产生数据集成装置的方法和装置与流程

1.本发明涉及一种用于产生数据集成装置的方法、一种计算机程序、一种机器可读存储介质和一种计算机。


背景技术：

2.从de 10 2018 205 872 a1已知一种用于产生物理对象的数字孪生的方法，其中基于描述元模型产生包含数字数据属性的描述数据。还创建了通信信息。为了产生所述数字孪生，将所述描述数据、所述通信信息和所述物理对象的名称组合起来。


技术实现要素：

3.相比较而言，具有独立权利要求 1 特征的本发明的优点在于其提供了一种数据集成装置，该数据集成装置可以灵活地与大量（运行时）数据耦合，其中确保可以在解释时考虑相应（运行时）数据的各种特定属性，以便能够确保相应（运行时）数据得到正确解释。
4.本发明的其他方面是并列独立权利要求的主题。有利的扩展是从属权利要求的主题。
附图说明
5.下面参照附图更详细地解释本发明的实施方式。在附图中：图1示例性地示出了本发明的使用；图2示意性地示出了通过数据集成装置的数据流；图3示意性地示出了用于耦合数据发送装置的机制；图4在流程图中示例性地示出了用于提供数字孪生的方法；图5示例性地示出了高炉的由方面代理提供的数据；图6示例性示出了该方面代理的方面模型；图7示例性地示出了用于设定方面模型的子图的属性的类层次结构。
具体实施方式
6.图1示例性地示出了本发明的使用。数据集成装置（10）被提供为与装置（20）和客户端设备（30）耦合。装置（20）可以是例如传感器和/或erp系统和/或诸如高炉的制造机器和/或诸如焊接机器人的机器人和/或车辆和/或充电站，例如用于电动车辆的充电站。所耦合的装置（20）被设置为向数据集成装置（10）传送信息。
7.客户端设备（30）可以是例如播放装置，但也可以是以控制的方式访问装置（20）的装置。
8.图2在一个实施例中示出了数据流如何通过数据集成装置（10）。每个装置（20a...d）经由一个输入接口（2a...2d）耦合到数据集成装置（10）。每个数据集成装置（10）连接到一个或多个方面代理（1a...k）（也称为方面处理装置），其中可能的是，不同的耦合
的装置（20a...d）经由它们各自的输入接口（2a...d）连接到相同的方面代理（1a...k）。方面代理称为第一方面代理（1a）、第二方面代理（1b）、第三方面代理（1c）、第四方面代理（1d）、第五方面代理（1e）、第六方面代理（1f）、第七方面代理（1g）、第八方面代理（1h）、第九方面代理（1i）、第十方面代理（1j）和第十一方面代理（1k）。每个方面代理都具有输出接口（3a...3k），所述输出接口以与方面代理相同的编号称为第一输出接口（3a）、第二输出接口（3b）、第三输出接口（3c）、第四输出接口（3d）、第五输出接口（3e）、第六输出接口（3f）、第七输出接口（3g）、第八输出接口（3h）、第九输出接口（3i）、第十输出接口（3j）和第十一输出接口（3k），其中第一方面代理（1a）具有第一输出接口（3a），第二方面代理具有第二输出接口，以此类推。
9.在所示的实施例中，第一装置（20a）经由第一输入接口（2a）耦合到第一方面代理（1a）和第四方面代理（1d），同样第二装置（20b）经由第二输入接口（2b）耦合到第一方面代理（1a）和第四方面代理（1d）。
10.第三装置（20c）经由第三输入接口（2c）耦合到第九方面代理（1h）。同样，第四装置（20d）经由第四输入接口（2d）耦合到第九方面代理（1h）。
11.每个输入接口（2a...d）都设置为以特定于分别连接到该输入接口的装置（20a...d）的格式从分别连接的装置（20a...d）接收数据。
12.参见图3，一个或多个（语义）方面模型（am1、am2）存储在分配给数据集成装置（10）的存储器（21）、即所谓的模型库中的专用位置。数据集成装置（10）可以访问这些方面模型（am1、am2）。为每个方面代理（1a...k）存储对分配给该相应方面代理（1a...k）的方面模型（am1、am2）的引用。每个方面模型（am1、am2）描述了从经由输入接口（2a...2d）之一连接的相应数据发送装置（20a...20d）接收的数据的属性的至少一部分。
13.通过存储在模型库中，可以将每个方面模型（am1、am2）分配给多个方面代理（1a...1k）。
14.每个方面代理（1a...1k）被设置为分别从连接的数据发送装置（20a...20d）接收数据，并且将所述数据的至少一部分提供在其输出接口（3a.....3k）处。
15.每个方面模型（am1、am2）描述例如由引用该方面模型（am1、am2）的相应方面代理（1a...k）提供的至少一部分数据的结构，和/或通过该方面代理（1a...k）提供的数据的属性。
16.所描述的数据的属性包括例如数据类型、可能的或允许的值范围和/或相应数据所代表的物理单位。
17.由数据发送装置（20a...d）接收的相应数据在输出接口（3a...k）处提供并且可以在那里受到调用。在此，也向每个输出接口（3a...k）分配了对一个或多个相关联方面模型（am1、am2）的引用。可以经由输出接口（3a...k）调用数据发送装置（20a...d）的以下数据，针对这些数据在分别关联的方面模型（am1、am2）中存在描述。
18.因此，在此每个方面模型（am1、am2）都描述了以下数据结构，通过所述数据结构使得相关联的输出接口（3a...k）能够分别访问由该方面模型（am1、am2）定义的数据部分，并且每个方面模型（am1、am2）为此提供描述信息。
19.第一输出接口（3a）、第二输出接口（3b）和第三输出接口（3c）连接到第一终端（30a）（例如用于显示经由连接的输出接口接收的数据的监视器）或进一步处理所接收的数
据的数据处理装置，例如存储在数据库中。
20.由于输出接口（3a...k）提供对其访问的数据通过分配的方面模型（am1、am2），因此均匀地访问数据，尽管不同的装置（20a...d）可以连接到输入接口（2a...d）。
21.图3图示了用于耦合数据发送装置——这里示例性地为耦合第一装置（20a）——的机制。为了耦合，创建第一装置（20a）的数字孪生（14）（特别地，为每个耦合的装置提供这样的数字孪生）并在访问地址（13）下提供该数据孪生。这是基于可预给定的方面代理（1a...1k）完成的，这里如图2所示，示例性地基于第一方面代理（1a）和第四方面代理（1d）。
22.为此，在注册表（11）中存储要耦合的第一装置（20a）的一个或多个标识符（12）以及访问地址（17a,17d），所述注册表例如可以存储在存储器（21）中，可以在所述访问地址下访问被分配给方面代理（1a...k）的输出接口（3a...3k），这些方面代理被分配给要耦合的装置，这里是第一装置（20a）。在该实施例中，访问地址（17a、17b）寻址第一输出接口（3a）和第四输出接口（3b）。
23.此外，在注册表（11）中为每个输出接口（3a，3d）、即每个方面代理（1a、1d）提供对在模型存储库中提供的描述性方面模型（am1、am2）的引用（16a、16b）。
24.拓扑结构当然可以不同。特别地，可以在所述注册表中存储可按照标识符（12）过滤的数据结构，例如表格。
25.如果现在终端（30a）应当对（本示例中）第一装置（20a）执行可由用户预给定的动作，则与存储的方面模型（am1、am2）关联地可以通过访问地址（17a、17b）在第一输出接口（3a）和第四输出接口（3d）处提取由第一装置（20a）经由第一输入接口（2a）提供的数据，其中每个方面模型描述了所提供数据的一个子方面。
26.图4在流程图中示例性地图示了用于提供具有方面代理（1a...k）的数字孪生（14）的方法及其以高炉和焊接机器人作为耦合的数据发送装置（20a...d）为例的使用。
27.首先（100）用户（例如维护工程师）在模型库中提供维护信息的方面模型（am1、am2）。
28.然后（110）接收访问该提供的方面模型（am1、am2）的用户输入。然后生成方面代理（1a...k），特别是自动生成，该方面代理被设置为从高炉接收数据，选择所述数据中包含的维护数据，必要时转换所述维护数据并在其输出接口（3a...k）处提供。
29.随后（120）在注册表（11）中为每个要连接的这种类型的高炉录入单独的数字孪生（14）。
30.特别地，可以为每个数字孪生将一个或多个条目添加（130）到注册表，并且带有相应连接的高炉的标识符。这允许跟踪方面代理（1a...k）从哪些装置（20a...d）提供数据。
31.一般来说，数字孪生可以是单独保持的数据结构，但也可以将数字孪生嵌入到更大的数据结构中。从而例如可能的是，构成数字孪生的信息汇集在列表中。从而然后可以例如通过按照可预给定的连接的装置的指示符过滤所述列表来提供可预给定的连接的装置的数字孪生。
32.随后（140）针对每个数字孪生（14）在注册表（11）中录入相应方面代理（1a...k）的输出接口（3a...k），这里也就是维护方面模型。
33.高炉与该方面代理耦合。
34.然后其他用户同样可以访问该方面模型（am1、am2）并生成方面代理，所述方面代理
从焊接机器人获取数据，对应地选择和变换维护数据，并在输出接口处提供所述维护数据。
35.接着首先（150）是类似于步骤（120）的步骤。
36.然后是类似于步骤（130）的步骤（160）。
37.然后是类似于步骤（140）的步骤（170）。
38.在这个示例中，现在可以提供访问该维护方面模型的计算机程序来规划维护工作。该计算机程序现在可以用于高炉和焊接机器人两者。该计算机程序在此可以如上所述访问注册表（11）。
39.相应的方面模型（am1、am2）在此遵循元模型的规则。特别地，方面模型（am1、am2）在结构上是有向图，在该有向图中节点代表、描述和标识各个数据点（所谓的“属性”，英语：properties）以及在方面代理（1a...k）的输出接口（3a...k）处提供的数据点组。
40.有向图的结构（即数据点的节点和数据点组的节点之间的连接）因此允许明确地导出在方面代理（1a...k）的输出接口（3a..k）处提供的（运行时）数据的结构。
41.此外，方面模型（am1、am2）图包含一个或多个子图（所谓的“特征”，英语：characteristics），所述子图设定所代表的数据点的属性（数据类型、值范围、物理单位等），其中在遍历该图直到可预给定数据点时，对于该数据点也可以明确地达到至少一个或多个这样的特征子图。这很重要，因为通过方面代理提供的（运行时）数据具有预给定的属性并且必须对应地加以解释。由此可以在遍历时明确地确定和提供这些属性。
42.在图5中示例性地示出了由方面代理（1a...k）提供的高炉的数据。这些数据具有关于熔炉的内部和外部运行温度以及当前功耗的数据。
43.首先显示了两个数据点，名称分别为“功耗”和“运行温度”。虽然功耗的标量值为“35000”，但“运行温度”的值是复杂的对象，其又包含两个另外的数据点：“内部”和“外部”，分别具有标量值“600.0”和“35.6”。
44.图6示例性地示出了该方面代理的方面模型。数据点的名称，即“运行温度”或“功耗”，分别指向一个特征子图，该特征子图设定关于数据类型和如果可能还关于其物理单位的属性。“运行温度”的复杂数据类型同样在方面模型中进行了定义。这是通过说明所包含的数据点来进行的。数据点的值在该方面模型中不存在，因为这些值在运行时才提供并且可以连续变化。
45.最后也可能的是，终端（30a...c）可以在输出接口处通过所谓的“操作”预给定对运行时数据的访问，或访问关于运行时数据的信息，或访问可以用于操控连接的装置的功能。
46.同样可以将方面模型中的操作定义为其可被调用的函数（例如“开启高炉”或“关闭高炉”）。这种操作可能需要输入数据，并且可以提供输出数据。它们同样可以在方面模型中加以描述，其中输入/输出数据的所代表的数据点的属性同样用特征子图来加以描述。这些输入/输出数据可以是或可以不是本来也可调用数据的部分。
47.例如，熔炉的“运行状态方面模型”包含数据点“状态”的代表，其中特征子图将两个可能的值描述为值范围：“开”或“关”。此外，运行状态方面模型可以说明操作“开启”，该操作的输出数据同样包含数据点“状态”的代表。
48.遵循具有操作的方面模型的方面代理必须在其“输出接口”处提供这些操作的调用，因此所述“输出接口”作为向相反方向的信息流的输入接口。
49.可以通过方面模型内的特征子图设定以描述该方面模型中所代表的数据点的属性通过元模型预给定。在此，可用于描述的属性分为类。这些类在层次结构中预给定，该层次结构用于描述可选择类中所代表的数据点。
50.此外，在类层次结构中设定用于描述数据点的可能属性允许在编辑器中创建方面模型，所述编辑器使得用户能够简单地选择可用于描述的元素。
51.这种类层次结构的一个示例在图7中示出，其中“a-》b”表示类a是从类b导出的类。在此重要的是，层次排列以“是”（英文：“is a”）关系表示继承关系，即在方面模型中可以通过类b表示的描述性属性同样可以通过类a表示，其中在类a中可以额外地表示另外的属性。由此可以特别简单地扩展这些类。
52.图7中示例性示出的类层次结构用于示例性地设定特征子图中的可用属性。使用该示例性层次结构，可以将来自图6中示例性示出的方面模型的特征子图分配给以下类：“温度集属性（temp-set-eigenschaften）”属于类“single entity”，“温度属性”属于类“measurement”，“功率属性”同样属于类“measurement”。
53.在此，特征子图的具体表现形式是类层次结构中提供的类的实例化。
54.在具有用于描述数据点的属性的元模型中预给定类的层次结构是使用遵循所述元模型的方面模型的先决条件。
55.例如，可以从现有的方面模型中自动创建方面代理（1a...k）。
56.替代地或附加地，可以生成用于自动处理通过方面代理（1a...k）在其相应输出接口（3a...k）处提供的数据的评估函数（更准确地说：该评估函数的程序代码）。
57.替代地或附加地，可以用方面模型对所述评估函数参数化。
58.替代地或附加地，可以从提供的方面模型中生成以idl（接口描述语言）进行的描述。这些描述又可以用于使应用能够消费通过相应方面代理提供的数据。
59.替代地或附加地，可以从现有的方面模型中生成以本体格式或逻辑格式——例如owl（web本体语言）或cl（通用逻辑）——进行的语义描述。由此可以将通过方面代理提供的数据以及相关联的方面模型集成在诸如知识图（英语：knowledge graph）的结构化数据库中。
60.替代地或附加地，可以从提供的方面模型中生成功能或技术的描述，这些描述以文本和图形形式描述相应域中方面模型的语义，其中所述描述包含通过方面代理（1a...k）在其输出接口（3a...k）处提供的数据的结构，此外还包括功能上下文中的分类以及与各个来自相关标准和规范的元素的连接。
61.这种片段，即评估函数或描述，可以根据以下示出的方法之一从提供的方面模型中生成。
62.第一种这样的方法的一个实施方式规定，在此（优选递归地）遍历方面模型的图。此外应用以下映射函数，其在考虑元模型的相关联语义的情况下从所述方面模型的相应元素中产生目标格式的合适子元素。
63.在所述评估函数的情况下，所述子元素例如是类或函数。
64.例如，为了在生产中产生对高炉运行数据的监视应用，可以定义映射函数，根据该映射函数将通过特征子图描述的所有数据点映射为可预给定的类，所述特征子图是类“measurement”的实例化。此外，所产生的类然后允许自动使用预给定函数来访问数据点的
单位，如以下伪代码行示例性所示的：。
65.然后，使用结合图7示例性示出的类层次结构将这些映射函数应用于结合图6所示的方面模型1可以生成以下三个程序代码类：。
66.由于类“measurement”对应于图7中示例性设定的层次结构也是“quantifiable（可量化的）”，因此可以将数据点
“”
和
“”
识别为适用于映射条件。
67.每个生成的程序代码类都允许通过调用预给定的函数来访问相应的物理单位（摄氏度或瓦特）。
68.以这种方式产生的程序代码类允许显示方面代理（1a...k）的在其输出接口（3a...k）处提供的数据，该方面代理（1a...k）对应于方面模型提供数据，并且自动校正地显示所显示的值的物理单位。
69.此外，相同的应用可以通过为对应的方面模型类似地自动产生另外的程序代码类来显示其他方面代理的任何其他数据点（具有“quantifiable（可量化的）”特征）。
70.方面模型中元素语义的更具体使用同样是可能的，例如通过由应用的用户进行配置，所述配置例如可以设定应当在电平显示器上通过以可预给定的图形形式（例如以温度计的形式）按照特征“温度属性”来显示数据点，或特征“功率属性”的数据点。
71.用于生成评估函数或描述的第二种方法的实施方式规定为每个目标格式提供模式（英语：patterns）集合，这些模式可以识别出方面模型的子图（在结构方面和在内容方面），即模式检查函数针对该方面模型的所有子图检查这些子图是否与提供的模式（在结构方面或在内容方面）一致，并且在一致的情况下将该子图提供为已识别。
72.在此，向每个模式分配目标格式的相关联的子元素集合。对于生成过程，遍历相应目标格式的所有模式，将每个模式应用于输出方面模型，并将由模式识别产生的方面模型子图映射为目标格式的子集合。最后，将所有子集合统一起来以获得结果。
73.例如，在自动生成应当耦合到高炉的方面代理时，可以规定产生输出接口的访问地址，从而除了完全调用在相关联的方面模型中描述的所有数据点之外还使得可以通过消费这些数据的应用单独调用各个数据点。
74.为此，如下生成访问地址的路径：所述生成包括模式的设定、对相应方面模型的应用以及向路径元素的映射，如下：每个所代表的数据点都会产生带有该数据点的名称的路径元素。如果所代表的数据点是数据点组的一部分，则相关联的路径元素是分配给该数据点组的路径元素的后继者。
75.这在通过元模型预给定的特征子图内进行。
76.应用于结合图6示例性示出的方面模型，为方面代理的输出接口产生以下路径：（在此为了调用通过方面模型描述的所有数据点假定为通用访问地址。）为了能执行所提出的两种方法，元模型的层次结构以及相应方面模型对元模型规则的遵守是重要的。此外，需要以特征的形式描述超出数据结构的语义，所述特征作为模型元素是方面模型的固有部分。将方面模型元素或方面模型的子图映射为相应目标格式的映射函数不仅必须能够引用相应模型元素的通过元模型预给定的语义，还必须能够评估所引用的元模型元素的继承层次结构。这对于产生评估函数的程序代码是必要的，其中继承层次结构也可以一起用于（在必要时）在产生的类中实现类似的结构。同样，这在产生其他格式时也是需要的，在所述其他格式中只有继承才能保证所生成的结构的解耦程度，该程度对于所述结构的使用来说实际上是必要的。
77.此外，可以提供一种信息处理系统，其中终端（30）准备好描述方面模型（am1，am2）之一的语义的描述，其中该描述借助于相应的方面模型（am1，am2）生成。
78.在此可以规定，所述描述包含由方面处理装置（1a...k）在其输出接口（3a...k）处提供的数据的结构。
79.此外，可以提供一种信息处理系统，其中所述生成包括遍历方面模型（am1，am2）的图。
80.在此可以规定，所述生成包括应用映射函数，所述映射函数在考虑元模型的语义的情况下从方面模型（am1，am2）的元素中生成所述评估函数或所述描述的对应子元素。
81.在此也可以规定，所述评估函数的对应子元素是类或可调用函数。
82.此外，可以提供一种信息处理系统，其中所述生成包括提供用于标识方面模型（am1，am2）的图的子图的至少一个模式。
83.在本发明的另一方面可以规定，数据集成装置（10）包括在所述输出接口（3a，...，3k）处提供的部分包括所有以下运行时数据，所述运行时数据表征与所述输出接口（3a，...，3k）所属的方面处理装置（1a，...，1k）相关联的方面模型（am1，am2）。
84.在此，数据集成装置（10）可以被设置为在输出接口（31，...，3k）处也提供描述所提供的运行时数据的元数据。
85.此外，可以提供一种数据集成装置（10），其中多个输入接口（2a，...，2d）与同一个方面模型（am1，am2）相关联。
86.此外，可以提供一种数据集成装置（10），其中多个输入接口（2a，...，2d）与同一个方面处理装置（1a，...，1k）连接。
87.此外，可以提供一种数据集成装置（10），其中多个方面模型（am1，am2）与至少一个输入接口（2a，...，2d）相关联。
88.此外，可以提供一种数据集成装置（10），其中至少一个输入接口（2a，...，2d）与多
个方面处理装置（1a，...，1k）连接。
89.此外，可以提供一种数据集成装置（10），其中方面模型（am1，am2）包括存在于相应输入接口（2a，...，2d）处的运行时数据的语义描述。
90.在此可以规定，所述语义描述包括对运行时数据的数据类型的描述。
91.在此可以进一步规定，所述语义描述包括对运行时数据中包含的值的允许取值范围的描述和/或由运行时数据中包含的值描述的变量的物理单位的描述。
92.在另一方面，本发明涉及一种信息处理系统，包括根据前述权利要求之一的数据集成装置（10）和至少一个连接的装置（20a，...，20d）。
93.在此可以规定，连接的装置（20a，...，20d）是传感器和/或erp系统和/或制造机器和/或机器人和/或车辆和/或充电站。
94.此外，可以提供一种包括数据集成装置（10）的信息处理系统，包括用于处理在输出接口（3a...k）处提供的数据的终端（30a...c），所述终端（30a...c）连接到所述输出接口。
95.此外，可以提供一种包括数据集成装置的信息处理系统，包括用于处理在输出接口（3a...k）处提供的数据的评估函数，其中使用与输出接口（3a...k）相关联的方面处理装置（1a...k）的方面模型（am1，am2）生成该评估函数。
96.此外，可以提供一种信息处理系统，其中使用与输出接口（3a...k）相关联的方面处理装置（1a...k）的方面模型（am1，am2）对评估函数参数化。
97.此外，可以提供一种信息处理系统，其中终端（30a...c）被设置为使用由方面模型（am1，am2）生成的描述。
98.在此可以规定，所述描述包括以本体或逻辑格式进行的语义描述。
99.在此可以规定，终端（30a...c）包括知识图，并且其中终端（30a...c）被设置为将通过相关联的方面处理装置（1a...k）在输出接口（30a...c）处提供的数据以及将相关联的方面模型（am1，am2）集成到知识图中。
100.此外，可以提供一种信息处理系统，其中终端（30）准备好描述方面模型（am1，am2）之一的语义的描述，其中该描述借助于相应的方面模型（am1，am2）生成。
101.在此可以规定，所述描述包含由方面处理装置（1a...k）在其输出接口（3a...k）处提供的数据的结构。
102.此外，可以提供一种信息处理系统，其中所述生成包括遍历方面模型（am1，am2）的图。
103.在此可以规定，所述生成包括应用映射函数，所述映射函数在考虑元模型的语义的情况下从方面模型（am1，am2）的元素中生成所述评估函数或所述描述的对应子元素。
104.在此也可以规定，所述评估函数的对应子元素是类或可调用函数。
105.此外，可以提供一种信息处理系统，其中所述生成包括提供用于标识方面模型（am1，am2）的图的子图的至少一个模式。
106.附图标记列表1a...1k方面处理装置，方面代理2a
…
2d装置3a
…
3k输出接口
10数据集成装置11注册表12（待耦合装置的）标识符13指向数字孪生的访问地址14数字孪生15a,d对方面代理的引用20装置20a...d装置30终端30a...c终端。