DE10111537A1 - Datenverarbeitungs- und Informationssystem - Google Patents

Abstract

Für eine systemübergreifende Vernetzung von verschiedenen Software- und Hardware-Systemen ist erfindungsgemäß ein Datenverarbeitungs- und Informationssystem (1) mit einer Mehrzahl von Datenverarbeitungseinheiten (2) für unterschiedliche Prozess- und/oder Produktphasen vorgesehen, welche applikationsspezifische Sprachen und/oder Datenmodelle aufweisen, die verschieden voneinander sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstraktionsmodell (12) zur Ermittlung und Darstellung eines von einer Prozess- und/oder Produktänderung betroffenen Elements anhand einer Objektklasse (OK1 bis OKn) mittels einer Modellierung von betreffende Prozessabläufe und betreffende Produktstrukturen charakterisierenden Daten (D1 bis D4) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenverarbeitungs- und Informa­ tionssystem, insbesondere ein computergestütztes Engi­ neering-, Konstruktion-, Projektierung-, Vertriebs-, Ab­ wicklungs- und/oder Service-System, welches dezentral oder verteilt aufgebaut ist.

Bedingt durch die Komplexität derartiger verteilter, compu­ tergestützter Datenverarbeitungs- und Informationssysteme weisen diese eine Vielzahl von Programmier- und Implemen­ tierungssprachen, von Datentxrpen und Datenmodellen auf, welche wiederum auf verschiedenen Hardware-Einrichtungen oder -Plattformen verwendet werden. Für einen Prozessab­ lauf, z. B. einen Projektierungsablauf oder Produktablauf von der Konstruktion bis hin zum Service, sind daher die Abläufe auf den verschiedenen Hardware-Einrichtungen zu koordinieren. Dabei sind in den verschiedenen Phasen eines Prozessablaufs unterschiedliche Daten oder gar unterschied­ liche Sichten auf gleiche Daten erforderlich. Beispielswei­ se benötigt ein Konstrukteur für ein Maschinenteil eine hochaufgelöste Darstellung, insbesondere dreidimensionale Ansicht, des Maschinenteils, wohingegen der Service ledig­ lich ein Abbild des Maschinenteils benötigt. Darüber hinaus kommt es mit zunehmender Globalisierung der Wirtschaft und der Industrie dazu, daß Konstrukteure zu unterschiedlichen Zeiten aufgrund der Zeitzonen, in unterschiedlicher Sprache und mit unterschiedlichen Hardware-Einrichtungen an ein- und demselben Maschinenteil arbeiten.

Eine derartige Heterogenität von Daten, Sprachen, Zeiten, Software, Hardware und/oder Versionen von Applikationen führt zu einem Produktivitätsverlust bei der Konstruktion, Entwicklung und Herstellung von Produkten. Üblicherweise werden daher alle am Prozess Beteiligte im Hinblick auf Sprache, Daten, Hardware und Software beschränkt, indem ei­ ne Fokussierung auf eine weit verbreitete Plattform eines Herstellers vorgenommen wird. Hieraus resultierende Abhän­ gigkeiten führen auch zu einem Verlust an Flexibilität in den jeweiligen Prozessabschnitten. Darüber hinaus ist der Abstimmungs- und Koordinationsaufwand wegen fehlender Tran­ sparenz zwischen Teilprozessen der Beteiligten und zwischen einzelnen Prozessabschnitten oder Entwicklungsabschnitten des Produktzyklusses erheblich erhöht. Häufig kommt es zu Daten-, Modell- und/oder Spracheninkonsistenten, welche nur mit erhöhten Zeit- und Kostenaufwand behoben werden können. Ferner sind aufwendige Entwicklungen und Anpassungen von Schnittstellen durch die Systemvielfalt, die Heterogenität der Systeme und fehlende Standards erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Daten­ verarbeitungs- und Informationssystem anzugeben, welches in besonders einfacher Art und Weise eine systemübergreifende Vernetzung von verschiedenen Software- und Hardware- Systemen ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Datenver­ arbeitungs- und Informationssystem umfassend eine Mehrzahl von Datenverarbeitungseinheiten für unterschiedliche Pro­ zess- und/oder Produktphasen, welche applikationsspezifi­ sche Sprachen und/oder Datenmodelle aufweisen, die ver­ schieden voneinander sind, wobei ein Abstraktionsmodell zur. Ermittlung und Darstellung von eines von einer Prozess- und/oder Produktänderung betroffenen Elements anhand einer Objektklasse mittels einer Modellierung von betreffende Prozessabläufe und betreffende Produktstrukturen charakte­ risierenden Daten vorgesehen ist. Ein derartiges system­ unabhängiges Abstraktionsmodell, z. B. eine Modellierungs­ sprache, basierend auf einer Anzahl von definierten Objekt­ klassen für die Gesamtheit des Systems ermöglicht eine hohe Systemstabilität und Konsistenz aller im System verwendeten Daten und/oder Sprachen sowie eine hohe Performance. Die Objektklasse definiert dabei vorzugsweise eindeutig die die verschiedenen Teilsysteme charakterisierenden Elemente oder Objekte anhand einer definierten Mindestanzahl von Attribu­ ten. Hierdurch ist in allen Prozess- und/oder Produktpha­ sen eine einzige und somit konsistente Klassifikation aller Elemente in dem System anhand von Objektklassen gegeben. Dabei ermöglicht das Abstraktionsmodell benutzer- und auf­ gabenabhängige Sichten auf Produktdaten, insbesondere auf verteilte Produktdaten. Ferner ermöglicht ein derartiges Abstraktionsmodell eine Steuerung und Überwachung von standortübergreifenden und verteilten Prozessen. Hierdurch ist wiederum eine Koordination von verteilten Entwicklungs­ phasen auf verschiedene Standorte ermöglicht.

Zweckmäßigerweise ist das Abstraktionsmodell mit den zuge­ hörigen Objektklassen visualisierbar. Dabei ist unabhängig von der den jeweiligen Standort zugehörigen Hardware- und Softwareumgebung eine einheitliche Oberfläche, z. B. ein Fenster für eine interaktive Bedienung zur Online- Generierung, -Modifizierung und -Aktualisierung des Ab­ straktionsmodells, insbesondere der Objektklassen, vorgese­ hen. Darüber hinaus ermöglicht die einheitliche Oberfläche eine Plausibilitätsprüfung hinsichtlich Konsistenz zwischen Objektklassen verschiedener Teilsysteme im Gesamtsystem.

Vorteilhafterweise ist das Abstraktionsmodell zur Wiederge­ winnung der applikationsspezifischen Sprachen und/oder Da­ tenmodelle anhand der Objektklassen vorgesehen. Insbesonde­ re durch das durchgängige Abstraktionsmodell aller Prozess- und/oder Produktphasen im verteilten System ist sowohl ein sogenannte Forward-Engineering als auch ein Reverse- Engineering ermöglicht. Vorzugsweise ist das Abstraktions­ modell zur Prozeßkettenmodellierung vorgesehen. Dabei wird durch die Spezifikation aller Objekte einer Prozesskette anhand von definierten Objektklassen beispielsweise der Entstehungsprozess eines Produktes, aber auch die folgenden Lebensphasen eines Produktes durch beliebig erweiterbare zusätzliche Objektklasse beschrieben.

Bevorzugt dient das Abstraktionsmodell anhand der Objekt­ klassen als Eingangsdatum für Transformationsalgorithmen zur Gewinnung von anderen applikationsspezifischen Sprachen und/oder Datenmodelle. Hierdurch ist eine System-, Spra­ chen- und Datenmodellunabhängigkeit des Abstraktionsmodells gegeben, indem dieses einen Baustein für die Objektklassen mit der kleinst möglichen Anzahl von Schnittstellen auf­ weist, welche dem Transformationsalgorithmus zugeführt wer­ den.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß durch ein einziges alle verteilten Systeme beschreibendes Abstraktionsmodell eine einheitliche Platt­ form für eine Kommunikation zwischen verschiedenen Teilneh­ mern an einem Prozessablauf gegeben ist. Hierdurch ist eine effiziente Steuerung von verschiedenen Prozessabläufen, ei­ ne hohe Prozesssicherheit und eine hohe Prozesstransparenz ermöglicht. Insbesondere ist eine funktionale und daten­ technische Integration unterschiedlicher Technologien, An­ wendungen und Plattformen ermöglicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Datenverarbeitungs- und Informa­ tionssystem mit einem Abstraktionsmodell, und

Fig. 2 schematisch das Abstraktionsmodell für eine An­ wendung mit zugehörigen Objektklassen.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugzeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ein Datenverarbeitungs- und Informationssy­ stem 1 mit mehreren Datenverarbeitungseinheiten 2. Die Da­ tenverarbeitungseinheiten 2 umfassen dabei jeweils ein Be­ dien- und Beobachtungssystem 4, eine lokale Datenübertra­ gungseinheit 6, eine Rechnereinheit 8 und eine Speicherein­ heit 10. Die Datenverarbeitungseinheiten 2 können beispielsweise ein Personal Computer, eine Workstation oder eine andere Datenverarbeitungseinheiten sein.

Die jeweilige Datenverarbeitungseinheit 2 ist charakteri­ siert durch eine in einem komplexen Verfahren oder Prozess auszuführende Funktion und durch eine für diese Funktion erforderlichen Hardware- und Software-Struktur, wie z. B. Workstation oder PC, Programmier- oder Modellierungsspra­ chen und/oder Datenmodelle. Beispielsweise sind bei einem ortsunabhängigen Verfahren zur Entwicklung eines Produktes verteilte Datenverarbeitungseinheiten 2 mit unterschiedli­ chen Funktionen, wie z. B. eine für die Konstruktion des Produktes, eine für die Entwicklung der Steuerungs- Software, eine für die Montage, eine für die Verwaltungs­ funktionen (z. B. Wahl der Zulieferer) vorgesehen, welche insbesondere hinsichtlich ihrer Hardware- und Software- Struktur zueinander heterogen sind.

Für eine Ermittlung und systemunabhängige konzeptuelle Dar­ stellung von einem einen Prozessablauf und/oder eine Pro­ duktstruktur repräsentierenden Element oder Anlagenteil ist ein Abstraktionsmodell 12 vorgesehen. Das Abstraktionsmo­ dell 12 umfaßt dabei eine Modellierungssprache zur Model­ lierung von dynamischen und/oder statischen Prozessabläu­ fen, zur Modellierung von Produktstrukturen oder Teilele­ menten des Produkts, zur Koordination aller am Prozess oder Verfahren Beteiligter, zur Modellierung von Kommunikations­ abläufen zwischen den vernetzten Datenverarbeitungseinhei­ ten 2 anhand einer vorgebbaren Anzahl von Objektklassen OK1 bis OKn mittels relevanter Daten für den Prozessablauf, die Produktstruktur, etc.

Die mittels des Abstraktionsmodells 12 generierten Modelle dienen als Eingangs- und/oder Ausgangsdaten beliebiger Transformationsalgorithmen T für die jeweilige Datenverar­ beitungseinheit 2 bzw. zwischen den Datenverarbeitungsein­ heiten 2. Die Erzeugung derartiger änderungsstabiler und objektorientierter logischer Modelle sind in beliebige phy­ sische Implementierungsstrukturen, wie z. B. objektorien­ tierte Programmiersprachen Java, C++, objektorientierte Da­ tenbanken, XML-Sprachen, umsetzbar. Durch die Anwendung des die jeweilige Datenverarbeitungseinheit 2 charakterisieren­ den Transformationsalgorithmus T werden applikationsspezi­ fische Sprachen und/oder Datenmodelle der betreffenden Da­ tenverarbeitungseinheit 2 anhand von Objektklassen O gene­ riert oder wiedergewonnen.

Das Abstraktionsmodell 12 dient insbesondere der Erfassung und Erkennung von unvollständig erfaßten Daten oder Infor­ mation innerhalb einer einzelnen Datenverarbeitungseinheit 2 oder von zwischen mehreren Datenverarbeitungseinheit 2 auszutauschenden Daten. Darüber hinaus ermöglicht das Ab­ straktionsmodell 12 eine Plausibilitätskontrolle hinsicht­ lich der Konsistenz zwischen den unterschiedlichen Produkt- und/oder Prozessphasen für ein Produkt, wobei dies inner­ halb einer einzelnen Datenverarbeitungseinheit 2 und/oder bezüglich der Konsistenz von Daten, Teilprozessen, etc. von mehreren Datenverarbeitungseinheiten 2, die entsprechend miteinander vernetzt sind und eine jeweils zugehörige Funk­ tion innerhalb des gesamten Prozesses erfüllen. Somit wer­ den mittels des innerhalb des Datenverarbeitungs- und In­ formationssystems 1 geschaffenen Abstraktionsmodells 12 beim Engineering während eines Produkt-Entstehungsprozesses und den folgenden Lebensphasen des Produkts immer konsi­ stente Objekte anhand der Objektklassen O für beliebig erweiterbare zusätzliche Produktstrukturen oder -phasen er­ zeugt und verwaltet. Je nach Art und Ausführung des Daten­ verarbeitungs- und Informationssystems 1 wird das Abstrak­ tionsmodell 12 zentral erzeugt und bearbeitet. Alternativ werden für eine Plausibilitätskontrolle mehrere Abstrakti­ onsmodelle 12 standort-, prozess-, produkt-, phasen- und/oder applikationsspezifisch erzeugt. Ein derartiges Ab­ straktionsmodell 12 dient somit der Implementierung von Software und Hardware in einem komplexen Gesamtprozess, wo­ durch die gesamte Prozesskette modellierbar ist.

Je nach Art und Ausführung des Datenverarbeitungs- und In­ formationssystems 1, insbesondere der Datenverarbeitungs­ einheiten 2, ist das Abstraktionsmodell 12 visualisierbar. Über das Fenster wird das Abstraktionsmodell 12 anhand der Objektklassen OK1 bis OKn sukzessive aufgebaut und/oder mo­ difiziert. Hierzu ist eine entsprechende interaktive Be­ dienoberfläche, beispielsweise anhand der Bedien- und Beob­ achtungssysteme 4 der jeweiligen Datenverarbeitungseinheit 2, vorgesehen, mittels der ein Benutzer applikationsspezi­ fische Modifikationen einfügen kann, anhand derer die be­ treffenden Objektklassen OK1 bis OKn und somit das Abstrak­ tionsmodell 12 angepaßt wird.

Das Abstraktionsmodell 12 sei wie folgt an einem Beispiel für eine Entwicklung und Konstruktion eines neuen Elements, z. B. einer Steuerungsplatine, in einem bestehenden Produkt, z. B. einem Motor, beschrieben. Durch die Einbindung der neuen Steuerungsplatine in das bestehende Produkt sind ver­ schiedene Prozess- und Produktänderungen erforderlich, wie Konstruktion der neuen Platine, Einbau der neuen Platine, Halterung für die neue Platine, Software für die neue Pla­ tine. Je nach Art und Ausführung des Datenverarbeitungs- und Informationssystems 1 umfaßt dieses für die identifi­ zierten Prozessabläufe und/oder Produktstrukturen und/oder -änderungen ein oder mehrere Datenverarbeitungseinheiten 2 mit unterschiedlichen Hardware- und Software-Strukturen und mit zugehörigen Abstraktionsmodellen 12. Die Abstraktions­ modelle 12 sind dabei unabhängig von der die betreffende Datenverarbeitungseinheit 2 charakterisierenden Hardware- und Software-Struktur.

In Fig. 2 ist beispielhaft ein Teil eines der Abstrakti­ onsmodelle 12A, wie es beispielhaft auf einem Bildschirm visualisierbar ist, für eine Anwendung, z. B. für die Er­ mittlung und Erstellung des Teilprozesses "Produktion und Gesamtmontage" umfassend den Einbau der Platine mittels Halterung am Motor, dargestellt. Das Abstraktionsmodell 12 definiert dazu die Halterung oder Platine betreffende At­ tribute oder Daten D1 bzw. D2, wie z. B. Abmessungen bzw. Betriebsparameter, die wiederum der Beschreibung und Model­ lierung der zugehörigen Objektklasse OK1 bzw. OK2 dienen. Dabei stellt der Entitätstyp oder die Objektklasse OK1 die Halterung und der Entitätstyp oder die Objektklasse 2 die Platine dar. Die Daten D3 bzw. D4 dienen der Beschreibung der Objektklassen OK3 und OK4, wobei die Objektklasse OK3 ein Gehäuse und die Objektklasse OK4 den Motor darstellen. Die Objektklasse OK5 dient beispielsweise dabei der Ab­ straktion eines Elements. Wechselwirkungen der Elemente, wie Anpassung der Halterung an die Platine und das Gehäuse oder Steuerungsparameter/-funktionen der Platine zur Steue­ rung/Regelung des Motors, werden anhand von Relationen, r1 bis r7, R1, R3 beschrieben, wobei die Relationen r1 bis r7 unilaterale Relationen und die Relationen R1, R3 bilaterale Relationen beschreiben. Die den Rollen oder Relationen r1 bis r7, R1, R3 zugrundeliegenden Funktionen weisen darüber hinaus zugehörige, vorgebbare Wertebereichen i1:x1 bis i7:x7 auf.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Ob­ jektklassen OK1 und OK2 jeweils eine Datenverarbeitungsan­ lage 2 mit unterschiedlichen Funktionen, z. B. eine zur Pro­ jektierung, die andere zur Bedienung und Überwachung oder Simulation des Automatisierungsprozesses, darstellen. Die Objektklasse OK3 repräsentiert dabei beispielsweise eine Datenübertragungseinheit, welche die beiden Datenverarbei­ tungsanlagen 2 physisch miteinander verbindet. Die jeweili­ ge Objektklasse OK1 bis OK4 sind durch die jeweils zugehö­ rigen und das zugrundeliegende Element beschreibenden Daten D1 bis D2 charakterisiert. Dabei werden durch eine einzelne Objektklasse OK1 bis OK4 mehrere semantisch äquivalente Zeichen oder Elemente des Abstraktionsmodells 12 beschrie­ ben. Darüber hinaus ist ein einzelnes Element anhand von Relationen R1 oder R3 der betreffenden Objektklasse OK3 mit anderen, in Wechselwirkung mit dieser stehenden Objektklas­ sen OK2 bzw. OK4 beschreibbar. Dabei ist jede Relation R1 oder R3 durch deren zugrundeliegenden Funktion oder Rolle r2, r3 bzw. r4, r5 beschrieben sowie durch eine diese Rolle repräsentierenden Wertebereich i2:x2, i5:x3 bzw. i4:x4, i5:x5. Bei einem unilateralen Austausch oder Wirkung ist die betreffende Objektklasse OK1 durch die zugehörige Funk­ tion oder Rolle r1 und r7 mit den Wertebereich i1:x1 bzw. i7:x7 beschrieben.

Das Abstraktionsmodell 12 weist für die betreffenden Daten­ verarbeitungseinheiten 2 jeweils einen zugehörigen Trans­ formationsalgorithmus zur Umsetzung des Abstraktionsmodells 12 in die jeweilige Datenverarbeitungseinheit 2 charakteri­ sierende Sprache, Daten und/oder Modelle. Das jeweilige Abstraktionsmodell 12 umfaßt dabei in Abhängigkeit von der Anzahl der Datenverarbeitungseinheiten 2 zugehörige benut­ zer- und/oder aufgabenabhängigen Abstraktionsmodelle 12 bis 12Z, welche auf einer einheitlichen Basis in die betreffen­ de Umgebung der zugehörigen Datenverarbeitungseinheit 2 um­ gesetzt werden.

Die Objektklassen OK1 bis OKn dienen als Attribute für den betreffenden Transformationsalgorithmus T der jeweiligen Datenverarbeitungseinheit 2. Die verschiedenen Datenverar­ beitungseinheiten 2 innerhalb der Datenverarbeitungs- und Informationseinheit 1 und damit innerhalb des Systems ste­ hen dabei funktional nur über die Abstraktionsmodelle 12 miteinander in Verbindung.

Anhand eines derartigen, eine Anzahl von Modellen umfassen­ den und den gesamten Prozess darstellenden Abstraktionsmo­ dell 12 sind mittels der einzelnen Abstraktionsmodelle 12 Modellinformationen aus bereits bestehenden oder benachbar­ ten Abstraktionsmodellen 12 und denen zugrundeliegenden Prozess- und/oder Produktstrukturen mittels des Transforma­ tionsalgorithmus T herleitbar. Somit ist mittels der Ab­ straktionsmodelle 12 eine Homogenität zwischen alle den Prozess und das System umfassenden Datenverarbeitungsein­ heiten 2 auf Basis einer einheitlichen objektorientierten Modellierung für eine Anzahl von Mindestfunktionen, wie Kommunikation, Daten, Prozess, Management, anhand des Ab­ straktionsmodells 12 ermöglicht. Je nach Art und Ausführung können die Abstraktionsmodelle 12 hierarchisch aufgebaut sein, beispielsweise können mehrere Abstraktionsmodelle 12 einer unteren Ebene durch ein übergeordnetes Abstraktions­ modell 12 einer höheren Ebene modelliert beschrieben wer­ den.

Claims (6)

1. Datenverarbeitungs- und Informationssystem (1) umfassend eine Mehrzahl von Datenverarbeitungseinheiten (2) für un­ terschiedliche Prozess- und/oder Produktphasen, welche ap­ plikationsspezifische Sprachen und/oder Datenmodelle auf­ weisen, die verschieden voneinander sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstraktionsmodell (12) zur Ermittlung und Darstellung eines von einer Prozess- und/oder Produktänderung betroffenen Elements anhand einer Objektklasse (OK1 bis OKn) mittels einer Modellierung von betreffende Prozessabläufe und betreffende Produktstruktu­ ren charakterisierenden Daten (D1 bis D4) vorgesehen ist.

2. Datenverarbeitungs- und Informationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstraktionsmodell (12) mit den zugehörigen Objektklassen (OK1 bis OKn) visuali­ sierbar ist.

3. Datenverarbeitungs- und Informationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere semantisch äquivalente Elemente des Abstraktionsmodells (12) durch ei­ ne einzelne Objektklasse (OK1 bis OKn) beschreibbar sind.

4. Datenverarbeitungs- und Informationssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelnes Element des Abstraktionsmodells (12) anhand von Relationen der betref­ fenden Objektklasse (OK1 bis OKn) mit anderen, in Wechsel­ wirkung mit dieser stehenden Objektklassen (OK1 bis OKn) beschreibbar ist.

5. Datenverarbeitungs- und Informationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab­ straktionsmodell (12) als Eingangsdatum für Transformati­ onsalgorithmen (T) zur Gewinnung von anderen applikations­ spezifischen Sprachen und/oder Datenmodelle anhand der Ob­ jektklasse (OK1 bis OKn) vorgesehen ist.

6. Datenverarbeitungs- und Informationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab­ straktionsmodell (12) zur Prozeßkettenmodellierung vorgese­ hen ist.