CN113220520B - 监测物理子过程的行为的方法、计算机可读存储装置 - Google Patents

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Abstract

提供了监测物理子过程的行为的方法、计算机可读存储装置。本发明涉及计算机程序产品，其提供环境，在该环境中，执行控制至少一个物理过程的控制软件，其中，控制软件包括称为动作的模块，其中，控制软件是通过动作间的图形连接来定义的，其中，所述计算机程序产品提供监测功能，其中，受动作影响的至少一个物理过程的物理子过程可以被监测。本发明涉及用于选择要监测哪些物理子过程的方法，其中，用户在动作上设置调试点。

Description

监测物理子过程的行为的方法、计算机可读存储装置
技术领域
本发明涉及计算机程序产品和用于监测至少一个物理过程的行为的方法。
背景技术
物理过程有时会偏离所期望的行为。在这种情况下，可以使用测量与物理过程相关联的可观测量的传感器数据来推断物理过程的变化状态。为此可以使用离群检测方法。离群检测方法是已知的(Chandola,V.,Banerjee,A.,&Kumar,V.(2007).Outlierdetection:A survey.ACM Computing Surveys,14,15.)。通常期望对数据流进行操作，其中，数据流可以对应于测量与物理过程相关联的可观测量的传感器数据的流。还已知为此目的的离群检测方法(Pokrajac,D.,Lazarevic,A.,&Latecki,L.J.(2007,March).Incremental local outlier detection for data streams.In 2007IEEE Symposiumon Computational Intelligence and Data Mining(pp.504-515).IEEE.)。
记录可观测量的传感器通常设置在多个不同的位置。可能还需要联合监测不同的物理过程，因为只有通过一致研究不同的物理过程才能观察到行为的偏离。在这种情况下，让用户决定要使用哪些特定的传感器来监测物理过程(的部分)会提供次优的监测结果，因为物理过程的通常用户可能不具备所需的知识来从可用传感器选择。
发明内容
因此本发明的目的是为用户提供用于监测物理过程(的一部分)的改进的接口。
本发明涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品提供执行控制软件的环境，所述控制软件通过至少一个外部软件解决方案控制至少一个物理过程，其中，各个受控物理过程能够分解为至少一个物理子过程，受控物理过程的所述物理子过程能够组合为非空的物理子过程集，计算机程序产品接收以下各项作为输入：记录所述至少一个物理过程的可观测量的传感器数据，以及与要监测所述物理子过程集中的哪些物理子过程有关的监测信息，其中，所述控制软件包括称为动作的至少一个基本组成块，其中，所述动作的数量和类型以及动作间的关联决定了所述控制软件，其中，各个所述至少一个外部软件解决方案提供接口，所述动作能够通过所述接口与外部软件解决方案通信，其中，所述监测信息包括至少一个调试点，其中，各个调试点设置在与所述物理子过程集的非空子集相关联的动作上，其中，可观测量依赖于所述物理子过程集的与调试点相关联的子集，记录可观测量的所述传感器数据按照使所存储的数据能够与所述调试点(8a、8b)相联系的方式存储在存储器中，所述计算机程序产品能够访问被配置为存储数据的存储器，并且各个调试点与以下监测功能相关联，即该监测功能能够访问存储器的包括与该调试点有关的传感器数据的部分，其中，所述监测功能提供关于物理子过程集的与所述调试点相关联的子集的物理状态的指示，其中，调试点和监测功能形成对。
调试点在动作上的设置确定要监测物理子过程集的哪个子集。在通用软件领域，调试点通常也称为断点。
外部软件通常提供访问实现物理过程的硬件所需的功能。这样，其可以例如包括设备驱动。向外部，外部软件可以提供接口，可以通过该接口来控制硬件。为了例如沿着轴线移动坐标测量机(CMM)，可以在外部软件中使用接口命令，其中例如可以在该命令中规定参数(轴线、移动距离、移动速度)。外部软件可以将这样的命令转换为用于马达的实际指令，例如提供CMM的所期望移动。在根据本发明的计算机程序产品提供的环境中实现的控制软件经由外部软件与物理设备通信。动作可以在内部包括源代码，该源代码规定要被发送到提供对不同物理过程的接口的(可能不同的)外部软件解决方案的软件接口的指令序列。
在根据本发明的计算机程序产品的实施方式中，动作上的调试点允许监测所述物理子过程集的与该调试点相关联的子集的所述物理状态，其中，所监测的子过程包括属于物理上远程的物理过程的子过程，其中，所述监测提供关于所监测的子过程的联合物理状态的信息。
通过使用外部软件，单独的动作可以立即控制不同的物理过程(的部分)。将调试点设置在单个动作上可以因此允许对物理上远程的物理过程进行联合监测。依赖于动作的内部构造方式，通过在动作上设置单个调试点可以启动对任意数量的物理上远程的过程进行联合监测。
在根据本发明的计算机程序产品的另一实施方式中，与至少一个调试点相关联的监测功能被配置为对与该调试点相关联的所存储的数据提供异常检测，其中所存储的数据中的异常由所述监测功能识别，该异常涉及所述物理子过程集的与该调试点相关联的子集中的物理变化。
在根据本发明的计算机程序产品的另一实施方式中，所述监测功能实现在线无监督异常检测算法，具体为增量局部离群因子算法，其中，所述监测功能对记录可观测量的传感器数据的流进行操作，可观测量依赖于所述物理子过程集的与该监测功能相关联的调试点相关联的子集。
在根据本发明的计算机程序产品的另一实施方式中，所述监测功能实现基于规则的异常检测算法，其中，所述监测功能对记录可观测量的传感器数据的流进行操作，可观测量依赖于所述物理子过程集的与该监测功能相关联的调试点相关联的子集，其中，所述规则针对被设置了调试点的动作而进行调整。
可以将不同的规则明确地编码到监测功能中。监测功能可以例如计算其访问的传感器数据的统计信息。通过使用这样的统计信息和预编码的规则，监测功能可以检测所监测的物理子过程中的异常或变化。
在根据本发明的计算机程序产品的另一实施方式中，提供了图形用户界面，其中，动作经由图形相互关联，其中，调试点由设置在动作上的大头针表示。
计算机程序产品可以提供图形环境，其中，可以通过从可用动作列表中进行拖放操作来组装动作。通过将动作视为图形的节点并以所期望方式连接节点，控制软件可以执行不同的物理过程。
在根据本发明的计算机程序产品的另一实施方式中，在检测到与调试点相关联的异常后，在所述图形用户界面(1)中显示表示该调试点的大头针的视觉变化。
在检测到异常或一般变化时，根据本发明的计算机程序产品可以改变表示被检测到异常或变化的调试点的大头针的某些图形特征。优选地，以使得控制软件的用户容易看到的方式来实现该改变。除了大头针的图形变化外，还可以提供有关检测到的异常或一般变化的文本通知。
在根据本发明的计算机程序产品的另一实施方式中，表示所述调试点的大头针的不同图形形式与不同的监测功能相关联。
大头针的不同形状或颜色可用于区分不同的监测功能。也可以将多个不同的调试点设置在单个动作上，其中，不同的调试点可以与不同的监测功能关联。这样，可以共同地监测至少一个物理过程(的一部分)的行为的不同方面。
本发明涉及一种使用根据本发明的计算机程序产品来监测至少一个物理子过程的行为的方法，将具有配对的监测功能的调试点设置在与至少一个物理子过程相关联的动作上，并且通过对记录与该调试点相关联的所述至少一个物理子过程有关的可观测量的传感器数据的分析，利用所述监测功能提供关于所述至少一个物理子过程的行为的信息。
在根据本发明的计算机程序产品所提供的环境中组装控制软件的用户可以将调试点设置在应当被监测的动作上。依赖于设置在操作上的调试点的类型，用户可以选择监测物理过程的行为的不同方面，这些方面至少部分地受到设置了调试点的动作的影响。
附图说明
下面仅借助于示例性地借助于在附图中示意性示出的具体示例性实施方式来较详细地描述本发明的系统，还检查了本发明的其他优点。在图中，相同的元件用相同的附图标记来标记。具体地：
图1示出了本发明的示意性和说明性的图。
具体实施方式
图1示出了本发明的示意性和说明性的图。根据本发明的计算机程序产品提供了可以在其中执行控制软件2的环境1。控制软件2用于控制至少一个物理过程4a、4b，其中，该控制通过外部软件7a、7b间接进行，其中，控制软件2调用外部软件7a、7b来控制至少一个物理过程的执行。物理过程4a、4b。控制软件2本身包括称为动作3a、3b、3c的模块。在图1中，给出了具有三个动作3a、3b、3c的示例性图示。不同动作3a、3b、3c之间的图形连接确定了控制软件2。动作3a、3b、3c可以双向方式连接，或者信息可以仅在一个方向上从一个动作流向另一动作。动作可以经由由外部软件7a、7b提供的接口与外部软件7a、7b通信。动作3b、3c可以与外部软件7a通信，或者动作3a可以仅提供针对控制软件2的内部功能。
物理过程4a、4b可以包括物理子过程5a、5b。各个物理过程4a、4b可以包括不同数量的物理子过程5a、5b。物理子过程5a、5b通常相互影响，其中，通过物理子过程5a、5b之间的双向图连接在图1中描绘了影响。
单个动作3c可以至少部分地控制多个物理过程4a、4b。动作3b、3c可以控制物理子过程5a、5b的子集6a、6b、6c，其中受控子集可以包括对应于不同物理过程的物理子过程。因此，根据本发明的计算机程序产品提供的“动作”抽象允许使用单独的动作3c立即控制不同的物理过程。
传感器记录与物理子过程5a、5b有关的物理可观测量。由动作图形定义的控制软件2控制至少一个物理过程4a、4b。如果一组预定义动作对于用户可用，则哪个物理子过程5a、5b会受到哪个动作的影响的关联可以被预先存储在执行该控制软件的计算单元上。因此，以图形方式组装控制软件2的用户可以不需要了解物理子过程5a、5b与动作3a、3b、3c的关联。这些知识被编码在动作本身中。在抽象出物理子过程5a、5b与动作3a、3b、3c之间的紧密联系之后，控制软件2的用户可以决定监测受动作影响的物理过程4a、4b的(部分)行为。但是，用户不需要知道哪个物理子过程5a、5b具体受到其所选择监测的动作的影响。然后，通过分析由所监测的动作相关联的物理子过程5a、5b相关联的传感器提供的传感器数据来进行监测。
监测可以以不同的形式进行。一种方式是无监督监测，其中，可以由模型提供监测，该模型试图检测其操作的传感器数据的变化或异常值。这种无监督监测可以在线方式直接对传感器数据流进行操作，或者可以使用存储的传感器数据来检测过去可能发生的异常。在后一种情况下，对动作的监测需要在计算单元上分配存储器，其中，通常可以动态方式分配存储器，其中，所需的存储器量可以依赖于所监测动作的执行时间的长度。监测方法可以例如被实现为增量局部离群检测算法。
监测也可以作为有监督监测来提供。对于有监督监测，可能已收集了与所监测的动作相关联的物理子流程5a、5b的典型故障和正常行为的示例，并且有可能训练了有监督模型来检测所监测的物理子过程5a、5b的正常或异常行为。
通过启用可以被设置在各个动作3a、3b、3c上的调试点8a、8b，由根据本发明的计算机程序产品1提供了监测功能。调试点8a、8b可以由大头针表示，其中根据本发明的计算机程序产品1可以提供不同形状或颜色的大头针。表示调试点8a、8b的不同类型的大头针可以与不同的监测功能相关联。由用户设置于动作上的根据本发明的调试点8a、8b不停止执行由控制软件2控制的至少一个物理过程4a、4b。相反，与所设置的调试点8a、8b相关联的监测功能监测由传感器提供的传感器数据，该传感器数据记录了与设置有调试点8a、8b的动作3b、3c相关联的物理子过程5a、5b的可观测量。根据本发明的计算机程序产品可以限制用户可以设置调试点8a、8b的动作，例如通过要求可以由用户在上面设置调试点的动作影响至少一个物理过程4a、4b。
根据本发明的调试点8a、8b与监测功能之间的配对可以使用户能够监测物理过程4a、4b(的一部分)而无需知道过程的详细结构。由根据本发明的计算机程序产品提供的图形环境1可以允许控制软件2的快速和直观的开发，其中，通过由控制软件2的用户对认为重要的动作3a、3b、3c设置调试点8a、8b，可以简单地监测不同物理过程4a、4b之间的复杂交互。
不言而喻，所示的附图仅仅是可能的示例性实施方式的示意图。
尽管上面部分地参考一些优选实施方式示出了本发明，但是必须理解，可以对实施方式的不同特征进行多种修改和组合。所有这些修改都在保护范围内。

Claims (10)

1.一种计算机可读存储装置，所述计算机可读存储装置存储计算机程序，所述计算机程序提供执行控制软件(2)的环境(1)，所述控制软件(2)通过至少一个外部软件解决方案(7a、7b)控制至少一个物理过程(4a、4b)，其中，各个受控物理过程(4a、4b)能够分解为至少一个物理子过程(5a、5b)，所述受控物理过程(4a、4b)的所述物理子过程(5a、5b)能够组合为非空的物理子过程集，所述计算机程序接收以下各项作为输入：
记录所述至少一个物理过程(4a、4b)的可观测量的传感器数据，以及
与要监测所述物理子过程集中的哪些物理子过程(5a、5b)有关的监测信息，
其中，所述控制软件(2)包括称为动作(3a、3b、3c)的至少一个基本组成块，其中，所述动作(3a、3b、3c)的数量和类型以及所述动作间的关联决定了所述控制软件(2)，其中，所述至少一个外部软件解决方案(7a、7b)中的各个外部软件解决方案提供接口，所述动作能够通过所述接口与所述外部软件解决方案通信，
其特征在于，
所述监测信息包括至少一个调试点(8a、8b)，其中，各个调试点(8a、8b)设置在与所述物理子过程集的非空子集相关联的动作(3b、3c)上，其中，可观测量依赖于所述物理子过程集的与调试点(8a、8b)相关联的子集(6a、6b、6c)，记录所述可观测量的所述传感器数据按照使所存储的数据能够与所述调试点(8a、8b)相联系的方式存储在存储器中，所述计算机程序能够访问被配置为存储数据的存储器，并且各个调试点(8a、8b)与以下监测功能相关联，即该监测功能能够访问存储器的包括与该调试点有关的传感器数据的部分，其中，所述监测功能提供关于所述物理子过程集的与所述调试点相关联的子集的物理状态的指示，其中，调试点和监测功能形成一对。
2.根据权利要求1所述的计算机可读存储装置，
其特征在于，
动作(3b、3c)上的调试点(8a、8b)允许监测所述物理子过程集的与该调试点相关联的所述子集(6a、6b、6c)的所述物理状态，其中，所监测的子过程(6a、6b、6c)包括属于物理上远程的物理过程的子过程，其中，所述监测提供关于所监测的子过程的联合物理状态的信息。
3.根据权利要求1或2所述的计算机可读存储装置，
其特征在于，
与至少一个调试点(8a、8b)相关联的监测功能被配置为对与所述调试点相关联的所存储的数据提供异常检测，其中，所存储的数据中的异常是由所述监测功能识别的，所述异常涉及所述物理子过程集的与所述调试点相关联的子集(6a、6b、6c)中的物理变化。
4.根据权利要求3所述的计算机可读存储装置，
其特征在于，
所述监测功能实现在线无监督异常检测算法，其中，所述监测功能对记录可观测量的传感器数据的流进行操作，所述可观测量依赖于所述物理子过程集的与该监测功能相关联的调试点(8a、8b)相关联的所述子集(6a、6b、6c)。
5.根据权利要求4所述的计算机可读存储装置，
其特征在于
所述在线无监督异常检测算法为增量局部离群因子算法。
6.根据权利要求3所述的计算机可读存储装置，
其特征在于
所述监测功能实现基于规则的异常检测算法，其中，所述监测功能对记录可观测量的传感器数据的流进行操作，所述可观测量依赖于所述物理子过程集的与该监测功能相关联的调试点(8a、8b)相关联的所述子集(6a、6b、6c)，其中，所述规则是针对被设置了调试点的动作而进行调整的。
7.根据权利要求1所述的计算机可读存储装置，
其特征在于，
提供了图形用户界面(1)，其中，动作(3a、3b、3c)经由图形相互关联，其中，调试点(8a、8b)由设置在动作(3b、3c)上的大头针表示。
8.根据权利要求7所述的计算机可读存储装置，
其特征在于，
在检测到与调试点(8a、8b)相关联的异常后，在所述图形用户界面(1)中显示表示该调试点的大头针的视觉变化。
9.根据权利要求7或8所述的计算机可读存储装置，
其特征在于，
表示所述调试点(8a、8b)的大头针的不同图形形式与不同的监测功能相关联。
10.一种使用根据权利要求1至9中的任一项所述的计算机可读存储装置中存储的所述计算机程序来监测至少一个物理子过程的行为的方法，
其特征在于，
将具有配对的监测功能的调试点(8a、8b)设置在与至少一个物理子过程(6a、6b、6c)相关联的动作(3b、3c)上，并且通过对记录与该调试点相关联的所述至少一个物理子过程有关的可观测量的传感器数据的分析，利用所述监测功能提供关于所述至少一个物理子过程的行为的信息。
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