出的实施例中，应该利用信息物理制造系统来制造以玩具车的形式的产品。为此，玩具车的零件列表规定单个零件“轮轴”、“车轮”和“螺丝”。对于这些单个零件中的每个单个零件来说都存在单独的工作计划，比如螺丝必须首先借助于以3D打印机（未明确示出）的形态的信息物理制造单元来打印。在此，在工作计划中包含形状和颜色。
将螺丝、车轮和轮轴组装成轮组在图3中详细说明：
轮组的工作计划BOP首先包括任务“组装”AsT，作为工作步骤PRO。任务“组装”AsT包含“对轮组的组装”作为制造步骤AWhSA。该步骤AWhSA包括（以“包括”关系coo来示出）制造步骤“安装第一车轮”MWhA1和“安装第二车轮”MWhA2，其中后者跟随第一制造步骤而且通过“跟随...”关系fob跟在第一制造步骤之后。
制造步骤AWhSA还包括制造步骤“将第一车轮布置在轮轴上”SWhA1和“将第一车轮螺丝拧紧在轮轴上”ScWhA1，这些制造步骤被制造步骤“安装第一车轮”MWhA1所包括而且借助于“包括”关系coo与该制造步骤“安装第一车轮”MWhA1相关联。此外，制造步骤ScWhA1借助于“跟随”关系fob跟随制造步骤SWhA1。
制造步骤“将第一车轮螺丝拧紧”ScWhA1包含对象“第一螺丝”，该“第一螺丝”借助于“包含”关系inv与制造步骤ScWhA1相关联。此外，制造步骤与对象“第一车轮”WhA1通过“包含”关系inv相关联。
之前提到的对象以及对象“第二螺丝”ScA2、“第二车轮”WhA2和“轮轴”AxA是单个零件“轮组”WhSA的组成部分而且与该单个零件“轮组”WhSA通过“是...的部分”关系ipo来保持关系。对象“轮组”WhSA是玩具车的零件列表BOM的材料MAT的录入项WhS的部分。
按照本发明的用于检查技术过程是否能借助于信息物理系统来实现的方法可以被表达为约束满足问题：常规地，约束满足问题CSP包括变量、这些变量的分别所属的值域以及对于这些变量来说所存在的条件。在所示出的其中该技术过程是制造方法的情况下，这些变量涉及制造步骤，其中这些变量的值域通过信息物理制造系统的具有制造和运输能力的信息物理制造单元CPPU来给出。如下那些限制被理解为条件，在实施制造步骤时，信息物理制造单元CPPU的制造能力SKI为所述限制所决定。变量分配被理解为解，其中每个制造步骤都分配有针对如下信息物理制造单元CPPU的值，借助于该信息物理制造单元CPPU能分别满足全部条件。在所示出的其中该技术过程是制造方法的情况下，解包括分别具有适合的制造能力的信息物理制造单元CPPU到每个所需要的制造步骤的分配。公知地，约束满足问题CSP的这种表达能从大量高效的并且鲁棒的求解技术中接触到。这种求解技术例如包括约束传播、完整搜索（Complete Search）或本地搜索（Local Search）。
为了表达CSP，使用随后列出的来自本体ONT的参量，作为输入参量：数据组S包括全部所需的制造步骤的矩阵以及这些制造步骤的参数表，这些制造步骤分别表示为整数。这样，除了其它参数之外，制造步骤“钻孔”还具有参数“直径”、“深度”和“力”。
此外，使用信息物理制造系统的全部信息物理制造单元CPPU的阵列以及制造方法和条件的组，作为输入参量，所述信息物理制造单元CPPU分别例如用整数来命名，所述条件被表达为使得这些条件可以由约束解算器来处理。这种条件例如可以是制造能力SKI的参数，所述参数比如作为制造能力“钻孔”的“直径 ≥ 0.005并且直径 ≤ 0.3”来存在。这意味着：信息物理制造单元CPPU可以仅仅钻孔，这些孔具有最少5mm而且最高3cm的直径。其它输入参量通过信息物理制造单元CPPU彼此间的“连接”关系ict来形成，所述信息物理制造单元CPPU确定了信息物理制造系统的拓扑。在这种拓扑中，工件仅仅可以从信息物理制造单元CPPU被移交到如下这种信息物理制造单元CPPU，所述信息物理制造单元借助于“连接关系”ict来保持彼此连接。这种“连接”关系ict可以被表达为有向关系，而且信息物理制造系统的拓扑因此可以被描述为有向图。
根据这种图，可以计算方阵M，该方阵保存在信息物理制造单元CPPU之间的最短路径，使得这些最短路径可以在约束解算期间直接被使用。在所示出的实施例中，矩阵M的每个行标和每个列标都表示一个信息物理制造单元CPPU。因此，矩阵M的录入项M(i,j)说明了信息物理制造单元i到信息物理制造单元j的最短路径的距离。在其它未特意示出的实施例中，替代在信息物理制造单元之间的最短路径，矩阵M也可以保存其它性能指标，尤其是工件从信息物理制造单元i到信息物理制造单元j的运输时间。矩阵M也可以包含用于将工件从信息物理制造单元i运输到信息物理制造单元j的所需的能量使用，作为录入项。适宜地，矩阵M的录入项-1表示如下情形：不可能将工件从信息物理制造单元i运输到信息物理制造单元j。存在大量能高效地实现的算法，这些算法可以从设备拓扑中推导出最短路径的这种矩阵M。例如，这种算法从Floyd (Floyd, Robert W. : Algorithm 97: Shortest path.Commun. ACM 5(6): 345 (1962))公知。
在所示出的实施例中，使用变量v_step[i]，该变量v_step[i]将信息物理制造单元CPPU分配给第i个制造步骤v_step[i]。为此，该变量取根据信息物理制造系统的信息物理制造单元CPPU的连续计数的信息物理制造单元CPPU的相应的编号作为值。相对应地，该分配v_step[i]=j说明了：具有编号i的制造步骤由信息物理制造单元j来实施。
在所示出的实施例中，现在具体存在如下类型的条件：
第一种类型的条件说明：只有当信息物理制造单元CPPU总的来说具有相对应的制造能力SKI时，该信息物理制造单元CPPU才可以实施某个制造步骤。以最简单的方式，这种制造能力SKI可以作为字符串cs（图2）存在，该字符串具名地命名制造步骤和信息物理制造单元CPPU的制造能力SKI，例如“组合”。适宜地，信息物理制造单元CPPU的制造能力可以以灵活的多并且语义复杂得多的方式被保存，其方式是使用对制造能力的分类（或者同义词：Taxonomie）。在这种情况下，可以使用语义推理，以便在所需的制造能力SKI与信息物理制造单元CPPU的所提供的制造能力SKI之间进行语义比较。如果信息物理制造单元u具有可被用于实施制造步骤v_step[i]的制造能力，则比较变量Semantic_Match (v_step[i], u)取值“wahr（真）”。
在所示出的实施例中，还存在数值一致性条件：
这些数值一致性条件是分别被考虑的信息物理制造单元CPPU的能力描述的部分，而且进一步限制了该信息物理制造单元CPPU的制造能力。如果某个制造步骤由信息物理制造单元u来实施，也就是说即制造步骤v_step[i]能由该信息物理制造单元u实施，则还要注意更严格的数值一致性限制，也就是说例如在制造能力“钻孔”的情况下，制造单元u比如可以仅仅钻最少5mm直径而且最高3cm直径的孔。这种数值一致性条件通常取等式或不等式的形式，该等式或不等式的形式包含数字参数，尤其是“直径 ≥ 0.005并且直径 ≤ 0.03”的类型。对工作计划的该相对应的制造步骤“钻孔”的分析将占位符“直径”替换为实际直径，如其在该制造步骤中所说明的那样。因此，数值一致性条件可通过对数值表达式的分析而容易地并且直接地被检查。
还存在如下移交条件：这样可以将玩具车的零件列表BOM作为树来描述：玩具车由单个零件组成，这些单个零件本身又具有单个零件，等等。该树的每个单个零件都需要必须连续地被实施的制造步骤的列表。即对于每套连续的制造步骤来说，都存在工作流程条件，该工作流程条件保证了制造步骤的某个序列是可能的，也就是说，将工件从第一信息物理制造单元CPPU移交到第二信息物理制造单元CPPU是可能的。如果si和sj是这种连续的制造步骤，则该工作流程条件可以借助于最短路径的矩阵M来表达为M[si, sj] > 0。类似的工作流程条件可以从组装步骤或者混合步骤中推导出：必须被组装的相应的单个零件或者必须彼此混合的材料必须能够同时到达进行组装或者混合的那个信息物理制造单元。
为了简便起见，这里不应明确考虑其它条件，比如用于制造或优化标准的时间条件（例如使得步骤si必须在制造步骤sj结束之后的三分钟之内被实施）或者体积条件。约束满足问题CSP的解构成了要利用信息物理制造系统来制造的玩具车的工作计划。如果所有信息物理制造单元都保持为数字孪生，则玩具车可以根据工作计划BOM来制造，该工作计划已借助于约束解算器来计算。
随后，所需的制造能力SKI与由信息物理制造单元CPPU所提供的制造能力SKI的比较进一步予以阐述：
对于在图1中说明的过滤步骤FIL，不仅使用符号推理步骤，而且使用对制造能力SKI的本体描述和约束解算策略，借助于所述约束解算策略，在分类中考虑语义保存的制造能力SKI。SCP的搜索空间借助于针对该问题的过滤步骤FIL被减小到约束解算器可以高效地完成该任务的程度。
替代在工作计划与信息物理制造单元的能力描述之间的字符串的简单的比较，进行对保存在分类（Taxonomien）中的制造能力SKI的语义比较。在下文，Sreq表示在工作计划中所需的制造能力SKI的术语表达式，而Ssup表示由信息物理制造单元CPPU提供的制造能力SKI的术语表达式。
制造能力SKI的这种术语表达式的示例是如下表达式，该表达式能以网络本体语言（Web Ontology Language，OWL）来表达而且描述了制造能力“固定导致具有圆头螺丝作为单个零件的工件”：
Fastening and
affectsResultingMaterial only
(Workpiece and inverse (isPartOf) some RoundheadedScrew)。
使用语义推理器，以便检查在本体ONT中的知识的背景下Sreq和Ssup是否彼此保持特定的语义关联。在网络本体语言作为本体语言的情况下，可以使用所谓的标准描述逻辑推理器（Standard Description Logic Reasoner），以便检查该语义关联。可以使用如下语义关联，所述语义关联对于确定一致性来说本身已经公知：
一方面，可以使用等价一致性：本体ONT包含等价
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，也就是说这两个表达式语义上等价。
还可以使用特殊化一致性：本体ONT包含关系
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，也就是说所需的制造能力Sreq是所提供的制造能力Ssup的特殊情况。
还可以使用一般化一致性：本体ONT包含表达式
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
也就是说所需的制造能力的表达式Sreq是所提供的制造能力的表达式Ssup的一般化。
还存在兼容一致性
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，当所需的制造能力的表达式Sreq与所提供的制造能力的表达式Ssup具有共同的重叠区时，也就是说尤其是当这两个制造能力具有包含在它们相应的表达式中的一致的特殊化时，该兼容一致性关于本体ONT被满足。
借助于根据上述一致性标准之一的一致性，可以确定约束解算器应该使用的一致性程度。
数值条件同样从本体ONT中推导出。但是，这些数值条件仅仅在它们涉及唯一的变量的范围内被使用。尤其是，数值条件是制造步骤v的变量（在本申请中在别处也被称作v_step）的真值。变量v的值域扩展到信息物理制造系统的所有信息物理制造单元CPPU上。对于在制造步骤v的情况下的分配对其来说可能的每个信息物理制造单元u，只有当信息物理制造单元u可以实施制造步骤v时，表达式c才为真：换言之：只有当信息物理制造单元u可以在条件c(v)下实施制造步骤v时，表达式c(v |u)[也就是说：u被分配给v]才为真。而结果“falsch（假）”意味着：信息物理制造单元u不是实施制造步骤v的候补者而且因此可以从制造步骤的变量v的值域中被除去。
表达式c(v)是布尔函数，该布尔函数可以包括数值表达式和运算以及布尔运算，如尤其是有关信息物理制造单元CPPU的制造能力以及玩具车的参数的“与”和/或“或”和/或“等于”和/或“非”（否定）。
例如，考虑条件“由信息物理制造单元CPPU（比如机器人）的组装能力提供的力必须比在以组装步骤的形式的制造步骤中所需的力大至少10%”：
如果forcesup表示由信息物理制造单元CPPU提供的力，而forcereq表示组装步骤所需要的力，则条件
Figure DEST_PATH_IMAGE005
形成针对由CPPU提供的组装能力与工作计划BOP的构成组装步骤的制造步骤的每种组合的是真或假的结论。
从表示制造步骤的变量v的值域中对信息物理制造单元CPPU的过滤FIL借助于for循环来进行：
procedure numeric_match (v) { //针对给定的制造步骤的数值检查：
　for (cppu in domain (v) ) //针对在v的值域内的所有CPPU
　　　for (c in constraints (cppu) )
　　　　　　　　　　　　　　//针对每个条件c
　　　　if (c(v I cppu) == false)
　　　　　　　　　　　　 //如果不满足CPPU条件
　　　　remove cppu from domain (v)
　　　　　　　　　　　　 //则将CPPU从v的值域中除去
}
在此，上面说明的伪代码在每个步骤之后都利用借助于“//”来引入的口语式评论来阐述。
为了解释，比如机器人手臂的制造能力U2(Ssup)表示为使得在本体术语“U2_Skill”背后的逻辑表达式将如下情况公理化：信息物理制造单元CPPU“U2-Roboter（机器人）”提供如下制造能力，“进行螺丝拧紧，使得所得到的作为单个零件的工件具有5毫米的平头”。口语上，这意味着：信息物理制造单元CPPU“U2-Roboter”是如下机器人，该机器人可以在弹仓（Magazin）的协助下借助于螺丝拧紧装置来组装工件，该弹仓放到长度固定的指定的螺丝类型“平头”上。
在工作计划BOP中对于制造步骤ScWhA1(Sreq)来说所需的制造能力例如在本体ONT中规定为使得所分配的逻辑表达式使如下情况公理化：该制造步骤表示“进行固定，使得所得到的作为单个零件的工件是长度最少5毫米而且最高7毫米的螺丝，该螺丝不是圆头螺丝”。通常，在工作计划BOP中，条件通常不如针对信息物理制造单元CPPU的相应的能力的条件严格。
可以使用标准编程接口或者查询语言、尤其是SPARQL，以便将本体ONT的所有必需的数据用于形成约束满足问题CSP。因为针对约束满足问题CSP的求解策略通常被优化以便以整数和计数来进行工作，所以在解决约束满足问题时的第一步骤常常在于：用整数、比如作为下标来表示系统的不同的制造单元CPPU。
每个变量v_Step[i]都表示用i来编号的制造步骤，该制造步骤分配有整数值j，该整数值说明了相应的信息物理制造单元CPPU。
首先，每个v_step[i]变量的值域都被设置得等于集合U（所有信息物理制造单元CPPU的集合U，也就是说所有信息物理制造单元CPPU都是相应的制造步骤的候选者）。
除了这些变量之外，还查询本体ONT的能力条件，所述能力条件利用该本体的制造步骤的相应的参数值来实体化。
例如，该能力是制造单元、比如机器人具有利用如下力将两个工件彼此拼合的能力，该力比对于组合来说所需的力大至少10%，这样，所属的能力条件为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
在此，比如表达式v_step[i].force表示对于制造步骤MWhA1来说所需的力。参数值从玩具车的工作计划BOP中得知。
在按照本发明的方法的过滤FIL中，v_step变量的值域尽可能地被减小：仅仅分别应该提供值域的如下那个部分，用于进一步执行该方法，该部分包含信息物理制造单元CPPU，这些信息物理制造单元CPPU实际上构造为实施相应的制造步骤。
值域的该减小、即过滤FIL借助于两个步骤进行：
首先，借助于语义推理器SEM来进行符号比较，以便找到适合的CPPU。为此，对于所有被表达为v_step的制造步骤的Sreq中的每个所需的制造能力SKI来说而且对于本体ONT的CPPU的所有被提供的制造能力SKI来说，执行语义匹配，使得匹配功能Semantic_Match(ONT, Sreq, Ssup)被调用。该值域的属于不能提供适合的制造能力SKI的CPPU的所有值都从该值域中被除去。
在上述示例中，在以机器人U2的形态的CPPU的所提供的制造能力SKI与在工作计划BOP中的所需要的能力之间存在归类一致性：语义推理器SEM得出如下结论：本体ONT包含
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，即由CPPU提供的制造能力是工作计划BOP所需要的制造能力SKI的特殊情况。视算法的严谨性而定，从中可以推断出匹配，即推断出就归类一致性而言的一致性。
在这种情况下的阳性的一致性导致螺丝的类型的兼容性（“平头”与“非圆头”匹配）、它们的一致的长度（5毫米包含在最少5毫米而且最高7毫米的区间内）以及它们在制造能力的分类中的兼容关系（“螺丝拧紧”是“固定”的特殊情况）。
利用约束推理器CON来执行数值检查，以便从针对制造步骤的变量的值域中排除违反一个或多个条件的那些剩余的CPPU。
这种数值条件的示例比如是物理条件：“某个CPPU的能力“钻孔”例如只能将具有最少5毫米而且最高3厘米的直径的孔钻到工件中”。
此外，在所示出的实施例中也可以使用如下单位条件：对信息物理制造单元CPPU的能力的描述的物理参数的单位可以不同于对工作计划BOP的所需的制造步骤的描述的物理单位。如果这种单位被用在针对条件的表达式中，则应该将有单位的参量换算成共同的单位制，比如换算成SI单位。
此外，在所示出的实施例中也可以使用空间条件：例如，可以使用四元代数，该四元代数高效地适合于在制造中相关的机器人运动学的3D表示和取向。关于固定的参考坐标系对机器人机械手的执行器的空间描述（直线平移和角度旋转）可以借助于四元数以非常合适的方式来实现。组装制造步骤的开始和结束取向同样可以借助于四元数来表达。
在符号和数值过滤FIL之后，表示制造步骤的变量v_step[i]的值域范围仅仅包含能够实施制造步骤的这种信息物理制造单元CPPU。
如果变量的定义域中的至少一个定义域为空，则约束解算问题不可解，因为在信息物理制造系统中缺乏具有所需的能力的信息物理制造单元CPPU。
如果所有变量都具有非空的定义域，则约束推理器CON的相对应的搜索例程推动对经过滤的约束解算问题的一个解或者所有解。
大多数常用的约束解算器提供这种搜索功能。结果或者是“不能制造”（例如因为在制造单元之间缺乏所需的运输连接），或者结果是信息物理制造单元CPPU到制造步骤的至少一个或多个完整的分配。

Claims (20)

1.一种用于检查技术过程是否能借助于技术系统来实现和/或如何能借助于技术系统来实现的方法，所述技术系统具有多个单元（CPPU），所述多个单元各具有对于所述技术过程来说可能相关的技术能力（SKI），其中
- 使用至少一个本体（ONT），所述至少一个本体描述所述技术系统（TES）以及所述技术过程，而且
- 借助于所述至少一个本体（ONT）来形成约束满足问题（CSP），其中所述约束满足问题（CSP）包括至少一个以能力一致性条件的形式的约束，其中所述能力一致性条件是指如下要求：由所述技术系统的单元提供的技术能力与对于所述技术过程来说所需的技术能力一致，使得所述技术系统能够实现所述技术过程，而且
- 搜索并且保存和/或输出所述约束满足问题（CSP）的解，其中借助于约束解算器来确定所述约束满足问题（CSP）的解。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述技术系统是制造系统而且系统的单元是制造单元（CPPU），和/或所述技术系统是控制装置和/或自动化系统和/或辅助系统。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述约束满足问题（CSP）经受针对所述约束满足问题（CSP）的解的搜索空间的过滤（FIL）。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述约束满足问题（CSP）在搜索解之前经受针对所述约束满足问题（CSP）的解的搜索空间的过滤（FIL）。
5.根据权利要求3所述的方法，其中借助于约束推理和/或借助于语义推理来进行所述过滤（FIL）。
6.根据权利要求5所述的方法，其中借助于约束推理器（CON）来进行所述约束推理。
7.根据权利要求5所述的方法，其中借助于本体和/或语义推理器（SEM）来进行所述语义推理，所述本体和/或语义推理器使用、至少部分地使用所述本体（ONT）。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个本体（ONT）包括所述系统的单元（CPPU）和/或所述单元（CPPU）中的至少一个或多个或全部单元的技术能力（SKI）以及所述单元（CPPU）的技术能力（SKI）的关于一个或多个或全部单元存在的条件。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个本体（ONT）包括所述技术系统的拓扑。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个本体（ONT）包括所述技术过程的计划信息。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述计划信息是所要制造的产品的工作计划（BOP）和/或零件列表（BOM）。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中搜索所述约束满足问题（CSP）的如下这种解，所述解优化了一个或多个优化标准。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述一个或多个优化标准是所述技术过程的时长和/或资源使用。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述技术过程的时长是制造时间。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述资源使用是能量使用。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述约束满足问题（CSP）包括至少一个以组合和/或数值一致性条件的形式的约束。
17.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述约束满足问题（CSP）包括至少一个以转发条件的形式的约束。
18.一种用于检查技术过程是否能借助于技术系统来实现和/或如何能借助于技术系统来实现的设备，所述设备构造用于计算机辅助地实施根据上述权利要求之一所述的方法，所述设备具有：
知识库，所述知识库具有至少一个本体（ONT），所述至少一个本体描述所述技术系统以及所述技术过程，
约束满足问题发生器，所述约束满足问题发生器构造为使用所述至少一个本体（ONT）的数据并且生成约束满足问题（CSP），
以及约束解算器，所述约束解算器构造为解决所述约束满足问题（CSP）。
19.根据权利要求18所述的设备，所述设备具有过滤器（FIL），用于过滤针对所述约束满足问题（CSP）的解的搜索空间，所述过滤器具有约束推理器（CON）和/或语义推理器（SEM）。
20.一种计算机可读存储介质，在其上存储有计算机程序，所述计算机程序被设立用于执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法。
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