Vorrichtung und Verfahren zur Kopplung einer Maschine mit einer Mehrzahl von Applikationen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kopp ^¬ lung einer Maschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, auf ^¬ weisend eine Anzahl von Datenquellen zur Bereitstellung von Daten der Maschine in datenquellenspezifischen Datenformaten mit einer Mehrzahl von Applikationen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein Computerpro ^¬ grammprodukt, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung die Durchführung des Verfahrens veranlasst. Das technische Gebiet der Erfindung betrifft insbesondere Ed- ge-Computing, bei welchem Basisfunktionen von Steuerungsvorrichtungen von Werkzeugmaschinen, wie Sinumerik, Simotion oder Simatik, sowie von weiteren Feldgeräten und Sensoren, wie beispielsweise Kameras, durch leistungsfähige Applikationen auf Zusatzhardware erweitert werden. Beispielsweise optimieren derartige Applikationen NC-Programme (NC; numerical control (numerische Steuerung) ) hinsichtlich Geschwindigkeit, Ver ^¬ schleiß, Energieaufwand und anderer Eigenschaften von Produktionsprozessen. Es sind ferner Applikationen bekannt, welche bei bevorstehenden Maschinen- oder Komponentenausfällen warnen, optimale Wartungszyklen planen und proaktiv Ratschläge für prädiktive Instandhaltungs-Aufgaben geben. Es gibt zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für derartige Applikationen. Allerdings stellen Datenquellen, wie beispielsweise Sensoren oder Aktuatoren, der Maschine ihre Daten, die solche Applika ^¬ tionen verarbeiten sollen, herkömmlicherweise in datenquellenspezifischen Datenformaten bereit. Folglich wird herkömmlicherweise eine Applikation derart gebaut, dass sie Daten in dem jeweiligen datenquellenspezifischen Datenformat verarbeiten kann. Damit wird herkömmlicherweise die jeweilige Applika ^¬ tion spezifisch für ein Gerät oder eine Maschine gebaut, ob- wohl das Gerät ähnliche Eigenschaften mit anderen Gerätetypen teilt .

Mit anderen Worten besteht hier herkömmlicherweise keine Da- teninteroperabilität . Die Maschinen oder Geräte sind hierfür nicht entwickelt. Das heißt, dass herkömmlicherweise eine Ap ^¬ plikation, die für ein Feldgerät A erstellt ist, nicht automa ^¬ tisch mit einem Feldgerät B funktioniert. Demnach sind Appli ^¬ kationen herkömmlicherweise gerätespezifisch programmiert. Soll eine Applikation auch für ein weiteres Gerät verwendet werden, so ist ein Re-Engineering oder Re-Writing der Applikation notwendig.

Auch eine Standardisierung der Schnittstellen löst dieses Problem der fehlenden Dateninteroperabilität nur bedingt, da die Standardisierung von Schnittstellen stets nur einen kleinsten gemeinsamen Nenner von Funktionalität und Qualität, insbesondere Performance der Datenübertragung, zulässt. Ein Beispiel für einen solchen Standard ist OPC UA (UA; unified architecture) . OPC UA ist ein industrielles M2M-

Kommunikationsprotokoll . Beispielsweise werden allerdings auch bei OPC UA keine gerätespezifischen Hochfrequenzdaten, wie Positionen, Drehzahl und Ströme bei Lage-, Drehzahl- und Stromregelkreisen hierfür üblicherweise 500 Hz-Frequenz und höher, zu den Applikationen übertragen.

Demnach besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Kopplung einer Maschine, insbesondere die kommunikations ^¬ technische Kopplung, mit einer Mehrzahl von Applikationen zu verbessern.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Kopplung einer Maschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, aufwei ^¬ send eine Anzahl N von Datenquellen zur Bereitstellung von Da- ten der Maschine in datenquellenspezifischen Datenformaten mit einer Mehrzahl von Applikationen vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst eine Transformations-Einheit, welche dazu einge ^¬ richtet ist, in einem der datenquellenspezifischen Datenforma- te vorliegende Daten einer der N Datenquellen in Daten eines generischen semantischen Datenmodells für die Applikationen zu transformieren und/oder in dem generischen semantischen Datenmodell vorliegende Daten einer der Applikationen in Daten ei- nes der datenquellenspezifischen Datenformate für eine der N Datenquellen zu transformieren.

Durch die Transformations-Einheit wird die kommunikationstech ^¬ nische Kopplung zwischen der Maschine und den Applikationen verbessert. Insbesondere stellt die Transformations-Einheit

Dateninteroperabilität zwischen der jeweiligen Applikation und der jeweiligen Datenquelle der Maschine her.

Dadurch, dass die Applikation ein generisches semantisches Da- tenmodell nutzt, kann die Applikation für eine Mehrzahl unterschiedlicher Datenquellen, die auch unterschiedliche datenquellenspezifisches Datenformate verwenden können, eingesetzt werden. Des Weiteren kann die jeweilige Applikation aufgrund dessen auch für unterschiedliche Maschinen eingesetzt werden.

Aufgrund der Funktionalität der Transformations-Einheit kann die Applikation das generische semantische Datenmodell nutzen, so dass es vorteilhafterweise einem Applikationsentwickler ermöglicht ist, auf schnelle und kostengünstige Weise Applikati- onen für verschiedene Maschinen und/oder Datenquellen zu schreiben. Aufgrund der Funktionalität der Transformations- Einheit kann eine Applikation, die mit einer bestimmten Maschine funktioniert, auch für andere ähnliche Maschinen einge ^¬ setzt werden.

Die geschaffene Dateninteroperabilität kann ein wesentlicher Baustein für ein Edge-Computing-System sein, bei welchem

Drittanbieter von Applikationen rund um eine Edge-Computing- Hardware- und -Softwareplattform Applikationen anbieten kön- nen.

Die Maschine ist beispielsweise eine Werkzeugmaschine oder ein Gerät, wie ein Feldgerät. Die Maschine wird durch eine Steue- rungsvorrichtung, wie beispielsweise eine Sinumerik, eine Simotion oder eine Simatik gesteuert. Die vorgeschlagene Vor ^¬ richtung ist beispielsweise als Edge-Controller ausgebildet und mit der Steuerungsvorrichtung der Maschine koppelbar.

Beispiele für Datenquellen, die ihre Daten in datenquellenspe ^¬ zifischen Datenformaten bereitstellen, umfassen an der Maschine angeordnete Sensoren, Kameras zur Aufnahme von Bildern der Maschine, Mikrofone zur Aufnahme von Schall in einem Bereich der Maschine und Aktoren der Maschine.

Das datenquellenspezifische Datenformat ist für die ausgebende Datenquelle spezifisch und damit nicht generisch und basiert beispielsweise auf einem einfachen numerischen Code.

Eine Applikation oder Anwendung ist eine Anwendungssoftware oder ein Anwendungsprogramm, welches beispielsweise als Compu ^¬ terprogramm ausgeführt ist, um eine Funktionalität zu bearbei ^¬ ten oder zu unterstützen, oder um Daten der Maschine auszuwer- ten. Beispielsweise kann eine Applikation ein NC-Programm hinsichtlich Geschwindigkeit, Verschleiß, Energieaufwand oder weiterer Eigenschaften von Produktionsprozessen optimieren. Andere Applikationen können beispielsweise bei bevorstehenden Maschinen- oder Komponentenausfällen der Maschinen warne, op- timale Wartungszyklen der Maschine planen und/oder proaktiv Hinweise für eine prädiktive Instandhaltung der Maschine ge ^¬ ben .

Die Applikation nutzt das generische semantische Datenmodell und ist damit nicht spezifisch für eine Maschine oder ein be ^¬ stimmtes Gerät. Insbesondere ist das generische semantische Datenmodell ein generisches Datenmodell, welches eine oder mehrere technische oder prozesstechnische Domänen, beispiels ^¬ weise von Werkzeugmaschinen, beschreibt.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Transformations- Einheit ein erstes Transformations-Mittel und ein zweites Transformations-Mittel. Dabei ist das erste Transformations- Mittel dazu eingerichtet, die in einem der datenquellenspezifischen Datenformate vorliegenden Daten in Daten eines datenquellenspezifischen semantischen Datenmodells zu transformieren. Ferner ist das zweite Transformations-Mittel dazu einge- richtet, die Daten des datenquellenspezifischen semantischen Datenmodells in die Daten des generischen semantischen Datenmodells zu transformieren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Transformati- ons-Einheit ferner ein drittes Transformations-Mittel und ein viertes Transformations-Mittel. Dabei ist das dritte Transfor ^¬ mations-Mittel dazu eingerichtet, die Daten des generischen semantischen Datenmodells von einer der Applikationen in Daten eines der datenquellenspezifischen semantischen Datenmodelle für eine der N Datenquellen zu transformieren. Des Weiteren ist das vierte Transformations-Mittel dazu eingerichtet, die Daten des datenquellenspezifischen semantischen Datenmodells in Daten des datenquellenspezifischen Datenformats der Datenquelle zu transformieren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Transformations-Mittel dazu eingerichtet, die Daten des datenquellen ^¬ spezifischen semantischen Datenmodells mittels eines semanti ^¬ schen Mappings in die Daten des generischen semantischen Da- tenmodells zu transformieren, wobei das dritte Transformati ^¬ ons-Mittel dazu eingerichtet ist, die Daten des generischen semantischen Datenmodells von einer der Applikationen mittels eines inversen semantischen Mappings in die Daten eines der datenquellenspezifischen semantischen Datenmodelle für eine der N Datenquellen zu transformieren.

Das semantische Mapping umfasst vorzugsweise Abbildungsregeln, das generische semantische Datenmodell mit datenquellenspezi ^¬ fischen semantischen Datenmodellen verknüpfen. Die Logik der Verknüpfung kann hierbei beispielsweise eine Vererbung auf

Konzeptebene (z. B. eine Welle ist eine Maschinenkomponente), eine Vererbung auf Relationsebene (z. B. Bohren vererbt von Prozessen) oder eine invertierbare, beliebig komplexe und ver- schachtelte mathematische Funktion (z. B. Rotationen/min = Rotationen/s · 60 ) sein. Zusätzlich kann jede Art von komplexer, logischer Abbildungsfunktion als Teil des semantischen

Mappings möglich sein. Je Datenquelle wird insbesondere eine Menge an semantischen Abbildungen, die datenquellenspezifische semantische Datenmodelle auf das generische semantische Daten ^¬ modell mappt, eingesetzt. Das Format der jeweiligen Abbildung oder Abbildungsvorschrift ist vorzugsweise in Form von Axio ^¬ men, bei Bedarf einer höheren Ausdrucksstärke für die Mappings auch in Kombination mit semantischen Regeln und mathematischen Funktionen .

Die vorgeschlagenen Transformations-Mittel haben den Vorteil, bei der Übersetzung zwischen datenquellenspezifischem Daten- formaten und generischem semantischem Datenmodell eine Zwischenstufe zu schaffen, nämlich die datenquellenspezifischen semantischen Datenmodelle. Diese Zwischenstufe der datenquel ^¬ lenspezifischen semantischen Datenmodelle hat den Vorteil, dass insbesondere das Mapping oder die Übersetzung zwischen datenquellenspezifischem Datenformat und datenquellenspezifischem semantischem Datenmodell automatisiert, auch automati ^¬ siert in der Konzeption, geschaffen werden kann.

Das nachfolgende Beispiel kann die Funktionalität der vorge- schlagenen Vorrichtung bzw. der Transformations-Einheit il ^¬ lustrieren: Eine Applikation kann sich auf Daten bestimmter Datenquellen einer Maschine subskribieren. Dazu kann die Applikation eine Subskription basierend dem generischen semantischen Datenmodell verwenden. Dadurch, dass die Anwendung eine Subskription basierend auf dem generischen semantischen Datenmodell verwenden kann, muss die Anwendung bei ihrer Subskription weder spezifische Datenquellen explizit benennen oder deren spezifische Datenmodelle oder Datenformate kennen. Für eine jede Datenquelle kann ein Set von zugeordneten Sub ^¬ skriptionen von Applikationen bereitgestellt werden. Hierzu kann ein semantisches Subskriptionsmapping von Subskriptionen in dem generischen semantischen Datenmodell, bereitgestellt von den Applikationen, auf das Set von zugeordneten Subskriptionen in den datenquellenspezifischen Datenformaten bereitgestellt werden. Neben den Subskriptionen der Applikationen in dem generischen semantischen Datenmodell nutzt das semantische Subskriptionsmapping ein semantisches Mapping zwischen den datenquellenspezifischen Datenformaten oder den datenquellenspezifischen semantischen Datenmodellen und dem generischen semantischen Datenmodell. Das Mapping zwischen datenquellenspezifischem semantischem Datenmodell und generischem semantischem Datenmodell wird dann verwendet, wenn die Transformations-Einheit besagte Transfor ^¬ mations-Mittel zur Bereitstellung der Zwischenstufe aufweist. Ansonsten nutzt die Transformations-Einheit ein direktes Map- ping zwischen dem jeweiligen datenquellenspezifischen Datenformat und dem generischen semantischen Datenmodell.

Das jeweilige datenquellenspezifische semantische Datenmodell ist ein Datenmodell zur semantischen Beschreibung der Konzep- te, Relationen und Eigenschaften von Daten, die von der jeweiligen Datenquellen zur Verfügung gestellt wird. Eine derartige Beschreibung ist spezifisch für die jeweilige Datenquelle und spezifiziert vorzugsweise die Datenschnittstelle mit der Da ^¬ tenquelle, beispielsweise mit dem Sensor oder dem Aktor.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung als ein Edge-Controller ausgebildet, welcher mit einer Steuerungsvorrichtung zur Steuerung der Maschine koppelbar ist. Der Edge-Controller ist mit der zentralen Steuerungsvorrichtung der Maschine koppelbar. Der Edge-Controller ist damit eine Zusatzhardware für die Steuerungsvorrichtung. Für das Beispiel der Sinumerik als Steuerungsvorrichtung kann der Edge- Controller auch als Sinumerik-Edge-Box bezeichnet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung als ein Controller ausgebildet, welcher in einer Steuerungsvorrichtung zur Steuerung der Maschine integriert ist. Bei dieser Ausführungsform ist die vorgeschlagene Vorrichtung in der Steuerungsvorrichtung integriert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung als ein FPGA (Field Programmable Gate Array) oder als ein ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) ausgebildet.

Die Ausbildung als FPGA oder als ASIC hat Vorteile in der Per- formance sowie in den Kosten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das generische semantische Datenmodell Entitäten zu der Maschine, Eigenschaf ^¬ ten der Entitäten und/oder Beziehungen zwischen zwei oder meh- reren der Entitäten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das generische semantische Datenmodell in einer Hierarchie semantischer Abstrakti ^¬ onsstufen strukturiert. Dabei ist der jeweiligen Abstraktions- stufe ein bestimmtes Teil-Datenmodell zugeordnet ist.

Vorteilhafterweise können bei dieser Ausführungsform verschie ^¬ dene Abstraktionslevel verwendet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die in der Hierarchie strukturierten bestimmten Teil-Datenmodelle ein semantisches IoT-Modell (IoT; Internet-of-Things ) , ein generisches semantisches Werkzeugmaschinen-Modell, ein einem der Herstel ^¬ ler der Werkzeugmaschine zugeordnetes semantisches Hersteller- Modell und/oder ein semantisches Endnutzer-Modell.

Je abstrakter ein bestimmtes Teil-Datenmodell ist, desto auf ^¬ wendiger ist die Programmierung einer Applikation, die Daten auf Basis dieses Teil-Datenmodells verwendet. Allerdings ist es möglich, ein abstraktes Datenmodell zur Inbetriebnahme der Applikation zu verwenden sowie nachträglich zur Laufzeit durch spezifischere Teil-Datenmodelle zu erweitern. Beispielsweise kann ein sehr generisches IoT-Modell durch domänenspezifische Modelle, wie beispielsweise ein Werkzeugmaschinenmodell, ein Fräsprozessmodell, oder ein Alufeigenfräsprozessmodell , erwei ^¬ tert werden, ohne dass bereits existierende Applikationen ge ^¬ ändert werden müssten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Subskriptions- Einheit vorgesehen, welche dazu eingerichtet ist, eine Sub ^¬ skription einer der Applikationen auf bestimmte Daten der N Datenquellen zu empfangen, wobei die Subskription zumindest ein Axiom umfassend zumindest eine der Entitäten, zumindest eine der Eigenschaften der Entitäten und/oder zumindest eine der Beziehungen des generischen semantischen Datenmodells aufweist. Die Subskription basiert auf einer oder mehreren Axiomen aus dem generischen semantischen Datenmodell. Beispielsweise fragt eine bestimmte Applikation nach X-, Y- und Z-

Achsenpositionsdaten eines montierten Werkzeugs im dreidimensionalen Raum anhand des generischen semantischen Datenmo- dells.

Oben erwähntes semantisches Subskriptionsmapping kann

Mappingvorschriften ausführen, um die Menge von Subskriptionen einer Applikation von dem generischen semantischen Datenmodell auf entsprechend logisch korrekte und vollständig abgebildete Mengen von Subskriptionen in datenquellenspezifischen semantischen Datenmodellen bzw. datenquellenspezifischen Datenformaten abzubilden. Nach der Subskription können Applikationen über neue Daten entsprechend ihrer Subskriptionen informiert werden, allerdings nicht in Format und Semantik der Daten im jeweiligen datenquellenspezifischen semantischen Datenmodell oder datenquellenspezifischen Datenformat, sondern in Format und Seman- tik derselben Daten in dem generischen semantischen Datenmodellen . Hierzu ist vorzugsweise eine Bereitstellungs-Einheit vorgese ^¬ hen. Die Bereitstellungs-Einheit ist eingerichtet, der jewei ^¬ ligen Applikation basierend auf ihrer von der Subskriptions- Einheit empfangenen Subskription die von den Datenquellen ge- lieferten und von der Transformations-Einheit in das generi- sche semantische Datenmodell transformierte Daten bereitzu ^¬ stellen .

Insbesondere übernimmt die Bereitstellungs-Einheit die Bereit- Stellung der Daten zur Laufzeit. Auch die Bereitstellungs- Einheit wird vorzugsweise aufgrund von Perfomance- und Kosten ^¬ gründen in Hardware, beispielsweise als FPGA oder als ASIC, realisiert. Allerdings ist auch eine Softwarelösung für die Bereitstellungs-Einheit möglich. Die Bereitstellungs-Einheit führt insbesondere auch Mappingvorschriften aus, um die Daten der Datenquellen von der Semantik der datenquellenspezifischen semantischen Datenmodelle bzw. der datenquellenspezifischen Datenformate auf die Semantik des generischen Datenmodells ab ^¬ zubilden, welches von den subskribierten Applikationen erwar- tet wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Bereitstellungs- Einheit ferner eingerichtet, einer Applikation basierend auf einer Anfrage der Applikation, die auf Daten einer bestimmten Datenquelle gerichtet ist, auch ohne eine Subskription die von dieser bestimmten Datenquelle gelieferten und von der Transformations-Einheit in das generische semantische Datenmodell transformierte Daten bereitzustellen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die N Datenquellen zumindest einen an der Werkzeugmaschine angeordneten Sensor, zumindest eine Kamera zur Aufnahme von Bildern der Werk ^¬ zeugmaschine, zumindest ein Mikrophon zur Aufnahme von Schall in einem Bereich der Werkzeugmaschine und/oder zumindest einen Aktor der Werkzeugmaschine.

Die jeweilige Einheit, zum Beispiel die Transformations- Einheit, die Subskriptions-Einheit oder die Bereitstellungs- Einheit, kann hardwaretechnisch und/oder auch softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Vorrichtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor oder als Steuerrechner eines Fahrzeuges ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Anordnung mit einer Maschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, aufweisend eine Anzahl N von Datenquellen zur Bereitstellung von Daten der Maschine in datenquellenspezifischen Datenformaten, einer Mehr- zahl von Applikationen und einer Vorrichtung zur Kopplung der Maschine mit den Applikationen gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts vorgeschlagen. Die Anordnung ist beispielsweise ein Edge-Computing-System. Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zur Kopplung einer Maschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, aufweisend eine Anzahl N von Datenquellen zur Bereitstellung von Daten der Maschine in datenquellenspezifischen Datenformaten mit einer Mehrzahl von Applikationen vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein Transformieren von in einem der datenquellenspezifischen Datenformate vorliegende Daten einer der N Datenquel ^¬ len in Daten eines generischen semantischen Datenmodells für eine der Applikationen und/oder ein Transformieren von in dem generischen semantischen Datenmodell vorliegende Daten einer der Applikationen in Daten eines der datenquellenspezifischen Datenformate für eine der N Datenquellen.

Die für die vorgeschlagene Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfah- ren entsprechend.

Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches auf einer programmgesteuerten Einrich- tung die Durchführung des wie oben erläuterten Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt veranlasst.

Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm- Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Spei ^¬ cherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden be ^¬ schriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines ersten

Ausführungsbeispiels einer Anordnung mit einer Ma ^¬ schine, einer Mehrzahl von Applikationen und einer Vorrichtung zur Kopplung der Maschine mit den Applikationen;

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Transformations-Einheit der Vor ^¬ richtung zur Kopplung der Maschine mit den Applikationen nach Fig. 1 ;

Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines zweiten

Ausführungsbeispiels einer Anordnung mit einer Ma- schine, einer Mehrzahl von Applikationen und einer Vorrichtung zur Kopplung der Maschine mit den Applikationen; Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines dritten

Ausführungsbeispiels einer Anordnung mit einer Ma ^¬ schine, einer Mehrzahl von Applikationen und einer Vorrichtung zur Kopplung der Maschine mit den Applikationen;

Fig. 5 zeigt ein schematisches Diagramm zur Illustrierung von Aspekten eines Verfahrens zur Kopplung einer Maschine mit Applikationen; Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm zur Illustrierung von weiteren Aspekten eines Verfahrens zur Kopplung einer Maschine mit Applikationen;

Fig. 7 zeigt ein schematisches Diagramm zur Illustrierung von weiteren Aspekten eines Verfahrens zur Kopplung einer Maschine mit Applikationen; und

Fig. 8 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines vierten

Ausführungsbeispiels einer Anordnung mit einer Ma- schine, einer Mehrzahl von Applikationen und einer

Vorrichtung zur Kopplung der Maschine mit den Applikationen .

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines ersten Aus ^¬ führungsbeispiels einer Anordnung mit einer Vorrichtung 10 zur Kopplung einer Maschine 20 aufweisend eine Anzahl N von Datenquellen 31 - 33 zur Bereitstellung von Daten der Maschine 20 in datenquellenspezifischen Datenformaten DSS mit einer Anzahl von Applikationen 41 - 43. Die Vorrichtung 10 der Fig. 1 koppelt die Maschine 20 mit den Applikationen 41 - 43. Beispielsweise ist die Vorrichtung 10 mit den Applikationen 41 - 43 über ein Netzwerk 50, beispiels- weise ein LAN (LAN; Local Area Network) und/oder das Internet verbunden. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit zeigt die Fig. 1 drei Applikationen 41 - 43. Die jeweilige Applikation 41 - 43 ist Teil eines Rechners oder eines Servers oder wird von einem solchen ausgeführt.

Die Maschine 20 der Fig. 1 ist beispielsweise eine Werkzeugma ^¬ schine. Der Werkzeugmaschine 20 der Fig. 1 sind drei Daten ^¬ quellen 31 - 33 zugeordnet. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit ist die Anzahl der Datenquellen 31 - 33 drei in Fig. 1 (N = 3) .

Beispiele für die Datenquellen 31 - 33 umfassen an der Werkzeugmaschine 20 angeordnete Sensoren, Kameras zur Aufnahme von Bildern der Werkzeugmaschine 20, Mikrophone zur Aufnahme von Schall in einem Bereich der Werkzeugmaschine 20 und/oder

Aktoren der Werkzeugmaschine 20. Die Datenquellen 31 - 33 stellen ihre Daten in datenquellenspezifischen Datenformaten DSS bereit. Die datenquellenspezifischen Datenformate DSS, die von den verschiedenen Datenquellen 31 - 33 genutzt werden, sind regelmäßig unterschiedlich zueinander.

Die Vorrichtung 10 umfasst eine Transformations-Einheit 60. Die Transformations-Einheit 60 ist dazu eingerichtet, in einem der datenquellenspezifischen Datenformate DSS vorliegende Da- ten einer der N Datenquellen 31 - 33 in Daten eines generi- schen semantischen Datenmodells SDM für die Applikationen 41 - 43 zu transformieren.

Des Weiteren ist die Transformations-Einheit 60 vorzugsweise dazu eingerichtet, in dem generischen semantischen Datenmodell SDM vorliegende Daten einer der Applikationen 41 - 43 in Daten eines der datenquellenspezifischen Datenformate DSS für eine der N Datenquellen 31 - 33 zu transformieren. Das generische semantische Datenmodell SDM umfasst vorzugswei ^¬ se Entitäten zu der Maschine 20, Eigenschaften der Entitäten und/oder Beziehungen zwischen zwei oder mehreren der Entitä- ten. Beispielsweise ist das generische semantische Datenmodell SDM in einer Hierarchie semantischer Abstraktionsstufen strukturiert. Dabei ist der jeweiligen Abstraktionsstufe vorzugs ^¬ weise ein bestimmtes Teil-Datenmodell zugeordnet. Die in der Hierarchie strukturieren bestimmten Teil-Datenmodelle umfassen beispielsweise ein semantischen IoT-Modell, ein generisches semantisches Werkzeugmaschinen-Modell der Werkzeugmaschine 20, ein einem der Hersteller der Werkzeugmaschine 20 zugeordnetes semantisches Hersteller-Modell und/oder ein semantisches End ^¬ nutzer-Modell des Endnutzers der Werkzeugmaschine 20.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Transformations-Einheit 60 der Vorrich ^¬ tung 10 zur Kopplung der Maschine 20 mit den Applikationen 41 - 43 nach Fig . 1.

Das Ausführungsbeispiel der Transformations-Einheit 60 nach Fig. 2 umfasst ein erstes Transformations-Mittel 71, ein zwei ^¬ tes Transformations-Mittel 72, ein drittes Transformations- Mittel 73 und ein viertes Transformations-Mittel 74.

Dabei ist das erste Transformations-Mittel 71 dazu eingerich ^¬ tet, die in einem der datenquellenspezifischen Datenformate DSS vorliegende Daten in Daten eines datenquellenspezifischen semantischen Datenmodells DSM zu transformieren. Weiter ist das zweite Transformations-Mittel 72 dazu eingerichtet, die Daten des datenquellenspezifischen semantischen Datenmodells DSM in Daten des generischen semantischen Datenmodells SDM zu transformieren. Damit behandeln das erste Transformations- Mittel 71 und das zweite Transformations-Mittel 72 den Daten- pfad zwischen den N Datenquellen 31 - 33 hin zu den Applikationen 41 - 43. Für den umgekehrten Datenpfad von den Applikationen 41 - 43 hin zu den Datenquellen 31 - 33 sind das dritte Transformati ^¬ ons-Mittel 73 und das vierte Transformations-Mittel 74 vorge ^¬ sehen. Das dritte Transformations-Mittel 73 ist dabei dazu eingerichtet, die Daten des generischen semantischen Datenmo ^¬ dells SDM von einer der Applikationen 41 - 43 in Daten eines der datenquellenspezifischen semantischen Datenmodelle DSM für eine der N Datenquellen 31 - 33 zu transformieren. Des Weiteren ist das vierte Transformations-Mittel 74 dazu eingerich- tet, die Daten des datenquellenspezifischen semantischen Datenmodells DSM in Daten des datenquellenspezifischen Datenformats DSS der Datenquelle 31 - 33, welche die Senke dieser Da ^¬ ten sein soll, zu transformieren. Weiter mit Bezug zur Fig. 2 ist das zweite Transformations- Mittel 72 insbesondere dazu eingerichtet, die Daten des daten ^¬ quellenspezifischen semantischen Datenmodells DSM mittels eines semantischen Mappings in die Daten des generischen semantischen Datenmodells SDM zu transformieren. Dabei ist das dritte Transformations-Mittel 73 weiter dazu eingerichtet, die Daten des generischen semantischen Datenmodells SDM von einer der Applikation 41 - 43 mittels eines inversen semantischen Mappings in die Daten eines der datenquellenspezifischen semantischen Datenmodelle DSM für eine der N Datenquellen 31 - 33 zu transformieren.

In Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Anordnung mit einer Maschine 20, einer Mehrzahl von Applikationen 41 - 43 und einer Vorrichtung 10 zur Kopplung der Maschine 20 mit den Applikationen 41 - 43 dargestellt .

Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 umfasst alle Merk ^¬ male des ersten Ausführungsbeispiels der Fig. 1 und zeigt da- rüber hinaus, dass die Vorrichtung 10 als ein Controller ausgebildet ist, welcher in einer Steuerungsvorrichtung 80 zur Steuerung der Maschine 20 integriert ist. Die Steuerungsvor- richtung 80 ist dabei beispielsweise eine Sinumerik, eine Simotion oder eine Simatik.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels einer Anordnung mit einer Maschine 20, einer Mehrzahl von Applikationen 41 - 43 und einer Vorrichtung 10 zur Kopplung der Maschine 20 mit den Applikationen.

Das dritte Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dahingehend, dass die Vorrichtung 10 als ein Edge-Controller ausgebildet ist, welcher nicht in der Steuerungsvorrichtung 80 integriert ist, sondern neben der Steuerungsvorrichtung 80 anordenbar ist und mit der Steuerungsvorrichtung 80 koppelbar ist. Der Edge- Controller 10 der Fig. 4 stellt damit eine Zusatz-Hardware für die Steuerungsvorrichtung 80 nach Fig. 4 dar.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen Aspekte eines Verfahrens zur Kopplung einer Maschine 20, insbesondere einer Werkzeugmaschine, auf- weisend eine Anzahl N von Datenquellen 31 - 33 zur Bereitstel ^¬ lung von Daten der Maschine 20 in datenquellenspezifischen Datenformaten DSS mit einer Mehrzahl von Applikationen 41 - 43. Anordnungen mit einer solchen Maschine 20 und solchen Applikationen 41 - 43 sind zum Beispiel in den Fig. 1, 3 und 4 darge- stellt.

Insbesondere zeigt die Fig. 5 Verfahrensschritte zum Design der Vorrichtung 10 zur Kopplung der Maschine 20 mit den Applikationen 41 - 43, wie in den Fig. 1, 3 und 4 beispielhaft dar- gestellt.

In der Fig. 5 bezeichnet eine Ellipse mit durchgezogener Linie ein Datenmodell, eine Ellipse mit gestrichelter Linie bezeich ^¬ net ein Datenformat und eine Raute bezeichnet einen Verfah- rensschritt.

Das Beispiel der Fig. 5 umfasst die drei Verfahrensschritte Sl - S3: Im Schritt Sl wird ein generisches semantisches Datenmodell SDM für die entsprechende Maschine 20 beziehungsweise deren zugeordneter Datenquellen 31 - 33 definiert. Das Datenmodel SDM ist dazu geeignet, für mehrere Applikationen 41 - 43 in einer Domäne verwendet zu werden. Im vorliegenden Beispiel ist das generische semantische Datenmodell SDM ein Werkzeugmaschi ^¬ nen-Domänen-Datenmodell. Beispielsweise liegt das generische semantische Datenmodell SDM in einer semantischen Datenmodell- Beschreibungssprache, vorzugsweise in OWL/RDF vor.

Im Schritt S2 werden das datenquellenspezifische Datenformat DSS1 der Datenquelle 31, das datenquellenspezifische Datenfor- mat DSS2 der Datenquelle 32 und das datenquellenspezifische

Datenformat DSS3 der Datenquelle 33 in datenquellenspezifische semantische Datenmodelle DSM1 - DSM3 übersetzt. Regelmäßig sind die datenquellenspezifischen Datenformate DSS1 - DSS3 un ^¬ terschiedlich zueinander. Es ist aber auch möglich, dass bei- spielsweise zwei der datenquellenspezifischen Datenformate

DSS1 und DSS3 identisch sind, so dass dann auch die entspre ^¬ chenden datenquellenspezifischen semantischen Datenmodelle DSM1 und DSM3 identisch wären (nicht so in dem Beispiel der Fig. 5) .

Die Übersetzung oder Extraktion von DSS auf DSM in dem Schritt S2 basiert beispielsweise auf Spezifikationen, publizierten Datenmodellen und/oder auf Laufzeitabfragen der Datenschemata, zum Beispiel OPC UA Datenmodellanfragen . Die DSM (DSM1 - DSM3) liegen am Ende des Schrittes S2 in einer semantischen Datenmodell-Beschreibungssprache vor, vorzugsweise in OWL/RDF.

Im Schritt S3 werden semantische Abbildungen M zwischen den einzelnen DSM (DSM1 - DSM3) und SDM (je eine getrennte Menge von Abbildungen pro DSM) definiert. Die semantischen Abbildun gen M können mittels Axiomen aus einer Beschreibungslogik, mittels Regeln und invertierbarer mathematischer Funktionen erstellt werden. Das Format der Abbildungsmenge M ist Vorzugs weise OWL/RDF mit optionalen Erweiterungen für semantische Regeln und semantisch beschriebenen Funktionen. Der Vorrichtung 10, insbesondere der Transformations-Einheit 60, werden insbe ^¬ sondere als Input zur Verfügung gestellt: DSS1 - DSS3, DSM1 - DSM3, alle M sowie SDM .

Nach erfolgreicher Konfiguration der Vorrichtung 10 gemäß Fig. 5 können sich die Applikationen 41 - 43 für Daten der Datenquellen 31 - 33 an der Vorrichtung 10 subskribieren.

Hierzu zeigt die Fig. 6 ein Beispiel, bei dem die Vorrichtung 10 die Datenquellen 31 - 33 mit der Applikation 41 koppelt. Die Transformations-Einheit 60 der Fig. 6 umfasst eine Sub ^¬ skriptions-Einheit 75. Die Subskriptions-Einheit 75 ist dazu eingerichtet, eine Subskription S der Applikation 41 auf bestimmte Daten der Datenquellen 31 - 33 zu empfangen. Beispielsweise subskribiert sich die Applikation 41 mit ihrer Subskription S auf Daten der Datenquelle 31 und der Datenquel ^¬ le 32. Die Subskription S weist zumindest ein Axiom umfassend zumindest eine der Entitäten, zumindest eine der Eigenschaften der Entitäten und/oder zumindest eine der Beziehungen des ge- nerischen semantischen Datenmodells SDM auf. Die Subskription S kann auch als Subskriptions-Anfrage bezeichnet werden. Nach erfolgter Konfiguration der Vorrichtung 10 und nach dem Start wartet die Subskriptions-Einheit 75 auf Subskriptions- Anfragen S der Applikationen 41 - 43. Die Subskriptions- Anfragen S werden anhand der Semantik von SDM dargestellt, folglich kennt die jeweilige Applikation 41 - 43 das generi- sehe semantische Datenmodell SDM und muss nicht DSS oder DSM kennen. Dies ermöglicht es einem Applikations-Entwickler, die Applikation 41 - 43 unabhängig von der Art und Anzahl der konkreten Datenquellen 31 - 33 zu entwickeln. Erhält die Subskriptions-Einheit 75 eine gültige Subskription S in der SDM-Semantik, so übersetzt die Subskriptions-Einheit 75 diese in eine oder mehrere Subskriptionen in DSS. Hierzu zeigt die Fig. 6 die Subskription S in SDM als S (SDM) . Die übersetzten Subskriptionen für die Datenquelle 31 lautet

S(DSS1) und die übersetzte Subskription für die Datenquelle 31 lautet S(DSS2). Eine De-Subskription ist entsprechend möglich. Nach erfolgreicher Konfiguration und Subskription kann die Vorrichtung 10 im Betrieb der Maschine 20 verwendet werden. Hiermit können nun Daten, die von den Datenquellen 31 - 33 stammen, der subskribierten Applikation 41 zur Verfügung gestellt werden. Dies ist beispielhaft in Fig. 7 dargestellt. Die Transformations-Einheit 60 der Fig. 7 umfasst hierzu eine Bereitstellungs-Einheit 76. Die Bereitstellungs-Einheit 76 ist dazu eingerichtet, der subskribierten Applikation 41 basierend auf ihrer von der Subskriptions-Einheit 75 (siehe Fig. 6) emp ^¬ fangenen Subskription S die von den Datenquellen, im vorlie- genden Beispiel von den Datenquellen 31 und 32, gelieferten und von der Transformations-Einheit 60 in das generische se ^¬ mantische Datenmodell SDM transformierte Daten bereitzustel ^¬ len . Wie oben dargestellt, ist die Applikation 41 in dem vorliegenden Beispiel für Daten der Datenquelle 31 und für Daten der Datenquelle 32 subskribiert. Gemäß Fig. 7 stellt die Daten ^¬ quelle 31 erste Daten Dl (DSSl) in einem ersten datenquellenspezifischen Datenformat DSSl der Vorrichtung 10 bereit. Ent- sprechend stellt die zweite Datenquelle 32 ihre Daten D2(DSS2) in einem zweiten datenquellenspezifischen Datenformat DSS2 bereit. Die Transformations-Einheit 60 übersetzt Dl (DSSl) in Dl (SDM) und D2(DSS2) in D2(SDM). Die in das generische semantische Datenmodell SDM übersetzten Daten Dl (SDM) und D2 (SDM) werden von der Bereitstellung-Einheit 76 der subskribierten Applikation 41 bereitgestellt.

In Fig. 8 ist ein schematisches Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels einer Anordnung mit einer Maschine 20, einer Mehrzahl von Applikationen 41 - 43 und einer Vorrichtung 10 zur Kopplung der Maschine 20 mit den Applikationen 41 - 43 dargestellt . Das vierte Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 umfasst alle Merk ^¬ male des ersten Ausführungsbeispiels der Fig. 1 und zeigt da ^¬ rüber hinaus eine Edge-Box 80, zum Beispiel eine SINUMERIK- Edge-Box .

Die Edge-Box 80 der Fig. 8 umfasst die Vorrichtung 10 sowie die Applikationen 41 - 43. Die Vorrichtung 10 und die Applikationen 41 - 43 sind mittels eines Datenbusses 90 verbunden. Auch die Maschine 20 kann über den Datenbus 90 verbunden sein (nicht gezeigt in Fig. 8) .

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbei ^¬ spielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.