DE102020215230A1

DE102020215230A1 - Vorrichtung zum Verwalten digitaler Zwillinge

Info

Publication number: DE102020215230A1
Application number: DE102020215230.6A
Authority: DE
Inventors: Steffen Stadtmueller; Andreas Textor
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2022-06-02
Also published as: CN114580141A; US20220171633A1; US11734024B2

Abstract

Datenintegrationsvorrichtung (10), umfassend Eingangsschnittstellen (2a, ..., 2d), an die jeweils eine Laufzeitdaten an die Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) liefernde Vorrichtung (20a, ..., 20d) anschließbar ist, wobei die Laufzeitdaten der jeweiligen Vorrichtung (20a, ..., 20d) mittels mindestens eines der jeweiligen Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) zugeordneten und jeweils einen Aspekt der Laufzeitdaten charakterisierenden Aspektmodells (AM1, AM2) charakterisiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) mit dem jeweiligen Aspektmodell (AM1, AM2) assoziiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenintegrationsvorrichtung.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2018 205 872 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines digitalen Zwillings eines physikalischen Objekts bekannt, bei dem anhand eines Beschreibungsmetamodells Beschreibungsdaten, die Eigenschaften von digitalen Daten enthalten, erzeugt werden. Weiterhin werden Kommunikationsinformationen erstellt. Zur Erzeugung des digitalen Zwillings werden die Beschreibungsdaten, die Kommunikationsinformationen und eine Bezeichnung des physikalischen Objekts zusammengefügt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass sie ein flexibles System ermöglicht, das Laufzeitdaten ohne zusätzlichen Kommunikationsaufwand von einer Vielzahl heterogener Datenquellen verarbeiten und vereinheitlicht bereitstellen kann.
Weitere Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 beispielhaft einen Einsatz der Erfindung;
2 schematisch Datenflüssen durch die Datenintegrationsvorrichtung;
3 schematisch einen Mechanismus zur Ankopplung einer datensendenden Vorrichtung;
4 beispielhaft in einem Flussdiagramm ein Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen Zwillings;
5 beispielhaft von einem Aspekt-Agenten bereitgestellte Daten eines Hochofens;
6 beispielhaft ein Aspektmodell für diesen Aspekt-Agenten;
7 beispielhaft eine Klassen-Hierarchie zur Festlegung von Eigenschaften von Teilgraphen des Aspektmodells.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt beispielhaft einen Einsatz der Erfindung. Eine Datenintegrationsvorrichtung (10) ist vorgesehen, mit Vorrichtungen (20) und klientenseitigen Geräten (30) gekoppelt zu werden. Bei der Vorrichtung (20) kann es sich beispielsweise um einen Sensor und/oder ein ERP-System und/oder eine Fertigungsmaschine wie z.B. einen Hochofen und/oder einen Roboter, z.B. einen Schweißroboter, und/oder ein Fahrzeug und/oder eine Ladestation, z.B. für ein Elektrofahrzeug, handeln. Die gekoppelten Vorrichtungen (20) sind eingerichtet, Informationen an die Datenintegrationsvorrichtung (10) zu übermitteln.
Bei den klientenseitigen Geräten (30) kann es sich beispielsweise um Wiedergabevorrichtungen handeln, aber auch um Vorrichtungen, die steuernd auf die Vorrichtungen (20) zugreifen.
2 zeigt in einem Ausführungsbeispiel, wie die Datenflüsse durch die Datenintegrationsvorrichtung (10) erfolgen. Vorrichtungen (20a...d) sind über jeweils eine Eingangsschnittstelle (2a...2d) an die Datenintegrationsvorrichtung (10) angekoppelt. Jede der Datenintegrationsvorrichtungen (10) ist an eine Ein- oder Mehrzahl von Aspekt-Agenten (1a...k) (auch Aspektverarbeitungsvorrichtungen genannt) angeschlossen, wobei es möglich ist, dass unterschiedliche angekoppelte Vorrichtungen (20a...d) über ihre jeweiligen Eingangsschnittstellen (2a...d) an gleiche Aspekt-Agenten (1a...k) angeschlossen sind.
Es kann also vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Eingangsschnittstellen (2a, ..., 2d) mit der gleichen Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a, ..., 1k) verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mit mindestens einer Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) eine Mehrzahl Aspektmodelle (AM₁,AM₂) assoziiert sind, und/oder dass mindestens eine Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) mit einer Mehrzahl Aspektverarbeitungsvorrichtungen (1a, ..., 1k) verbunden ist.
Die Aspekt-Agenten werden als erster (1a), zweiter (1b), dritter (1c), vierter (1d), fünfter (1e), sechster (1f), siebter (1g) achter (1h), neunter (1i), zehnter (1j) und elfter (1k) Aspekt-Agent bezeichnet. Jeder der Aspekt-Agenten weißt jeweils eine Ausgangsschnittstelle (3a...3k) auf, die in gleicher Nummerierung wie die Aspekt-Agenten als erste (3a), zweite (3b), dritte (3c), vierte (3d), fünfte (3e), sechste (3f), siebte (3g), achte (3h), neunte (3i), zehnte (3j), und elfte (3k) Ausgangsschnittstelle bezeichnet, wobei der erste Aspekt-Agent (1a) die erste Ausgangsschnittstelle (3a) aufweist, der zweite die zweite, usw.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine erste Vorrichtung (20a) über eine erste Eingangsschnittstelle (2a) and den ersten Aspekt-Agenten (1a) und den vierten Aspekt-Agenten (1d) angekoppelt, ebenso wie eine zweite Vorrichtung (20b) über eine zweite Eingangsschnittstelle (2b).
Eine dritte Vorrichtung (20c) ist über eine dritte Eingangsschnittstelle (2c) an den neunten Aspekt-Agenten (1h) angekoppelt. Ebenso ist eine vierte Vorrichtung (20d) über eine vierte Eingangsschnittstelle (2d) ankoppelt.
Die Eingangsschnittstellen (2a...d) sind jeweils eingerichtet, Daten der an sie jeweils angeschlossenen Vorrichtungen (20a...d) in einem für die jeweils angeschlossene Vorrichtung (20a...d) spezifischen Format zu empfangen
Eine Ein- oder Mehrzahl (semantischer) Aspektmodelle (AM₁,AM₂,), vgl. 3, werden in einem dedizierten Ort, in einem der Datenintegrationsvorrichtung (10) zugeordneten Speicher (21), einem sogenannten Modell-Repositorium, hinterlegt. Die Datenintegrationsvorrichtung (10) kann auf diese Aspektmodelle (AM₁,AM₂) zugreifen. Zu jedem Aspekt-Agenten (1a...k) ist ein Verweis auf ein diesem jeweiligen Aspekt-Agenten (1a...k) zugeordnetes Aspektmodell (AM₁, AM₂) hinterlegt. Jedes der Aspektmodelle (AM₁, AM₂) beschreibt zumindest einen Teil der Eigenschaften der von der jeweiligen über eine der Eingangsschnittstellen (2a...2d) angeschlossenen datensendenden Vorrichtung (20a...20d) empfangenen Daten. Es kann also vorgesehen sein, dass das Aspektmodell (AM₁, AM₂) eine semantische Beschreibung der Laufzeitdaten umfasst, die an den jeweiligen Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) anliegen, wobei die semantische Beschreibung eine Beschreibung eines Datentyps der Laufzeitdaten und/oder eine Beschreibung eines zulässigen Wertebereichs von in den Laufzeitdaten enthaltenen Werten und/oder Beschreibung eine Beschreibung einer physikalischen Einheit, der Größe, die von in den Laufzeitdaten enthaltenen Werten beschrieben wird, umfasst..
Durch die Hinterlegung im Modell-Repositorium kann jedes der Aspektmodelle (AM₁,AM₂) einer Mehrzahl Aspekt-Agenten (1a...1k) zugeordnet sein.
Jeder der Aspekt-Agenten (1a...1k) ist eingerichtet, Daten von der jeweils angeschlossenen datensendenden Vorrichtung (20a...20d) zu empfangen und zumindest einen Teil der Daten an seiner Ausgangsschnittstelle (3a...3k) zur Verfügung zu stellen.
Die Aspektmodelle (AM₁, AM₂) beschreiben jeweils beispielsweise die Struktur wenigstens eines Teils der vom jeweiligen auf dieses Aspektmodell (AM₁,AM₂) verweisenden Aspekt-Agenten (1a...k) bereitgestellten Daten, und/oder Eigenschaften der durch diesen Aspekt-Agenten (1a...k) bereitgestellten Daten.
Die Eigenschaften der beschriebenen Daten umfassen z.B. Datentypen, mögliche bzw. zulässige Wertebereiche, und/oder eine physikalische Einheit, die die jeweiligen Daten repräsentieren.
Die jeweiligen von der datensendenden Vorrichtung (20a...d) empfangenen Daten werden an den Ausgangsschnittstellen (3a...k) bereitgestellt und sind dort abrufbar. Jeder Ausgangsschnittstelle (3a...k) ist hierbei auch ein Verweis auf ein oder mehrere zugehörige Aspektmodelle (AM₁,AM₂) zugeordnet. Über die Ausgangsschnittstelle (3a...k) sind diejenigen Daten der datensendenden Vorrichtung (20a...d) abrufbar, zu denen in den jeweils zugehörigen Aspektmodellen (AM₁,AM₂) Beschreibungen vorliegen.
Jedes Aspektmodell (AM₁,AM₂) beschreibt hierbei also eine Datenstruktur, über die die zugehörige Ausgangsschnittstelle (3a...k) Zugriff auf die jeweils vom Aspektmodell (AM₁,AM₂) definierte Teile der Daten ermöglicht und stellt hierzu beschreibende Informationen bereit.
Erste (3a), zweite (3b) und dritte Ausgangsschnittstelle (3c) sind an ein erstes Endgerät (30a) angeschlossen, z.B. einen Monitor zum Darstellen der über die angeschlossenen Ausgangsschnittstellen empfangenen Daten, oder eine Datenverarbeitungsvorrichtung, die die empfangenen Daten weiterverarbeitet, z.B. in einer Datenbank abspeichert.
Dadurch, dass die Daten, auf die die Ausgangsschnittstelle (3a...k) Zugriff bietet, durch das zugeordnete Aspektmodell (AM₁,AM₂) erfolgt, erfolgt ein homogener Zugriff auf die Daten, obwohl an der Eingangsschnittstelle (2a...d) unterschiedliche Vorrichtungen (20a...d) angeschlossen sein können.
3 illustriert einen Mechanismus zur Ankopplung einer datensendenden Vorrichtung - hier beispielhaft die Ankopplung der ersten Vorrichtung (20a). Zum Koppeln wird ein digitaler Zwilling (14) der ersten Vorrichtung (20a) angelegt (insbesondere wird ein solcher zu jeder gekoppelten Vorrichtung bereitgestellt) und unter einer Zugriffsadresse (13) bereitgestellt. Dies geschieht basierend auf vorgebbaren Aspekt-Agenten (1a...1k), hier wie in 2 illustriert beispielhaft auf dem ersten Aspekt-Agenten (1a) und dem vierten Aspekt-Agenten (1d).
Hierzu wird in einer Registratur (11), die beispielsweise im Speicher (21) hinterlegt sein kann, eine Ein- oder Mehrzahl Identifikatoren (12) der zu koppelnden ersten Vorrichtung (20a) gespeichert, ebenso Zugriffsadressen (17a, 17d), unter denen auf die Ausgangsschnittstellen (3a...3k) zugegriffen werden kann, die den Aspekt-Agenten (1a...k) zugeordnet sind, die der zu koppelnden Vorrichtung, hier: der ersten Vorrichtung (20a) zugeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel adressieren Zugriffsadressen (17a, 17b) die erste Ausgangsschnittstelle (3a) und die vierte Ausgangsschnittstelle (3b).
Ferner wird in der Registratur (11) für jede Ausgangsschnittstelle (3a, 3d), also jeden Aspekt-Agenten (1a, 1d) ein Verweis (16a, 16b) auf das beschreibende Aspektmodell (AM₁, AM₂), das im Modellrepositorium bereitgestellt wird, bereitgestellt.
Die Topologie kann selbstverständlich abweichen. Insbesondere ist es möglich, dass in der Registratur eine nach Identifikatoren (12) filterbare Datenstruktur, beispielsweise eine Tabelle) hinterlegt ist.
Wird nun ein Endgerät (30a) das eine vom Nutzer vorgebbare Aktion auf den von der - im Beispiel - ersten Vorrichtung (20a), ausführen soll, so sind über Zugriffsadressen (17a, 17b) die von der ersten Vorrichtung (20a) über die erste Eingangsschnittstelle (2a) gelieferten Daten an der ersten (3a) und vierten (3d) Ausgangsschnittstelle abgreifbar, verbunden mit hinterlegten Aspektmodellen (AM₁,AM₂), die jeweils einen Teilaspekt der gelieferten Daten beschreiben.
4 illustriert beispielhaft in einem Flussdiagramm ein Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen Zwillings (14) mit Aspekt-Agenten (1a...k) und deren Verwendung am Beispiel eines Hochofens und eines Schweißroboters als zu koppelnde datensendende Vorrichtungen (20a...d).
Zunächst (100) wird ein von einem Nutzer, beispielsweise einem Wartungsingenieur, ein Aspektmodell (AM₁, AM₂) für Wartungsinformationen im Modellrepositorium bereitgestellt.
Dann (110) wird eine Nutzereingabe empfangen, die auf dieses bereitgestellte Aspektmodell (AM₁, AM₂) zugreift. Dann wird, insbesondere automatisiert, ein Aspekt-Agent (1a...k) generiert, der eingerichtet ist, Daten vom Hochofen zu empfangen, darin enthaltene Wartungsdaten zu selektieren, ggf. zu transformieren und an seiner Ausgangsschnittstelle (3a...k) bereitzustellen.
Anschließend (120) erfolgt für jeden zu verbindenden Hochofen dieses Typs die Eintragung eines separaten digitalen Zwillings (14) in der Registratur (11).
Insbesondere kann jedem digitalen Zwilling ein Eintrag oder mehrere Einträge in der Registratur hinzugefügt werden (130) mit Identifikatoren des jeweilig angeschlossenen Hochofens. Dies erlaubt die Nachvollziehbarkeit von welchen Vorrichtungen (20a...d) ein Aspekt Agent (1a...k) Daten bereitstellt.
Generell kann der digitale Zwilling eine separat vorgehaltene Datenstruktur sein, es ist aber auch möglich, dass er in eine größere Datenstruktur eingebettet ist. So ist es beispielsweise möglich, dass die Informationen die den digitalen Zwilling ausmachen, in einer Liste aggregiert sind. So kann der digitale Zwilling einer vorgebbaren angeschlossenen Vorrichtung dann beispielsweise durch Filtern der Liste nach dem Indikator der vorgebbaren angeschlossenen Vorrichtung bereitgestellt werden.
Anschließend (140) erfolgt für jeden digitalen Zwilling (14) in der Registratur (11) ein Eintrag der Ausgangsschnittstelle (3a...k) für den jeweiligen Aspekt-Agenten (1a...k), hier also des Wartungs-Aspektmodells.
Damit ist der Hochofen angekoppelt.
Anschließend kann ein anderer Nutzer ebenfalls auf dieses Aspektmodell (AM₁,AM₂) zugreifen, und einen Aspekt-Agenten generieren, der Daten von einem Schweißroboter abholt, entsprechend Wartungsdaten selektiert, transformiert und an der Ausgangsschnittstelle bereitstellt.
Zunächst (150) folgt ein Schritt, der Schritt (120) analog ist.
Dann (160) folgt ein Schritt, der Schritt (130) analog ist.
Dann (170) folgt ein Schritt, der Schritt (140) analog ist.
In diesem Beispiel kann nun ein Computerprogramm, das auf dieses Wartungs-Aspektmodell zugreift, zur Planung von Wartungsarbeiten bereitgestellt werden. Dieses Computerprogramm kann jetzt sowohl für Hochöfen, als auch für Schweißroboter verwendet werden. Dieses Computerprogramm kann hierbei wie beschrieben auf die Registratur (11) zugreifen.
Das jeweilige Aspektmodell (AM₁, AM₂) folgt hierbei den Regeln eines Metamodells. Insbesondere ist das Aspektmodell (AM₁,AM₂) strukturell ein gerichteter Graph, in dem Knoten individuelle Datenpunkte (sogenannte „Properties“, nach dem englischen Wort für „Eigenschaften“) sowie Gruppen von Datenpunkten repräsentieren, beschreiben und identifizieren, welche an der Ausgangsschnittstelle (3a...k) eines Aspekt Agenten (1a...k) bereitgestellt werden.
Die Struktur des gerichteten Graphen (d.h., die Verbindungen zwischen den Knoten der Datenpunkte und Datenpunktgruppen) erlaubt damit die eindeutige Ableitung der Struktur der (Laufzeit-)Daten die an der Ausgangsschnittstelle (3a..k) des Aspekt Agenten (1a...k) bereitgestellt werden.
Ferner enthält ein Aspektmodell (AM₁, AM₂)-Graph ein oder mehrere Teilgraphen (sogenannte „characteristics“, nach dem englischen Wort für „Charakteristiken“), welche die Eigenschaften (Datentyp, Wertebereich, physikalische Einheit etc.) der repräsentierten Datenpunkte festlegen, wobei beim Traversieren des Graphen bis zu einem vorgebbaren Datenpunkt auch mindestens ein oder mehrere solcher Charakteristik-Teilgraphen für den Datenpunkt eindeutig erreichbar sind. Dies ist wichtig, weil die durch einen Aspekt Agenten bereitgestellten (Laufzeit-)Daten die vorgegebenen Eigenschaften aufweisen und entsprechend interpretiert werden müssen. Damit ist es möglich, diese Eigenschaften beim Traversieren eindeutig zu ermitteln und bereitzustellen.
In 5 sind beispielhaft von einem Aspekt-Agenten (1a...k) bereitgestellte Daten eines Hochofens dargestellt. Diese weisen Daten bzgl. der inneren und äußeren Betriebstemperatur und aktuellen Leistungsaufnahme des Ofens auf.
Dargestellt sind zunächst zwei Datenpunkte mit der Bezeichnung „Leistungsaufnahme“ und „Betriebstemperatur“. Während Leistungsaufnahme eine skalaren Wert „35000“ hat, ist der Wert von „Betriebstemperatur“ ein komplexes Objekt, das wiederum zwei weitere Datenpunkte enthält: „innen“ und „außen“ mit jeweils den skalaren Werten „600,0“ und „35,6“.
6 zeigt beispielhaft ein Aspektmodell für diesen Aspekt Agenten. Die Bezeichner der Datenpunkte, also „Betriebstemperatur“ bzw. „Leistungsaufnahme“, zeigen je auf einen Charakteristik-Teilgrafen, der Eigenschaften hinsichtlich Datentyp und soweit möglich dessen physikalische Einheit festlegt. Der komplexe Datentyp für „Betriebstemperatur“ ist ebenfalls in dem Aspekt Modell definiert. Dies erfolgt durch Angabe der enthaltenen Datenpunkte. Die Werte der Datenpunkte sind nicht im Aspektmodell vorhanden, da diese erst zur Laufzeit bereitgestellt werden und sich kontinuierlich ändern können.
Schließlich ist es auch möglich, dass von Seiten des Endgeräts (30a...c) an der Ausgangsschnittstelle über sogenannte „Operationen“ Zugriffe auf Laufzeitdaten vorgegeben werden können, oder ein Zugriff auf Informationen über die Laufzeitdaten erfolgt, oder ein Zugriff auf Funktionen erfolgt, über die die angeschlossene Vorrichtung angesteuert werden kann.
Ebenfalls möglich ist es, eine Operation im Aspektmodell zu definieren, als seine Funktion die aufgerufen werden kann (z.B. „Hochofen anschalten“ oder „Hochofen ausschalten“). Eine solche Operation kann Eingabedaten benötigen, und kann Ausgabedaten liefern. Diese können ebenfalls in den Aspektmodellen beschrieben sein, wobei die Eigenschaften der repräsentierten Datenpunkte der Ein-/Ausgabedaten ebenfalls mit Charakteristik-Teilgraphen beschrieben sind. Diese Ein-/Ausgabedaten können Teil der ansonsten auch abrufbaren Daten sein oder nicht.
Beispielsweise enthält ein „Betriebszustands-Aspektmodell“ des Ofens die Repräsentation eines Datenpunktes „Status“, wobei der Charakteristik Teilgraph zwei mögliche Werte als Wertebereich beschreibt: „an“ oder „aus“. Darüber hinaus kann das Betriebszustand Aspekt Modell die Operation „Einschalten“ angeben, deren Ausgabedaten ebenfalls die Repräsentation des Datenpunkts „Status“ enthält.
Ein Aspekt-Agent der einem Aspektmodell mit Operationen folgt, muss den Aufruf dieser Operationen an seiner „Ausgangschnittstelle“ mithin als Eingangsschnittstelle für den Informationsfluss in die entgegengesetzte Richtung anbieten.
Die Eigenschaften die durch die Charakteristik-Teilgraphen innerhalb eines Aspektmodells festgelegt werden können, um die im Aspektmodell repräsentierten Datenpunkte zu beschreiben, sind durch ein Metamodell vorgegeben. Hierbei sind die zur Beschreibung verwendbaren Eigenschaften in Klassen gegliedert. Diese Klassen sind in einer hierarchischen Struktur zur Beschreibung eines repräsentierten Datenpunktes auswählbarer Klassen vorgegeben.
Darüber hinaus erlaubt die Festlegung der zur Beschreibung der Datenpunkte möglichen Eigenschaften in einer Klassenhierarchie das Erstellen von Aspektmodellen in einem Editor, der Nutzern eine einfache Auswahl der zur Beschreibung zur Verfügung stehenden Elemente ermöglicht.
Ein Beispiel einer solchen Klassenhierarchie ist in 7 dargestellt. , wobei „A→ B“ bedeutet, dass Klasse A eine von Klasse B abgeleitete Klasse ist. Hierbei ist wichtig, dass die hierarchische Anordnung Vererbungsrelationen in einer „ist-ein“(Englisch: „is a“) -Beziehung darstellt, d.h. beschreibende Eigenschaften die durch Klasse B in einem Aspektmodell dargestellt werden können, können ebenfalls durch Klasse A dargestellt werden, wobei in Klasse A zuzüglich weitere Eigenschaften dargestellt werden können. Damit sind die Klassen besonders einfach erweiterbar.
Die in 7 beispielhaft dargestellte Klassenhierarchie dient zur beispielhaften Festlegung verwendbarer Eigenschaften in Charakteristik-Teilgraphen. Unter Verwendung dieser beispielhaften Hierarchie können die Charakteristik-Teilgraphen aus dem in 6 beispielhaft dargestellten Aspektmodell den folgenden Klassen zugeordnet werden:

Die „Temp-Set-Eigenschaften“ sind von der Klasse „Single Entity“, die „Temperatur-Eigenschaften“ sind von der Klasse „Measurement und die „Power-Eigenschaften“ sind ebenfalls von der Klasse „Measurement“.

Hierbei sind die konkreten Ausprägungen der Charakteristik-Teilgraphen Instanziierungen der in der Klassenhierarchie bereitgestellten Klassen.
Das Vorgeben einer hierarchischen Struktur von Klassen in einem Metamodell mit Eigenschaften zur Datenpunktbeschreibung ist Voraussetzung um die Aspektmodelle, die dem Metamodell folgen, zu verwenden.
Beispielsweise kann ein Aspekt-Agent (1a...k) automatisiert aus existierenden Aspektmodellen erstellt werden.
•
Alternativ oder zusätzlich können Auswertungsfunktionen (genauer: ein Programmcode dieser Auswertungsfunktion) zur automatisierten Verarbeitung von Daten, die durch Aspekt-Agenten (1a...k) an ihrer jeweiligen Ausgangschnittstelle (3a...k) bereitgestellt werden, generiert werden.
Alternativ oder zusätzlich können die Auswertungsfunktionen mit Aspektmodellen parametrisiert werden.
Alternativ oder zusätzlich können Beschreibungen in IDL (Interface Description Language) aus bereitgestellten Aspektmodellen generiert werden. Diese können wiederum verwendet werden, um eine Applikation in die Lage zu versetzen, die durch den jeweiligen Aspekt Agenten bereitgestellten Daten zu konsumieren. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, semantische Beschreibungen in Ontologie- oder Logikformaten wie z.B. OWL (Web Ontology Language) oder CL (Common Logic) aus existierenden Aspektmodellen zu generieren. Hierdurch ist es möglich, die durch einen Aspekt Agenten bereitgestellten Daten sowie die zugehörigen Aspektmodelle in einer strukturierten Datenbank wie einem Wissensgraphen (Englisch: „Knowledge Graph“) zu integrieren.
Alternativ oder zusätzlich können fachliche bzw. technische Beschreibungen aus bereitgestellten Aspektmodellen generiert werden, die in textueller und grafischer Form die Semantik des Aspektmodells in der jeweiligen Domäne beschreiben, wobei die Beschreibung die Struktur der durch den Aspekt-Agenten (1a...k) an seiner Ausgangsschnittstelle (3a...k) bereitgestellten Daten enthält und darüber hinausgehend die Einordnung in den fachlichen Kontext und die Verbindung zu Elementen aus jeweils relevanten Standards und Normen umfasst.
Derartige Fragmente, also Auswertungsfunktionen oder Beschreibungen können aus bereitgestellten Aspektmodellen nach einem der im Folgenden dargestellten Verfahren generiert werden.
Eine Ausführungsform des ersten derartigen Verfahrens sieht vor, dass dabei der Graph des Aspektmodells (vorzugsweise rekursiv) traversiert wird. Ferner wird eine Abbildungsfunktion angewendet, die aus dem jeweiligen Element des Aspektmodells unter Berücksichtigung der zugehörigen Semantik des Metamodells ein geeignetes Teilelement des Zielformats erzeugt.
Im Falle der Auswertungsfunktion sind die Teilelemente beispielsweise Klassen oder Funktionen.
Beispielsweise kann zur Erzeugung einer Überwachungsanwendung von Betriebsdaten für Hochöfen in der Produktion eine Abbildungsfunktion definiert werden, nach der alle Datenpunkte, welche durch einen Charakteristik Teilgraphen beschrieben sind, der eine Instanziierung der Klasse „Measurement“ ist, auf eine vorgebbare Klasse abgebildet werden. Ferner erlauben die erzeugten Klassen dann automatisch Zugriff auf die Einheit des Datenpunktes mit einer vorgegebenen Funktion, wie in den folgenden Zeilen Pseudocode beispielhaft dargestellt.

Property(Characteristic.class = Quantifiable) -> Class<Property.name>
 
(Characteristic.class = Quantifiable).unit -> Funktion: getUnit()

Die Anwendung dieser Abbildungsfunktionen auf das in Zusammenhang mit 6 illustrierte Aspektmodell 1 unter Verwendung der in Zusammenhang mit 7 beispielhaft dargestellten Klassenhierarchie können dann die folgenden drei Programmcode-Klassen generiert werden:

Temperatur.innen 
Temperatur.außen
Leistungsaufnahme

Da die Klasse „Measurement“ entsprechend der in 8 beispielhaft festgelegten Hierarchie auch ein „Quantifiable“ ist, können die Datenpunkte „Temperatur. innen“ und „Temperatur. außen“ als zutreffend auf die Abbildungsbedingung erkannt werden.

Jede der generierten Programmcode-Klassen erlaubt Zugriff auf die jeweilige physikalische Einheit (Celsius bzw. Watt) über den Aufruf der vorgegebenen Funktion .getUnit ().

Die auf diese Weise erzeugten Programmcode-Klassen erlauben die Anzeige der an seiner Ausgangsschnittstelle (3a...k) bereitgestellten Daten eines Aspekt Agenten (1a...k), der Daten entsprechend dem Aspektmodell bereitstellt, mit automatischer korrekter Anzeige der physikalischen Einheit der dargestellten Werte.

Darüber hinaus kann dieselbe Anwendung beliebige andere Datenpunkte (mit einer „Quantifiable“ Charakteristik) anderer Aspekt Agenten anzeigen durch analoges automatisiertes Erzeugen weiterer Programmcode-Klassen für die entsprechenden Aspektmodelle.

Eine spezifischere Verwendung der Semantik der Elemente in dem Aspektmodell ist ebenfalls möglich, wie z.B. durch Konfiguration durch den Nutzer der Anwendung, die beispielsweise festlegen kann, dass Datenpunkte nach der Charakteristik „Temperatur Eigenschaften“ durch in einer vorgebbaren grafischen Form, beispielsweise in Form eines Thermometers, bzw. Datenpunkte der Charakteristik „Power Eigenschaften“ eine Pegel-Anzeige dargestellt werden sollen.

Eine Ausführungsform eines zweiten Verfahrens zum Generieren der Auswertungsfunktionen oder Beschreibungen sieht vor, für jedes Zielformat eine Menge von Mustern („Patterns“) bereitzustellen, die Untergraphen eines Aspektmodells (strukturell sowie inhaltlich) erkennen können, d.h. das eine Musterprüfungsfunktion für alle Untergraphen des Aspektmodells überprüft, ob diese (strukturell oder inhaltlich) mit dem bereitgestellten Muster übereinstimmen und im Falle einer Übereinstimmung dieser Untergraph als erkannt bereitgestellt wird.

Jedem Muster wird dabei eine zugehörige Menge von Teilelementen des Zielformates zugeordnet. Für den Generierungsvorgang werden alle Muster für das jeweilige Zielformat durchlaufen, jedes Muster auf das Ausgangs-Aspektmodell angewendet und der aus der Mustererkennung resultierende Untergraph des Aspektmodells auf die Teilmengen des Zielformats abgebildet. Abschließend werden alle Teilmengen vereinigt, um das Ergebnis zu erhalten.

Beispielsweise kann bei der automatischen Generierung eines Aspekt Agenten der an einen Hochofen gekoppelt werden soll vorgesehen sein, dass die Zugriffsadressen der Ausgangsschnittstellen erzeugt werden, so dass neben dem vollständigen Abruf aller im zugehörigen Aspektmodell beschriebenen Datenpunkte auch ein individueller Abruf der einzelnen Datenpunkte durch eine diese Daten konsumierende Anwendung ermöglicht wird.

Hierzu werden Pfade der Zugriffsadresse wie folgt generiert: Die Generierung umfasst das Festlegen eines Musters, Anwendung auf das jeweilige Aspektmodell und eine Abbildung auf Pfadelemente, wie folgt:

Jeder repräsentierte Datenpunkt ergibt ein Pfadelement mit dem Namen des Datenpunktes. Ist ein repräsentierter Datenpunkt Teil einer Datenpunktsgruppe, ist das zugehörige Pfadelement der Nachfolger desjenigen Pfadelements, das dieser Datenpunktsgruppe zugeordnet ist.

Dies erfolgt innerhalb des durch das Metamodell vorgegebenen Charakteristik-Teilgraphen.

Angewandt auf das beispielhaft in Zusammenhang mit 6 dargestellte Aspektmodell ergeben sich folgende Pfade für die Ausgangsschnittstelle des Aspekt Agenten:

/Betriebsdaten/Temperatur/innen
/Betriebsdaten/Temperatur/außen
/Betriebsdaten/Leistungsaufnahme

(Hierbei wird als allgemeine Zugriffsadresse zum Abruf aller durch das Aspektmodell beschriebenen Datenpunkte

/Betriebsdaten

angenommen.)

Damit die beiden vorgestellten Verfahren durchführbar sind, ist die hierarchische Struktur des Metamodells sowie das Befolgen der Regeln des Metamodells durch das jeweilige Aspektmodell wesentlich. Darüber hinaus ist die Beschreibung der über die Struktur der Daten hinausgehende Semantik in Form von Charakteristiken, die als Modellelemente inhärenter Bestandteil eines Aspektmodells sind, erforderlich. Abbildungsfunktionen von Aspektmodell-Elementen bzw. Untergraphen des Aspektmodells auf das jeweilige Zielformat müssen nicht nur in der Lage sein, Bezug auf die durch das Metamodell vorgegebene Semantik der jeweiligen Modellelemente zu nehmen, sondern müssen auch die Vererbungshierarchien der referenzierten Metamodellelemente auswerten können. Dies ist notwendig sowohl für die Erzeugung von Programmcode für Auswertefunktionen, bei der die Vererbungshierarchie mitgenutzt werden kann um - wo notwendig - analoge Strukturen in erzeugten Klassen zu erreichen. Ebenso ist es bei der Erzeugung anderer Formate erforderlich, bei denen erst die Vererbung den Grad der Entkopplung der generierten Strukturen gewährleistet, der für deren Nutzung effektiv notwendig ist.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Informationsverarbeitungssystem umfassend die Datenintegrationsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche und mindestens eine angeschlossene Vorrichtung (20a, ..., 20d).

Hierbei kann vorgesehen sein, dass die angeschlossene Vorrichtung (20a, ..., 20d) ein Sensor und/oder ein ERP-System und/oder eine Fertigungsmaschine und/oder ein Roboter und/oder ein Fahrzeug und/oder eine Ladestation ist.

Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem umfassend die Datenintegrationsvorrichtung (10) vorgesehen sein, umfassend ein Endgerät (30a...c) zum Verarbeiten von Daten, die an der Ausgangsschnittstelle (3a...k), an die das Endgerät (30a...c) angeschlossen ist, bereitgestellt werden.

Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem umfassend die Datenintegrationsvorrichtung vorgesehen sein umfassend eine Auswertungsfunktion zum Verarbeiten der an der Ausgangsschnittstelle (3a...k) bereitgestellten Daten, wobei die Auswertungsfunktion mit dem Aspektmodell (AM₁,AM₂) der zu der Ausgangsschnittstelle (3a...k) zugehörigen Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a...k) generiert ist.

Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem vorgesehen sein, wobei die Auswertungsfunktion mit dem Aspektmodell (AM₁, AM₂) der zu der Ausgangsschnittstelle (3a...k) zugehörigen Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a...k) parametriert ist.

Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem vorgesehen sein, wobei das Endgerät (30a...c) eingerichtet ist, eine mit einem Aspektmodell (AM₁,AM₂) generierte Beschreibung zu verwenden.

Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Beschreibung eine semantische Beschreibung in einem Ontologie- oder Logikformat umfasst.

Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Endgerät (30a...c) einen Wissensgraphen umfasst, und wobei das Endgerät (30a...c) eingerichtet ist, die an einer Ausgangsschnittstelle (30a...c) durch die zugehörige Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a...k) bereitgestellten Daten sowie die zugehörigen Aspektmodelle (AM₁,AM₂) in dem Wissensgraphen zu integrieren.

Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem vorgesehen sein, bei dem das Endgerät (30) eine Beschreibung bereithält, die eine Semantik eines der Aspektmodelle (AM₁,AM₂) beschreibt, wobei diese Beschreibung mittels des jeweiligen Aspektmodells (AM₁, AM₂) generiert ist.

Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Beschreibung eine Struktur der durch die Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a...k) an seiner Ausgangsschnittstelle (3a...k) bereitgestellten Daten enthält.

Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem vorgesehen sein, bei dem das Generieren ein Traversieren des Graphen des Aspektmodells (AM₁, AM₂) umfasst.

Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Generieren ein Anwenden einer Abbildungsfunktion umfasst, die aus einem Element des Aspektmodells (AM₁,AM₂) unter Berücksichtigung einer Semantik des Metamodells ein entsprechendes Teilelement der Auswertungsfunktion bzw. Beschreibung generiert.

Hierbei kann weiter vorgesehen sein, dass das entsprechende Teilelement der Auswertungsfunktion eine Klasse oder eine aufrufbare Funktion ist.

Ferner kann ein Informationsverarbeitungssystem vorgesehen sein, bei dem das Generieren beinhaltet, mindestens ein Muster zum Identifizieren von Untergraphen des Graphen des Aspektmodells (AM₁,AM₂) bereitzustellen.

Bezugszeichenliste

1a...1k: Aspektverarbeitungsvorrichtung, Aspekt-Agent
2a...2d: Vorrichtung
3a...3k: Ausgangsschnittstelle
10: Datenintegrationsvorrichtung
11: Registratur
12: Identifikator (der zu koppelnden Vorrichtung)
13: Zugriffsadresse auf digitalen Zwilling
14: digitaler Zwilling
15a, d: Verweis auf Aspekt-Agent
20: Vorrichtung
20a...d: Vorrichtung
30: Endgerät
30a...c: Endgerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

DE 102018205872 A1 [0002]

Claims

Datenintegrationsvorrichtung (10), umfassend Eingangsschnittstellen (2a, ..., 2d), an die jeweils eine Laufzeitdaten an die Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) liefernde Vorrichtung (20a, ..., 20d) anschließbar ist, wobei die Laufzeitdaten der jeweiligen Vorrichtung (20a, ..., 20d) mittels mindestens eines der jeweiligen Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) zugeordneten und jeweils einen Aspekt der Laufzeitdaten charakterisierenden Aspektmodells (AM₁, AM₂) charakterisiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) mit dem jeweiligen Aspektmodell (AM₁,AM₂) assoziiert ist.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d) mit einer Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a, ..., 1k) verbunden ist, mit der das jeweilige Aspektmodell (AM₁, AM₂) assoziiert ist.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens eine der Aspektverarbeitungsvorrichtungen (1a,..., 1k) eine Ausgangsschnittstelle (3a, ..., 3k), insbesondere jede der Aspektverarbeitungsvorrichtungen jeweils eine Ausgangsschnittstelle (3a, ..., 3k) aufweist.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a, ..., 1k), insbesondere alle Aspektverarbeitungsvorrichtungen (1a, ..., 1k), eingerichtet sind, einen Teil derjenigen Laufzeitdaten an ihrer Ausgangsschnittstelle (3a, ..., 3k) bereitzustellen, die an denjenigen Eingangsschnittstellen (2a, ..., 2d) bereitgestellt werden, mit denen die jeweilige Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a, ..., 1k) assoziiert ist.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei der an der Ausgangsschnittstelle (3a, ..., 3k) bereitgestellte Teil der Laufzeitdaten in dem Aspekt der Laufzeitdaten enthalten ist, den dasjenige Aspektmodell (AM₁,AM₂) charakterisiert, das mit der Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a, ..., 1k) assoziiert ist, zu der die Ausgangsschnittstelle (3a, ..., 3k) gehört.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei der an der Ausgangsschnittstelle (3a, ..., 3k) bereitgestellte Teil all jene Laufzeitdaten umfasst, den dasjenige Aspektmodell (AM₁, AM₂) charakterisiert, das mit der Aspektverarbeitungsvorrichtung (1a, ..., 1k) assoziiert ist, zu der die Ausgangsschnittstelle (3a, ..., 3k) gehört.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Eingangsschnittstellen (2a, ..., 2d) mit dem gleichen Aspektmodell (AM₁, AM₂) assoziiert sind.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche umfassend eine Registratur (11) in der zu jeder angeschlossenen Vorrichtung (20a...d) ein Verweis (12) auf einen bereitgestellten digitalen Zwilling (14) registriert ist.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach Anspruch 8 sofern rückbezogen auf Anspruch 2, wobei der jeweilige digitale Zwilling (14) zu der angeschlossenen Vorrichtung (20a, ..., 20d) Verweise auf die Aspektverarbeitungsvorrichtungen (1a, ..., 1k) umfasst, mit denen die Eingangsschnittstelle (2a, ..., 2d), an die die Vorrichtung angeschlossen ist, verbunden ist.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Aspekt-Modell (AM₁,AM₂) nach in einem Metamodell definierten Regeln aufgebaut ist.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei eine Struktur des Aspekt-Modell (AM₁,AM₂) ein gerichteter Graph ist, wobei in dem gerichteten Graphen Knoten insbesondere individuelle Datenpunkte und/oder Gruppen von Datenpunkten identifizieren.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei die Struktur des Aspektmodell (AM₁,AM₂) mindestens einen Teilgraphen enthält, der die Eigenschaften der durch die Knoten identifizierten Datenpunkte und/oder die Eigenschaften der Datenpunkte der durch die Knoten identifizierten Gruppe beschreibt.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach Anspruch 12, wobei beim Traversieren des Graphen bis zu einem vorgebbaren Knoten auch mindestens ein solcher Teilgraph eindeutig erreichbar ist.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach Anspruch 13, welche eingerichtet ist, von der angeschlossenen Vorrichtung (20a...d) empfangene Daten entsprechend der in diesem Teilgraphen beschriebenen Eigenschaften zu interpretieren.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die durch den Teilgraphen festgelegten Eigenschaften durch das Metamodell vorgegeben sind.
Datenintegrationsvorrichtung (10) nach Anspruch 15, wobei die Eigenschaften in Klassen gegliedert sind, und wobei die Klassen in einer hierarchischen Struktur auswählbarer Klassen vorgegeben sind.