DE102018208379A1

DE102018208379A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Konfiguration von zumindest einem Gerät bzw. Anlagenkomponente

Info

Publication number: DE102018208379A1
Application number: DE102018208379.7A
Authority: DE
Inventors: Jochen Nickles; Markus Sauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2019-10-10
Also published as: WO2019192844A1

Abstract

Erfindungsgemäß wird die Containertechnologie, einschließlich deren Anwendung und ein mobiles Benutzerinteraktionsgerat (HMI) z.B. Augmented Reality (AR) kombiniert, um den Nutzer eine intuitive Möglichkeit zu geben, Fähigkeiten, Konfiguration, und Verknüpfungen von Steuergeräten / Recheneinheiten (D1, D2, D3) in-situ zu verändern. Mit Hilfe einer Augmented Reality Visualisierung z.B. per drag and drop kann er diese Veränderung autorisiert durchführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Konfiguration von zumindest einem Gerät bzw. Anlagenkomponente sowie ein zugehöriges Computerprogramm(-produkt).
Geräte bzw. Anlagenkomponenten z.B. in Form von Steuer-/Recheneinheiten einer industriellen Anlage werden in der Regel nur mit einer Standard-Vorkonfiguration geliefert. D.h. sie müssen erst konfiguriert werden, um eine spezielle Aufgabe bzw. eine spezifische Funktion in der Anlage erfüllen zu können.
Gleichzeitig werden die Steuer-/Recheneinheiten immer leistungsfähiger und können mehrere Funktionen erfüllen. Im Kontext von Industrie 4.0 und Ziellosgrößen von 1 ergibt sich damit auch zunehmend der Bedarf, einzelne Steuereinheiten aber auch Gesamtanlagen autorisiert und validiert schnell funktional zu erweitern bzw. um- und neu konfigurieren zu können.
Dieser Bedarf stellt eine Herausforderung an die Konfigurationswerkzeuge und insbesondere an deren Bedienkonzepte dar. Die Konfiguration umfasst immer noch sehr viel manuelle Arbeit in mehreren Konfigurationswerkzeugen und erfordert eine ausgiebige Test- und Validierungsphase, um die Gesamtfunktionalität sicher zu stellen.
Konfigurationen sind im gesamten Lebenszyklus eines Systems bzw. Anlage bzw. deren Komponenten bzw. Geräten notwendig. Diese erstrecken sich von der initialen Einrichtung eines Systems, über Neukonfigurationen einer bestehenden Anlage, bedingt durch neue Produktionschargen, aber auch Fehlerbehandlungen und Anlagenwartungen.
Es ist möglich, in einer solchen Industrieanlage an einer Konsole bzw. einem Terminal Konfigurationen vorzunehmen. Meist sind diese von dem zu konfigurierenden bzw. initial einzurichtenden Gerät abgesetzt, also mit einer Entfernung zum Gerät, angeordnet.
Das Problem ist, dass zunehmend Geräte beispielsweise des Internets der Dinge (IoT) bzw. von cyberphysikalischen Systemen bzw. von Automatisierungssystemen bzw. von Fertigungssystemen, oder von anderen Anlagen eingesetzt werden.
An solchen Geräten bzw. Komponenten einer Anlage ist nicht direkt erkennbar,

- wie diese konfiguriert sind.
- welche spezifischen Funktionalitäten und Fähigkeiten diese integriert haben.
- wie die einzelnen Komponenten zusammenspielen.
- welche Schnittstellen und Daten einzelne Funktionalitäten zur Verfügung stellen.
- welche Versionstände der Einzelfunktionalitäten instanziiert sind.
- welche Funktionen auf dieser Steuereinheit installierbar sind.
- welche Rechenkapazitäten etc. auf dieser Einheit noch zur Verfügung stehen.

Die Konfigurationswerkzeuge liefern wenig Unterstützung zum Kontext der einzelnen Geräte bzw. Steuer-/Recheneinheiten.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vor- bzw. Einrichtungen mit gegenüber dem oben genannten Stand der Technik insbesondere im Umfeld von industriellen Anlagen zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dargestellt.
Die Erfindung beansprucht ein Verfahren zur Steuerung einer Konfiguration von zumindest einer Komponente einer Anlage, insbesondere einer Automatisierungsanlage mit Hilfe eines Benutzerinteraktionsgeräts,
wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

a) Starten einer in dem Benutzerinteraktionsgerät gespeicherte und/oder für das Benutzerinteraktionsgerät bereitgestellten Applikation,
b) Erfassen von zumindest einer Komponente der Anlage, wobei der (zumindest einen) Komponente ein Identifikationsmerkmal zugeordnet ist,
c) Ermitteln mindestens einer Steuergerätebeschreibung jeweils zur erfassten Komponente mit Hilfe einer Erkennungseinrichtung durch Vergleich des jeweils erfassten Identifikationsmerkmals (ID) mit einem in der jeweiligen Komponente gespeicherten Identifikationsmerkmal, das von der Erkennungseinrichtung abgefragt wird,
d) Übertragen von mindestens einer ermittelten Steuergerätebeschreibung, insbesondere einer Gerätefähigkeitsbeschreibung, von einer Kontrolleinheit der Komponente an das Benutzerinteraktionsgerät,
e) Verknüpfen der übertragenen Steuergerätebeschreibung mit der jeweils erfassten Komponente durch die Applikation, und
f) Darstellen der übertragenen Steuergerätebeschreibung mit der jeweils verknüpften Komponente auf einer Anzeigeeinheit (in einem Bild auf einem Display oder gemeinsam in einer VR-Brille) des Benutzerinteraktionsgeräts.

Bei der Anzeigeeinheit handelt es ich vorzugsweise um eine elektronische Anzeigeeinheit, z.B. LCD, LED, Oled-Display (mit Touch- und/oder ohne Toucheigenschaft).
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass aus der dargestellten Steuergerätebeschreibung für die jeweilige Komponente benötigte und/oder verfügbare Fähigkeitspakete erkennbar und/oder ermittelbar sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht weitere Schritte vor:

- Bereitstellen von ein oder mehreren Fähigkeitspaketen, auch Fähigkeitscontainer genannt, welche mittels Vergleich anhand der Steuergerätebeschreibung, die passend zur Steuergerätebeschreibung von einem oder mehreren Fähigkeitspaketen in einer Datenbank ausgewählt werden oder auswählbar sind.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das eine oder die passenden Fähigkeitspakete auf derselben Anzeigeeinheit (im selben Bild, in einem separaten Fensterauf dem Display oder in der VR-Brille) dargestellt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein oder mehrere der bereitgestellten Fähigkeitspakete (mit der jeweiligen Komponente, zu der die Steuergerätebeschreibung ermittelt worden ist) verknüpft werden oder verknüpft werden können.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass durch das Verknüpfen die Ausführung der Konfiguration von der zumindest einen Komponente der Anlage eingeleitet wird oder einleitbar ist.
Ein Aspekt der Erfindung besteht in der Kombination von mobilen Benutzerinteraktionsgeräten z.B. Augmented Reality, und einer sogenannten Container-Technologie, um autorisierte in-situ (vor Ort) Konfiguration auf Steuergeräten / Recheneinheiten vorzunehmen. Dies inkludiert sowohl die Gesamtsystemsicht bzw. gesamte Anlagensicht, d.h. die dynamische Konfiguration und Verknüpfungen von passenden Maschinenschnittstellen zu einem Gesamtsystemverhalten, aber auch die Einzelsystemsystemsicht bei der durch autorisierte, automatische lokale Containertransfers einem Steuergerät / Recheneinheit neues bzw. zusätzliches Verhalten oder neue Fähigkeiten gegeben werden. „In-situ“ bzw. „vor Ort“ ist idealerweise in einem Abstand zum zu konfigurierenden bzw. initial einzurichtenden Gerät angeordnet, dass das Gerät in Sichtweite zum Nutzer des Benutzerinteraktionsgeräts liegt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Steuerung einer Konfiguration von zumindest einer Komponente einer Anlage, insbesondere einer Automatisierungsanlage, vor, aufweisend:

a) Mittel zum Starten einer in dem Benutzerinteraktionsgerät gespeicherte und/oder für das Benutzerinteraktionsgerät bereitgestellten Applikation,
b) Mittel zum Erfassen von zumindest einer Komponente der Anlage, wobei der (zumindest einen) Komponente ein Identifikationsmerkmal zugeordnet ist,
c) Mittel zum Ermitteln mindestens einer Steuergerätebeschreibung jeweils zur erfassten Komponente mit Hilfe einer Erkennungseinrichtung durch Vergleich des jeweils erfassten Identifikationsmerkmals (ID) mit einem in der jeweiligen Komponente gespeicherten Identifikationsmerkmal, das von der Erkennungseinrichtung abgefragt wird,
d) Mittel zum Empfangen von mindestens einer ermittelten Steuergerätebeschreibung, insbesondere einer Gerätefähigkeitsbeschreibung, von einer Kontrolleinheit der Komponente,
e) Mittel zum Verknüpfen der übertragenen Steuergerätebeschreibung mit der jeweils erfassten Komponente durch die Applikation, und
f) Mittel zum Darstellen der übertragenen Steuergerätebeschreibung mit der jeweils verknüpften Komponente auf einer Anzeigeeinheit (Bild auf einem Display oder in einer VR-Brille).

Vorteile der Erfindung sind:

• Durch Nutzung der Container als Fähigkeitstransfer-Komponente entsteht eine standardisierte Kapselung von Konfigurationsartefakten, welche Applikation(en) bzw. App(s), Parameter und/oder Daten umfassen können. Dadurch können diese mit standardisierten Fähigkeitsbeschreibungen und Schnittstellenbeschreibungen versehen werden.

• Die aktuelle Konfiguration wird direkt am zu konfigurierenden Gerät visualisiert z.B. mittels eines mobilen Geräts (Smartphone, Tablet) oder mittels einer VR-Brille und einem zugehörigen Controller.
• Konfiguration am einzelnen Gerät aber auch an der Anlage können für den Nutzer mit natürlichen Interaktionspatterns am zu konfigurierenden Gerät vorgenommen werden.
• Jede Teilkomponente des vorgeschlagenen Systems ist für sich selbstbeschreibend. Diese kann zu Abgleich bei der Instanziierung aber auch zur dynamischen Benutzerschnittstellen (UI)-Generierung verwendet werden.
• Die Erfindung ermöglicht die einfache Integration von Autorisierungskonzepten.
• Die Erfindung ermöglicht die Integration von unterschiedliche Kontexte und Scopes in einem Interface (z.B. Betrachtung und Konfiguration der einzelnen Fähigkeiten und Interface versus Kontrolleinheit bzw. versus Gesamtanlage.
• Das Verfahren erlaubt es zusätzlich, versionsbedingte Abhängigkeiten zwischen Fähigkeitscontainern zu visualisieren.
• Das Verfahren erlaubt es eine was-wäre-wenn Simulation zu integrieren und in der gleichen Nutzerschnittstelle zu visualisieren.

Insgesamt kann eine verbesserte Situations-Awareness, was ist wo konfiguriert, für den Nutzer zu erwartet werden, da kein Abgleich zwischen unterschiedlichen Visualisierungen für den Nutzer nötig ist.
Des Weiteren wird ein Computerprogramm(produkt) umfassend Programm-Code, der von mindestens einem Prozessor ausgeführt werden kann und der bewirkt, dass der mindestens eine Prozessor das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Ausführungsformen ausführt. Das Computerprogramm kann auf einer Vor- bzw. Einrichtung der vorstehend genannten Art ablaufen oder als Computerprogrammprodukt auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sein.
Zusätzlich kann eine Variante des Computerprogramm(produktes) mit Programmbefehlen zur Konfiguration eines Erstellungsgeräts, beispielsweise ein 3D-Drucker, ein Computersystem oder eine zur Erstellung von Prozessoren und/oder Geräten geeignete Herstellungsmaschine sein.
Die Mittel können Hardware-, Firmware und/oder Softwareeinheiten bzw. -module sein.
Unter Bereitstellen kann verstanden werden, dass die Applikation und/oder Fähigkeitspakete selbst den oben genannten Mitteln z.B. in Form einer Verarbeitungseinheit bzw. CPU bzw. einer Kontrolleinheit (CU) bereitgestellt wird. Unter Bereitstellen kann ebenso verstanden werden, dass der Verarbeitungseinheit eine Operation bereitgestellt wird, wobei die Operation die bereitgestellte Applikation selbst sein kann und/oder die Fähigkeitspakete zur Steuerung und/oder Ausführung der Konfiguration verwendet.
Die Vorrichtung, Verfahren und Computerprogramm(produkte) können entsprechend der Weiterbildungen/Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus- bzw. weitergebildet sein.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt in schematischer Darstellung:

1 einen möglichen Ausschnitt innerhalb einer industriellen Anlage mit Geräten und Benutzerinteraktionsgerät,
2 schematisch einen Ablauf der Erfindung bzw. die erfindungsgemäße Interaktion zwischen den Geräten bzw. Komponenten und ausserhalb der Anlage befindlichen externen Einheiten.

1 zeigt einen Teil der Komponenten D1, D2, D3 einer industriellen Anlage, die über ein Netzwerk N miteinander verbunden sind. Komponenten können auch Geräte oder andere Teile einer Anlage bzw. eines Anlagensystems sein. Das Netzwerk kann drahtgebunden oder auch drahtlos ausgestaltet sein. Über ein mit dem Netzwerk N z.B. einem Profinet angebundenes Gateway bzw. Router W kann ein Funkübertragungsnetz zu einem Benutzerinteraktionsgerät HMI z.B. ein Smartphone, Tablet oder auch eine Virtuelle Brille o.ä. eine Verbindung herstellen.
In 2 stehen darüber hinaus zumindest eine weitere ggf. externe Einheit z.B. das Repository REPO mit den Geräten D1, D2, D3 und dem Benutzerinteraktionsgerät HMI in Verbindung. Das Repository umfasst Fähigkeitscontainer FC₁ bis FC_y , wobei mit FC ein Ausschnitt eines solchen Fähigkeitscontainers z.B. FC_y angedeutet wird. Ein Container kann eine Softwareeinheit z.B. eine App repräsentieren. Dann kann man sich unter dem Repository eine Art App Store vorstellen, der in einer sogenannten Cloud einem Endgerät, im Beispiel das Benutzerinteraktionsgerät HMI, zur Verfügung gestellt wird.
Erfindungsgemäß wird die Containertechnologie (wie z.B. Docker oder EXENIA), einschließlich deren Anwendung und ein mobiles Benutzerinteraktionsgerät z.B. Augmented Reality (AR) kombiniert, um den Nutzer eine intuitive Möglichkeit zu geben, Fähigkeiten, Konfiguration, und Verknüpfungen von Steuergeräten / Recheneinheiten in-situ zu verändern. Mit Hilfe einer Augmented Reality Visualisierung kann er diese Veränderung autorisiert, z.B. per drag and drop durchführen.
Augmented-Reality, abgekürzt AR, ist eine neue Art der Mensch-Umgebungs-Interaktion mit großem Potential zur Unterstützung von industriellen Arbeitsprozessen und sonstigen Prozessen vor und während der Prozessabläufe. Bei dieser Technologie wird das Sichtfeld des Betrachters mit rechnergenerierten virtuellen Objekten angereichert, so dass Produkt- und Prozessinformation intuitiv erfasst und genutzt werden können. Neben der sehr einfachen Interaktion - Mensch und Umgebung - erschließt der Einsatz tragbarer Computer AR-Anwendungsfelder mit hohen Mobilitätsanforderungen wie z. B. in Produktionshallen, räumlich verteilten Anlagen oder großvolumigen Fördereinrichtungen.
In 2 sind folgende Komponenten gezeigt:

- Steuergerät (Recheneinheit), im Beispiel in Form eines Geräts D1, D2, D2, das mit einer Kontrolleinheit CU und einer Laufzeitumgebung RE (Runtime Environment) als Container Host System ausgestattet ist.

Eine Steuergerätebeschreibung (Device Description) DD ergibt sich aus:

• einer Konfiguration DC (Device Configuration)
• einer Beschreibung der Geräte-Fähigkeit(en) DS (Device Skill (s))

Ein Fähigkeitscontainer FC umfasst:

• Artefakt CA (Applikation, Parameter, Daten)
• Anforderungsbeschreibung CRD (Container Requirement Description)
• Fähigkeitsbeschreibung CSD (Container Skills Description)
• Schnittstellen CID (Container/Artefact Interface Description)
- - Interaktionsgerät HMI, das in Form eines mobilen Geräts z.B. Smartphone, Tablet, Virtuelle Brille etc. ausgebildet sein kann.
- - eine nicht explizit dargestellte Middleware / Device Collaboration Framework
- - eine Datenbank bzw. Repository REPO für Fähigkeitscontainer FC₁ bis FC_Z .

Eine initiale Konfiguration läuft im Beispiel wie folgt ab:

1. Der Nutzer hat das Ziel, eine Anlage bestehende aus mehreren Steuergeräten D1, D2, D3 bzw. Recheneinheiten mit Kontrolleinheiten CU zu konfigurieren. Auf der Kontrolleinheit CU ist bereits das Container Host System - als Teil der Laufzeitumgebung RE sowie eine Gerätebeschreibung DD bestehend aus der Konfiguration DC und der Geräte-Fähigkeitsbeschreibung DS, als Standard-Installation vorhanden. Die Laufzeitumgebung RE stellt die Fähigkeitsbeschreibung DS (z.B. CPU Leistung, Speicher, Hardware Interfaces etc.) der jeweiligen spezifischen CU über die System Middleware zur Verfügung. Repositories z.B. REPO für Fähigkeitscontainer stellen Bibliotheken von Fähigkeiten als Fähigkeitscontainer FC zur Verfügung. Dies wird im Beispiel mit CU REPO in Gerät D1 angedeutet. Jeder Fähigkeitscontainer FC beinhaltet eine Fähigkeitsbeschreibung CSD (z.B. „kann Deep Learning Algorithmus auf Daten vom Typ x lokal ausführen“, „kann HMI-Widget für zwei Eingabewerte in 3D per HMTL5 und three.js visualisieren“), eine Anforderungsbeschreibung CRD, welche die Anforderungen an den Betrieb (z.B. CPU, Speicher, Echtzeitanforderungen) beschreibt und das eigentliche im Allgemeinen in der Containerumgebung ausführbare Funktionsartefakt CA.
2. Der Nutzer steht vor der zu konfigurierenden Anlage und blickt mit seinem Benutzerinteraktionsgerät HMI auf die Geräte D1, D2, D3 und startet eine Applikation auf dem Benutzerinteraktionsgerät. Diese Applikation kann z.B. video based AR auf einem Smartphone bzw. Tablet oder Smartglasses wie z.B. Hololens unterstützen. Die Applikation kann Befehle (siehe z.B. T) bzw. Instruktionen an ein Gerät weitergeben. Den Geräten D1, D2, D3 sind in der Regel mindestens ein Identifikationsmerkmal zugeordnet. Beispielsweise kann eine Identifikationsinformation auf dem Gehäuse eines Geräts angebracht sein. Das Geräte-Erkennungssystem bzw. -einrichtung, welches mit einer Erfassungseinheit, z.B. eine nicht in der Figur dargestellte Kamera, des Benutzerinteraktionsgeräts HMI in Verbindung steht und das normalerweise in das Benutzerinteraktionsgerät integriert ist, liefert die entsprechenden Identifikationsinformation (ID) von einem Gerät z.B. D1 bzw. von mehreren Geräten zurück und stellt über die System Middleware eine sogenannte discover-Anfrage für alle IDs im Sichtfeld des Nutzers. Ggf. kann das Benutzerinteraktionsgerät HMI über den Digital Twin der Geräte bzw. der Anlagenkomponenten noch weitere räumlich benachbarte IDs identifizieren und auch diese über discover-Nachrichten anfragen.
3. Alle Geräte hören über die System Middleware, die quasi die Kommunikation über das Netzwerk N ermöglicht, auf discover-Anfragen. Falls der anfordernde Nutzer entsprechende Rechte hat, liefert jedes angefragte Gerät, ihre Steuergerätebeschreibung DD, bestehend aus (Gerät-)Fähigkeitsbeschreibung DS, die aktuelle Konfiguration DC bzgl. Schnittstellen, bereits installierte Fähigkeitscontainer und freie Kapazitäten zurück. Die Rückmeldung der Geräte kann auch feingranularer in mehreren discover-Zyklen erfolgen.
4. Basierend auf den zurückgelieferten DSs erzeugt das Benutzerinteraktionsgerät HMI eine Visualisierung der Fähigkeiten als 3D-Overlay über die Realwelt bei VR-Brillen bzw. Smartglasses bzw. das Video bei videobasierten HMI Geräten, welches zu den Geräten im 3D Raum stabil bleibt. Die Positionierung der Fähigkeitsvisualisierungen kann unter anderem über das Tracking des Geräts im Benutzerinteraktionsgerät erfolgen, und entsprechend über Positionsdaten und Modelle aus dem Digital Twin ergänzt werden. Ergebnis dieses Schrittes ist ein Augmented Reality (AR) in-situ Visualisierung der Geräte-Fähigkeiten und Konfigurationen für den Nutzer.
5. Typischerweise wird, basierend auf einer Nutzereingabe am Benutzerinteraktionsgerät HMI (z.B. Textfeldeingabe, Filterauswahl, Spracheingabe) und den zurückgelieferten Fähigkeitsbeschreibungen DS, eine discover-Nachricht für passende Fähigkeitencontainer FC₁ bis FCy über die Middleware abgeschickt.
6. Alle auf diese discover-Nachrichten hörenden Repositories vergleichen die erhaltenen Fähigkeitsbeschreibung DS mit den Anforderungsbeschreibungen CRD aller im Repository vorhandenen Fähigkeitscontainern. Werden Ergebnisse gefunden, werden diese als Fähigkeitsbeschreibung CSD für den Fähigkeitscontainer an den Anforderer asynchron zurückgeliefert.
7. Das Benutzerinteraktionsgerät HMI empfängt die Fähigkeitsbeschreibungen CSD der Container und stellt dem Nutzer eine Visualisierung der verfügbaren Container zur Verfügung. Dies kann zum Beispiel durch 3D-Visualisierung als AR-Overlay raumstabil in der Nähe der Geräte erfolgen.
8. Der Nutzer kann nun die entsprechenden, verfügbaren Container den einzelnen Geräten zuweisen. Dies kann zum Beispiel durch Ziehen der 3D-Repräsentationen bzw. - Visualisierungen der Fähigkeitscontainer auf die realen Geräte passieren. Durch dieses Vorgehen entsteht eine Art „Drag and Drop“ (Ziehen und Loslassen) in AR.
9. Dem Nutzer wird während dieser Konfigurationsphase auch die jeweilige Konsequenz seiner Konfiguration für die Geräte visualisiert. Sobald der Nutzer die Konfiguration zur Ausführung auslöst, wird ein Installationsjob generiert und dieser beispielsweise als Befehl bzw. Instruktion an die entsprechenden Geräte und das Device und Roll out Management System (Gerät und Verteilmanagement System) verteilt.
10. Die Geräte interpretieren diese Installationsjobs und starten das Herunterladen (Download) und die Instanziierung der entsprechenden Fähigkeitscontainer FC. Der Status dieses Prozesses wird über die Middleware verteilt und dem Nutzer im Benutzerinteraktionsgerät HMI visualisiert.
11. Sobald die entsprechenden Fähigkeiten auf den Geräten in Betrieb sind, werden in einem zusätzlichen Schnittstellen-Konfigurationsmodus die angebotenen Input- und Output-Schnittstellen der einzelnen Fähigkeiten als AR visualisiert. Der Nutzer kann jetzt passende Schnittstellen z.B. durch Gesten verknüpfen und so eine Anlage bzw. entsprechende Inter-Container Schnittstellenverknüpfungen herstellen. Diese Verbindungen der Schnittstellen werden dann durch Bestätigung des Nutzers in den Gerätekonfigurationen DC appliziert.

Das Repository REPO für Fähigkeitscontainer kann bevorzugt über die Middleware den Geräten direkt zur Verfügung stehen, aber auch in einem separaten Netzwerk über das Benutzerinteraktionsgerät HMI als Middleware-Proxy.
Im System können ein oder mehrere Repositories zugreifbar sein. Diese können z.B. in der Cloud gehostet werden, auf einem Edge Device, einem Gerät, oder sogar auf dem Benutzerinteraktionsgerät des Nutzers. Der Transport der entsprechend Container discover-Nachrichten erfolgt über die System Middleware.
Ein Repository kann eine oder mehrere Fähigkeitscontainer FC zur Verfügung stellen.
Das Fähigkeitscontainer-Konzept kann um Erfahrungsdaten/- beschreibungen erweitert werden, wobei die erlernten Daten eines Geräts gesammelt (z.B. trainierte Daten durch eine Machine Learning Fähigkeit) werden und dem Gesamtsystem - im Allgemeinen anderen Geräten - wieder z.B. als Container über ein Geräte-Repository CU REPO zur Verfügung stellt.
Das Verfahren zur Konfiguration und Komposition der Fähigkeiten für eine Steuer-/Recheneinheit oder Anlage kann - wie oben beschrieben - durch Container auf einem Container Host System erfolgen, aber auch durch den Zusammenbau von Softwareartefakten zu einem Softwarepaket, welches z.B. im Sinne einer Firmware mit einem Bootloader auf die Steuer-/Recheneinheit angewendet wird.
Fähigkeiten können im Sinne dieses Verfahrens z.B. ausführbare Applikationen, Benutzerinteraktionsgerät-Applikationen, Algorithmen, aber auch nur Parameter oder Daten sein.
Die Visualisierung der Fähigkeiten als 3D-Überlagerung (Overlay) kann auf unterschiedliche Art erfolgen, z.B. textuell als Billboards, als Verhaltensanimation 2D und 3D, als Bild, als Video, als interaktive Diagramme, welche zum Beispiel das zeitliche Verhalten der aktuellen Konfiguration als Diagramm für unterschiedliche Ausgabewerte beinhalten.
Die elektrische, physikalische, oder logische Verknüpfung kann zwischen einzelnen Fähigkeiten oder zwischen ganzen, physikalischen Steuer-/Recheneinheit visualisiert, betrachtet und konfiguriert werden.
Die Erkennung und das Tracking der entsprechenden Komponenten für die AR-Visualisierung kann in Verbindung mit der Position des Nutzers bzw. des Benutzerinteraktionsgerätes durch unterschiedliche technische Verfahren realisiert werden u.a. durch Markererkennung und Tracking, Barcodes, Computer Vision Verfahren, Selbst-lernende optische Verfahren für Szenen, Objekte, und Instanzen (z.B. basierend auf Tensor Flow, oder yolo real-time object detection).
Die Authentifizierung kann über ein mobiles Gerät (z.B. Smartphone, Smartwatch, Smartglasses, Wearable ID tokens) des Nutzers erfolgen. Hierbei erfolgt die Authentifizierung am entsprechenden mobilen Gerät und kann dann mit entsprechenden Profilabgleichen und Tokenaustausch genutzt werden, um die entsprechenden Möglichkeiten der Konfigurationsmodifikation bzw. Sichtbarkeit autorisiert zu steuern.
Das Verfahren kann für unterschiedlich komplexe Szenarien angewendet werden und erstreckt sich von der Installation

a) eines bestimmten Fähigkeitscontainers FC auf einem einzelnen Gerät (1:1),
b) eines bestimmten Fähigkeitscontainers FC auf mehreren Geräten (1:n), wie dies bei einem Massen Rollout notwendig ist, oder
c) mehreren, unterschiedlichen Fähigkeitscontainern FC auf einem, oder auch mehreren Geräten mit gegenseitigen Abhängigkeiten (n:m), wie dies zum Beispiel beim Einrichten einer Produktionslinie notwendig ist.

Die Herangehensweise kann ebenfalls unterschiedlich sein. Nach Auswahl eines Gerätes D1, D2, D3, mittels augmentierter Benutzerinteraktionsgerät HMI, werden alle verfügbaren Fähigkeitscontainer FC, die potentiell auf dem Gerät eingesetzt werden können, aufgelistet - ermittelt durch den Abgleich der Fähigkeitsbeschreibung DS aus der Gerätebeschreibung DD mit der Fähigkeitsbeschreibung CSD des Fähigkeitscontainers, wie bereits oben beschrieben.
Andererseits kann aber auch zuerst die Auswahl eines Fähigkeitscontainers mittels des Benutzerinteraktionsgeräts HMI anhand der Fähigkeitsbeschreibungen CSD der Fähigkeitscontainer getroffen werden um danach die Geräte mittels Augmentierung (und einem geeigneten HMI) zu identifizieren, welche die Anforderungen CRD erfüllen können, d.h. auf welchen die Fähigkeitscontainer eingesetzt werden können. Ermittelt wird dies durch den Abgleich der Anforderungsbeschreibung CRD mit der Gerätebeschreibung DD.
Insbesondere für die oben dargestellten Szenarien a) und b) sind diese Konzepte sehr komfortabel.
Aber auch die Konfiguration eines Geräte- oder Funktionsverbunds ist möglich. Hierzu müssen die verfügbaren Fähigkeitscontainer FC nach ihrer Funktionalität gruppiert dargestellt werden und die bereits einem Gerät zugewiesene Funktionsgruppe ausgeblendet werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Die Implementierung der vorstehend beschriebenen Prozesse oder Verfahrensabläufe kann anhand von Instruktionen erfolgen, die auf computerlesbaren Speichermedien oder in flüchtigen Computerspeichern (im Folgenden zusammenfassend als computerlesbare Speicher bezeichnet) vorliegen. Computerlesbare Speicher sind beispielsweise flüchtige Speicher wie Caches, Puffer oder RAM sowie nichtflüchtige Speicher wie Wechseldatenträger, Festplatten, usw.
Die vorstehend beschriebenen Funktionen oder Schritte können dabei in Form zumindest eines Instruktionssatzes in/auf einem computerlesbaren Speicher vorliegen. Die Funktionen oder Schritte sind dabei nicht an einen bestimmten Instruktionssatz oder an eine bestimmte Form von Instruktionssätzen oder an ein bestimmtes Speichermedium oder an einen bestimmten Prozessor oder an bestimmte Ausführungsschemata gebunden und können durch Software, Firmware, Microcode, Hardware, Prozessoren, integrierte Schaltungen usw. im Alleinbetrieb oder in beliebiger Kombination ausgeführt werden. Dabei können verschiedenste Verarbeitungsstrategien zum Einsatz kommen, beispielsweise serielle Verarbeitung durch einen einzelnen Prozessor oder Multiprocessing oder Multitasking oder Parallelverarbeitung usw.
Die Instruktionen können in lokalen Speichern abgelegt sein, es ist aber auch möglich, die Instruktionen auf einem entfernten System abzulegen und darauf via Netzwerk zuzugreifen.
Der Begriff „Prozessor“, „zentrale Signalverarbeitung“, „Steuereinheit“ oder „Datenauswertemittel“, wie hier verwendet, umfasst Verarbeitungsmittel im weitesten Sinne, also beispielsweise Server, Universalprozessoren, Grafikprozessoren, digitale Signalprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logikschaltungen wie FPGAs, diskrete analoge oder digitale Schaltungen und beliebige Kombinationen davon, einschließlich aller anderen dem Fachmann bekannten oder in Zukunft entwickelten Verarbeitungsmittel. Prozessoren können dabei aus einer oder mehreren Vorrichtungen bzw. Einrichtungen bzw. Einheiten bestehen. Besteht ein Prozessor aus mehreren Vorrichtungen, können diese zur parallelen oder sequentiellen Verarbeitung bzw. Ausführung von Instruktionen ausgelegt bzw. konfiguriert sein.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Konfiguration von zumindest einer Komponente einer Anlage, insbesondere einer Automatisierungsanlage mit Hilfe eines Benutzerinteraktionsgeräts (HMI), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: a) Starten einer in dem Benutzerinteraktionsgerät gespeicherte und/oder für das Benutzerinteraktionsgerät bereitgestellten Applikation, b) Erfassen von zumindest einer Komponente (D1, D2, D3) der Anlage, wobei der Komponente ein Identifikationsmerkmal zugeordnet ist, c) Ermitteln mindestens einer Steuergerätebeschreibung jeweils zur erfassten Komponente mit Hilfe einer Erkennungseinrichtung durch Vergleich des jeweils erfassten Identifikationsmerkmals (ID) mit einem in der jeweiligen Komponente gespeicherten Identifikationsmerkmal, das von der Erkennungseinrichtung abgefragt wird, d) Übertragen von mindestens einer ermittelten Steuergerätebeschreibung (DD), insbesondere einer Gerätfähigkeitsbeschreibung (DS), von einer Kontrolleinheit (CU) der Komponente an das Benutzerinteraktionsgerät, e) Verknüpfen der übertragenen Steuergerätebeschreibung mit der jeweils erfassten Komponente durch die Applikation, und f) Darstellen der übertragenen Steuergerätebeschreibung mit der jeweils verknüpften Komponente auf einer Anzeigeeinheit des Benutzerinteraktionsgeräts.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass aus der dargestellten Steuergerätebeschreibung für die jeweilige Komponente benötigte und/oder verfügbare Fähigkeitspakete erkennbar und/oder ermittelbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch weitere Schritte: - Bereitstellen von ein oder mehreren Fähigkeitspaketen (FC), welche mittels Vergleich anhand der Steuergerätebeschreibung (DD) passend zur Steuergerätebeschreibung ein oder mehrere Fähigkeitspakete in einer Datenbank (REPO) ausgewählt werden oder auswählbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die passenden Fähigkeitspakete auf derselben Anzeigeeinheit dargestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der bereitgestellten Fähigkeitspakete (FC1, ..., FCy) mit der jeweiligen Komponente, zu der die Steuergerätebeschreibung ermittelt worden ist, verknüpft werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verknüpfen die Ausführung der Konfiguration von der zumindest einen Komponente der Anlage eingeleitet wird.
Vorrichtung (HMI) zur Steuerung einer Konfiguration von zumindest einer Komponente einer Anlage, insbesondere einer Automatisierungsanlage, aufweisend: a) Mittel zum Starten einer in dem Benutzerinteraktionsgerät gespeicherte und/oder für das Benutzerinteraktionsgerät bereitgestellten Applikation, b) Mittel zum Erfassen von zumindest einer Komponente (D1, D2, D3) der Anlage, wobei der Komponente ein Identifikationsmerkmal zugeordnet ist, c) Mittel zum Ermitteln mindestens einer Steuergerätebeschreibung (DD) jeweils zur erfassten Komponente mit Hilfe einer Erkennungseinrichtung durch Vergleich des jeweils erfassten Identifikationsmerkmals (ID) mit einem in der jeweiligen Komponente gespeicherten Identifikationsmerkmal, das von der Erkennungseinrichtung abgefragt wird, d) Mittel zum Empfangen von mindestens einer ermittelten Steuergerätebeschreibung (DD), insbesondere einer Gerätfähigkeitsbeschreibung (DS), von einer Kontrolleinheit (CU) der Komponente, e) Mittel zum Verknüpfen der übertragenen Steuergerätebeschreibung mit der jeweils erfassten Komponente durch die Applikation, und f) Mittel zum Darstellen der übertragenen Steuergerätebeschreibung mit der jeweils verknüpften Komponente auf einer Anzeigeeinheit.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass aus der dargestellten Steuergerätebeschreibung für die jeweilige Komponente benötigte und/oder verfügbare Fähigkeitspakete erkennbar und/oder ermittelbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, gekennzeichnet durch: - Mittel zum Bereitstellen von ein oder mehreren Fähigkeitspaketen (FC), welche mittels Vergleich anhand der Steuergerätebeschreibung (DD) passend zur Steuergerätebeschreibung ein oder mehrere Fähigkeitspakete in einer Datenbank (REPO) ausgewählt werden oder auswählbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die passenden Fähigkeitspakete auf derselben Anzeigeeinheit dargestellt werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der bereitgestellten Fähigkeitspakete (FC1, ..., FCy ) mit der jeweiligen Komponente, zu der die Steuergerätebeschreibung ermittelt worden ist, verknüpft werden oder verknüpfbar sind.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verknüpfen die Ausführung der Konfiguration von der zumindest einen Komponente der Anlage eingeleitet werden kann.