CN113508403B - 用于自动化系统组件与多个信息源的可互操作通信的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于多个信息系统(201至20n)之间经由与物理装置的数字表示(111)关联的数字表示服务(S1，S2，Sn)的可互操作数据交换的计算机实现方法、计算机程序产品和计算机系统(100)。该系统具有：用于所述物理装置的数字表示服务(S1至Sn)，其包括：接口(110)，其用来接收对于装置相关数据的请求；管理模块(120)，其配置成生成和更新装置的数字表示(111)，数字表示配置成存储多个数据模型(DM1)，其中每个所存储数据模型与特定信息系统(201至20n)关联；以及语义关系库(150)，其存储来自不同信息源(201至20n)的数据模型的模型元素类型之间的语义关系。数字表示服务配置成：发现与信息系统(201至20n)关联的模型提供方(231至23n)；生成由信息源所提供的模型元素与数字表示的对应模型元素之间经由语义关系的映射；以及响应于该请求，按照该映射来执行至少两个信息系统之间的数据交换。

Description

用于自动化系统组件与多个信息源的可互操作通信的系统和 方法
技术领域
本发明一般涉及电子数据处理，以及更特别涉及用于多个信息系统之间的可互操作通信的方法、计算机程序产品和系统，所述多个信息系统提供与具有到网络的连通性的装置相关的数据。
背景技术
为了由技术系统(例如比如自动化系统)所使用或者在技术系统中使用的物理装置的正确操作，与装置的生存周期（life cycle）有关的信息能够具有高相关性。例如，在装置的工程阶段期间已经创建的与装置关联的信息在操作装置时或者对于装置的维护可具有相关性。通常，与装置关联的这种信息分散于多个异构信息源，所述信息源全部存储装置的生存周期信息的部分。通常，这类信息源(例如数据库系统或知识管理系统)是相互可互操作的。
当今，技术系统中使用的许多装置具有通常称作数字孪生的数字表示。两种术语在本文中用作同义词。这样的数字表示是复制与装置关联的数据、结构和功能的虚拟实体。这样的数字表示(数字孪生)包括用于描述物理装置的生存周期的采取特定格式的数据模型。
对装置的数字孪生有用的信息通常在独立数据库/工具(信息源)中创建和保持，其按照不同的专有或标准化格式表达；由此不易与其他工具以及与装置的数字孪生本身进行交换。此外，不同信息源的单独数据之间的关系通常不是按照机器可读方式经过文件证明，从而造成遗漏分析、不必要重复以及甚至导致错误的不一致性的可能性。通常，由于在语法或语义级的互操作性的缺乏，这些信息源不能以无缝的方式相互交换信息。
这导致跨装置的生存周期的中断信息流，并且增加如下风险：当装置或者任何相关信息消费者设法访问各种信息源中的装置相关数据时，装置与这类信息源之间的数据交换因互操作性的缺乏而失败。
发明内容
存在对提供用来改进信息系统(即，信息消费者和信息源)之间的可互操作数据交换的系统和方法的需要，所述信息系统被连接到同一网络，以交换与特定物理装置关联的数据(即，与装置的生存周期相关的数据)。由此，信息消费者/源通常具有不兼容数据模型，所述不兼容数据模型阻止这类信息系统之间的通信和数据交换。本文所公开的方式使任何信息消费者能够经由所述物理装置的数字表示与任何信息源交换装置相关数据，并且避免这类信息系统之间的数据交换的失败。
这个技术问题通过按照独立权利要求的实施例的特征来解决。由此，采用语义描述来扩大装置的数字表示(即，装置的数字孪生)，该语义描述定义生存周期方面以及将被包括在数字表示中的与装置有关的相关信息。换言之，装置的数字孪生能够被看作是与信息系统关联的数据模型的聚合，所述信息系统在装置生存周期内提供装置相关数据。数字孪生进一步知道各种信息系统中使用的装置的本地标识符。例如，这类本地标识符能够在其数字孪生中指配给用于装置的主ID。还采用语义描述(包括由信息系统所提供的数据模型的种类的描述)来扩大由信息系统所提供的数据。然后通过使用数字表示服务的发现模块动态发现信息系统，以及基于语义描述，从信息源所得到的数据与由相应信息消费者所要求的数据自动匹配，从而产生数据模型元素的对应映射，其允许相应信息系统(消费者和源系统)经由所述映射进行与装置相关数据的可互操作数据交换。
用于装置的数字孪生的信息通常来自装置的各种生存周期阶段，例如比如装置的早期配置、订购阶段、不同工程阶段以及操作和维护阶段。通常存在不同信息源的对应数据对象之间的语义关系。例如，如特定技术规范中给出的在其订购阶段期间的特定马达(物理装置)的“输出功率”与其工程阶段期间所计算的“功率损耗”以及如在其实际操作期间所测量的“输出功率”和“效率”相关。在过去，依靠易出错的重复手动工作来解决用于不同用例的不同语义和语法：专业人员必须仔细阅读不同信息源中的可用数据，以便查找与手头的用例有意义相关的数据，之后接着手动提取相应单独数据值以供利用。跨装置的生存周期的中断信息流以及每个信息源/消费者中的数据的不同语法和语义是解释信息的语义以及将信息从一个生存周期阶段映射到另一个生存周期阶段的障碍。因此，可减慢装置的操作，并且可增加交换数据中的差错的数量。
能够通过使装置的数字孪生能够无需人工交互而从关联信息系统收集所要求的数据，对具有网络连通性的装置克服现有技术中应用的方式的缺点。数据的收集可取决于对应数字孪生的生存周期。例如，它可在装置进行操作时或者甚至在装置被安装到系统中之前开始。
在一个实施例中，提出一种计算机系统，其用于多个信息系统之间经由与物理装置的数字表示关联的数字表示服务的可互操作数据交换。装置具有网络连通性，以及外部信息源经由网络提供与所述装置相关的数据。如本文所使用的网络连通性意味着装置能够直接地或者经由网关来连接到网络。数据交换经由所谓的模型提供方（provider）进行。能够存在多个模型提供方，所述模型提供方能够被看作是装置与信息系统(源/消费者)之间的一种抽象层。每个模型提供方能够被连接到一个或多个信息系统。每个模型提供方具有发现监督程序（daemon），该发现监督程序允许模型提供方经由网络自行展现，其方式是它能够被其他网络组件经由发现机制来发现。此外，模型提供方具有语义模型种类描述，所述语义模型种类描述是由相应模型提供方所连接到的一个或多个信息系统所提供的模型的种类的语义描述。此外，每个模型提供方具有功能，该功能允许模型提供方从所连接信息系统中检索数据模型，并且将它提供给模型请求实体。例如，模型请求实体能够是物理装置。
该装置具有至少一个共存数字表示(数字孪生)，所述数字表示是复制物理装置的数据以及与装置生存周期关联的数据的虚拟实体。计算机系统提供一个或多个数字表示服务。一个装置可具有多个数字表示。因此，换言之，多个数字表示服务可由系统来提供，其中每个数字表示服务用于装置的对应数字表示。数字表示服务具有管理模块，该管理模块能够更新所述服务的数字表示。
例如，数字表示服务最初可以不包括数字表示，而是基于数字表示服务中存储的所述生存周期语义来生成数字表示。当对应物理装置被连接到网络时，示例语义可引起生成数字表示。然后可发现物理装置(像其他信息系统一样)，以及数字孪生(即，其数字表示)能够由管理模块来生成，从而反映由物理装置所展现的(一个或多个)数据模型。然后能够通过来自与物理装置的数据模型相关的其他信息源的数据模型来增强这个数字孪生。换言之，通过在相应信息系统的数据模型对数字孪生变成有用时则采用它们丰富数字孪生，装置的数字孪生可在装置的生存周期内进行演进，因为数字孪生的可用性被增强，以用于从其他信息源得到装置相关数据。关系能够经由各种信息系统中标识所述装置的标识符来定义。
每个数字表示服务具有接口，其用来从被连接到网络的信息消费者接收对装置生存周期的请求。例如，该请求可经由相应API(数字孪生API)从应用来接收，并且请求由外部信息源所存储的生存周期数据。
在一个实施例中，数字表示服务进一步存储和提供装置的数字表示的语义描述。语义描述至少包括对于数字表示的感兴趣的模型种类的描述。感兴趣的模型种类描述一种数据模型，该数据模型具有被定义为向装置的数字孪生提供有用数据的种类。因此，语义描述是一种组件，该组件支持数字孪生随时间的演进，因为它允许针对装置相关数据的供应（provisioning）动态扩大数字孪生的数据模型。
数字表示服务进一步存储多个数据模型，其中每个数据模型与特定信息源关联。多个所存储数据模型实际形成与所述数字表示服务关联的装置的数字孪生。换言之，装置的当前数字孪生已经包括一些数据模型，所述数据模型源于由提供用于装置的生存周期数据的信息源所使用的数据模型。要注意，多个模型能够包括数据模型的副本或者仅对所述数据模型的参考。如本文所使用的，存储模型能够表示存储模型的副本或者存储对模型的对应参考。在任何情况下，有可能经由所存储的多个数据模型来访问数据模型。此外，数字表示存储这类信息系统中使用的所述装置的标识符，根据其，数据模型已经存储在数字表示中。例如，数字孪生可使用装置的序列号作为数字表示中的主ID，并且存储装置的另外ID，所述ID在经由数字孪生提供装置相关数据的这类信息系统中用作装置标识符。
数字表示服务进一步包括语义关系库，该语义关系库存储来自不同信息源的数据模型的模型元素类型之间的语义关系。
数字表示服务的管理模块协调由服务所执行的各种任务。在一个实施例中，发现模块配置成经由数字表示的接口来发现一个或多个模型提供方。当由数字表示服务接收不能被信息源(所述信息源的数据模型已经存储在数字表示中)所应答的对于数据的请求时，发现模块是有利的。在这种情况下，发现模块可搜索附加模型提供方，其可适合获得对由相应信息源所提供的所请求数据的访问。发现机制利用各种模型提供方的发现监督程序。可发现模型提供方具有活动发现监督程序，该监督程序向物理装置的发现模块指示相应模型提供方的可用性。
在发现一个或多个模型提供方的情况下，其语义模型种类描述能够相对于由相应一个或多个信息源经由接口所提供的信息从所发现模型提供方来得到。从模型提供方得到信息可经由拉取（pull）或推送（push）机制进行。使用拉取机制，数字表示服务可对于相应信息查询模型提供方，以及模型提供方响应这类查询，以向数字表示服务提供所请求信息。推送机制可有利地用于主要包括与装置(例如装置本身或者存储与装置相关的工程数据的工程工具)相关的数据的信息源。这类信息源可能已经知道由数字表示所使用的主ID，并且能够在经由对应模型提供方的发现已经建立连接之后将装置相关数据自动推送给装置的数字孪生。
管理器模块协调这些活动。换言之，一旦由发现模块通知管理器模块关于模型提供方是可用的，管理器模块可接收由(一个或多个)所发现模型提供方所推送的信息，或者可触发经由接口被发送给所述模型提供方的一个或多个查询。查询从所发现模型提供方来检索模型种类描述。由此，特定模型种类描述提供与对应信息源的特定数据模型有关的语义元数据。当工作在拉取模式中时，管理器模块将所发现模型种类描述与数字表示本身的语义描述中存储的感兴趣的模型种类进行比较。也就是说，由数字表示服务执行关于所发现模型提供方是否能够从外部信息源提供对装置的数字孪生有用的任何数据(例如应答特定应用请求)的检查。如果特定模型种类描述对应于所存储的感兴趣的模型种类，则管理器模块推断背后的相应数据模型对于应答所述请求是有用的，并且决定从所述数据模型来检索相应数据。当工作在推送模式中时，管理器模块可仅仅从基于推送的模型提供方接收信息，并且相应地更新数字孪生。在一个实施例中，当模型提供方被发现时，它通告它所支持的模型种类，以及管理器模块保持这个信息。基于这个信息，管理器模块可以仅从提供对于数字表示的感兴趣的模型的模型提供方进行查询。
通常，经由如语义关系库中定义的语义关系来生成与至少两个不同信息系统关联的数据模型的模型元素之间的映射。在其中经由对应模型提供方动态得到附加数据模型以随时间而增强数字孪生的实施例中，可在关联于所发现模型提供方的模型种类描述的数据模型的数据元素与数字表示中存储的数据模型的对应模型元素之间生成映射。还经由如语义关系库中定义的语义关系来生成这个映射。
例如，使用语义关系(A，B，“具有实际值”)，作为模型元素类型A的实例的模型元素a被映射到从模型元素类型B所实例化的模型元素b。此外，还能够继承对应语义关系。当请求进入时，即时生成映射。在语义关系库中在模型元素类型级来定义不同信息源的数据模型之间的语义关系。在运行时(即，处理请求以提供对应响应的时间)，在模型元素的实例级生成映射。也就是说，一旦生成映射，数字表示服务知道采取第一数据格式的第一数据模型的哪一个模型元素对应于采取第二数据格式的第二数据模型的哪一个模型元素。这描述一种状况，其中装置的数字孪生将采用来自具有不同格式的两个不同信息系统的数据来增强。
一旦生成映射，管理器模块直接通过下列步骤经由对应模型提供方从相应信息源来检索所请求数据：按照映射执行对所请求数据的数据访问，并且向请求信息消费者提供所请求数据(即，执行至少两个信息源之间的数据交换)。
所公开系统架构和方法的实施例允许采用来自经由对应模型提供方可发现的任何信息系统的数据动态增强装置的数字孪生。使用来自对应库的预定义语义关系自动执行到所请求数据的映射，而无需任何人工干预。也就是说，装置的数字表示服务甚至当信息源具有不同格式时也按照可互操作方式自动建立到信息源的所请求数据的连接。
在一个先前描述的实施例中，假定在语义关系库中已经定义对于响应数据请求所需的语义关系。在一个实施例中，能够通过在语义关系库中建立新语义关系(当它们被数字孪生服务已知时)，即时地连续增强语义关系。假定发现模块发现具有与语义描述中包括的感兴趣的模型种类匹配的特定模型种类描述的特定模型提供方，但是装置的数字孪生尚未具有多个数据模型中的相应数据模型的副本或者参考，如由特定模型提供方所提供的对应数据模型被添加到多个数据模型(通过存储整个数据模型的副本或者仅对所述数据模型的参考)。
数字表示服务然后能够从所添加数据模型来得出一个或多个模型元素类型。在这个实施例中，数字表示服务的接口允许从用户或者从技术规范来接收所添加数据模型的一个或多个模型元素类型与预先存在数据模型的模型元素类型之间的语义关系，以连接来自沿装置的生存周期的不同信息源的模型元素。例如，图形用户界面可向具有领域专家知识的用户提供所得出模型元素类型，以接收新语义关系，所述新语义关系能够在所添加数据模型与多个数据模型中已经预先存在的其他数据模型之间来建立。在备选实现中，可从定义用于这类装置的语义的标准的技术规范来得出语义关系。
在一个实施例中，数字表示服务进一步配置成处理从所发现信息源所得到的模型元素，以使用反映数字表示的生存周期的状态机来管理数字表示的生存周期。例如，不同语义能够被认为构成或破坏数字表示的实例。可使用状态机来描述这些语义。可针对来自模型提供方的信息来解释状态机，并且相应地构成或破坏数字表示实例。
在一个实施例中，数字表示服务进一步配置成生成反映模型元素类型之间的语义关系的图形表示，所述图形表示用于由用户进行的将来查询。
在一个实施例中，数字表示服务进一步包括配置模块，该配置模块适合对于每个数据模型在复制模式与参考模式之间进行切换，其中在复制模式中，所访问信息源数据被复制到数字表示，以及在参考模式中，对所访问信息源数据的参考被存储在数字表示中。
在一个实施例中，配置模块进一步适合：选择用于数字表示的部署模式，其中能够从下列中的任一个中为数字表示中包含的每个数据模型选择部署模式：到云网络、边缘或者到装置本身的部署。所采用部署策略每数据模型可有所不同。
在一个实施例中，配置模块进一步适合激活用于数字表示的同步模式，其中关联于与装置的第一生存周期阶段关联的信息源的数据模型与关联于与第二生存周期阶段关联的信息源的数据模型同步，因为第一生存周期阶段的参数被加载至第二生存周期阶段的参数中。
在一个实施例中，提供一种计算机实现方法，该方法能够由计算机系统的模块执行，以执行用于信息系统之间经由装置的数字表示服务的可互操作数据交换的本文所述功能和步骤。
在一个实施例中，计算机程序产品具有指令，所述指令在被加载至所述计算机系统的存储器中并且由计算机系统的至少一个处理器所执行时执行所述计算机实现方法的方法步骤。
通过在所附权利要求书中特别所描绘的元素和组合，将会认识和获得本发明的另外方面。要理解，前面一般描述和以下详细描述两者只是示范和说明性的，而不是对所述的本发明的限制。
附图说明
图1是图示按照实施例的具有用于多个信息系统之间的可互操作数据交换的计算机系统的系统布局（landscape）的框图；
图2是按照实施例的用于多个信息系统之间的可互操作数据交换的计算机实现方法的简化流程图；
图3示出具有经由关联装置的数字表示进行通信的各种信息系统的系统布局的示例实施例；
图4示出由各种信息源所提供的各种装置生存周期数据类别的示例；
图5是按照实施例的语义关系库中存储的语义关系的示例；
图6图示按照实施例的物理装置的数字表示的多个层，并且描绘语义模型种类描述和语义关系如何被结合在数字表示中；
图7图示用于驱动装置的特定数字孪生示例；以及
图8是示出可与本文所述技术一起使用的通用计算机装置和通用移动计算机装置的示例的简图。
具体实施方式
图1是按照一个实施例的具有经由计算机系统100进行通信的多个信息系统201至20n的系统布局的框图。计算机系统100仅用作示例，而不是要将独立权利要求的范围限制到如图1的描述中所公开的任何实现细节。图2是按照实施例的多个信息系统之间的可互操作数据交换的计算机实现方法1000的简化流程图。方法1000由计算机系统100执行。因此，以下描述鉴于所执行方法1000来描述计算机系统100，并且因此同样参照图1和图2的参考数字。要注意，以下描述按照综合方式来描述计算机系统100的可能功能性，包括可用来执行计算机实现方法1000的可选方法步骤的可选特征。这类可选步骤通过图2中具有虚线框的方框图示。
计算机系统100通过网络300与其他计算机系统进行通信。由此，与多个信息系统201至20n的通信经由模型提供方231至23n的中间层进行。计算机系统100的目的是要实现多个信息系统201至20n之间经由与物理装置的数字表示111关联的数字表示服务S1、S2、Sn的可互操作数据交换。信息系统能够是与关联于物理装置的数据有关的信息源和/或信息消费者。数字表示111是复制物理装置的数据以及与装置生存周期关联的数据的虚拟实体，其中这样的装置生存周期数据可遍布于各种信息系统。通常，各种信息系统的数据模型相互有所不同，使得在没有由用户进行的易出错人工交互的情况下，与装置相关的数据的数据交换在这类信息系统之间不是可能的。计算机系统100采用下列特征来克服这个技术问题。
计算机系统100运行用于所述物理装置的一个或多个数字表示服务S1至Sn。在初始阶段中，当物理装置可能甚至不存在但是用于装置的工程数据可能已经可用时，数字表示服务(例如S1)可以仅包括用来一旦接收关于装置这时是可用的指示时则生成装置的数字孪生111的逻辑。一旦物理装置最终表现为现实世界对象，数字表示服务S1提供所有功能，以保持和扩展装置的数字表示111。对于一个装置，多个数字表示可以是有用的，其中每个数字表示由其相应数字表示服务S1、S2、Sn来提供和保持。特定数字表示服务S1包括接口110，其用来接收对装置相关数据的请求。可从起信息消费者的作用的信息系统201至20n的任一个来接收1100这样的请求。例如，维护系统应用可请求装置的工程数据，所述工程数据对于将由请求维护应用进行的维护判定是有用的。
所接收请求然后由服务S1的管理模块120来处理。管理模块120包括逻辑，所述逻辑配置成生成和更新装置的数字表示111。数字表示一旦被创建则存储多个数据模型DM1，其中每个所存储数据模型与特定信息系统201至20n关联。要注意，装置本身在这个上下文中也被认为是信息系统。当装置最初被数字表示服务S1发现时(在本描述中再往下说明发现机制)，装置将其数据模型提供给服务S1，以采用所提供数据模型来生成装置的数字孪生111。用来创建数字孪生的一种可能情形在于，当装置开始操作时，它触发数字孪生的创建，并且向数字孪生提供用于装置的主ID。这个主ID然后由数字孪生通过存储指配数据结构来用于不同信息系统的关联装置特定数据，该指配数据结构向所述主ID指配由其他信息系统所使用的装置的本地标识符。
数字表示服务S1进一步具有发现模块130，该发现模块130配置成发现一个或多个模型提供方231至23n。由此，每个模型提供方与一个或多个信息系统201至20n关联。信息系统能够经由接口221、222、22n与其关联模型提供方进行通信。在示例中，模型提供方231与信息系统201和202关联。模型提供方232和23n分别与信息系统202和20n关联。每个模型提供方还具有所谓的模型种类描述231-1至231-n，该模型种类描述提供由基础信息系统所提供的信息的语义描述。在示例中，模型提供方231的模型种类描述231-1具有与数据模型DM21、DM22的种类有关的语义描述，所述数据模型DM21、DM22由信息源201和202提供。模型提供方232的模型种类描述232-1具有与数据模型DM22的种类有关的语义描述，所述数据模型DM22由信息源202提供，依此类推。
发现组件能够在被连接到网络300的模型提供方指示它们在网络中的存在时发现(1200)这类模型提供方。例如，为了支持可扩充数量的信息系统，有可能使数字表示服务S1根据其语义而不是根据名称或地址来查找信息系统。为此，可使用分布式网络互连自动化系统中的信息和发现机制的机器可读语义。在装置本身首次连接到网络的特例中，装置本身可充当经由网络300指示装置的存在的模型提供方。当然，装置也可以仅充当信息源，并且将独立模型提供方用于发信号通知关于它在网络中的存在。发现模块130则能够发现装置(或者其独立模型提供方)，并且检索装置的(一个或多个)数据模型以及将被用作用于装置的数字孪生的主ID的其序列号。管理模块120然后能够生成数字表示111，并且采用所得到的(一个或多个)数据模型和装置的主ID来填充它。主ID可被部署到所有其他所发现模型提供方，以使对应信息系统能够将用于所述装置的本地标识符与主ID相关。例如，信息源的基于安装的数据库可存储记录，包括安装ID、安装地址、安装数据和装置的序列号(即，主ID)。
管理模块从所发现的一个或多个模型提供方231至23n来得到(1300)关于由与相应模型提供方关联的相应一个或多个信息系统201至20n所提供的信息的对应语义模型种类描述231-1至23n-1。通常，特定模型种类描述231-1提供与一个或多个对应信息系统201、202的一个或多个数据模型DM21、DM22有关的语义元数据。简要地来看图6，作为示例，在第2层中示出模型种类描述。模型种类描述包括模型类型以及模型类型内的模型元素类型，其采用提供相应元素的语义描述SD的属性以及采用提供相应元素的标识符ID的属性来扩大。“IS”在图6中用作用于“信息系统”的缩写词。语义描述SD能够基于一些全局语义词典(例如eCl@ss)或者由一组公司内部定义的本地语义词典来定义。例如，可从http://www.eclassdownload.com/catalog/product_info.php/cPath/1/products_id/5028/language/de来得到eCl@ss 10.0.1。示例模型种类描述是“订购模型1类型”，它定义包含装置的订购信息的模型，并且包括订购模型1元素类型的列表。第2层中的其他示例是一目了然的。从如第2层的模型类型库中定义的类型来实例化第1层的模型库中的模型。下面更详细描述图6。
数字表示服务S1进一步包括语义关系库150，该语义关系库150存储来自不同信息源201至20n的数据模型的模型元素类型之间的语义关系。在其中计算机系统已经运行某个时段(在该时段期间，要求来自不同信息系统的数据的多个请求被数字表示服务接收和处理)的状况中，数字表示111已经包括来自不同信息系统的多个数据模型。对于这类数据模型，语义关系库150已经存储语义关系，所述语义关系能够用于跨信息系统的数据模型的元素之间的映射。管理模块配置成经由如语义关系库中定义的语义关系来生成(1500)不同数据模型的模型元素之间的这种映射。
响应于该请求，管理模块最终按照该映射来执行(1600)至少两个信息系统之间的数据交换。也就是说，物理装置的数字孪生111连同语义关系库150中定义的语义关系一起充当针对相应信息消费者和信息源的数据模型的不同格式的变换器。数字孪生111存储相应数据模型的副本，以及语义关系定义能够如何映射这类模型。然后当接收请求时执行模型元素实例级的映射本身，并且管理模块知道从哪一个信息源为哪一个信息消费者请求哪一个数据。
计算机系统100的另外的特征在于，数字表示111和对应语义关系能够随时间而动态演进。在这个实施例中，数字表示服务S1进一步包括数字表示111的语义描述140，其包括用于数字表示111的感兴趣的模型种类。换言之，语义描述知道哪些种类的数据模型可对进一步增强装置的数字孪生是感兴趣的。管理模块120可从所发现的一个或多个模型提供方231至23n来得到(1300)关于由相应一个或多个信息系统201至20n所提供的信息的语义模型种类描述231-1至23n-1。如所述，特定模型种类描述231-1提供与一个或多个对应信息系统201、202的一个或多个数据模型DM21、DM22有关的语义元数据。换言之，管理模块将所发现模型提供方232的特定模型种类描述232-1与语义描述140中包括的感兴趣模型种类进行比较(1400)。如果不存在匹配(“否”)，则对于当前请求，不能执行响应于请求的数据交换。在这种情况下，计算机系统100等待新请求。如果存在匹配(“是”)，并且如果与特定模型种类描述232-1对应的数据模型DM22尚未被包括在多个数据模型DM1中，则管理模块将如由特定模型提供方232所提供的对应数据模型DM22添加(1420)到数字孪生111中的多个数据模型DM1。在这个时间点，用于执行所请求数据交换的必要数据模型是已知的。然后从所添加数据模型来得出一个或多个模型元素类型。这时建立语义关系，以用于执行数据交换。为了建立语义关系，计算机系统从用户或者从技术规范来接收(1460)所添加数据模型的一个或多个模型元素类型与预先存在数据模型的模型元素类型之间的语义关系，以连接来自不同信息源的模型元素。通常，各种信息系统提供与装置生存周期的不同阶段相关的数据。也就是说，换言之，所接收语义关系连接沿装置的生存周期的模型元素。在一个实现中，可经由对应人机接口从领域专业人员来接收语义关系，该人机接口向专业用户提供映射工具，以定义所得出模型元素类型之间的语义关系。在另一个实现中，映射模块可访问定义用于所得出模型元素类型的语义的技术规范，并且可从这种规范自动得出对应语义关系。
通过即时(即，在计算机系统的操作期间)扩展数字孪生的数据模型和语义关系以促进信息系统之间的可互操作数据交换，装置的数字孪生在计算机系统的操作期间连续演进，并且增强其映射能力，以改进为不断增长数量的新请求建立可互操作数据交换的能力。
图3图示具有经由数字表示(孪生)服务DTS交换数据的多个信息系统C1、C2、DB、A1的示例系统布局300。数字孪生服务DTS保持装置的数字孪生。要注意，在用于特定装置的多个DTS服务中能够存在多个数字孪生，每一个包括特定种类的数据模型并且具有自己的生存周期语义。在示例中，外部云计算机C1和内部云计算机C2经由对应的应用编程接口API来连接到网络。此外，现有数据库DB经由对应WEB API来连接到网络。此外，现有应用A1经由对应App API来连接到网络。在示例中，A1可充当请求装置相关数据的信息消费者，所述装置相关数据能够由作为信息源的DB提供。在示例中，每个信息源具有其专用模型提供方MP1至MP4，所述模型提供方MP1至MP4能够经由其API与信息系统进行通信。此外，每个模型提供方能够经由数字孪生服务的接口DT API通过网络与数字孪生服务进行通信。
模型提供方MP1至MP4能够从信息系统来检索信息，并且将它馈入DTS中。例如，关联信息源的数据模型能够由对应模型收集器MC1至MC4来检索。这类数据模型然后被提供给DTS的数字孪生，其中它们作为所收集模型CM1来存储。为了能够与DTS进行通信，各种模型提供方最初由DTS通过使用发现组件DC来发现。每个模型提供方运行发现监督程序DD1至DD2，该发现监督程序DD1至DD2向网络展现能够被DTS的发现组件所发现的信息。发现组件可使用标准发现机制(例如基于名称或地址的发现)来查找信息源，或者它可通过由发现监督程序作为信息的机器可读语义所公开的语义来发现信息源。适合发现分布式网络互连自动化系统中的组件的任何发现机制可由本领域的技术人员用于实现发现组件DC。例如，DC可经由关联模型提供方的对应发现监督程序来发现作为OPC UA服务器的信息源。
每个模型提供方具有模型种类描述MK1至MK4。特定模型提供方的模型种类描述提供基础信息的语义描述。换言之，MK1提供由C1所提供的数据模型的语义描述。一旦已经发现模型提供方，这类模型种类描述就能够由DTS来读取。由此，每个信息源可使用由DTS的数字孪生所表示的装置的专有本地标识符。装置的本地标识符是具有相应信息系统的所述装置的唯一标识符。为了使用用于装置的特定本地标识符关联特定信息源的数据记录，本地标识符可被映射到装置的全局唯一主ID。这种映射可作为数字孪生描述DTD的组成部分来存储在DTS中，和/或它能够由信息源或者其关联模型提供方来存储。通常，数字孪生描述DTD存储数字孪生的语义，其包括用于那个特定数字孪生的感兴趣的模型种类、数字孪生的生存周期语义等。
DTS具有数字孪生管理器组件DTM，其负责处理由所发现模型提供方所提供的数据模型元素，并且管理数字孪生的生存周期。在一个实施例中，DTS具有生存周期管理组件LMC，其可通过使用形式(例如比如状态机)来描述装置的生存周期语义。由这种状态机所实现的示例逻辑是：在与装置的数字孪生相关的第一数据模型可用时，构成数字孪生，并且将数据模型添加到所收集模型CM1。生存周期管理组件实现这类逻辑。也就是说，当新装置被DTS(该DTS在那个时刻没有数字孪生)发现时，LMC状态机触发DTS中的对应数字孪生的创建，并且添加由物理装置在那个时间所提供的（一个或多个)数据模型。然后通过添加来自提供所述装置的生存周期数据的其他信息源的其他数据模型，随时间而动态增强新创建的数字孪生。
例如，当DTS从A1接收与不能基于已经收集的数据模型CM1所服务的装置关联的数据的请求时，DC起动发现过程，以发现被连接到能够提供所请求数据的信息源DB的模型提供方MP3。为此，DTS从所发现模型提供方MP3来得到语义模型种类描述MK3。MK3提供与DB的数据模型有关的语义元数据。所得模型种类描述MK3由DTM与DTS的DTD中存储的感兴趣的模型种类进行比较。如果存在匹配，则DTM经由如SRD中定义的语义关系来生成关联MK3的数据模型的模型元素与所收集数据CM1的对应模型元素之间的映射。
由此，源自具有不同格式的不同信息系统的数据模型之间的关系被保持在DTS的语义关系描述SRD中。SRD由数字孪生管理器DTM来解释，以建立各种所收集数据模型CM1之中的参考。当数据模型添加到数字孪生或从其去除时，自动更新这些参考。例如，如果所发现模型提供方MK3的模型种类描述MK3与语义描述DTD中包括的感兴趣的模型种类匹配，并且DB的对应数据模型因此被添加到所收集数据模型DM1，则从所添加数据模型来得出一个或多个模型元素类型。然后在SRD中建立所添加数据模型的一个或多个模型元素类型与预先存在的数据模型的模型元素类型之间的语义关系(例如通过从用户接收对应输入或者通过从适当技术规范的语义词典提取关系)。SRD中定义的语义关系在运行时用来连接来自沿装置的生存周期的不同信息源的模型元素。
数字孪生管理器DTM可由数字孪生管理器配置组件DTMC来配置。可应用各种配置。例如，管理员可将数字孪生配置成从特定源拉取信息，或者仅保持对原始数据的参考，而不是在数字孪生内部复制它们。特定配置的另一个示例关于数字孪生的部署，所述数字孪生能够完全或部分在云、边缘或装置上或者这些的任何组合上。换言之，DTMC可适合选择用于数字孪生的部署模式。能够为所收集数据模型中的每个数据模型选择部署模式，以供部署到云网络、边缘或装置本身。术语边缘在本文中用于边缘计算的含意，所述边缘计算将应用、数据和计算能力(服务)从集中点推送到更靠近用户的位置。例如，如果数字孪生包含保持装置的操作参数的数据模型、用于工程信息的数据模型以及用于维护信息的数据模型，则第一数据模型能够被存储在装置本身内，以及仅对其的参考被保持在数字孪生内部；其他数据模型和数据孪生能够被存储在例如云中。
另一个配置关于多个模型的同步，例如在装置的工程和操作模型可用时，工程参数可被下载至操作参数中，以促进插接（plug），并且产生用例，其中来自装置的不同生存周期的装置相关数据能够在它们一旦被插入DTS中时则在工程与操作模型之间即刻交换。也就是说，一旦其模型成为所收集模型的组成部分并且对应语义关系被建立，则它们立即可用于“生产”(即，用来实现相应信息系统之间的可互操作数据交换)。通常，配置模块DTMC进一步适合激活用于数字孪生的同步模式，以将关联于与装置的第一生存周期阶段关联的信息源的数据模型与关联于与第二生存周期阶段关联的信息源的数据模型同步，因为第一生存周期阶段的参数被加载至第二生存周期阶段的参数中。例如当装置本身出现缺陷并且停止操作时，信息源及其对应模型提供方可在任何时间从系统排除/消失。在每个模型提供方消失时可支持不同策略：保持最新信息、显示到原始信息源的缺失链接等。策略能够通过所参考语义来定义，并且通过插接和收集过程来执行。
图4图示能够如何采用各种信息系统所提供的生存周期数据来扩大为特定装置实例最初生成的数字孪生DT的示例400。为了简洁性，图4中未示出数字孪生服务DTS1的功能模块和接口以及相应模型提供方。假定当对应OPC UA使能装置D1被DTS1所发现时，由DTS1的状态机来生成数字孪生。装置D1能够将其操作数据(例如传感器数据、与D1的内部状态有关的数据等)连续推送给覆盖装置D1的操作生存周期方面的数字孪生。对应所收集数据模型DTO形成数字孪生DT的组成部分。可从其他信息系统来收集数字孪生DT的另外的数据模型。例如，外部云EC1中托管的生产系统可提供与装置的生产相关的数据模型DTP。数据库DB1可提供与所述装置的安装相关的数据模型DTI。工程工具ET1可相对于装置的工程阶段向DT提供数据模型DTE。并且维护应用MA1可相对于装置D1的维护阶段提供数据模型DTM。通常，所有信息系统使用自己的具有装置D1的本地标识符的专有数据模型，所述标识符被映射到数字孪生的主ID(例如DT的序列号)。当由DTS1接收所连接信息系统的任一个的数据的请求时，DTS1的语义关系库中包括DTE、DTI、DTO、DTP和DTM的各种数据模型DT的模型元素类型之间的语义关系允许生成模型元素的实例之间的映射。例如，维护应用MA1可请求来自D1的操作数据以及来自工程阶段的数据。为此，在相应数据模型DTM、DTO和DTE之间生成映射。基于这个映射，MA1这时能够检索D1的操作数据，所述操作数据可在装置D1将其数据推送给数字孪生的情况下已经由DT所存储，或者数据可从装置D1来检索，因为DTS1知道如何经由所生成映射来访问所请求数据。类似地，工程工具ET1的所请求数据能够由DTS1经由对应映射来访问。最后，使用DTE、DTO和DTM之间的映射将所检索数据提供给请求信息系统MA1。这允许采取MA1的专有数据模型的格式将数据提供给MA1，使得MA1能够立即利用所提供数据而无需进一步变换。如先前所述，对于同一物理装置可存在覆盖装置的不同方面的更多数字孪生，其中每个数字孪生由相应数字孪生服务所提供。
图5采取图形表示500示出按照实施例的语义关系库中存储的语义关系的示例。在该示例中，语义关系经由图形表示500来可视化，所述图形表示500能够被生成，反映模型元素类型之间的语义关系。连接数据模型元素的这种图形表示能够有利地用于后续查询，例如以检索与装置生存周期有关的信息(例如订购、工程、操作)。
用于描述来自不同信息源的数据模型中的模型元素类型之间的关系的语义关系(语义链接)被收集并且被存储在数字孪生服务的语义关系库中。首先，数据模型元素类型能够从信息源数据模型来得出，并且可被存储在语义关系库内的通用或专有语义中。假定每个模型元素具有与它关联的稳定的唯一标识符，所述标识符能够用于语义链接中的参考目的。使用来自用户输入或者来自技术文档(例如订单规范、信息系统代码知识库、技术报告、用户指南、技术语义词典等)的领域专家知识来形成语义链接。语义链接使用适当形式(例如通用本体和数学公式)来描述不同模型元素类型之间的一对一、一对多和多对多关系。
图5中的示例图示通过虚线箭头所指示的语义链接，所述虚线箭头使用通用术语和公式来连接来自沿生存周期的不同信息源数据模型元素类型(根据其标识符参考)。语义链接能够作为有向图来存储，其中每个边(通过虚线箭头图示)定义形式E=(N1,N2,R)的链接，其中N1表示箭头的尾端的节点，N2表示箭头的头部的节点，以及R是从N1到N2的语义链接。
这里是图5中所示的语义关系的不同类型的描述：
明确本体关系：(Ordering.OutputPower, Oper.OutputPower, “具有实际值”)定义语义链接，其表达“订购”阶段期间所指定的“输出功率”具有如在“操作”阶段期间所测量的通过“输出功率”所给出的“实际值”。
描述本体关系：(Engineering.PowerLosses, Engineering.TypeSelection, “引起”)表示“Engineering.PowerLosses”值引起或影响“Engineering.TypeSelection”的值。
数学关系：(Ordering.OutputPower,Engineering.PowerLosses,“Engineering.PowerLosses.= Engineering.InputPower.−Ordering.OutputPower”)表达“Ordering.OutputPower”与“Engineering.PowerLosses”的值之间的基于公式的语义连接。
语义链接还用于发现。例如，给定元素Engineering.TypeSelection，语义关系库中存储的语义关系能够被导航，以发现语义链接的“Engineering.PowerLosses”和“Operations.Efficiency”元素。
图6图示按照实施例的物理装置的数字表示(数字孪生)的多个层。数字孪生的模型元素表示600可被实现为数字孪生模型元素、模型元素类型和关系类型的分层描述。它能够使用IEC 62714AutomationML标准采用其实例层次结构、系统单元类库、作用库和接口类库来系统组织。IEC 62714-1:2014(在http://www.iec-normen.de/220904/iec-62714-1-2014-06-ed-1-0-zweisprachig.html可得到)是集中于自动化工程领域的数据交换的解决方案。IEC 62714系列(自动化标记语言、AutomationML)中定义的数据交换格式是基于XML方案的数据格式，并且已经开发，以便支持异构工程工具布局中的数据交换。AutomationML的目标是互连不同学科的工程工具，例如机械设备工程、电气设计、过程工程、过程控制工程、HMI开发、PLC编程、机器人编程等。
第一层“第1层”包括“模型库”。这个层包含具有模型元素(例如订购模型元素、工程模型元素、操作模型元素等)、属性以及与装置相关的值的各种模型，例如比如特定驱动器的工程模型的模型元素“驱动效率”连同其值：“95%”。使用AutomationML，模型元素能够表示为实例层次结构内的内部元素。具有“值”、“单元”、“数据类型”的伴随字段的内部元素属性能够用来存储模型元素属性及其值。具有模型元素的模型能够源自用作对应模型/模型元素名称中的原始指示符的不同信息系统IS1、IS2。第1层的模型/模型元素是第2层中的对应类型的实例。例如，“工程模型IS1”是模型类型“工程模型1类型”的实例、“工程模型IS2”是模型类型“工程模型2类型”的实例，依此类推。
第二层“第2层”包括“模型类型库”。能够在第二层中存储模型元素的类型(例如订购模型元素类型、工程模型元素类型、操作模型元素类型等)连同诸如语义描述SD及关联属性(例如标识符ID)之类的任何元素类型级信息。元素类型之间的任何语义关系也能够在这一级示出。在AutomationML中，元素类型能够被分类为对可再用组件所设计的系统单元类。语义描述能够被存储在类描述字段中，或者从用于定义抽象对象语义的作用类所例示。最后，能够使用接口类来例示元素类型关系。
第三层“第3层”包括“语义关系类型库”。描述“第2层”中的元素类型之间的关系的任何语义关系能够被抽象并且存储在语义关系类型库中以供再使用。“语义关系类型”被例示为模型元素类型。在AutomationML内，这些语义关系能够作为接口类库内的接口类来存储。
图7图示用于驱动装置701的数字孪生DT2的示例情形700。为了简洁起见，仅示出驱动器的数字孪生DT2的内容，即，所收集数据模型和标识符。在图7中省略数字孪生服务DTS2的功能(例如用来收集模型、构成数字孪生、建立语义关系等的逻辑)。DTS2甚至在构成数字孪生(例如DT2)之前运行，因为DTS2负责构成。换言之，DTS2能够在相应地执行其状态机时实例化数字孪生DT2。
在示例中，每个信息系统具有自己的识别机制。该示例中的装置是具有序列号710的驱动器701。基于安装的数据库702具有安装ID 720，并且知道序列号710与ID 720关联。工程系统703将工程ID 730用于表示驱动器701。ID 720与序列号710不同，因为在工程阶段，物理装置可能尚未被制造。驱动器701提供(一个或多个)数据模型DM71，数据库702提供(一个或多个)数据模型DM72，以及工程系统703提供(一个或多个)数据模型DM73(例如经由对应模型提供方—未示出)。
为了能够将这些模型聚合至数字孪生DT2中，驱动器的序列号710用作“主ID”，所有其他本地ID 720、730被映射/混叠到所述主ID。ID映射由数字孪生服务DTS2来定义并且存储在数字孪生DT2中。主ID 710与本地ID 720、730之间的映射能够按照两种方式来实现。
在一个实施例中，如果相应信息系统702包括作为驱动器特定信息记录的组成部分的序列号710(主ID)，则能够自动生成映射。例如，用于信息源的插件能够确保每次在信息系统702中构成信息记录时，也创建将本地ID 720映射到序列号710的对应映射信息。要注意，信息源通常仅知道其本地ID以及在可用时还知道到主ID的映射。例如，如果基于安装的数据库702具有像(安装ID，安装地址，安装日期，序列号)的数据记录，则插件能够从这个记录中提取序列号710，并且将它用来与数字孪生DT2进行通信。换言之，采用安装ID来创建数据库702的数据记录，并且序列号710基于关于它是用于相应本地ID 720的主ID的知识来添加到每个记录。序列号的出现则能够用作到达数字孪生DT2的参考。在这种建立中，信息系统甚至能够在检测数据记录中的数字孪生参考710的出现时将数据推送到数字孪生。
在一个实施例中，如果信息源703没有作为信息记录的组成部分的主ID 710，则能够手动生成映射。在这种情况下，数字孪生从经由语义关系提供手动输入的用户来接收ID映射710-730。在数字孪生DT2内，信息源702、703的本地ID 720、730能够被聚合和混叠，并且能够用来与信息源进行通信。换言之，相应信息源处的装置特定数据经由所述本地ID来识别，所述本地ID经由主ID 710在所述层次结构中与装置关联。
假定开始时在DTS2中不存在数字孪生。然后驱动器701被插入具有序列号710的网络中。装置710作为一个信息源/模型提供方被DTS2所发现，以及采用主ID 710来创建对应数字孪生DT2。通常，主ID能够是任何标识符，并且也能够由DTS2来设置。例如，任何其他可用ID可成为主ID(例如来自工程阶段的ID或者甚至由DTS2的计数器所生成的编号)。通常，发现是关于查找网络上的模型提供方，以及一旦找到，DTS2能够从所发现信息系统拉取信息，或者所发现信息系统能够将数据推送给数字孪生DT2。装置(例如驱动器701)能够被看作是告知提供哪些模型的本机模型提供方，或者它们可使用将装置看作是像任何其他信息系统一样的信息系统的模型提供方。
驱动器701将其序列号传递给数字孪生服务DTS2。DTS2识别不存在可用于驱动器701的数字孪生，并且构成数字孪生DT2。序列号710作为主ID来存储在数字孪生DT2中。以这种方式，在装置701与其数字孪生DT2之间建立连接。此外，驱动器的(一个或多个)数据模型DM71或者至少对这种(这类)数据模型的参考被导入数字孪生DT2中。装置701能够将其所有操作参数直接推送至对应数字孪生DT2中，因为(一个或多个)所导入数据模型DM71与驱动器的(一个或多个)原始数据模型是相同的。将推送机制用于驱动器701确保DT2保持为与真实装置701同步。备选地，操作数据可以以某个取样频率从装置来拉取，但是这会引起附加网络业务。
数字孪生服务DTS2这时可发现基于安装的数据库702的模型提供方，作为具有对采用驱动器的安装信息来扩展DT2是有用的模型种类的模型提供方。(一个或多个)对应数据模型DM72(或参考)被添加到DT2。在建立对应语义关系之后，DTS2可使用序列号710来查询数据库702。基于安装的数据记录已经包含序列号710与安装ID 720之间的映射。因此，装置相关的基于安装的数据记录能够被检索并且被提供给DT2。在信息源处不知道主ID的情况下，可通过使用基于信息源中存在的信息描述装置的查询来识别装置相关数据。例如：获得位于大楼X中并且在某个日期安装的装置。基于安装的模型提供方基于如从标识符映射已知的安装ID来查询相关信息，并且将它返回给数字孪生DT2。
工程工具703可在存储介质上存储工程信息。关联模型提供方监测文件夹上存储的文件，并且读取其内容。一旦工程工具703经由其关联模型提供方被发现，DTS2能够将(一个或多个)所提供数据模型DM73或者相应参考导入DT2中。为映射生成来建立DM73与DM71、DM72之间的语义关系，以实现信息系统701、702、703之间的数据交换。例如，该示例中的语义关系在驱动器的工程参数与操作参数之间能够是有意义的。在工程工具知道驱动器的序列号710(主ID)的情况下，包括工程信息和设计编号730的内容能够被推送给数字孪生服务DTS2。工程模型提供方可以仅推送工程信息的子集。另一个备选方案在图7中示出，其中工程工具703不知道主ID，而是仅存储关于本地装置ID(设计编号730)的数据记录。在这种情形中，数字孪生服务DTS2查询特定信息的工程模型提供方，并且将标识符层次结构关系710-730用于从信息源703来检索驱动器相关数据。
图8是示出可与这里所述技术一起使用的通用计算机装置900和通用移动计算机装置950的示例的简图。计算装置900预计表示各种形式的数字计算机，例如膝上型、台式、工作站、个人数字助理、服务器、刀片服务器、大型机和其他适当的计算机。通用计算机装置900可用来实现图1的计算机系统100。计算装置950预计表示各种形式的移动装置，例如个人数字助理、蜂窝电话、智能电话和其他类似计算装置。例如，计算装置950可由人类领域专业人员用于与计算机系统900进行交互，以定义语义关系库中的语义关系。这里所示的组件、其连接和关系以及其功能意在只是示范性的，而不是意在限制本文档中所述和/或要求保护的本发明的实现。
计算装置900包括处理器902、存储器904、存储装置906、连接到存储器904和高速扩展端口910的高速接口908以及连接到低速总线914和存储装置906的低速接口912。组件902、904、906、908、910和912的每个使用各种总线来互连，并且可安装在公共主板上或者按照其他适当方式来安装。处理器902能够处理供计算装置900内执行的指令，包括存储器904中或者存储装置906上存储的指令，其用来在外部输入/输出装置（例如耦合到高速接口908的显示器916）上显示GUI的图形信息。在其他实现中，可适当地使用多个处理器和/或多个总线连同多个处理单元和多种类型的存储器。而且，可连接多个计算装置900，其中每个装置提供必要操作的部分(例如，作为服务器组、一组刀片服务器或者处理装置)。
存储器904在计算装置900内存储信息。在一个实现中，存储器904是一个或多个易失性存储器单元。在另一个实现中，存储器904是一个或多个非易失性存储器单元。存储器904也可以是另一种形式的计算机可读介质，例如磁或光盘。
存储装置906能够为计算装置900提供大容量存储装置。在一个实现中，存储装置906可以是或者包含计算机可读介质，例如软盘装置、硬盘装置、光盘装置或磁带装置、闪速存储器或其他类似固态存储器装置或者装置阵列(包括存储区域网络或其他配置中的装置)。计算机程序产品能够有形地体现在信息载体中。计算机程序产品还可包含指令，其在运行时执行如上所述的一个或多个方法。信息载体是计算机或机器可读介质，例如存储器904、存储装置906或者处理器902上的存储器。
高速控制器908管理计算装置900的带宽密集操作，而低速控制器912管理较低带宽密集操作。功能的这种分配只是示范性的。在一个实现中，高速控制器908耦合到存储器904、显示器916(例如经过图形处理器或加速器)，以及耦合到可接纳各种扩展卡(未示出)的高速扩展端口910。在本实现中，低速控制器912耦合到存储装置906和低速扩展端口914。可包括各种通信端口(例如USB、蓝牙、以太网、无线以太网)的低速扩展端口可例如经过网络适配器来耦合到一个或多个输入/输出装置，例如键盘、指示装置、扫描仪或者组网装置(例如交换机或路由器)。
计算装置900可采取多种不同形式来实现，如图中所示。例如，它可实现为标准服务器920或者在一组这类服务器中多次实现。它还可实现为机架服务器系统924的组成部分。另外，它可在个人计算机(例如膝上型计算机922)中实现。备选地，来自计算装置900的组件可与移动装置(未示出)中的其他组件(例如装置950)相组合。这类装置的每个可包含计算装置900、950的一个或多个，并且整个系统可由相互通信的多个计算装置900、950来组成。
计算装置950包括处理器952、存储器964、输入/输出装置(例如显示器954)、通信接口966和收发器968以及其他组件。装置950还可提供有存储装置(例如微型驱动器或其他装置)，以提供附加存储。使用各种总线来互连组件950、952、964、954、966和968的每个，并且组件的若干组件可安装在公共主板上或者按照其他适当方式来安装。
处理器952能够在计算装置950内执行指令，包括存储器964中存储的指令。处理器可实现为包括独立以及多个模拟和数字处理单元的芯片的芯片组。处理器可提供例如装置950的其他组件的协调，例如用户接口、由装置950所运行的应用以及由装置950进行的无线通信的控制。
处理器952可经过控制接口958以及耦合到显示器954的显示接口956与用户进行通信。显示器954可以是例如TFT LCD(薄膜晶体管液晶显示器)或OLED(有机发光二极管)显示器或者其他适当的显示技术。显示接口956可包括适当电路系统，其用于驱动显示器954以向用户呈现图形和其他信息。控制接口958可从用户接收命令，并且对它们进行转换供提交给处理器952。另外，可提供与处理器952进行通信的外部接口962，以便实现装置950与其他装置的近区域通信。外部接口962可在一些实现中提供例如有线通信或者在其他实现中提供无线通信，并且也可使用多个接口。
存储器964在计算装置950内存储信息。存储器964能够实现为一个或多个计算机可读介质、一个或多个易失性存储器单元或者一个或多个非易失性存储器单元中的一个或多个。扩展存储器984也可被提供并且经过扩展接口982(所述扩展接口982可包括例如SIMM(单列直插存储器模块)卡接口)来连接到装置950。这种扩展存储器984可为装置950提供额外存储空间，或者还可存储装置950的应用或其他信息。特别地，扩展存储器984可包括用来执行或补充上述过程的指令，并且还可包括安全信息。因此，例如，扩展存储器984可充当装置950的安全模块，并且可编程有指令，所述指令准许装置950的安全使用。另外，安全应用可经由SIMM卡连同附加信息(例如按照不可攻击方式将识别信息放置在SIMM卡上)来提供。
存储器可包括例如闪速存储器和/或NVRAM存储器，如以下所述。在一个实现中，计算机程序产品有形地体现在信息载体中。计算机程序产品包含指令，所述指令在被执行时执行例如上述方法等的一个或多个方法。信息载体是计算机或机器可读介质，例如存储器964、扩展存储器984或者处理器952上的存储器，它们可例如通过收发器968或外部接口962来接收。
装置950可经过通信接口966进行无线通信，所述通信接口966在必要时可包括数字信号处理电路系统。通信接口966可提供各种模式或协议下的通信，例如GSM语音呼叫、SMS、EMS或MMS消息传递、CDMA、TDMA、PDC、WCDMA、CDMA2000或GPRS等等。这种通信可例如经过射频收发器968进行。另外，短程通信可例如使用蓝牙、WiFi或其他这种收发器(未示出)进行。另外，GPS(全球定位系统)接收器模块980可向装置950提供附加导航和位置相关无线数据，所述数据可通过装置950上运行的应用适当地使用。
装置950还可使用音频编解码器960进行听觉通信，所述音频编解码器可从用户接收口头信息（spoken information），并且将它转换成可使用数字信息。音频编解码器960同样可例如经过例如装置950的手柄（handset）中的扬声器为用户生成可听声。这种声音可包括来自语音电话呼叫的声音，可包括记录声音(例如语音消息、音乐文件等)，并且还可包括通过装置950上进行操作的应用所生成的声音。
计算装置950可采取多种不同形式来实现，如图中所示。例如，它可实现为蜂窝电话980。它还可实现为智能电话982、个人数字助理或其他类似移动装置的组成部分。
这里所述的系统和技术的各个实现能够在数字电子电路系统、集成电路系统、专门设计的ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现。这些各种实现能够包括通过在可编程系统中可执行和/或可解释的一个或多个计算机程序来实现，可编程系统包括经耦合以从存储系统接收数据和指令，并且传送数据和指令到存储系统的至少一个可编程处理器、至少一个输入装置和至少一个输出装置。
这些计算机程序(又称作程序、软件、软件应用或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且能够通过高级过程和/或面向对象的编程语言和/或通过汇编/机器语言来实现。如本文所使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”表示用来向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何计算机程序产品、设备和/或装置(例如磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑装置(PLD))，包括接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”表示用来向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。
为了提供与用户的交互，这里所述的系统和技术能够在具有显示装置以及键盘和指向装置（鼠标或轨迹球）的计算机上实现，显示装置（例如CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器）用于向用户显示信息，用户能够通过指向装置向计算机提供输入。其他种类的装置也能够用来提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈能够是任何形式的感测反馈（例如视觉反馈、听觉反馈或者触觉反馈）；以及能够接收采取任何形式的来自用户的输入，包括声音、语音或触觉输入。
这里所述的系统和技术能够在计算装置中实现，该计算装置包括后端组件(例如作为数据服务器)，或者包括中间件组件(例如应用服务器)，或者包括前端组件(例如客户端计算机，该客户端计算机具有图形用户界面或者WEB浏览器，用户能够通过它与这里所述的系统和技术的实现进行交互)，或者这类后端、中间件或前端组件的任何组合。系统的组件能够通过数字数据通信的任何形式或介质(例如通信网络)来互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)和因特网。
计算装置能够包括客户端和服务器。客户端和服务器通常相互远离，并且通常经过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系依靠相应计算机上运行并且相互具有客户端-服务器关系的计算机程序而出现。
已经描述多个实施例。然而将会理解，可进行各种修改，而没有背离本发明的精神和范围。
另外，附图中所描绘的逻辑流程不一定要求所示的特定顺序或依次顺序来取得合乎需要的结果。另外，可提供其他步骤，或者可从所述流程中删除步骤，以及其他组件可添加到所述系统或者从其中去除。相应地，其他实施例落入以下权利要求的范围之内。

Claims (15)

1.一种用于多个信息系统(201至20n)之间经由与物理装置的数字表示(111)关联的数字表示服务(S1，S2，Sn)的可互操作数据交换的计算机系统(100)，其中每个信息系统是与关联于所述物理装置的数据有关的信息源和信息消费者的至少一个，所述数字表示(111)是复制所述物理装置的数据以及与装置生存周期关联的数据的虚拟实体，所述系统包括：
用于所述物理装置的至少一个数字表示服务(S1至Sn)，所述至少一个数字表示服务包括：
接口(110)，其用来接收来自信息源或信息消费者的对装置相关数据的请求；
管理模块(120)，其配置成生成和更新所述装置的所述数字表示(111)，所述数字表示配置成存储多个数据模型(DM1)，其中每个所存储数据模型与特定信息系统(201至20n)关联；以及
语义关系库(150)，其存储来自不同信息系统(201至20n)的所存储数据模型的模型元素类型之间的语义关系；以及
每个数字表示服务(S1至Sn)配置成：
经由如所述语义关系库(150)中定义的所述语义关系来生成与至少两个不同信息系统关联的数据模型的模型元素之间的映射；以及
响应于所述请求，按照所生成映射来执行至少两个信息系统之间的数据交换。
2.如权利要求1所述的计算机系统，其中，所述数字表示服务进一步包括：
所述数字表示(111)的语义描述(140)，其包括对于所述数字表示(111)的感兴趣的模型种类；
以及进一步配置成通过下列在所述语义关系库(150)中建立新语义关系：
发现一个或多个模型提供方(231至23n)，其中每个模型提供方与一个或多个信息系统(201至20n)关联；
从所发现的一个或多个模型提供方(231至23n)来得到关于由相应一个或多个信息系统(201至20n)所提供的所述信息的语义模型种类描述(231-1至23n-1)，其中特定模型种类描述(231-1)提供与一个或多个对应信息系统(201,202)的一个或多个数据模型(DM21，DM22)有关的语义元数据；
识别具有与所述语义描述(140)中包括的所述感兴趣的模型种类匹配的特定模型种类描述(232-1)的特定的所发现模型提供方(232)；
如果与所述特定模型种类描述对应的数据模型(DM22)未被包括在所述多个数据模型(DM1)中，则将如由所述特定模型提供方(232)所提供的对应数据模型(DM22)添加到所述多个数据模型(DM1)；
从所添加数据模型来得出一个或多个模型元素类型；
从用户或者从技术规范来接收所添加数据模型的所述一个或多个模型元素类型与预先存在数据模型的模型元素类型之间的语义关系，以连接来自沿所述装置的所述生存周期的不同信息源的模型元素。
3.如权利要求1-2中的任一项所述的计算机系统，其中，所述数字表示服务进一步配置成：处理从所发现信息源所得到的模型元素，以使用反映所述数字表示的所述生存周期的状态机来管理所述数字表示的所述生存周期。
4.如权利要求1-2中的任一项所述的计算机系统，其中，所述数字表示服务进一步配置成：生成反映模型元素类型之间的所述语义关系的图形表示，所述图形表示用于由用户进行的查询。
5.如权利要求1-2中的任一项所述的计算机系统，其中，所述数字表示服务进一步包括：
配置模块，其适合在复制模式与参考模式之间进行切换，其中在所述复制模式中，所访问信息源数据被复制到所述数字表示，以及在所述参考模式中，对所述所访问信息源数据的参考被存储在所述数字表示中。
6.如权利要求5所述的计算机系统，其中，所述配置模块进一步适合：
选择用于所述数字表示的部署模式，其中用于所述数字表示的每个数据模型的所述部署模式能够从下列中的任一个来选取：所述数据模型在云网络上的部署、所述数据模型到边缘的部署或者所述数据模型到装置的部署。
7.如权利要求5所述的计算机系统，其中，所述配置模块进一步适合：
激活用于所述数字表示的同步模式，其中关联于与所述装置的第一生存周期阶段关联的信息源的数据模型与关联于与第二生存周期阶段关联的信息源的数据模型同步，因为所述第一生存周期阶段的参数被加载至所述第二生存周期阶段的参数中。
8.一种用于多个信息系统(201至20n)之间经由与物理装置(101)的数字表示(111)关联的数字表示服务(S1，S2，Sn)的可互操作数据交换的计算机实现方法(1000)，其中所述多个信息系统包括与关联于所述物理装置的数据有关的信息源和信息消费者，所述数字表示(111)是复制所述物理装置的数据以及与装置生存周期关联的数据的虚拟实体，其中所述方法由与所述物理装置的特定数字表示关联的数字表示服务来执行，其中所述数字表示服务包括存储来自不同信息系统(201至20n)的所存储数据模型的模型元素类型之间的语义关系的语义关系库(150)，所述方法包括：
从信息消费者接收(1100)对于与所述物理装置关联的数据的请求；
经由如所述数字表示服务的所述语义关系库(150)中定义的所述语义关系来生成(1500)与至少所请求信息消费者和对应信息源关联的数据模型的模型元素之间的映射；以及
响应于所述请求，按照所生成映射来执行(1600)至少所请求信息消费者与对应信息源之间的数据交换。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：
发现(1200)一个或多个模型提供方(231至23n)，其中每个模型提供方与一个或多个信息系统(201至20n)关联；
从所发现的一个或多个模型提供方(231至23n)来得到(1300)关于由相应一个或多个信息系统(201至20n)所提供的所述数据的语义模型种类描述(231-1至23n-1)，其中特定模型种类描述(231-1)提供与一个或多个对应信息源(201，202)的一个或多个特定数据模型(DM21，DM22)有关的语义元数据；
将所得模型种类描述与所述数字表示服务(S1)的语义描述(140)中存储的感兴趣的模型种类进行比较(1400)；
如果特定的所发现模型提供方(232)具有与所述语义描述(140)中包括的所述感兴趣的模型种类匹配的特定模型种类描述(232-1)，并且如果与所述特定模型种类描述对应的数据模型(DM22)未被包括在所述数字表示(111)的多个数据模型(DM1)中，则将如由所述特定模型提供方(232)所提供的所述对应数据模型(DM22)添加(1420)到所述多个数据模型(DM1)。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
从所添加数据模型来得出(1440)一个或多个模型元素类型；
从用户或者从技术规范来接收(1460)所添加数据模型的所述一个或多个模型元素类型与预先存在数据模型的模型元素类型之间的语义关系，以连接来自沿所述装置的所述生存周期的不同信息源的模型元素。
11.如权利要求9或10中的任一项所述的方法，进一步包括：
处理从所发现信息源所得到的模型元素，以使用反映所述数字表示的所述生存周期的状态机来管理所述数字表示的所述生存周期。
12.如权利要求8至10中的任一项所述的方法，进一步包括：
在复制模式与参考模式之间进行切换，其中在所述复制模式中，所访问信息源数据被复制到所述数字表示，以及在所述参考模式中，对所述所访问信息源数据的参考被存储在所述数字表示中。
13.如权利要求8至10中的任一项所述的方法，进一步包括：
激活用于所述数字表示的同步模式，其中关联于与所述装置的第一生存周期阶段关联的信息系统的数据模型与关联于与第二生存周期阶段关联的信息系统的数据模型同步，因为所述第一生存周期阶段的参数被加载至所述第二生存周期阶段的参数中。
14.如权利要求8至10中的任一项所述的方法，其中，模型元素类型之间的所述语义关系能够从下列中的任一个来选取：明确本体关系、描述本体关系和数学关系。
15.一种包括指令的计算机程序产品，所述指令在被加载至计算装置的存储器中并且由所述计算装置的至少一个处理器来执行时执行如权利要求9至14中的任一项所述的计算机实现方法的方法步骤。
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