CN117336116A - 用于变换制造过程装备的数据模型的网关和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于变换制造过程装备的数据模型的网关和方法。所公开的实施例使得能够将机器供应商的现有和/或专有数据模型变换成标准化的IPC‑CFX信息模型或用于自动化目的的任何其他标准化的工业信息模型(例如PC UA)。所公开的实施例特别有利于在低成本硬件或资源有限的网关上实现。它们是灵活和通用的，因为它们适用于机器供应商的任何专有数据模型。基于可以由人或/和用人工智能提供的方法生成的声明性语义映射，它们的简单部署超过了已知的机器级实现，同时由于声明性映射规则到在网关的运行时环境中执行的可执行的基于知识的映射规则的所提出变换的益处，所提出的实施例实现了已知的机器级实现的处理速度。

Description

用于变换制造过程装备的数据模型的网关和方法

技术领域

本申请实施例涉及制造过程装备的数据模型到用于自动化目的的工业信息模型的变换。更具体地，本申请实施例涉及用于将制造过程装备的数据模型变换成用于自动化目的的工业信息模型的网关。

背景技术

过去的工业自动化系统组件传统上通过使用各种不同协议进行访问和数据交换的专用网络互连。

当前和未来的自动化系统和制造过程装备的发展已经将相当大的注意力放在旨在对过程数据进行标准化访问的通用工业标准上，以便减少设备工程、配置、管理、操作和版本化的工作，以及使能实现基于过程数据的集成和处理的应用。用于自动化目的的工业信息模型为自动化设备的无缝集成提供了架构。

然而，今天的许多制造过程装备仍然由专有或传统数据模型描述或控制，并因此也被称为棕色地带(brownfield)设备。

因此，在本领域中需要促进棕色地带设备和其他传统制造过程装备集成到当代工业信息模型的环境中。

还需要提供一种灵活的解决方案，该解决方案可以在低资源运行时环境上执行，并且另一方面可以适用于大量棕色地带设备，而无需基本的架构软件改变。

发明内容

这里的实施例总地涉及用于将制造过程装备的数据模型变换成用于自动化目的的工业信息模型的网关。该网关包括：

-解析模块，用于通过应用数据模型的通信协议来解析制造过程装备的数据模型中的信息实体；

-语义映射引擎，用于将信息实体变换成工业信息模型，语义映射引擎使用运行时环境来执行基于知识的映射规则；

-接口模块，用于提供对工业信息模型的访问；

-映射知识单元，包括用于维护一个或多个声明性映射规则的映射规则库；以及

-映射编译器，用于将声明性映射规则变换成可执行代码，用于将可执行代码编译成基于知识的映射规则，以及用于将基于知识的映射规则馈送到语义映射引擎的运行时环境中。

在另一个实施例中，公开了一种用于将制造过程装备的数据模型变换成用于自动化目的的工业信息模型的方法。

所提出的实施例使得能够将机器供应商的现有和/或专有数据模型映射到用于自动化目的的标准化工业信息模型中。尽管可以有许多方式来实现数据模型的映射，但是所提出的实施例特别适合于在具有有限资源的硬件上实现，例如位于边缘层的网关。这是因为语义映射引擎使用了运行时环境。运行时环境允许执行基于知识的映射规则，而不是解释声明性映射规则，从而由于基于知识的映射规则的可执行特性而节省了处理时间和资源。相反，解释不可执行的声明性映射规则将需要更多的开销，降低操作效率。

所提出的实施例力求通用性，以可适用于任何数据模型，包括专有数据模型、传统数据模型、机器专用数据模型和供应商专用数据模型。这种通用性是通过声明性语义映射来实现的。除了执行基于知识的映射规则之外，所提出的网关还可以执行声明性语义映射的解释。因此，网关可以适用于任何机器模型，并且不必因为更换了机器而改变。更新其语义映射就足够了。这种映射可以由人工或/和用人工智能提供的方法离线生成。

此外，网关通常可以适用于多种机器或过程装备，并且可以同时服务于这多种机器或过程装备，优选地在边缘水平上服务。出于该原因，所提出的网关并不局限于一台机器。

附图说明

附图通过示例而非限制的方式总体示出了本文档中讨论的各种实施例。在附图中，附图标记可能在图中重复，以指示相应的元件。

图1示出了工业自动化系统的分层控制平面内部的示例网关；

图2是示出了根据本公开的一些示例的可以实现所公开的实施例的网关的示例的框图；

图3是示出根据本公开的一些示例的示例性工业通信环境的框图；

图4是示出通信协议和信息模型变换中的相互依赖性的框图；和

图5是示出根据本公开的一些示例的应用于声明性逻辑事实的声明性逻辑规则的框图。

图6是示出制造过程装备的数据模型到可执行的基于知识的映射规则的变换的框图。

具体实施方式

根据本申请实施例，网关可以将棕色地带设备和其他传统制造过程装备集成到工业自动化系统中。网关可以优选地位于作为工业自动化系统一部分的边缘层上。图1示出了示例性工业自动化系统的高级概览。该系统可以被组织成分层的控制平面，包括车间层FLO、边缘层EDG和云层CLD。

车间层FLO可以包括许多工业设备，例如机器MCH、现场设备FLD或更一般的自动化设备APC。示例性机器MCH可包括批量控制系统(例如混合系统)、连续控制系统(例如PID控制系统)或离散控制系统。示例性自动化设备APC可以包括工业控制器，例如可编程逻辑控制器或其他类型的可编程自动化控制器。示例性现场设备可以包括传感器和仪表、电机驱动器、操作员接口(例如，人机接口、工业监视器、图形终端、消息显示器等)、工业机器人、条形码标记器和读取器、视觉系统设备或视觉相机、智能焊接机、用于组装制造的系统等。

由于大量的系统变量必须被接近实时地监视和控制，工业自动化系统经常生成大量的接近实时的数据。除了生产统计之外，与机器健康、警报状态、操作者反馈(例如，与停机状况相关联的手动录入的原因代码)、一段时间内的电气或机械负载等相关的数据通常被连续监视，并且在某些情况下被记录。该数据由车间层级FLO上的许多工业设备MCH、FLD、APC生成。此外，由于许多工业设施在24小时的基础上操作，它们的相关联自动化系统可能以高速率生成大量潜在的适当数据。

现代自动化系统生成的大量数据使得将广泛的工厂分析应用于自动化系统成为可能。然而，对工业数据的访问通常限于与收集和生成数据的工业控制器共享公共网络的应用和设备。为了解决这些和其他问题，位于内部的边缘设备在边缘层级EDG上提供混合数据收集和分析基础设施。诸如网关GTW的边缘设备可以从车间层级FLO上的多个工业设备MCH、FLD、APC收集数据。

此外，边缘设备可以维持与执行云层级数据收集和分析服务的云平台或云层级CLD的通信信道。必要时，边缘设备可以将选择的数据集传递到云平台CLD，其中云层级分析服务对工业数据执行更高级或闭环分析ANL和/或监视和优化MON。混合架构以双向方式操作，允许制造执行系统MES控制车间层级FLO上的工业设备MCH、FLD、APC，并且允许云层级分析服务ANL基于高级云分析的结果向边缘设备发送指令或数据值(例如，设定点值)。继而，边缘设备可以根据由云平台服务发送的指令或新数据值来修改受控工业过程的方面。

在工业自动化系统中，例如在电子制造工业中，当前的挑战涉及用于在制造过程和印刷电路板或PCB组件中使用的软件系统之间交换信息的标准化通信协议。

考虑到在典型的制造组装线中使用的大量不同的装备平台和机器，在电子制造业中使能实现互操作性是一项冗长的任务。然而，在实现通常被称为工业4.0场景的场景时，互操作性是降低集成成本的关键因素。

被称为IPC的贸易协会已经开发了信息模型标准来使能实现这种期望的互操作性。IPC成立于1957年，前身为印刷电路研究所，现名为电子电路互连和封装研究所，是贸易和标准化组织，总部设在美国伊利诺斯州的Bannockburn。

IPC-CFX是行业开发的开放式国际标准，构成了未来工厂或工业4.0应用的基础/主干。IPC-CFX是即插即用的解决方案，它简化并标准化了机器对机器的通信，同时也促进了机器对企业和企业对机器的应用。IPC-CFX基于IPC-2591、互联工厂交换(CFX)，并且两者都由IPC 2-17互联工厂倡议小组委员会管理。

根据标准IPC-2591的IPC-CFX，该标准旨在使能实现电子制造工业所有制造阶段的互操作性，其中所有装备、制造过程和交易站可以用统一的语言进行通信。

如今，相当多的现有机器或棕色地带机器未实现该IPC-CFX或IPC-2591标准。术语棕色地带是指由传统描述语言操作的最先进的设备，这些设备将部署在更现代的环境中。

为了使能实现工业4.0场景(例如企业资源规划或ERP的应用或制造执行系统或MES的应用、闭环分析、高效状况监视等)，需要使能实现棕色地带机器以便按照IPC-CFX标准进行通信。

所提出的网关GTW或基于知识的IoT网关GTW可以附接到若干棕色地带机器MCH、设备FLD和/或自动化过程APC，以便将它们的信息映射到符合例如IPC-CFX标准的信息。然而，所提出的网关GTW和所提出的实施例不限于IPC-CFX标准。相反，它们可以用于其他工业标准，例如OPC UA标准。网关GTW可以自动将来自专有机器供应商模型的消息映射成符合IPC-CFX标准的消息。

如图2中可以看出，所提出的网关的实施例由以下两个功能区域或单元组成。第一单元或映射知识单元MKU(在图2的左侧示出)用于生成映射知识，而第二网关单元GWC(在图2的右侧示出)解释该映射知识，以便实现网关功能，即将人工制品或消息从一个信息模型翻译成另一个。该网关单元GWC的核心是语义映射引擎ENG，其使用或提供未示出的运行时环境，用于执行基于知识的映射规则，以便将制造过程装备的数据模型中的信息实体变换成工业信息模型。

映射知识单元MKU包括用于生成映射知识的生成模块GNM。映射知识的过程可以由人工智能或AI和/或人类操作员生成或辅助。映射知识单元MKU可以使用户能够定义映射知识。在这项任务中，用户可以得到基于AI的工具的支持。机器MCH的日志数据库LOG的数据可以通过可选的数据变换单元DTR反馈到生成模块GNM中。

一旦被指定，映射知识可以被变换成可理解和可解释的映射规则。生成模块GNM将指定的映射知识传送到映射知识变换模块TRM，在那里映射知识被变换成可理解和可解释的映射规则。映射知识变换模块TRM将映射规则传送到映射规则库MKB，该映射规则库可以包括用于声明性映射规则的存储库，例如如下面进一步详细描述的基于数据日志的映射规则。

映射知识变换模块TRM可以可选地使用未示出的伴随断言器，用于将提取的信息包装到数据日志事实中，并在映射规则库MKB(例如数据日志数据库MKB)内断言声明性逻辑数据日志事实。映射规则库MKB的内容可用于使用数据日志引擎将映射规则或一般映射知识应用于所述声明性逻辑事实。

映射规则库MKB可以向作为网关单元GWC一部分的映射知识编译器MPC馈送声明性映射规则。可替换地，映射知识编译器MPC可以主动从映射规则库MKB取得声明性映射规则。映射知识编译器MPC可以包括用于将数据日志程序翻译成可执行和/或过程式代码的代码生成器。生成的和可选地优化的代码可以被设计成在资源有限和低成本的硬件上运行。

映射知识单元MKU和/或映射规则库MKB可以被操作来将制造过程装备的数据模型中的信息实体演绎地映射到知识库KNB内，该知识库KNB具有一种结构以允许它们稍后被提取为用于自动化目的的工业信息模型的对象，例如IPC-CFX对象。映射规则可以在任何映射发生之前被断言，使得它们能够贯穿变换或映射过程被应用于输入信息。

图2右侧所描绘的网关单元GWC构成了根据实施例的网关的第二部分。网关单元GWC可以包括接口模块IFM、映射编译器MPC、语义映射引擎ENG和解析模块PAM。

解析模块PAM可以与机器MCH或车间层级上的任何其他实体对接。解析模块PAM可以被布置用于通过应用数据模型的通信协议来检索制造过程装备的数据模型中的信息实体。它可以适用于机器的任何供应商特定信息模型。对于任何新的机器信息模型，在网关中更新映射知识就足够了。可以为每个不同的序列化格式提供一个或多个解析模块PAM。解析模块PAM可以伴随有用于在输入文档或输入消息中选择和导航节点的声明性语言。

虽然网关的实施例基于声明性映射规则，但是这些声明性映射规则的引擎可能无法在资源有限或受限的硬件上高效运行。然而，根据本申请实施例的网关旨在实现低硬件要求，包括资源有限的硬件。为了解决这种目标冲突，所提出的网关特征在于映射编译器MPC。该映射编译器MPC可以将多种数据日志规则或数据日志程序翻译成在语义映射引擎ENG中执行的可执行和/或过程式代码。所生成和优化的代码可以被设计成在资源有限且低成本的硬件上运行，该硬件是语义映射引擎ENG的一部分或者被分配给语义映射引擎ENG。

接口模块IFM双向连接语义映射引擎ENG，并将网关与北行方向的标准化工业通信对接，例如与制造执行系统MES或根据图1的云层级CLD上的其他实体对接。

两个单元，即图2左侧所示的所提出网关的映射知识单元MKU和图2右侧所示的所提出网关的网关单元GWC，不一定在一个单个设备中实现。相反，所述单元可以在结构上或实际上分开设计，并且可能分布在多个设备上，例如现场设备、边缘设备、网关设备等。事实上，由图2所描绘的附图标记分配的所有功能单元可以实现为通过公共通信网络连接的单独部分。

从效率的角度来看，所提出的网关等同于基于过程式或固定映射程序的执行的机器级实现，例如C++实现。然而，提出的网关比硬编码的解决方案更灵活。使能实现映射的规则可以通过AI技术来学习，或者可以由人类使用低代码开发平台以低代码方式来定义或改进。

低代码开发平台通常可以提供用于通过图形用户接口创建应用软件的开发环境。低代码平台可能产生完全可操作的应用，或者需要针对特定情形的额外编码。低代码开发平台可以减少花费的传统时间量，从而使能加速企业应用的交付。共同的好处是，更广泛的人可以为应用的开发做出贡献——不仅仅是那些拥有编码技能的人，而是需要良好的治理能够遵守共同的规则和规定。低代码开发平台还可以降低设置、训练、部署和维护的初始成本。

根据本申请实施例的低代码方法不仅使得能够容易地创建声明性映射知识，而且易于发现、修改、验证和分布声明性映射知识。总之，网关将低代码或云方法的优势与资源有限的低成本或边缘方法的灵活性和效率结合在一起。

网关的特征在于双向协议绑定，用于将来自解析模块PAM的通信协议(例如，机器或设备专用协议)映射到接口模块IFM处的标准通信协议，反之亦然。在IPC-CFX标准的情况下，这是北行方向的IPC-CFX通信协议。然而，所提出的实施例不限于这种IPC-CFX通信协议。接口模块IFM可以适于提供许多其他协议，例如OPC UA。通常，这样的协议绑定可以一次实现，并且可以用于多个连接的机器。因此，根据实施例的协议绑定可以用过程式编程语言来实现。

尽管根据实施例，如图2所示的网关的双重性质对于所有可能的网关不是强制性的，但是映射知识功能和包括基于知识的映射规则的执行的网关功能的并发操作可以被视为优选实施例。

这种方法产生了通用的网关，它适用于或适于任何特定于供应商的信息模型。对于任何新的机器信息模型，在网关中更新其映射知识就足够了。

先前已知设计中的网关必须升级，以便通过更新代码或固件来处置新的协议或数据模型。这种更新涉及每次要适配新的输入模型时实现新的解析器。此外，所期望的输出模型中用于映射和序列化的代码需要更改或修改。

根据本申请实施例的网关减轻了这些复杂性，因为网关的执行侧(图2的右手侧)不需要改变。实现新的特定于供应商的模型仅仅涉及到添加映射知识。根据图2左手侧的映射知识功能可以离线或与网关的常规操作并发生成映射知识。映射知识可以由人工生成或/和通过人工智能使用的自动方法生成。

为了创建映射知识，可以使用低代码平台，由此低代码平台可以由云层级上的服务器来访问。这种方法为简化现有映射知识的创建或修改准许了更广泛的选择。低代码平台特别允许开发人员专注于通过图形用户接口执行的高级映射，并且同时将开发人员从当前为硬件受限的IoT网关编码嵌入式软件的必要实践中解放出来。尽管更复杂的情况可能仍然需要特定的变换函数，但是在低代码环境中开发这些函数比在嵌入式软件环境中更具时效性。

现在转向图3，其示出了示例性工业通信环境，其中根据本申请实施例的网关GTW或基于知识的IoT网关GTW可以以即插即用的方式工作。这可以包括网关GTW连接到车间上的机器MCH，读取其数据，并将数据映射到用于自动化目的的工业信息模型，例如IPC-CFX信息模型。可以以标准方式(例如，通过消息路由系统MRS)访问映射数据，包括交换的消息。网关GTW可以发布消息或事件，或者通常与消息路由系统MRS交换消息或事件——参见图中的垂直双箭头。可替换地或附加地，网关GTW可以与端点EPT交换消息或事件。端点可以是现场设备或任何其他机器或设备。消息或事件的交换可以通过专用事件信道EVC或请求/响应信道RRC传输。

网关GTW可以通过事件信道EVC向消息路由系统MRS发布消息或事件，并订阅来自其他IPC-CFX端点EPT的事件。IPC-CFX端点EPT可以是符合IPC-CFX的机器，或者是连接到棕色地带机器的另一个基于知识的IoT网关GTW。

在IPC-CFX标准的情况下，双向交换或通信可以通过高级消息队列协议或AMQP协议来实现。网关GTW也可以使用请求/响应范例通过请求/响应信道RRC与其他IPC-CFX端点通信。

现在参考图4，总体上示出了变换或映射规则的目的。如图所示，映射规则——如双箭头所示——提供了制造过程装备的通信协议(其可以是专有机器模型PMM)到用于自动化目的的标准化工业信息模型(其可以是IPC-CFX信息模型CFX)之间的映射。映射规则实现将来自输入模型PMM的每个项映射到输出模型CFX的一个特定项或一系列特定项的任务。对于基于知识的映射过程，使用映射规则库MKB，其细节将在下面进一步描述。

根据本申请实施例的信息模型的映射基于一个或多个声明性逻辑规则或事实，用于应用演绎推理机制。在下文中，使用数据日志作为用于表达所述声明性逻辑规则的一种示例性编程语言来描述演绎推理方法。

数据日志语言部分也称为数据日志程序，由声明性规则组成。规则具有规则体和规则头，其表达为：

头<＝体

如果数据日志系统可以证明体为真，作为布尔真，那么它可以推断头也为真。这是数据日志系统可以如何从现有知识中得出新知识的机制。

此外，数据日志程序和数据日志规则是从以下类型的原子公式构建的：

p(t1，t2，…，tn)

其中p是谓词符号，并且t1，t2，…，tn标示项。一些谓词在数据日志系统中具有预定义的含义。它们标示内置操作，并因此被称为内置谓词。考虑到下面将进一步描述的实施例，内置谓词和复合项可用于处置外部调用或函数，其可用于将制造过程装备的专有通信协议的方法和命令映射到IPC-CFX方法，或者可用于数学运算，例如用于数据映射。此外，内置谓词和复合项可用于调用或执行通信协议中指定的方法和命令。

回到数据日志的描述，原子公式——或者简称为原子——是不能被划分成严格子公式的公式。文字是正或负的原子。项是常量、变量或复合项。变量用由大写字母组成的字符串或以大写字母开头的字符串标示，例如VAR或Var，并且常量被引用，例如>>constant_unit<<。复合项实现函数。函数是一种类型的表达式：

f(t1，t2，…，tn)

其中f是参数数量n的函数符号，并且t1，t2……tn是项。事实是基本的原子公式，例如表达如下：

p(″c1″，″c2″，...，″cn″)

其中“c1”、“c2”……“cn”是常量。

图5示出了应用于声明性逻辑事实的声明性逻辑规则的图形表示，其旨在将数据从一个信息模型映射到另一个信息模型。可以看出，体文字中的项(图5右侧)与头原子中的项(图5左侧)相关。在这种情况下，当输入与体文字结构匹配的单个事实时，将使用输入的事实和现有的数据日志规则演绎出数据日志事实。

数据日志规则可以以这样的方式构造，即它们递归地相互工作，以使用许多个体来填充完整的映射规则，以及定义信息关系的较小的数据日志规则。照此，在示例中，如果有文字与体文字的常量项匹配，这些项也满足通配符条件，则具有规则头格式的新数据日志事实将被断言到数据库中。

图6示出了制造过程装备的数据模型到可执行的基于知识的映射规则的变换。总的来说，图6描绘了用于将如图6左下方所示的制造过程装备的数据模型映射到图6右下方的用于自动化目的的标准化工业信息模型的概念。

制造过程装备的数据模型可以由多个可能的不同模型数据来指定——这些模型数据在图中分别由具有折叠角的相应纸文档来符号化——这些文档可以以不同的序列化格式来指定，例如，XML(可扩展标记语言)、JSON(JSON或JavaScript对象符号)、CSV(逗号分隔值格式)、TXT(文本格式)、BIN(二进制格式)等。

可以为一种或多种所述不同的序列化格式XML、JSON、CSV、TXT、BIN或binary等提供解析器或解析过程PAR。解析过程PAR可以提供用于在输入文档或消息中选择和导航节点的声明性语言。例如，如果XML被用作输入，则表达式语言XPath可以被用于以序列化格式导航节点以及用于提取必须被映射的内容。可替换地，如果输入模型数据是用JSON编写的，则可以使用表达式语言JSONPath。

在被称为提升LFT的过程中，输入事实IPF从该解析过程PAR的结果中生成。

应用一个或多个声明性映射规则MMR，输入事实IPF然后被映射到输出事实OPF。如上所述，声明性映射规则MMR可以是特定的IPC-CFX声明性映射规则MMR，这意味着这些声明性映射规则MMR是相对于IPC-CFX模型定义的。因为该IPC-CFX模型或任何其他模型通常是标准化的，所以当输入改变时，例如对于考虑另一机器供应商的情况，不需要改变它。然而，声明性映射规则MMR对于输入事实IPF可以是特定的。

用于将输出事实OPF变换成序列化的可执行代码SRZ——例如图中示例性描绘的CFX JSON——的过程被标示为降低过程LWR。如果处理了输入事实IPF和映射规则的完整集合，则会产生完整的IPC-CFX消息。

在下文中，考虑附录1中所示的特定于供应商的消息的示例。可以用下面几行XPath表达式提取整个消息的内容：

//RECEIVED/REHM/TRACE/CHANNELS channelattributes.facts

//RECEIVED/REHM/TRACE/CHANNELS/*channel.facts

//RECEIVED/REHM/TRACE trace.facts

//RECEIVED/REHM rehm.facts

//RECEIVED receivedtime.facts

沿着这些XPath表达式，解析过程PAR还可以预期内容可以被提取到的文件的名称(例如，channel.facts、trace.facts、receivedtime.facts等)。此程序将生成输入事实IPF。例如，对于名为channel.facts的文件，将产生以下内容：

因此，输入事实IPF可以被映射到输出事实OPF。这可以通过声明性映射规则MMR来实现。可以针对IPC-CFX模型来定义声明性映射规则MMR。由于IPC-CFX模型是标准化的，所以当输入改变时，它可以不需要改变。然而，声明性映射规则MMR可以相对于输入事实IPF来具体选择。声明性映射规则MMR的示例如下所示：

.decl detectTag(channel-tag-name：symbol ， tag-identifier：symbol)

detectTag(″HtBottomZ01″，″Z01″).

detectTag(″HtBottomZ02″，″Z02″).

detectTag(″HtBottomZ03″，″Z03″).

...

声明性映射规则MMR可以被理解为映射表。在如上所示的第一行中，声明了表头。如上所示的声明性映射规则MMR的其余行定义了表行。在数据日志术语中，这些表行可以被标示为文字，如图5所描绘以及以上结合图5所描述的。每一行的含义如下：每当检测到标签HtBottomZ01，它将会被映射到Z01。此外，每当需要这样的映射时，将在规则中使用谓词detectTag。

虽然通常需要与输入消息中的XPath表达式一样多的映射表，但是本申请实施例实现了显著更少的开销。这是由于使用了由低代码方法实现的图形接口，以便容易地定义这些映射表。值得注意的是，用户不需要编写代码或嵌入代码。语句形式的简单映射：map>>HtBottomZ01<<into>>Z01<<就可足够了。

定义的映射表进一步与在数据日志中实现的映射规则和IPC-CFX模型一起使用。规则示例如下所示：

SetPoints(tag_identifier，SubZone ， Setpoint Type，n_setvalue)

：一channel(channel_tag_name,n_maxValue，n_minValue，n_to1eranceBottom，n_toleranceTop，n_setValue，s_state)，detectTag(channel_tag_name ， tag_identifier)，

SubZone_identifier(rehm_tag_name ， SubZone)，SetPoint_identifier(tag_identifier，SetpointType).

该规则可以产生具有以下项的谓词>>SetPoints<<：>>tag_identifier<<，>>SubZone<<，>>SetpointType<<，>>n_setValue<<。所述谓词和项都是由IPC-CFX标准定义的。在规则体——符号>>-《后面陈述的部分——中可能必须提供文字来馈送输入内容。例如，在前面的步骤中，可能已经提供了带有项>>channel_tag_name<<和>>tag_identifier<<的谓词>>detectTag<<。

上面描绘的规则显然已经使用了该文字。以这种方式，可以声明来自标准信息模型(例如IPC-CFX模型)的所有术语，并且可以提供来自输入模型的映射。这样的过程最终生成输出事实OPF。

在完成降低过程的后续序列化过程中，输出事实OPF被馈送入序列化的可执行代码SRZ，诸如IPC-CFX的JSON模板，如下所示：

set_points[″SubZone″]＝setpoints_subzone；

set_points[″SetpointType″]＝setpointtype；

set_points[″Setpoint″]＝setpoints_setpoint；

zone_datas[″SetPoints″].push_back(set_points)；

IPC-CFX模板可以是固定的。因此，该过程可以以过程式方式一次实现。输出是有效的IPC-CFX片段，如下所示：

从输出事实中获得有效IPC-CFX消息的整个过程如图6中的下降(Lowering)所示。处理所有输入事实IPF和映射规则MMR将产生完整的IPC-CFX消息。作为示例，对于附录1中提供的示例性输入，将获得附录2中提供的示例性IPC-CFX输出。

以下代码片段——在描述中也称为附录1——示出了根据制造过程装备的数据模型的示例输入消息：

(附录1结束)

以下代码片段——在描述中也称为附录2——示出了根据IPC-CFX信息模型的输出消息的示例，该信息模型是用于自动化目的的工业信息模型的示例：

(附录2结束)

本申请实施例使得能够将机器供应商的现有和/或专有数据模型变换成标准化IPC-CFX信息模型或用于自动化目的的任何其他标准化工业信息模型。本申请实施例对于在低成本硬件或资源有限的网关上实现尤其有利。

所提出的实施例是灵活和通用的，因为它们适用于机器供应商的任何(专有)数据模型。基于可以由人或/和利用人工智能提供的方法生成的声明性语义映射，它们的简单部署超过了已知的机器级实现，而同时，由于声明性映射规则到在网关的运行时环境中执行的可执行的基于知识的映射规则的所提出变换的益处，所提出的实施例实现了已知的机器级实现的处理速度。

因此，所提出的实施例在实现和维护方面更便宜，尤其是因为映射规则可以容易地发送到潜在的许多网关。同样，它们可以被毫不费力地删除，从而使得能够容易地管理所提出的这种声明性网关。

总之，所提出的实施例的特征在于根据图2的双重方法。图2左侧所示的所提出网关的第一单元用于生成映射知识，而图2右侧所示的第二单元实现了实际的网关功能。这种设计是由实现通用网关的本申请实施例的具有以下意义的客观基础所驱动的：当要处置新的供应商特定模型时，不需要更新其代码。

如图2右侧所示的网关功能可以通过受约束的硬件来实现，从而有利地避免了改变驱动网关功能的软件或嵌入式软件的需要。对软件的这种改变或修改可以在如图2左侧所示的用于生成映射知识的所提出网关的第一单元中进行处理。这一部分可以在不受约束的硬件上实现，例如在云中。

双重方法为有效创建映射信息提供了更多可能性。特别地，所提出的实施例遵循声明性方法，其中映射语句被声明。这些类型的声明映射高度适合用低代码方法实现。此外，低代码平台还可以提供映射语句、配置选项的并发验证、输入和输出消息流的监视服务、调度等。

应当理解，所附权利要求中记载的元素和特征可以以不同的方式组合，以产生同样落入本发明范围内的新权利要求。因此，尽管下面所附的从属权利要求仅从属于单个独立或从属权利要求，但是应当理解，可以可替换地使这些从属权利要求以可替换形式从属于任何前面或后面的权利要求，无论是独立权利要求还是从属权利要求，并且这种新的组合应当理解为形成本说明书的一部分。

虽然上面已经参照各种实施例描述了本发明，但是应该理解，可以对所描述的实施例进行许多改变和修改。因此，前面的描述旨在被视为说明性的而非限制性的，并且应当理解，实施例的所有等同物和/或组合旨在被包括在本描述中。

Claims (6)

1.一种用于将制造过程装备的数据模型变换成用于自动化目的的工业信息模型的网关，所述网关包括：

-解析模块(PAM)，用于通过应用所述数据模型的通信协议来解析所述制造过程装备的所述数据模型中的信息实体；

-语义映射引擎(ENG)，用于将所述信息实体变换成所述工业信息模型，所述语义映射引擎使用运行时环境来执行基于知识的映射规则；

-接口模块(IFM)，用于提供对所述工业信息模型的访问；

-映射知识单元(MKU)，包括用于维护一个或多个声明性映射规则的映射规则库(MKB)；以及

-映射编译器(MPC)，用于将所述声明性映射规则变换成可执行代码，用于将所述可执行代码编译成基于知识的映射规则，以及用于将所述基于知识的映射规则馈送到所述语义映射引擎(ENG)的所述运行时环境中。

2.根据权利要求1所述的网关，所述映射知识单元包括：

-生成模块(GNM)，用于通过人工智能和/或人类操作员生成或辅助生成映射知识。

3.根据前述权利要求之一所述的网关，所述映射知识单元包括：

-映射知识变换模块(TRM)，用于将所述映射知识变换成声明性逻辑事实，并用于在演绎数据库内断言所述声明性逻辑事实。

4.根据前述权利要求之一所述的网关，所述映射知识单元包括：

-变换单元，用于将所解析的信息实体变换成声明性逻辑事实，并用于在演绎数据库内断言所述声明性逻辑事实。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述工业信息模型是IPC-CFX或OPC UA。

6.一种用于将制造过程装备的数据模型变换成用于自动化目的的工业信息模型的方法，所述方法包括以下步骤：

-通过应用所述数据模型的通信协议来解析所述制造过程装备的所述数据模型中的信息实体；

-使用用于执行基于知识的映射规则的运行时环境将所述信息实体变换成所述工业信息模型；

-通过接口模块(IFM)提供对所述工业信息模型的访问；

-通过包括映射规则库(MKB)的映射知识单元(MKU)维护一个或多个声明性映射规则；以及

-将所述声明性映射规则变换成可执行代码，将所述可执行代码编译成基于知识的映射规则，以及将所述基于知识的映射规则馈送到语义映射引擎(ENG)的所述运行时环境中。