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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein computerimplementiertes Verfahren zum Generieren einer Konfiguration für einen externen Datenpunktzugriff.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Eine typische Industrieanlage ist ein komplexes System, umfassend einer großen Vielfalt verschiedener miteinander verbundener Komponenten, wie etwa Steuerungen, E/A-Systeme, Industriekommunikationsmodulen, Energieverteilungssystemen usw. Jede Komponente besitzt eine Vielfalt von unterschiedlichen Merkmalen, die für den Betrieb des jeweiligen Systems und Erfüllung der geforderten Funktionalitäten erforderlich sind.
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Die Automatisierung von Prozessen in einer dieser Branchen erfordert Ingenieure, um ein industrielles Automatisierungssystem zu entwerfen und zu konfigurieren - mit anderen Worten, ein Engineering-Projekt für ein Engineering-System abzuschließen, das aus einer Vielzahl einzelner Software- und/oder Hardwarekomponenten oder -modulen besteht, deren Zusammenspiel die funktionalen Anforderungen erfüllt, die sich aus der beabsichtigten Anwendung ergeben, z. B. der Automobilbranche. Die Auswahl der erforderlichen Komponenten erfolgt typischerweise unter Verwendung von Konfigurationssoftware, die von ihrem Hersteller angeboten wird. Ein bekanntes Engineering-Tool als Projektierungssoftware ist das TIA-Portal, das - beispielsweise - in https://new.siemens.com/global/en/products/automation/industry -software/automation-software/tia-portal/software.html beschrieben ist.
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Eine Vielfalt von Normen, Vorschriften und Richtlinien wurden entwickelt, um den industriellen Bereich zu regeln und eine hohe Qualität und Sicherheit der entwickelten technischen Systeme zu gewährleisten. In Engineering-Projekten muss ein Ingenieur neben den optionalen Stilrichtlinien häufig die geltenden Vorschriften, kunden- oder branchenspezifischen technologischen Standards sowie technologische Vorschriften (z. B. Sicherheit, Bewegung usw.) beachten.
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Darüber hinaus gibt es im industriellen Umfeld einen Kommunikationsstandard namens OPC Unified Architecture (OPC UA). OPC UA ist ein plattformübergreifender Open-Source-IEC62541-Standard für den Datenaustausch von Sensoren zu Cloud-Anwendungen, der von der OPC Foundation entwickelt wurde.
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Ein neuer Trend der Industrie 4.0 ist die Konvergenz von Informations- und Betriebstechnologie, die den Zugriff auf Daten aus Automatisierungssystemen für die weitere Überwachung und Analyse mithilfe von Edge-Vorrichtungen und Datenkonnektoren ermöglicht. Diese Edge-Vorrichtungen und Datenkonnektoren benötigen eine Konfiguration, die angibt, welche Datenpunkte innerhalb des Automatisierungssystems beobachtet/extrahiert/analysiert/gemessen/überwacht werden sollen.
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Auffinden, Zugreifen auf und Extrahieren der relevanten Datenpunkte zur Überwachung/Analyse des Prozesses/der Maschine, der/die von einem Automatisierungssystem gesteuert wird, ist jedoch aufgrund der großen Menge verfügbarer Datenpunkte in einem solchen System und des Fehlens von Anmerkungen und nicht standardisierten Benennungskonventionen eine Herausforderung, z. B. Verwendung einer andern Sprache als Englisch, kryptische Abkürzungen usw. Oft wissen nur Experten im jeweiligen Fachgebiet oder sogar nur der Ingenieur verschiedener Fachrichtungen (Elektrotechnik, Mechatronik, Automatisierung), der das Automatisierungsprogramm entwickelt hat, welche Datenpunkte verfügbar sind, was die Maßeinheit ist, wo sie definiert werden und wie sie innerhalb des Automatisierungsprogramms benannt werden.
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Die Benutzer, die die relevanten Datenpunkte für ein bestimmtes Problem sammeln/beobachten/auf diese zugreifen müssen, sind jedoch häufig IT-Mitarbeiter, Analysten oder Datenwissenschaftler. Sie wissen nichts über die zugrunde liegende Struktur des Automatisierungsprogramms, um die Edge-Vorrichtungen und/oder Datenkonnektoren richtig zu konfigurieren. Selbst wenn sie mit dem Ingenieur sprechen können, bedeutet manuelles Identifizieren und Konfigurieren der relevanten Datenpunkte einen hohen Zeitaufwand und ist anfällig für Fehler.
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Es ist möglich, Zugriff auf Datenpunkte des Automatisierungssystems basierend auf einer OPC UA-Begleitspezifikation bereitzustellen, die eine Schicht über den zugrunde liegenden Datenstrukturen des Automatisierungssystems ist. Der Modellierungs- und Abbildungsaufwand für eine solche Begleitspezifikation ist jedoch hoch, daher ist ihre Akzeptanz gering. Neben dem Modellierungsaufwand bedeutet dies oft Änderungen in der Programmstruktur und Konfiguration des Automatisierungssystems, was in operativen Systemen oft nicht akzeptiert wird. Selbst wenn der Zugriff über eine OPC UA-Begleitspezifikation erfolgen würde, ist aufgrund der großen Menge an verfügbaren Datenpunkten in einem solchen System noch nicht bekannt, welche Datenpunkte für den Betrieb der aktuellen Maschine oder des aktuellen Prozesses relevant sind. Dies führt wiederum zu dem Problem, dass auf das Wissen des Ingenieurs des Automatisierungssystems sowie des Experten im jeweiligen Fachgebiet zurückgegriffen werden muss und dennoch viel manueller Konfigurationsaufwand besteht.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes System und/oder ein verbessertes Verfahren bereitzustellen, um einen Konfigurationsprozess für relevante Datenpunkte zu automatisieren, auf die von außen zugegriffen werden kann.
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Die oben genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine oder mehrere Vorrichtungen und/oder ein System und/oder eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Jede Kombination der Merkmale der abhängigen Ansprüche untereinander und mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche ist möglich.
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Die Erfindung beansprucht ein computerimplementiertes Verfahren zum Generieren einer Konfiguration für einen externen Datenpunktzugriff, wobei die Konfiguration mindestens einen Datenpunkt innerhalb eines Automatisierungssystems umfasst, umfassend die folgenden Verfahrensschritte, die von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden können:
- a) Suchen und Erfassen mindestens eines Eingabe- und/oder Ausgabefeldes, E/A-Feld genannt, als Element von verschiedenen/mehreren Elementen auf mindestens einer Benutzerschnittstellenoberfläche;
- b) Extrahieren von Anmerkungsdaten nahe einem visualisierten Automatisierungsprozesswert in einem gefundenen E/A-Feld und um das E/A-Feld herum;
- c) Zuordnen von extrahierten Anmerkungsdaten zu mindestens einem Datenpunkt innerhalb des Automatisierungssystems, wobei jeder Datenpunkt mit ergänzenden Informationen von entsprechenden Engineering-Projektartefakten des Automatisierungssystems in Beziehung steht;
- d) Bereitstellen eines Datenschemas, das mit über Kanten verknüpften Komponenten aufgebaut ist, die Elemente der Benutzerschnittstellenoberfläche, die extrahierten Anmerkungsdaten und den mindestens einen Datenpunkt sowie die Zusatzinformationen darstellen, wobei jede Kante eine Beziehung zwischen zwei Komponenten darstellt;
- e) Abfragen einer Suche durch das Datenschema nach einem oder mehreren visualisierten vorgewählten Automatisierungsprozesswerten und
- f) Generieren einer Konfiguration mit mindestens einem Datenpunkt zusammen mit verknüpften Zusatzinformationen als Ergebnis der Suche, wobei die verknüpften Zusatzinformationen Informationen umfassen, wie auf den mindestens einen Datenpunkt extern zugegriffen werden kann; und
- g) Ausgeben der Konfiguration in einem von einem Automatisierungssystem lesbaren und/oder computerlesbaren Format.
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Artefakte in der Engineering-Umgebung sind normalerweise Schlüsselelemente oder Informationen im Engineering-Projekt, die ein Automatisierungssystem oder seinen digitalen Zwilling entwerfen können (https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin). Die Benutzerschnittstellenoberfläche ist aktiv, wenn sie automatisch z. B. über einen Bot oder manuell z. B. durch Benutzerinteraktion aus einer Menge von Benutzerschnittstellenoberflächen ausgewählt wird.
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Mindestens ein Teil einer Benutzerschnittstellenoberfläche kann auch ein offenes Fenster auf der Oberfläche sein. Eine HMI (Mensch-Maschine-Schnittstelle oder besser gesagt eine Benutzerschnittstelle) stellt die Oberfläche auf einem Bildschirm dar. Ein Automatisierungsprozesswert wird in einem E/A-Feld auf der Benutzerschnittstellenoberfläche visualisiert;
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Anmerkungsdaten können extrahiert werden, indem ein typisches Zeichen einer Anmerkung entdeckt wird. Als Beispiele sind folgende Zeichen typisch für eine Anmerkung: „:“, ,,#", „;“ usw.
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Anmerkungsdaten können durch Abtasten von anmerkungstypischen Bereichen extrahiert werden, die das E/A-Feld umgeben. Beispielsweise werden in Regionen, in denen Sprachen mit lateinischen Buchstaben verwendet werden und die Leserichtung von links nach rechts ist, Anmerkungsdaten normalerweise links von oder über oder - in seltenen Fällen - unter einem E/A-Feld platziert, während sich eine Einheitenbeschriftung normalerweise rechts neben dem E/A-Feld befindet.
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Anmerkungsdaten können auch extrahiert werden, indem die Schriftgröße des Textes, der das E/A-Feld umgibt, mit der mittleren Schriftgröße verglichen wird, die auf der mindestens einen Benutzerschnittstelle verwendet wird. Die Schriftgröße einer Anmerkung ist typischerweise etwas größer als die Schriftgröße des Textes/Wertes in einem E/A-Feld oder die mittlere Schriftgröße der Benutzeroberfläche.
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Jedes der Extraktionsverfahren von Anmerkungsdaten kann miteinander kombiniert werden und jedes von ihnen kann gewichtet werden. Diese Gewichtung kann in ein Optimierungsverfahren eingebracht werden oder wird über maschinelles Lernen erlernt, um eine minimale Kostenzuweisung zur Gewichtung zu erreichen.
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Die Gewichtung jedes Extraktionsverfahrens für Anmerkungsdaten kann durch einen Kostenparameter oder eine Kostenfunktion dargestellt werden. Diese Kostenparameter oder Kostenfunktionen können in den Optimierungsvorgang/das Optimierungsverfahren, z. B. vollständige Aufzählung (https://www.wiwi.uni-kl.de/bisororwiki/Enumeration_methods_5) oder gemischte interlineare Programmierung (https://en.wikipedia.org/wiki/Integer_programming) eingeführt werden.
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Die Gewichtung der Kosten/Kostenfunktionen kann mittels überwachtem maschinellen Lernen auf Basis von beschrifteten Daten erlernt werden. Überwachtes Lernen ist die Aufgabe des maschinellen Lernens , eine Funktion zu lernen, die eine Eingabe einer Ausgabe auf der Grundlage von beispielhaften Eingabe-Ausgabe-Paaren zuordnet. Es leitet eine Funktion aus beschrifteten Trainingsdaten ab, die aus einer Reihe von Trainingsbeispielen bestehen. Beim überwachten Lernen ist jedes Beispiel ein Paar , das aus einem Eingabeobjekt (normalerweise ein Vektor) und einem gewünschten Ausgabewert (auch Überwachungssignal genannt) besteht (https://en.wikipedia.org/wiki/Supervised_learning).
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Jedes der Extraktionsverfahren von Anmerkungsdaten hat den technischen Vorteil, dass es beim Auffinden der relevanten Anmerkungen schnell und weniger kompliziert ist als möglicherweise bekannte Verfahren, die jede Bildschirmzeile und/oder -linie nach solchen potenziellen Befunden durchsuchen.
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Extrahierte Anmerkungsdaten können einem visualisierten Automatisierungsprozesswert zugeordnet werden, indem die Anmerkungszeichenfolge mit einer Zeichenfolge des mindestens einen Datenpunkts mit einem bestimmten Grad an Unterschieden abgeglichen wird. Der Grad der Unterschiede kann durch verschiedene String-Matching-Algorithmen bestimmt werden, die in https://en.wikipedia.org/wiki/String-searching_algorithm beschrieben sind. Ein weiteres mögliches Verfahren zum Definieren des Grades der Unterschiede ist der sogenannte Bearbeitungsabstand. Bearbeitungsabstand ist eine Möglichkeit zu quantifizieren, wie unähnlich zwei Zeichenketten (z. B. Wörter) zueinander sind, indem die minimale Anzahl von Operationen gezählt wird, die erforderlich sind, um eine Zeichenkette in die andere umzuwandeln. Bearbeitungsabstände finden Anwendungen bei der Verarbeitung natürlicher Sprache, wo die automatische Rechtschreibkorrektur mögliche Korrekturen für ein falsch geschriebenes Wort ermitteln kann, indem Wörter aus einem Wörterbuch ausgewählt werden, die einen geringen Abstand zu dem betreffenden Wort haben (https://en.wikipedia.org/wiki/ Edit_distance).
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Anmerkungsdaten können Beschriftungen eines Prozesses oder Maßeinheiten sein, die über oben erwähntes TIA zugewiesen werden. Die Beschriftungen können mit Beschriftungen in einem Pool typischer Einheiten verglichen werden. Ein solcher Pool kann in TIA hinterlegt werden. Denn die einem Datenpunkt zugeordnete extrahierte Anmerkung kann mit Beschriftungen verglichen werden, die zugrunde liegende SPS-Tags darstellen, die z. B. in TIA oder einem anderen Engineering-Softwaretool hinterlegt sind.
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Das Datenschema kann ein Wissensdiagramm sein, das Knoten und Kanten als Beziehungen zwischen den Knoten enthält, die Elemente der Benutzerschnittstellenoberfläche, die extrahierten Anmerkungsdaten und den mindestens einen Datenpunkt sowie die Zusatzinformationen darstellen.
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Die Ausgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann für einen externen Datenzugriff für einen Datenkonnektor oder eine Edge-Vorrichtung verwendet werden.
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Die Erfindung und ihre Ausführungsformen stellen die folgenden Vorteile bereit:
- • Datenpunkte ohne Kenntnis der zugrunde liegenden Datenstrukturen des Automatisierungssystems werden mit der semantischen Bedeutung relevanter Datenpunkte verknüpft. Dies reduziert Zeit und Engineering-Kosten.
- • Aktivieren der automatischen Konfiguration von Datenkonnektoren, wodurch der Konfigurationsaufwand (weniger Zeit, weniger Fehleranfälligkeit, weniger Kosten) im Vergleich zur manuell eingegebenen Konfiguration reduziert wird.
- • Es ist keine Modifikation des Automatisierungssystems erforderlich, was die Kundenakzeptanz erhöht.
- • Die Bündelung der verbundenen Engineering-Projektartefakte in einem Wissensdiagramm bietet weitere potenzielle Anwendungsfälle, z. B. Informationsabruf, Empfehlungssysteme, Engineering-Assistenz.
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Die Erfindung beansprucht ferner ein System, insbesondere ein Datenverarbeitungssystem, zum Generieren einer Konfiguration für externen Datenpunktzugriff, wobei die Konfiguration mindestens einen Datenpunkt innerhalb eines Automatisierungssystems umfasst,
wobei das System einen oder mehrere Prozessoren umfasst, die konfiguriert sind zum:
- a) Suchen und Erfassen mindestens eines Eingabe- und/oder Ausgabefeldes, E/A-Feld genannt, als Element von verschiedenen/mehreren Elementen auf mindestens einer Benutzerschnittstellenoberfläche;
- b) Extrahieren von Anmerkungsdaten nahe einem visualisierten Automatisierungsprozesswert in einem gefundenen E/A-Feld und um das E/A-Feld herum;
- c) Zuordnen von extrahierten Anmerkungsdaten zu mindestens einem Datenpunkt innerhalb des Automatisierungssystems, wobei jeder Datenpunkt mit ergänzenden Informationen von entsprechenden Engineering-Projektartefakten des Automatisierungssystems in Beziehung steht;
- d) Bereitstellen eines Datenschemas, das mit über Kanten verknüpften Komponenten aufgebaut ist, die Elemente der Benutzerschnittstellenoberfläche, die extrahierten Anmerkungsdaten und den mindestens einen Datenpunkt sowie die Zusatzinformationen darstellen, wobei jede Kante eine Beziehung zwischen zwei Komponenten darstellt;
- e) Abfragen einer Suche durch das Datenschema nach einem oder mehreren visualisierten Automatisierungsprozesswerten und
- f) Generieren einer Konfiguration mit mindestens einem Datenpunkt zusammen mit verknüpften Zusatzinformationen als Ergebnis der Suche, wobei die verknüpften Zusatzinformationen Informationen umfassen, wie auf den mindestens einen Datenpunkt extern zugegriffen werden kann; und
- g) Ausgeben der Konfiguration in einem von einem Automatisierungssystem lesbaren und/oder computerlesbaren Format.
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Die Erfindung beansprucht ferner eine Vorrichtung mit einem Prozessor und/oder einer Steuerung, der/die konfiguriert ist zum
- - Empfangen einer generierten Konfiguration mit mindestens einem Datenpunkt zusammen mit verknüpften Zusatzinformationen als Ergebnis einer Suche durch ein Datenschema nach einem oder mehreren visualisierten Automatisierungsprozesswerten, wobei die verknüpften Zusatzinformationen Informationen umfassen, wie auf den mindestens einen Datenpunkt extern zugegriffen werden kann;
- - Zugreifen auf den mindestens einen Datenpunkt zum Analysieren und/oder Messen und/oder Überwachen seiner Automatisierungsprozesswerte;
- - Lenken und/oder Steuern eines Automatisierungssystems gemäß den Ergebnissen der Analyse, Messung und/oder Überwachung.
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Die Erfindung beansprucht ferner ein System, das das Datenverarbeitungssystem und mindestens eine solche Vorrichtung umfasst.
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Ausführungsformen wie oben für das Verfahren beschrieben können analog für das (Datenverarbeitungs-)System, die Vorrichtung und für ein Computerprogramm(produkt) und für das computerlesbare Speichermedium angewendet werden.
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Dieses (Datenverarbeitungs-)System und die Vorrichtung können durch Hardware, Firmware und/oder Software oder eine Kombination davon implementiert sein.
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Das computerlesbare Speichermedium speichert Anweisungen, die von einem oder mehreren Prozessoren eines Computers ausführbar sind, wobei die Ausführung der Anweisungen bewirkt, dass das Computersystem das Verfahren durchführt.
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Das Computerprogramm(produkt) wird von einem oder mehreren Prozessoren eines Computers ausgeführt und führt das Verfahren aus.
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KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehenden und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung sind in den Zeichnungen Ausführungsformen gezeigt, die derzeit bevorzugt sind, wobei es sich jedoch versteht, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten spezifischen Mittel beschränkt ist. In den Zeichnungen sind die folgenden Figuren enthalten:
- 1 veranschaulicht eine mögliche Ausgangssituation für die Erfindung;
- 2 zeigt ein Beispiel für ein Datenschema, insbesondere ein Wissensdiagramm;
- 3 zeigt ein Flussdiagramm für die Verfahrensschritte zum Generieren einer Konfiguration für einen externen Datenpunktzugriff.
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1 zeigt das Beispiel eines HMI-Bildschirms (Human Machine Interface - Mensch-Maschine-Schnittstelle). Innerhalb eines Engineering-Projekts können mehrere Bildschirme eines Automatisierungssystems - in diesem Beispiel einer Abfüllanlage - vorhanden sein. Einer der Bildschirme kann von einem Benutzer ausgewählt werden. Der Benutzer kann auch ein Fenster W von möglichen verschiedenen Fenstern auf dem Bildschirm auswählen. Der ausgewählte Bildschirm und/oder das ausgewählte Fenster bedeutet eine aktive Benutzerschnittstellenoberfläche. Aufgrund der grafischen Visualisierung kann verstanden werden, welcher Datenpunkt zum Überwachen/Steuern des Abfüllprozesses relevant und verfügbar ist, ohne die zugrunde liegende Datenstruktur der Datenpunkte im Automatisierungssystem verstehen zu müssen. Schließlich geben die Beschriftungen in der Nähe/neben den E/A-Feldern, die die Prozesswerte visualisieren, semantische Anmerkungen zur Bedeutung der Prozesswerte und der Maßeinheit, z. B. wird Durchmesser in mm (Millimeter) gemessen.
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Bezugszeichen 1 in 1: Die in E/A-Feldern EA auf diesen Bildschirmen visualisierten Prozesswerte V sind höchstwahrscheinlich die relevanten, die für die weitere Datenerfassung/Überwachung/Analyse extrahiert werden müssen. Anmerkung A, z. B. „Durchmesser“, um die Prozesswerte herum werden mit zusätzlichen/ergänzenden Informationen aus Artefakten des Engineering-Projekts kombiniert, die über ein Engineering-Software-Tool P wie das oben erwähnte TIA-Portal entworfen werden können.
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D. h. :
- • Verbindung zu zugrunde liegenden Datenpunkten im Automatisierungssystem. Z. B. der Datenpunkt „Durchmesser“ in einer Datenbank S zur Deklaration von Automatisierungssystemvariablen, evtl. auch TIA-Portal (siehe Bezugszeichen 3).
- • Gezeigt in Bezugszeichen 2 wird die Anmerkung „Durchmesser“ innerhalb des Automatisierungssystems mit einer SPS-Variablen (SPS = Speicherprogrammierbare Steuerung) zusammengeführt.
- • Zusatzinformationen (nicht gezeigt) vor allem für externe Zugriffe, z. B. OPC UA-Serveradresse, OPC UA Knoten-IDs von SPS-Variablen (ID = Kennung) stammen aus dem Engineering-Projekt und sind mit der SPS-Variablen verbunden.
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Wenn die Verbindung nicht bereits im Engineering-Softwaretool hinterlegt ist, kann ein String-Matching-Algorithmus angewendet werden, um die Anmerkung (Daten) mindestens einem Datenpunkt innerhalb des Automatisierungssystems zuzuordnen.
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Das Ergebnis der Kombination wird zu einem Datenschema, insbesondere einem Wissensdiagramm K gebündelt. Das Bereitstellen des Wissensdiagramms würde es beispielsweise einem Konfigurationstool für einen Datenkonnektor weiter ermöglichen, das Wissensdiagramm abzufragen und automatisch eine Konfiguration für externen Datenzugang einschließlich der kombinierten Zusatzinformationen zu generieren.
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Wie oben beschrieben, kann diese Anmerkung extrahiert und mit ergänzenden Informationen von verbundenen Engineering-Projektartefakten angereichert werden und wird in einem Wissensdiagramm dargestellt. Ein Beispiel des Wissensdiagramms ist in 2 gezeigt. Das Wissensdiagramm ist mit über Kanten verknüpften Komponenten aufgebaut, die Elemente der Benutzerschnittstellenoberfläche, der extrahierten Anmerkungsdaten und des mindestens einen Datenpunkts sowie der Zusatzinformationen darstellen, wobei jede Kante eine Beziehung zwischen zwei Komponenten darstellt.
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Der Inhalt der in das Wissensdiagramm integrierten gestrichelten Boxen zeigt z. B. die Zusatzinformation OPC UA-Serveradresse, die Zusatzinformation OPC UA Knoten-ID und den Datentyp „Integer“ des SPS-Tags „Durchmesser“.
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3 zeigt die detaillierten Schritte zum Generieren einer Konfiguration für den externen Datenpunktzugriff (Bezugszeichen 11 bis 15):
- 11: Am Anfang ist ein Zugriff auf eine Benutzerschnittstelle, z. B. einen HMI-Bildschirm, innerhalb eines Engineering-Projekts über eine programmatische Schnittstelle des Engineering-Systems, z. B. das TIA-Tool: TIA Openness, erforderlich.
- 12: Suchen und Erfassen mindestens eines Ein- und/oder Ausgabefeldes, genannt E/A-Feld, Extrahieren von umgebendem Text bzw. Beschriftungen, die zusätzliche Metadaten bereitstellen könnten, z. B. Anmerkung von visualisiertem Prozesswert im E/A-Feld und eventuell Maßeinheit.
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Nachdem alle Beschriftungen/Anmerkungen und E/A-Felder gefunden und/oder extrahiert wurden, müssen die entsprechenden Elemente verbunden bzw. zugeordnet werden. Zur Herstellung einer Beziehung werden folgende Metadaten generiert, darunter unter anderem
- • Abtasten anmerkungstypischer Bereiche, die das E/A-Feld umgeben. Die relative Position, z. B. in westlichen Regionen, ist eine Beschriftung/Anmerkung zu einem E/A-Feld typischerweise links, oberhalb und in seltenen Fällen unterhalb des E/A-Felds, wohingegen sich eine Einheitenbeschriftung typischerweise rechts vom E/A-Feld befindet.
- • Das Auftreten eines typischen Zeichens, z. B. eines Doppelpunkts ‚:'‘
- • Eine Zeichenfolge, die mit dem Bearbeitungsabstand als Differenzgrad zwischen der extrahierten Anmerkungszeichenfolge (z. B. Durchmesser) und der HMI-Tag-Namenszeichenfolge (z. B. tags_Rezept_aktuelles_Rezept_Durchmesser) übereinstimmt. Der Bearbeitungsabstand wird durch die Anzahl der Zeichen zum Abgleichen der zwei Zeichenketten definiert, die gelöscht, hinzugefügt oder ersetzt werden müssen. Falls das Engineering-Projekt für die Mehrsprachenunterstützung aktiviert ist, beinhaltet es eine i18n-Tabelle (Abkürzung für Internationalisierung). Diese Tabelle enthält die Übersetzung von Beschriftungstexten in verschiedene unterstützte Sprachen, z. B.: Englisch: Diameter, Deutsch: Durchmesser und Spanisch: Diametro. In diesem Fall wird ein Vektor von Bearbeitungsabständen berechnet.
- • Vergleichen der Zeichenfolge der Beschriftungen mit einer Datenbank/einem Pool typischer Einheiten
- • Die Schriftgröße relativ zur Größe der E/A-Beschriftung und die Schriftgrößen relativ zur mittleren Schriftgröße auf dem Bildschirm. Jedes dieser Merkmale kann gewichtet werden, um sie in Zuweisungskosten umzuwandeln. Außerdem werden Merkmale zur Konsistenz der Gesamtzuweisungen generiert
- • Prozentsatz der E/A-Felder, denen keine Anmerkung zugeordnet und/oder Einheiten zugewiesen sind.
- • Schriftgröße der Einheit/Konsistenz der Beschriftungszuweisung
- • Beschriftungsort relativ zum E/A-Feld.
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Alle diese Kosten/Kostenfunktionen werden in einen geeigneten Optimierungsvorgang eingebaut, z. B. vollständige Aufzählung, gemischte ganzzahlige lineare Programmierung, der eine Mindestkostenzuweisung generiert. Alternativ berücksichtigt ein Zuweisungsvorgang diese Metadaten und/oder Rohdaten. Die Gewichtung der Kosten kann mittels maschinellem Lernen anhand beschrifteter Daten erlernt werden.
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13: Extrahieren des zugrunde liegenden Datenpunkts (SPS-Tag), der durch das E/A-Feld visualisiert/gesteuert wird, und ergänzende Informationen von verbundenen Engineering-Projektartefakten (z. B. OPC UA-Serverkonfiguration, OPC UA-Knoten-IDs)
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14: Analysieren und Laden des Datenpunkts und dieser Informationen in ein Wissensdiagramm.
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15: Abfragen des Wissensdiagramms nach Prozesswerten, die auf jedem Bildschirm visualisiert werden, darunter ausgefüllte Metadaten wie Anmerkungen, Einheiten und Informationen zum externen Zugriff auf den Datenpunkt, z. B. über die OPC UA-Knoten-Id.
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Diese Konfiguration kann bereitgestellt werden, um auf Edge-Vorrichtungen laufende Datenkonnektoren weiter zu konfigurieren, die die Laufzeitdaten extrahieren und sie zusätzlich mit den extrahierten Metadaten füllen können.
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Der Benutzer kann auswählen, welche Bildschirme für die Überwachung/Steuerung am wichtigsten sind. Daher werden nur relevante Datenpunkte aus diesen Bildschirmen in die Konfiguration aufgenommen.
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Ein nicht gezeigtes System umfasst ein Datenverarbeitungssystem zum Generieren einer Konfiguration für einen externen Datenpunktzugriff und eine nicht gezeigte Steuervorrichtung oder mehrere Steuervorrichtungen - die alle miteinander verbunden sind. Die Steuervorrichtung ist ausgelegt zum Empfangen einer generierten Konfiguration mit mindestens einem Datenpunkt zusammen mit verknüpften Zusatzinformationen als Ergebnis einer Suche durch ein Datenschema nach einem oder mehreren visualisierten Automatisierungsprozesswerten, wobei die verknüpften Zusatzinformationen Informationen umfassen, wie auf den mindestens einen Datenpunkt extern zugegriffen werden kann. Weiterhin greift die Steuervorrichtung auf den mindestens einen Datenpunkt zum Analysieren und/oder Messen und/oder Überwachen von deren Prozesswerten zu. Die Steuervorrichtung lenkt und/oder steuert ein Automatisierungssystem gemäß Ergebnissen aus der Analyse, Messung und/oder Überwachung. Das Automatisierungssystem kann in das oben erwähnte System integriert oder mit diesem über üblicherweise verwendete drahtgebundene und/oder drahtlose Kommunikationstechnologie verbunden sein.
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Das oben genannte Datenverarbeitungssystem kann in eine (Computer-)Cloud integriert werden.
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Das Datenverarbeitungssystem beinhaltet einen oder mehrere Prozessoren und kann mit Daten gekoppelt werden, wobei der/die Prozessor(en) zum Ausführen der Verfahrensschritte konfiguriert ist/sind.
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Eine nicht dargestellte Ausgabeeinheit des Datenverarbeitungssystems stellt die Konfiguration in einem von einem Automatisierungssystem lesbaren und/oder computerlesbaren Format bereit. Ein solches Format sollte computerlesbar sein, z. B. eine oder mehrere Excel-Listen im CSV-Format oder einem anderen Textformat F (siehe 3), die das abgefragte Ergebnis der Suche durch das Datenschema enthält, insbesondere in Form eines Wissensdiagramms.
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Diese Liste(n) kann/können dann zum Empfang an die Steuervorrichtung(en) gesendet werden. Ein Prozessor der Steuervorrichtung kann dann die Lenkung und/oder Steuerung des Automatisierungssystems übernehmen.
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Zusätzlich und alternativ ist es möglich, dass die Steuervorrichtung andere computerlesbare Steuersignale empfängt, um den erwähnten Lenk-/Steuervorgang durch seine(n) Prozessor(en) zu initiieren. Das Verfahren kann von mindestens einem Prozessor wie etwa einem Mikrocontroller oder einem Mikroprozessor, von einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), von jeder Art von Computer, darunter mobilen Rechenvorrichtungen wie Tablet-Computern, Smartphones oder Laptops, oder von einem oder mehreren Servern in einem Kontrollraum oder einer Cloud ausgeführt werden.
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Beispielsweise kann ein Prozessor, eine Steuerung oder eine integrierte Schaltung des Systems und/oder Computers und/oder ein anderer Prozessor dazu konfiguriert sein, die hierin beschriebenen Handlungen zu implementieren.
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Das oben beschriebene Verfahren kann über ein Computerprogramm(produkt) implementiert werden, das ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien mit darauf gespeicherten Anweisungen beinhaltet, die von einem oder mehreren Prozessoren eines Computersystems und/oder einer Rechen-Engine ausführbar sind. Die Ausführung der Anweisungen veranlasst das Computersystem, Operationen auszuführen, die den oben beschriebenen Verfahrensschritten entsprechen.
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Die Anweisungen zum Implementieren von hierin beschriebenen Prozessen oder Verfahren können auf nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedien oder Speichern bereitgestellt werden, wie etwa einem Cache, Puffer, RAM, FLASH, entfernbaren Medien, einer Festplatte oder anderen computerlesbaren Speichermedien. Ein Prozessor führt die Anweisungen zum Trainieren und/oder Anwenden eines trainierten Modells zum Steuern eines Systems durch oder aus. Computerlesbare Speichermedien beinhalten verschiedene Arten von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die in den Figuren dargestellten oder hierin beschriebenen Funktionen, Handlungen oder Aufgaben können als Reaktion auf einen oder mehrere Sätze von Anweisungen ausgeführt werden, die in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Handlungen oder Aufgaben können unabhängig von der bestimmten Art von Befehlssatz, Speichermedien, Prozessor oder Verarbeitungsstrategie sein und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltungen, Firmware, Mikrocode und dergleichen ausgeführt werden, die allein oder in Kombination arbeiten. Ebenso können Verarbeitungsstrategien Multiprocessing, Multitasking, Parallelverarbeitung und dergleichen beinhalten.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ihre Ausführungsformen und Beispiele ausführlich beschrieben. Variationen und Modifikationen können jedoch innerhalb des Geists und Schutzumfangs der durch die Ansprüche abgedeckten Erfindung bewirkt werden. Der Ausdruck „mindestens eines von A, B und C“ als alternativer Ausdruck kann bereitstellen, dass eines oder mehrere von A, B und C verwendet werden können.
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Die hier verwendete Terminologie dient der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht durch Ausführungsbeispiele einschränken. Die Singularformen „ein“, „eine/eines“ und „der/die/das“ sollen im hier verwendeten Sinne die Pluralformen ebenfalls beinhalten, es sei denn, der Kontext gibt eindeutig etwas anderes an.
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Es versteht sich, dass die in den beigefügten Ansprüchen aufgeführten Elemente und Merkmale auf unterschiedliche Weise kombiniert werden können, um neue Ansprüche zu erzeugen, die ebenfalls in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen. Während die unten angehängten abhängigen Ansprüche nur von einem einzigen unabhängigen oder abhängigen Anspruch abhängen, versteht es sich daher, dass diese abhängigen Ansprüche alternativ von jedem vorangehenden oder nachfolgenden Anspruch abhängig gemacht werden können, unabhängig davon, ob es sich um einen unabhängigen oder abhängigen Anspruch handelt, und dass solche neuen Kombinationen als einen Teil der vorliegenden Beschreibung bildend zu verstehen sind.
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Keines der in den Ansprüchen angeführten Elemente soll ein Mittel-plus-Funktion-Element sein, es sei denn, ein Element wird ausdrücklich unter Verwendung des Ausdrucks „Mittel für“ oder im Fall eines Verfahrensanspruchs unter Verwendung der Ausdrücke „Betrieb für“ oder angegeben „Schritt für“ angeführt.
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Während die vorliegende Erfindung oben unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass viele Änderungen und Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorstehende Beschreibung als veranschaulichend und nicht als einschränkend angesehen wird, und dass es selbstverständlich ist, dass alle Äquivalente und/oder Kombinationen von Ausführungsformen in dieser Beschreibung enthalten sein sollen.
