CN117272684B - 生产设备运行管控信息模型构建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种生产设备运行管控信息模型构建方法及装置，涉及信息处理技术领域。所述方法包括：根据需求信息确定业务活动描述信息，对建模语言进行扩展配置，并生成业务活动描述图；根据业务活动描述信息确定功能分配描述信息，根据功能分配描述信息对建模语言进行扩展配置，并生成功能模块描述图；根据业务活动描述图和功能模块描述图确定实体及属性描述信息，并基于实体及属性描述信息进行构建得到生产设备运行管控统一信息模型。本申请实施例通过从多个维度获取设备模型的业务、功能和实体及属性描述信息，能够支撑形成结构规范、语义完整的生产设备运行管控统一信息模型，从而满足对于生产设备运行管控的需求。

Description

生产设备运行管控信息模型构建方法及装置

技术领域

本申请涉及信息处理技术领域，具体而言，涉及一种生产设备运行管控信息模型构建方法及装置。

背景技术

在新一代信息技术与制造业深度融合背景下，生产设备数字化、网络化、智能化水平持续提升。其中，在组成形态方面，生产设备由单纯的物理实体延伸至与之相关的系统、软件和模型，向虚实共生的生产设备“数字双胞胎”加速转变；在运行管控方面，生产设备从原始的单机台人工管理方式演化为以设备信息物理系统（CPS, cyber physical systems）为核心的智能管控模式。

目前，在生产设备的组成形态、运行管理模式等均发生根本性变化的形势下，传统的面向对象的信息模型构建技术由于其信息定义方式的片面局限性，已经不能满足生产设备运行管控的需求，因此，亟需一种生产设备运行管控信息统一建模技术，以支撑多型异构生产设备的智能优化管控。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种生产设备运行管控信息模型构建方法及装置，能够对生产设备运行管控信息进行统一建模，满足多型异构生产设备的智能优化管控需求。

第一方面，本申请实施例提供了一种生产设备运行管控信息模型构建方法，包括：

根据获取到的生产设备运行管控需求信息，基于预设的多个建模维度确定生产设备模型的业务活动描述信息，在实现域根据所述业务活动描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成业务活动描述图；

根据所述业务活动描述信息，基于所述多个建模维度确定所述生产设备模型的功能分配描述信息，在实现域根据所述功能分配描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成功能模块描述图；

根据所述业务活动描述图和所述功能模块描述图，基于所述多个建模维度确定所述生产设备模型的实体及属性描述信息，并基于所述实体及属性描述信息进行构建得到生产设备运行管控统一信息模型。

在一些可能的实施例中，所述根据获取到的生产设备运行管控需求信息，基于预设的多个建模维度确定生产设备模型的业务活动描述信息，包括：

根据获取到的生产设备运行管控需求信息确定生产设备运行管控概要活动项目；其中，所述生产设备运行管控概要活动项目包括通信感知活动项目、通信控制活动项目、知识搜索活动项目、知识推理活动项目和可视化展示活动项目；

基于预设的多个建模维度对每一所述生产设备运行管控概要活动项目进行分解，得到若干个细分活动项目；其中，所述多个建模维度包括通信维度、知识维度和几何维度；所述细分活动项目包括生产设备状态数据采集项目、生产设备数据传输项目、生产设备控制指令下达项目、生产设备控制指令执行项目、生产设备知识单元提取项目、生产设备知识图谱构建项目、生产设备知识语义搜索项目、生产设备知识语义推理项目、生产设备几何特征模型更新项目和生产设备运行状态可视化展示项目；

针对每一所述细分活动项目进行子动作拆分，获取每一所述子动作对应的业务活动要素信息，并对每一业务活动要素信息进行参数配置，得到所述生产设备模型的业务活动描述信息；其中，所述业务活动要素信息包括输入输出逻辑要素、动作关联关系要素、约束条件要素和调用方法要素。

在一些可能的实施例中，所述在实现域根据所述业务活动描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成业务活动描述图，具体为：

基于所述业务活动要素信息对所述建模语言的定义信息进行扩展配置，并将扩展配置的定义信息附加至相应的目标子动作元素上；其中，所述定义信息包括方法构造型、元类以及所述方法构造型与所述元类的对应关系；

基于所述业务活动要素信息对所述建模语言的对象流构造型进行约束条件扩展配置；

基于扩展配置后的建模语言生成业务活动描述图。

在一些可能的实施例中，所述根据所述业务活动描述信息，基于所述多个建模维度确定所述生产设备模型的功能分配描述信息，包括：

按照预设的功能层级，分别从通信维度、知识维度和几何维度对生产设备模型进行功能模块划分；

根据所述业务活动描述信息进行活动相关属性要素提取，并将提取的活动相关属性要素与划分得到的功能模块进行关系映射和匹配，得到各个功能模块的属性要素；

根据各个功能模块的属性要素进行组合装配，生成得到所述生产设备模型的功能分配描述信息。

在一些可能的实施例中，所述在实现域根据所述功能分配描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成功能模块描述图，包括：

根据所述功能分配描述信息对所述建模语言的模块图定义信息进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成功能模块描述图。

在一些可能的实施例中，所述根据所述业务活动描述图和所述功能模块描述图，基于所述多个建模维度确定所述生产设备模型的实体及属性描述信息，包括：

分别从通信维度、知识维度和几何维度确定所述功能模块描述图中各个功能模块对应的实体对象；

根据所述业务活动描述图和所述功能模块描述图确定各个实体对象包含的属性类别，并确定各个实体对象之间的关系；

基于所述各个实体对象包含的属性类别以及各个实体对象之间的关系生成实体关系图，作为所述生产设备模型的实体及属性描述信息。

在一些可能的实施例中，所述基于所述实体及属性描述信息进行构建得到生产设备运行管控统一信息模型，包括：

根据所述实体关系图生成数据属性明细表，并对所述数据属性明细表进行参数配置，根据配置好的数据属性明细表进行构建得到所述生产设备运行管控统一信息模型。

第二方面，本申请实施例提供了一种生产设备运行管控信息模型构建装置，包括：

活动配置模块，用于根据获取到的生产设备运行管控需求信息，基于预设的多个建模维度确定生产设备模型的业务活动描述信息，在实现域根据所述业务活动描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成业务活动描述图；

功能配置模块，用于根据所述业务活动描述信息，基于所述多个建模维度确定所述生产设备模型的功能分配描述信息，在实现域根据所述功能分配描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成功能模块描述图；

模型构建模块，用于根据所述业务活动描述图和所述功能模块描述图，基于所述多个建模维度确定所述生产设备模型的实体及属性描述信息，并基于所述实体及属性描述信息进行构建得到生产设备运行管控统一信息模型。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种生产设备运行管控信息模型构建方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种生产设备运行管控信息模型构建装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，当前亟需将生产设备运行管控活动中不同领域、不同来源、不同类型的信息进行综合集成和统一建模，给出各类生产设备运行管控信息的规范化描述与标准化定义，进而支撑实现生产设备的泛在连接、动态感知、高效管控与智能优化。

目前的生产设备运行管控相关的信息模型多采用“面向对象”的设计理念，以对设备对象的静态属性、动态属性和配置属性等信息进行规则化定义，这种传统的建模技术存在获取信息单一片面的局限性，无法实现对设备运行管控相关信息的多维度描述，因而不能满足生产设备运行管控的需求。

针对于上述现有技术存在的问题，本发明实施例通过采用基于模型的系统工程（MBSE, Model Based Systems Engineering）思想，应用MagicGrid方法论形成一种纵向贯通需求分析、业务活动确定、功能模块分配、信息要素构建等步骤，横向覆盖问题域、解决方案域及实现域的递进式建模技术，支持形成结构规范、语义完整、具有广泛适用性的生产设备运行管控信息模型，从而实现生产设备运行管控活动中物理实体与数字虚体的双向映射、动态交互与协同优化。

如图1所示，本申请实施例提供了一种生产设备运行管控信息模型构建方法，可以包括步骤：

S1、根据获取到的生产设备运行管控需求信息，基于预设的多个建模维度确定生产设备模型的业务活动描述信息，在实现域根据业务活动描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成业务活动描述图；

需要说明的是，步骤S1首先获取生产设备运行管控需求信息。在确定需求信息时，可以在问题域收集生产设备运行管控业务活动所涉及利益相关方的需求信息，分析利益相关方所需的生产设备运行管控信息边界范围；在解决方案域针对生产设备模型及相关业务系统中的信息进行收集，确定建模所需的数据信息边界范围；在实现域确定生产设备运行管控的描述语义需求，确定得到生产设备运行管控信息的统一对象、统一表达规则及统一语义格式相关需求。基于这些需求信息，可以确定得到相应的业务活动描述信息。具体地，步骤S1可以包括：

S1.1、根据获取到的生产设备运行管控需求信息确定生产设备运行管控概要活动项目；其中，生产设备运行管控概要活动项目包括通信感知活动项目、通信控制活动项目、知识搜索活动项目、知识推理活动项目和可视化展示活动项目。

基于预设的多个建模维度对每一生产设备运行管控概要活动项目进行分解，得到若干个细分活动项目；其中，多个建模维度包括通信维度、知识维度和几何维度；细分活动项目包括生产设备状态数据采集项目、生产设备数据传输项目、生产设备控制指令下达项目、生产设备控制指令执行项目、生产设备知识单元提取项目、生产设备知识图谱构建项目、生产设备知识语义搜索项目、生产设备知识语义推理项目、生产设备几何特征模型更新项目和生产设备运行状态可视化展示项目。

S1.2、针对每一细分活动项目进行子动作拆分，获取每一子动作对应的业务活动要素信息，并对每一业务活动要素信息进行参数配置，得到生产设备模型的业务活动描述信息；其中，业务活动要素信息包括输入输出逻辑要素、动作关联关系要素、约束条件要素和调用方法要素。

S1.3、基于业务活动要素信息对建模语言的定义信息进行扩展配置，并将扩展配置的定义信息附加至相应的目标子动作元素上；其中，定义信息包括方法构造型、元类以及方法构造型与元类的对应关系；基于业务活动要素信息对建模语言的对象流构造型进行约束条件扩展配置；基于扩展配置后的建模语言生成业务活动描述图。

需要说明的是，通过首先确定生产设备运行管控的概要活动，再从多个维度分别对每个概要活动进一步划分细分活动项目，并进一步拆分每一细分活动项目的子动作，从而提高了对业务活动内容的分解精细度，进一步提高了构建信息模型的适用性。

S2、根据业务活动描述信息，基于多个建模维度（通信维度、知识维度和几何维度）确定生产设备模型的功能分配描述信息，在实现域根据功能分配描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成功能模块描述图；

进一步地，步骤S2可以包括：

S2.1、按照预设的功能层级，分别从通信维度、知识维度和几何维度对生产设备模型进行功能模块划分。

S2.2、根据业务活动描述信息进行活动相关属性要素提取，并将提取的活动相关属性要素与划分得到的功能模块进行关系映射和匹配，得到各个功能模块的属性要素；根据各个功能模块的属性要素进行组合装配，生成得到生产设备模型的功能分配描述信息。

S2.3、根据功能分配描述信息对建模语言的模块图定义信息进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成功能模块描述图。

需要说明的是，在功能模块划分过程中，首先从多个建模维度对生产设备模型进行功能模块划分，再根据业务活动描述信息提取活动相关属性要素，通过建立活动相关属性要素与划分得到的功能模块的关系映射，得到各个功能模块的属性要素，从而能够提高功能模块划分的精细度，进一步提高了构建信息模型的适用性。

S3、根据业务活动描述图和功能模块描述图，基于多个建模维度确定生产设备模型的实体及属性描述信息，并基于实体及属性描述信息进行构建得到生产设备运行管控统一信息模型。

进一步地，步骤S3可以包括：

S3.1分别从通信维度、知识维度和几何维度确定功能模块描述图中各个功能模块对应的实体对象；

S3.2、根据业务活动描述图和功能模块描述图确定各个实体对象包含的属性类别，并确定各个实体对象之间的关系；基于各个实体对象包含的属性类别以及各个实体对象之间的关系生成实体关系图，作为生产设备模型的实体及属性描述信息。

S3.3、根据实体关系图生成数据属性明细表，并对数据属性明细表进行参数配置，根据配置好的数据属性明细表进行构建得到生产设备运行管控统一信息模型。

在本发明实施例中，通过从多个维度获取设备模型的业务、功能和实体及属性描述信息，能够支撑形成结构规范、语义完整的生产设备运行管控统一信息模型，从而满足现如今日益提高的对于生产设备运行管控的需求。

需要说明的是，进一步地，可以结合生产设备运行管控统一信息模型在设备运行管控不同业务场景下的应用效果和用户反馈建议，迭代优化生产设备运行管控所涉及的业务活动、功能模块和信息要素，从而对生产设备运行管控统一信息模型进行持续完善。

需要说明的是，在步骤S1.1中，通过在问题域基于生产设备运行管控需求，以确定生产设备运行管控的业务逻辑，再进一步分解获取具体的业务活动内容。

可以理解的是，设备管控的业务活动主要包括：1、通过传感器、仪器仪表等装置针对设备物理实体、辅助资源、外部环境等信息进行通信感知，然后将这些物理空间信息映射到信息空间。2、在信息空间基于感知获得的设备状态参数、经验知识、系统数据等信息进行知识提取，并结合用户需求和应用场景进行知识搜索，获得生产设备运行决策知识。3、基于获取到的知识辅助生产设备控制决策指令的生成，并通过通信控制实现从生产设备信息空间到物理空间的反馈控制。4、通过生产设备物理实体的可视化展示，实现对生产设备的状态监测、动态控制、故障诊断、生产调度等功能管理。

基于此，可以将生产设备运行管控的业务活动分解为通信感知、通信控制、知识搜索、知识推理、可视化展示5项概要活动项目。基于上述概要活动项目，可以分别从通信维度、知识维度和几何维度对其进行细分活动项目划分。可以理解的是，通信感知、通信控制的活动主要用于设备物理空间与信息空间之间的数据交换，关注点主要在于通信维度的传输参数的一致性定义；知识搜索、知识推理的活动主要应用于设备信息空间的知识构建、更新与搜索推理，关注点主要在于知识维度的领域知识一致性表达；可视化展示的活动则主要用于设备物理实体在几何维度的特征信息一致性描述。

通过从多个维度对上述概要活动项目进一步划分为多个细分活动项目，从而能够全面性描述生产设备运行管控场景下各维度业务活动的运行逻辑。需要说明的是，从通信维度来看，生产设备运行管控主要聚焦于信息空间和物理空间的信息交互，即数据的采集与传输、控制指令的下达与执行；知识维度主要聚焦于生产设备信息空间内部相关知识提炼与抽象总结，形成知识图谱用于知识搜索和知识推理，辅助生产设备运行控制决策；几何维度主要聚焦于生产设备物理实体几何特征模型实时联动更新，可视化展示生产设备的当前运行状态。作为举例，可以将概要活动项目划分为以下细分活动项目：

1、生产设备状态数据采集项目，该项目的内容包括：基于生产设备通讯端口开展通信协议解析与适配，通过管理系统、仪器仪表、工业传感器等采集设备运行工况、工艺参数、环境温湿度等，将物理空间的实体状态转换为信息空间的数据信息。

2、生产设备数据传输项目，该项目的内容包括：通过工业现场总线、工业以太网、工业无线网络等通信方式，将物理空间中采集获取得到的生产设备运行数据进行协议解析、格式转换与接口匹配，完成生产设备物理空间到信息空间的数据传输与映射转换。

3、生产设备控制指令下达项目，该项目的内容包括：根据设备运行管控活动要求，通过通信维度的通信接口将设备控制指令下达至目标设备，实现生产设备信息空间到物理空间的指令传输与控制反馈。

4、生产设备控制指令执行项目，该项目的内容包括：生产设备物理实体通过通信维度的数据接口接收设备控制指令，通过解析指令内容驱动生产设备进行参数设置、位姿调整以及任务执行，实现生产设备信息空间到物理空间的映射转换与优化控制。

5、生产设备知识单元提取项目，该项目的内容包括：在生产设备的信息空间，将设备运行数据通过数据处理与挖掘分析，并结合设备操作规程、维修记录、专家经验等相关数据进行设备知识提取表示，支撑构建并动态更新知识维度的设备运行管控相关知识图谱。

6、生产设备知识图谱构建项目，该项目的内容包括：在生产设备的信息空间，基于资源描述框架（RDF, Resource Description Framework）将提取之后的设备知识单元进行提炼总结、沉淀固化和迭代复用，构建形成设备知识图谱，支撑生产设备相关知识的搜索和推理。

7、生产设备知识语义搜索项目，该项目的内容包括：在发生设备故障、环境变化、用户搜索等事件后，信息空间中设备知识图谱根据输入参数进行知识搜索获取事件发生原因、解决方案和处置措施，并综合考虑用户偏好、业务逻辑等因素生成设备管控决策建议。

8、生产设备知识语义推理项目，该项目的内容包括：当信息空间中设备知识图谱中不存在和输入参数直接相关的结果时，需要进行设备知识语义推理，主要通过设备知识的融合交互、关系分析与逻辑推理形成设备运行管控决策建议，指导设备控制指令生成。

9、生产设备几何特征模型更新项目，该项目的内容包括：通过综合生产设备物理实体运行状态数据、几何拓扑关系时序联动更新、几何特征时序变化等设备几何维度特征数据，针对生产设备物理空间中的几何特征模型进行更新维护。

10、生产设备运行状态可视化展示项目，该项目的内容包括：基于生产设备物理空间的可视化展示环境，综合生产设备运行数据、相关知识以及更新之后的几何特征模型，动态展示生产设备运行状态时序变化信息、预测结果等，支撑设备运行状态可视化展示。

需要说明的是，在步骤S1.2中，通过在解决方案域拆分生产设备运行管控业务活动所包含的子动作，确定子动作之间的关联关系、输入输出参数、流程顺序以及子动作涉及的利益方等要素信息，对活动元素进行组装关联，形成生产设备运行管控业务活动的描述信息。

具体地，根据从各维度分解得到的细分业务活动，针对业务活动的需求、运行逻辑及关联关系进行业务活动拆分得到子动作。通过获取生产设备运行管控特定业务活动子动作之间的关联关系以及输入输出参数，针对各个子动作进行活动逻辑关联，从而确定业务活动的行为规则和运行逻辑。然后基于业务活动拆分的子动作、各个子动作之间的关联关系，添加相关输入输出、关联角色、约束条件、调用方法等要素，再进行活动元素组装，形成生产设备运行管控业务活动的描述信息。

作为举例，对于生产设备控制指令下达项目，该项目是指设备使用、维修或管理人员基于设备的生产控制、故障调试、运行维护等设备管理活动要求，对控制指令下达要求进行相应的配置，进而将控制指令下达至目标设备的过程，旨在保证生产设备安全、高效地完成生产任务。其原理是从生产设备信息空间中的指令源获取设备控制指令，对获取到的控制指令进行解析，识别指令类型参数并进行设备控制指令下达要求配置。根据指令中涉及的设备名称或标识识别需要控制的设备，同时根据现场条件选择适宜的控制指令下达方式，最终完成设备控制指令从信息空间到物理空间的下达。

可以理解的是，生产设备控制指令下达项目分为设备控制指令下达要求配置和设备控制指令下达。其中，设备控制指令下达根据现场实际需求划分为三种方式：1、跨地域或分布式设备控制一般基于工业互联网平台进行远程异地下达；2、实时监测和响应系统状态时需要通过DNC、DCS等数字化管理系统，进行本地自动下达；3、当设备发生故障报警、启停控制或紧急情况时，需要设备使用、维修或管理人员进行现场手动下达控制指令。

因此，可以将生产设备控制指令下达项目分为设备控制指令远程异地下达、设备控制指令本地自动下达、设备控制指令现场手动下达和设备控制指令下达要求配置4项子动作。其中，设备控制指令远程异地下达、设备控制指令本地自动下达和设备控制指令现场手动下达三项子动作配置为互斥执行。通过各个子动作的协同工作实现高效、准确和安全的设备位姿调整、参数设置与任务执行等操作。

进一步地，通过根据各个子动作的分解结果，确定各个子动作的语义配置参数，对上述4个子动作配置每个子动作的输入输出参数、约束条件、调用方法等配置参数。其中，设备控制指令下达要求配置的参数配置如下表所示：

表1：设备控制指令下达要求配置的参数配置

可以理解的是，设备控制指令下达要求配置是指对设备操作、维修和管理人员对设备控制指令下达过程中所需要的参数进行配置，以确保设备控制指令能够正确、及时、可靠地下达到目标地址。

设备控制指令远程异地下达是指通过网络或其他通信方式，基于工业互联网平台对生产设备远程下达控制指令，以实现远程设备运维管理操作，其参数配置如下表所示：

表2： 设备控制指令远程异地下达

设备控制指令本地自动下达是指在设备内部预设的程序和逻辑的支持下，通过本地设备数字化系统DNC、DCS进行执行控制指令下达，以实现设备对环境变化的高效实时响应，提升生产设备综合效率和操作灵活性，其参数配置如下表所示：

表3：设备控制指令本地自动下达

设备控制指令现场手动下达是指在设备所在的现场环境中，通过人工操作和手动输入控制指令来实现设备控制和操作的过程。通过设备控制指令现场手动下达，操作人员利用控制面板等设备接口实现对设备的精确控制和操作，以满足对设备操作过程的实时监控和调整需求，其参数配置如下表所示：

表4：设备控制指令现场手动下达

需要说明的是，在步骤S1.3中，通过在实现域针对特定场景应用活动元素，对系统建模语言（SysML, System Modeling Language）中的动作和对象流进行扩展配置，完成业务活动描述图的生成。具体地，首先通过定义SysML中方法构造型、元类以及它们之间的关系，利用<<Stereotype>>标记符号将其附加在目标动作元素上，扩展动作元素的描述能力，形成“方法”元素，以支撑生产设备业务活动子动作的调用执行；然后，通过拓展SysML中对象流的语义，增加对象流的“约束条件”属性，形成新的对象流构造型，用以约束生产设备运行管控活动子动作之间的交互内容；最后，采用扩展配置后的SysML构建形成生产设备典型业务场景的业务活动描述图。

在步骤S2.1中，通过在问题域基于生产设备业务活动分解内容，进行生产设备运行功能模块的划分，确定生产设备运行功能模块的边界范围和表达内容。

作为举例，在本申请实施例中，从通信维度可以对生产设备模型划分为设备数据采集模块、设备数据传输模块、设备控制指令下达模块、设备控制指令执行模块4个一级功能模块，并进一步细分为7类二级功能模块及28类三级功能模块；从知识维度对生产设备模型划分为设备知识单元提取模块、设备知识图谱更新模块、设备知识语义搜索/推理模块3个一级功能模块，并进一步细分为8类二级功能模块及14类三级功能模块；从几何维度可以对生产设备模型划分为设备几何特征、设备可视化展示模块2类一级功能模块，并进一步细分为4类二级功能模块及13类三级功能模块。生产设备模型的功能模块划分情况如下表所示：

在步骤S2.2中，通过在解决方案域基于分解得到的功能模块进行属性集构建，确定特定生产设备运行管控活动所包含的功能属性要素。具体地，首先根据业务活动描述信息进行相关属性提取，获取与活动相关的属性要素；然后根据功能模块层级关系，将活动相关的属性要素与功能模块进行关系映射及匹配，得到对应功能模块的属性要素；再针对各个功能模块的属性要素进行组合装配，形成特定场景应用下完整的生产设备运行功能模块。

以通信维度中的数据采集范围这个三级功能模块为例，在生产设备运行管控系统的实际功能应用场景中，需要根据实际应用需求、设备数据采集条件、现场网络环境等因素对其进行确定，并配备相应的传感器、仪表和数据采集系统，以实现对相关生产设备、现场环境、辅助资源等数据信息的监测和管理，因此可以将数据采集范围根据功能需要设置下限为设备的某个部件功能单元、上限设置为整个企业，包括设备部件功能单元、单体设备、生产单元、生产车间、生产企业等属性。

在步骤S2.3中，通过在实现域针对特定功能模块，对SysML中Block元素进行扩展配置，以生成功能模块描述图。具体地，以通信维度功能模块图为例，其配置及生成过程如下：1、基于扩展配置之后的SysML模块图语义规则，自顶向下绘制生产设备通信维度功能模块图，每个功能模块使用block表示；2、定义每个功能模块的组成部分属性，添加与设备业务活动中对应的“活动行为”元素，并配置其中的格式约束；3、使用组成关联关系箭头连接每个功能模块，表示模块之间的依赖关系，同时配置功能模块之间属性关联关系，如设备传输的内容主要是来自于设备数据采集的内容，因此两者之间需要建立关联关系。4、通过以上配置，采用扩展配置之后的系统建模语言SysML绘制生成设备通信维度功能模块图，从而清晰展示通信维度功能模块的模块组成和属性参数定义。

在步骤S3.1中，通过在问题域确定生产设备统一信息模型的边界范围和表达内容，以获取生产设备统一信息模型的实体对象组成。

可以理解的是，对于通信维度，在生产设备信息空间与物理空间的数据交互过程中，通过定义设备间通信传输的参数配置、传输协议以及传输内容，使得不同设备、管理系统之间能够进行数据交换和指令控制，进而驱动设备数据采集和设备控制指令的下达与执行，支撑设备通信感知与反馈控制方面的功能模块及业务活动实现。其中，设备数据采集实体围绕设备数据采集内容与设备数据采集方式进行定义，基于设备数据采集结果可以实时监测设备的运行状况，及时发现和解决设备故障，提高设备的可靠性和稳定性。设备通信传输实体代表设备物理空间与信息空间的数据、指令传输和通信过程，包括设备通信传输配置、设备通信传输协议、设备通信传输内容等实体。设备控制指令下达实体代表设备信息空间的决策指令下发到设备物理实体的过程，主要包括设备控制指令下达配置。设备控制指令执行实体代表设备物理实体基于下发的控制指令进行配置、执行与结果反馈的过程，包括设备控制指令执行配置、设备控制执行操作等。

对于知识维度，通过基于设备信息空间将知识单元、知识图谱、知识搜索和推理功能有机结合起来，实现对设备知识的全面描述、有效管理和高效利用，支撑对应设备管控业务活动运行逻辑实现。通过知识维度的设备知识单元构建设备知识图谱，应用设备知识搜索和设备知识推理，构建一个完整的设备知识体系，为生产设备物理实体的闭环控制、辅助决策、动态优化等提供全面的设备知识以及对应解决方案。其中，设备知识单元主要用于存储设备相关知识，包含设备知识单元配置、设备知识单元内容。设备知识图谱主要基于设备运行管控环节涉及到的设备资产管理、运行状态监控、健康管理、动态调度、故障处置、安全能耗环保管理、运行绩效管理等相关知识进行归类存储，以支持设备知识的快速搜索和高效推理。设备知识搜索实体是建立在设备知识图谱之上的搜索引擎，可在信息空间快速查找设备运行管控相关知识和解决方案。设备知识推理实体主要基于已有设备知识图谱的知识语义关系进行合理推断，进而辅助生产设备操作、维修、管理相关人员进行设备运行管控。

对于几何维度，通过生产设备物理实体的几何形状、几何拓扑关系的有机组合，构建一个完整的设备可视化展示场景实现设备运行状态、空间位置、时序变化特征等内容的全方位展示，进而支撑设备几何维度对应功能模块搭建及业务活动实现。其中，设备几何形状实体是指设备物理整体或局部的几何形状，包括设备几何要素、设备几何数据等实体。设备几何拓扑关系实体是指在设备在物理空间中的不同零件、部件或结构之间的关系和连接，包括设备几何结构、STEP几何描述规范、设备几何拓扑关系类型、设备几何拓扑关系维护等实体。设备可视化展示内容实体是指在设备可视化展示中所呈现和展示的相关信息或内容，包括设备知识维度信息、设备通信维度信息、交互反馈信息等实体。设备可视化展示环境实体是指为展示设备的物理外观、工作状态和操作特性而搭建的环境，可以包括设备可视化展示内容形式、设备可视化展示表现载体、设备可视化展示分析功能等实体。

需要说明的是，在步骤S3.2中，通过在解决方案域基于生产设备运行管控业务活动及功能模块的描述信息，采用实体关系图作为生产设备模型的实体及属性描述信息。

首先，对于生产设备信息模型实体所包含的属性，以生产设备运行状态数据这一实体对象为例，描述设备在特定时间点或时间段内的运行状态的信息，通常需要记录生产设备运行时的详细信息，包括设备启动时间、设备停止时间，并标识设备当前状态，例如运行、中断、暂停等。同时需要记录设备运行状态数据的时间戳，实现设备运行状态的连续时序记录，进而依据时序变化情况检测设备故障、评估设备性能和制定维护计划。基于此，可以将设备运行状态数据实体对象的属性设置为设备启动时间、设备停止时间、设备使用状态、设备运行参数、设备运行状态、设备运行状态记录时间等。

另外，对于生产设备信息模型实体之间的关系，以生产设备通信维度为例，通信维度各级实体对象之间可能存在不同的关系，包括包含、依赖、限制等，如设备采集内容包含设备运行状态数据、设备工质数据、设备运行环境数据、设备故障报警数据、设备生产进度数据，设备传输数据内容需要设备采集内容支撑。通过连线将实体、属性进行连接，从而形成生产设备通信维度信息模型的实体关系图。

需要说明的是，在步骤S3.3中，通过在实现域基于实体属性关系描述信息构建生产设备统一信息模型，从而提供统一的、无歧义的、标准化的设备模型描述信息。具体地，通过基于生产设备实体关系图，定义每个属性的详细内容，并对设备的数据属性明细表进行参数配置。数据属性明细表用于详细描述实体属性的表格或列表，可以包含每个实体的属性名称、数据类型、属性描述、数据值等信息。

需要说明的是，本发明实施例通过标准元素功能扩展机制创建构造型对SysML系统建模语言中的基础元素进行个性化定义，并实例化至不同应用场景，实现生产设备运行管控活动子动作对所需方法的调用；同时，扩展SysML动作元素之间交互内容的约束条件，并对各个功能模块所属活动进行关联限制，从而实现了生产设备运行管控活动行为与功能应用的全面、准确描述。另外，本发明实施例基于MagicGrid方法论，通过纵向构建需求分析、业务活动分析、功能模块分配、信息要素构建的流程，横向构建问题域、解决方案域及实现域的递进式技术，提炼出生产设备运行管控活动元素和功能元素，实现了生产设备运行管控活动行为和功能模块的深入分析，以支撑生产设备运行管控不同环节信息的交互共享和集成应用。

请参考图2，图2示出了本申请的一些实施例提供的生产设备运行管控信息模型构建装置的组成框图。应理解，该生产设备运行管控信息模型构建装置与上述图1方法实施例对应，能够执行上述方法实施例涉及的各个步骤，该生产设备运行管控信息模型构建装置的具体功能可以参见上文中的描述，为避免重复，此处适当省略详细描述。

图2的生产设备运行管控信息模型构建装置包括至少一个能以软件或固件的形式存储于存储器中或固化在生产设备运行管控信息模型构建装置中的软件功能模块，该生产设备运行管控信息模型构建装置包括：

第二方面，本申请实施例提供了一种生产设备运行管控信息模型构建装置，包括：

活动配置模块210，用于根据获取到的生产设备运行管控需求信息，基于预设的多个建模维度确定生产设备模型的业务活动描述信息，在实现域根据业务活动描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成业务活动描述图；

功能配置模块220，用于根据业务活动描述信息，基于多个建模维度确定生产设备模型的功能分配描述信息，在实现域根据功能分配描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成功能模块描述图；

模型构建模块230，用于根据业务活动描述图和功能模块描述图，基于多个建模维度确定生产设备模型的实体及属性描述信息，并基于实体及属性描述信息进行构建得到生产设备运行管控统一信息模型。

可以理解的是上述装置项实施例，是与本发明方法项实施例相对应的，本发明实施例提供的一种生产设备运行管控信息模型构建装置，可以实现本发明任意一项方法项实施例提供的生产设备运行管控信息模型构建方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法中的对应过程，在此不再过多赘述。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.一种生产设备运行管控信息模型构建方法，其特征在于，包括：

根据获取到的生产设备运行管控需求信息，基于预设的多个建模维度确定生产设备模型的业务活动描述信息，在实现域根据所述业务活动描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成业务活动描述图；

根据所述业务活动描述信息，基于所述多个建模维度确定所述生产设备模型的功能分配描述信息，在实现域根据所述功能分配描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成功能模块描述图；

根据所述业务活动描述图和所述功能模块描述图，基于所述多个建模维度确定所述生产设备模型的实体及属性描述信息，并基于所述实体及属性描述信息进行构建得到生产设备运行管控统一信息模型。

2.根据权利要求1所述的生产设备运行管控信息模型构建方法，其特征在于，所述根据获取到的生产设备运行管控需求信息，基于预设的多个建模维度确定生产设备模型的业务活动描述信息，包括：

根据获取到的生产设备运行管控需求信息确定生产设备运行管控概要活动项目；其中，所述生产设备运行管控概要活动项目包括通信感知活动项目、通信控制活动项目、知识搜索活动项目、知识推理活动项目和可视化展示活动项目；

基于预设的多个建模维度对每一所述生产设备运行管控概要活动项目进行分解，得到若干个细分活动项目；其中，所述多个建模维度包括通信维度、知识维度和几何维度；所述细分活动项目包括生产设备状态数据采集项目、生产设备数据传输项目、生产设备控制指令下达项目、生产设备控制指令执行项目、生产设备知识单元提取项目、生产设备知识图谱构建项目、生产设备知识语义搜索项目、生产设备知识语义推理项目、生产设备几何特征模型更新项目和生产设备运行状态可视化展示项目；

针对每一所述细分活动项目进行子动作拆分，获取每一所述子动作对应的业务活动要素信息，并对每一业务活动要素信息进行参数配置，得到所述生产设备模型的业务活动描述信息；其中，所述业务活动要素信息包括输入输出逻辑要素、动作关联关系要素、约束条件要素和调用方法要素。

3.根据权利要求2所述的生产设备运行管控信息模型构建方法，其特征在于，所述在实现域根据所述业务活动描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成业务活动描述图，具体为：

基于所述业务活动要素信息对所述建模语言的定义信息进行扩展配置，并将扩展配置的定义信息附加至相应的目标子动作元素上；其中，所述定义信息包括方法构造型、元类以及所述方法构造型与所述元类的对应关系；

基于所述业务活动要素信息对所述建模语言的对象流构造型进行约束条件扩展配置；

基于扩展配置后的建模语言生成业务活动描述图。

4.根据权利要求1所述的生产设备运行管控信息模型构建方法，其特征在于，所述根据所述业务活动描述信息，基于所述多个建模维度确定所述生产设备模型的功能分配描述信息，包括：

按照预设的功能层级，分别从通信维度、知识维度和几何维度对生产设备模型进行功能模块划分；

根据所述业务活动描述信息进行活动相关属性要素提取，并将提取的活动相关属性要素与划分得到的功能模块进行关系映射和匹配，得到各个功能模块的属性要素；

根据各个功能模块的属性要素进行组合装配，生成得到所述生产设备模型的功能分配描述信息。

5.根据权利要求4所述的生产设备运行管控信息模型构建方法，其特征在于，所述在实现域根据所述功能分配描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成功能模块描述图，包括：

根据所述功能分配描述信息对所述建模语言的模块图定义信息进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成功能模块描述图。

6.根据权利要求1所述的生产设备运行管控信息模型构建方法，其特征在于，所述根据所述业务活动描述图和所述功能模块描述图，基于所述多个建模维度确定所述生产设备模型的实体及属性描述信息，包括：

分别从通信维度、知识维度和几何维度确定所述功能模块描述图中各个功能模块对应的实体对象；

根据所述业务活动描述图和所述功能模块描述图确定各个实体对象包含的属性类别，并确定各个实体对象之间的关系；

基于所述各个实体对象包含的属性类别以及各个实体对象之间的关系生成实体关系图，作为所述生产设备模型的实体及属性描述信息。

7.根据权利要求6所述的生产设备运行管控信息模型构建方法，其特征在于，所述基于所述实体及属性描述信息进行构建得到生产设备运行管控统一信息模型，包括：

根据所述实体关系图生成数据属性明细表，并对所述数据属性明细表进行参数配置，根据配置好的数据属性明细表进行构建得到所述生产设备运行管控统一信息模型。

8.一种生产设备运行管控信息模型构建装置，其特征在于，包括：

活动配置模块，用于根据获取到的生产设备运行管控需求信息，基于预设的多个建模维度确定生产设备模型的业务活动描述信息，在实现域根据所述业务活动描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成业务活动描述图；

功能配置模块，用于根据所述业务活动描述信息，基于所述多个建模维度确定所述生产设备模型的功能分配描述信息，在实现域根据所述功能分配描述信息对预设的建模语言进行扩展配置，并基于扩展配置后的建模语言生成功能模块描述图；

模型构建模块，用于根据所述业务活动描述图和所述功能模块描述图，基于所述多个建模维度确定所述生产设备模型的实体及属性描述信息，并基于所述实体及属性描述信息进行构建得到生产设备运行管控统一信息模型。