为工厂自动化环境安排工程软件的工程系统和方法与流程

本发明涉及工厂自动化环境中的工业自动化设备和系统的工程化，并且尤其涉及安排被用于工程化该设备和系统的工程软件。

背景技术：

1、鉴于可能被用于其设计、配置、调试以及一般用于其工程化的多个软件，在工厂自动化环境中工程化工业/工厂自动化系统可能是复杂的。通常，工程软件可能限于某些领域或学科，可能无法向工程师提供所有所需信息。

2、用于多学科/多领域数据的专家工程系统可能要求来自多个工程软件的数据采用特定格式。因此，此类专家工程系统可能是不灵活的，并且局限于有限的领域。

3、随着人工智能(ai)在工厂自动化环境中的应用越来越多。例如，在生产自动化的情况下，基于ai的系统工程可能需要一种或多种ai技术和与之交互的工作流。此外，基于ai的工程化还可能涉及一种或多种类型的数据库，这些数据库允许根据来自自动化环境和/或工程软件的工程数据之间的相关性得出有意义的结论。用于基于ai的工程化的多种ai技术和相关数据库可能会使工程自动化设备和系统进一步复杂化。

4、因此，实现工程软件之间无缝通信的此类工程系统和方法可从改进中受益。

技术实现思路

1、本发明的目的是实现自动化设备和系统的灵活性、可扩展和无缝工程化，其方式是通过链接/安排用于此类工程的工程软件。

2、例如，该目的是通过用于工厂自动化环境的工程系统来实现。该系统包括：消息代理，该消息代理被配置为基于多个工程软件中的至少一个的运行来访问和更新知识库，其中多个工程软件被配置为使用与工厂自动化环境的设计、调试、运行和维护中的至少一者相关联的工程数据来生成和/或运行，其中消息代理被配置为将工程数据转换为可由多个工程软件和知识库辨识的消息；和至少一个图形用户界面(gui)，被通信地联接到消息代理，被配置为实现经由消息代理访问工程数据，由此至少一个工程软件配置为基于消息在工厂自动化环境中发起动作。

3、在另一示例中，该目的是通过安排与工厂自动化环境相关联的多个工程软件的方法来实现。该多个工程软件包括不同的数据结构和语法。该方法包括：基于多个工程软件中的至少一个工程软件的运行来访问工厂自动化环境的知识库，其中多个工程软件被配置为使用与工厂自动化环境的设计、调试、运行和维护中的至少一者相关联的工程数据生成和/或运行；将工程数据转换为可由多个工程软件和知识库辨识的消息；实现基于消息的发送和接收来访问工程数据；以及实现至少一个工程软件基于消息在工厂自动化环境中发起动作。例如，实现用户基于消息在工厂自动化环境中发起动作。

4、又另一示例包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读代码，该计算机可读代码当在处理器上执行时执行本文中的一个或多个方法的方法步骤中的任一个方法步骤。

5、本发明还可包括基于ai的工程系统，该基于ai的工程系统被配置为基于工程师变化的需求来支持自动化设备和系统的工程。基于ai的工程系统可包括知识数据库，该知识数据库被配置为在多个计算设备上以分布式方式存储根据工程软件生成的工程数据。基于ai的工程系统还可包括ai方法/ai模块，该ai方法/ai模块被配置为依据知识库运行。ai模块可单独地被配置为彼此不同地发挥功能，从而生成不同的结果。因此，来自ai模块的不同结果可有利地被集成并提供给工程师。

6、工程系统有利地结合分布式知识库提供几种ai模块/ai方法的无缝链接。此类链接/安排的技术效果是，工程师能够以灵活和可扩展的方式利用各个ai模块的优势。本发明的灵活性和可扩展性使得能够更容易地集成新的工程软件/ai模块。例如，如果在工厂自动化环境中使用新的ai模块来调试自动化设备，则工程师不需要重新配置本发明系统。

7、在更详细地描述所建议的约定之前，应当理解，在整个该专利文件中提供了某些词语和短语的各种定义，并且本领域的普通技术人员将理解，此类定义在许多情况下(如果不是大多数情况的话)适用于这样定义的词语和短语的先前使用以及将来使用。虽然一些术语可包括各种各样的实施例，但是所附权利要求可明确地将这些术语限制于特定实施例。还应当理解，在所建议的方法的上下文中解释的特征也可通过适当地配置和调整系统而由所建议的系统所包括，反之亦然。

8、如本文所用，“工厂自动化环境”是指半自动化或完全自动化的制造、生产设施。除了设施之外，工厂自动化环境还包括用于设计和工程化该设施的工程软件。此外，工厂自动化环境可包括使用工程软件的自动化工程师。自动化设备和系统可以是工厂自动化环境的一部分。工厂自动化环境也可被称为工业自动化环境或实验室自动化环境。

9、如本文所用，工程软件是允许来自多个学科的工程师处理公共或连接的工程数据的软件工具。许多工程软件都与工厂自动化环境相关联。多个工程软件被配置为使用与工厂自动化环境的设计、调试、运行和维护中的至少一者相关联的工程数据生成和/或运行。例如，在工厂环境中，工厂规划师可与机械工程师、电气工程师和自动化工程师一起为车门组件规划新的生产线。当自动化工程师将新的可编程逻辑控制器(plc)引入项目时，该信息作为工程数据被存储在知识库中。多个工程软件接收用户输入并且使计算机辅助设计软件动作。多个工程软件可包括与电气、机械、工艺技术、软件和来自不同工程学科的其他从属元素相关的工程软件。

10、如本文所用，“知识库”是指被配置为存储与工厂自动化环境相关联的工程数据的一个或多个数据库。例如，知识库包括至少基于图形的数据库、分布在工厂自动化环境内的本体数据库和云计算平台。知识库可使用数据集成模块进行更新。消息代理可与该数据集成模块通信地联接，该数据集成模块被配置为将来自多个工程软件的工程数据集成到知识库中。取决于工程数据的机密性和数据库的位置，工程数据可在每个数据库中进行索引或者选择性地索引到单个数据库中。例如，本体数据库可与工厂自动化环境一起位于与工厂自动化环境相关联的专用网络上。与托管在云计算平台上的知识图形数据库相比，与工厂自动化环境中的旋转系统相关联的高频传感器数据可被存储在本体数据库中。

11、本发明有利地提出了一种能够从知识库提供访问和更新的工程数据的工程系统。这是使用消息代理来实现，该消息代理被配置为访问和更新知识库，然后执行工程软件中的任何一个工程软件中的运行。消息代理被配置为生成消息，该消息经由gui在工程软件、知识库和工程师之间进行传输。消息代理可被配置为根据可由多个工程软件、知识库和gui(统称为交互系统)解释的消息格式来生成消息。此外，知识库、gui、ai模块和多个工程软件以可修改的方式被注册为消息代理的订阅者和/或发布者。例如，消息代理可被配置为作为用于消息交换的基于消息队列的中间件来运行。因此，消息代理可充当通信地联接到交互系统的专用消息总线。工程软件、知识库和gui可充当消息代理的多向发布者和订阅者。因此，消息代理可被配置为实现来自规则引擎、gui和ai模块的消息基于统一消息队列的多向传输。

12、在实施例中，消息代理根据消息内容和消息交换参数被配置到工程数据。消息交换参数包括消息将被发送和接收的条件。消息的发布者(诸如工程软件)可使用唯一消息标识符，该唯一消息标识符可由知识库和gui使用以供参考。因此，消息标识符确保消息的序列和集合是唯一可辨识的。因此，gui上显示的通知与最相关的用户交互或运行相关。

13、在另一实施例中，交互系统可能不是消息代理所发布的所有消息的订阅者。例如，发给工程师的消息可能只需要指向gui的消息。此外，gui可被配置为订阅包括关于显示通知或相关联工程数据的提示的消息。因此，消息代理可有利地被配置为在消息交换点处或经由附加消息交换点实现可定制过滤器。在实施例中，可基于参与者的类型(诸如工程软件、gui、数据集成模块)和消息格式(例如，问题、答案、推荐)来生成过滤器。

14、经由消息代理提供的对工程数据的访问实现工程师在工厂自动化环境中发起动作。例如，来自工程软件之一的消息可提供自动化设备(诸如机器人)的更新配置。工程师可经由gui得到该新配置的通知。工程师然后可基于该通知更新机器人的配置。

15、在实施例中，消息代理被配置为从与多个软件相关联的规则引擎接收工程数据。如本文所用，规则引擎可基于行业标准和/或制造要求进行配置。在实施例中，可使用iec61499标准来配置规则引擎。iec 61499标准涉及自动化环境中基于事件触发器的分布式控制和自动化。在另一实施例中，用于道路上驾驶系统安全的iso标准26262可用于配置规则引擎。如上所述，行业标准取决于与工厂自动化环境相关的行业。

16、例如，引擎使用配置工程软件来配置自动化设备，以响应多次紧急停止。紧急停止可链接到输入/输出标签、程序块和用户界面块。当添加新的紧急停止时，可能需要生成输入/输出标签、程序块和用户界面块。如果工程师无意地省略了用户界面块的生成，则与工程软件相关联的规则引擎会辨识出该省略。此外，规则引擎可被配置为将工程数据作为表明该省略的消息发送到知识库。

17、在实施例中，规则引擎可进一步被配置为由消息代理访问知识库。考虑到上述示例，规则引擎可被配置为确定新的紧急停止与相关联的标签和块之间的相关性和依赖性。通过确定相关性和依赖性，规则引擎识别工程师所提交的用户界面块。规则引擎还可被配置为发布表明gui中与用户界面块相关联的位置的消息，以通知工程师生成该消息。在另一实施例中，规则引擎可被配置为向工程软件发布消息，从而触发用户界面块的自动生成。

18、在本发明的实施例中，消息代理通信地联接到一个或多个ai模块，该一个或多个ai模块被配置为分析多个工程软件的运行、来自gui的用户输入或它们的组合。ai模块可包括神经网络模块、强化学习模块、基于规则的模块和它们的组合。例如，与用于配置紧急停止的工程软件相关联的规则引擎可以是基于规则的模块。基于规则的模块可被配置为在针对特定自动化设备引入附加紧急停止时激活。因此，基于规则的模块可基于根据行业标准生成的规则来配置。在另一示例中，也可基于与知识库相关联的编码准则来生成规则。

19、ai模块可被配置为将多个工程软件的运行、用户输入或它们的组合映射到知识库中的工程数据。消息代理将该映射的工程数据发送到至少一个工程软件，以实现至少一个工程软件在工厂自动化环境中发起动作。

20、为了有效地访问知识库，ai模块或规则引擎可被配置为以可分类的消息格式发布消息，该可分类的消息格式为诸如被分类为查询格式、响应格式、推荐格式和动作格式的消息格式。在实施例中，工程师的运行可触发问题格式的消息，该消息具有用于查询知识库的相关联工程数据。例如，工程师不会为紧急停止生成用户界面块。类似地，知识库、gui和多个工程软件也被配置为以上述消息格式发布和/或接收消息。因此，在本发明所公开的工程系统中，消息以一种或多种消息格式来接收和发送，该一种或多种消息格式被分类为查询格式、响应格式、推荐格式和动作格式。

21、本发明有利地提出了安排与工厂自动化环境相关联的多个工程软件的方法。如本文所用，“多个工程软件的安排”是指通过工程软件的运行生成的工程数据的集成。此外，工程软件的安排集成了单个工程软件和工程数据之间的依赖性。此外，安排是指经由消息代理在工程软件之间进行的自动化布置和协调。

22、根据该方法，知识库是基于多个工程软件中的至少一个工程软件的运行来访问。在至少一个工程软件中执行的运行可映射到知识库。在实施例中，与该运行相关联的工程数据在知识库中进行更新。

23、因此，根据本发明的方法以有形可搜索形式捕获工程师和多个工程软件之间的动作、运行和交互。为了实现对知识库的访问和运行，将工程数据转换为可由多个工程软件和知识库辨识的消息。消息使用消息代理在多个工程软件和知识库之间进行发送和接收。通过将工程数据转换为消息，工程师可获得多个工程软件的综合工程信息。这实现工程师在工厂自动化环境中发起运行。在实施例中，当工程软件由来自多个工程软件中的其他工程软件或来自知识库的一个或多个消息触发时，可自动发起动作。

24、该方法可包括将来自多个工程软件的工程数据集成到知识库中。此外，该方法还可包括通过神经网络、强化学习和基于规则的逻辑中的至少一者来分析多个工程软件的运行、来自gui的用户输入或它们的组合。通过分析运行、工程师的交互或工程师/用户提供的输入，可访问来自知识库的相关工程数据。因此，该方法可包括将多个工程软件的运行、用户输入或它们的组合映射到知识库中的工程数据，其中消息代理将所映射的工程数据发送到至少一个工程软件以实现至少一个工程软件在工厂自动化环境中发起动作。

25、在实施例中，通过确定知识库中的工程数据与运行、用户输入和它们的组合之间的依赖性，可将该运行、用户输出和它们的组合映射到工程数据。例如，可使用模式匹配神经网络、强化学习或基于模式的规则来确定依赖性。

26、该方法可包括在与至少一个工程软件相关联的gui上显示通知，该通知表明要在工厂自动化环境中发起的动作，其中该动作和该通知作为可由gui、多个工程软件和知识库辨识的消息进行传输。例如，动作可包括仅配置工厂自动化环境内的自动化设备和系统的系统、子系统或部件。因此，该方法可包括基于由gui作为消息接收的动作来工程化系统、子系统或部件。该方法还可包括基于由gui作为消息接收的动作来重新配置系统、子系统或部件。

27、本发明的优点是在工厂自动化的背景下将几种ai方法链接起来。工程系统和方法有利地适应ai方法的特定要求，同时具有灵活性。

28、前述内容已经相当广泛地概述了本公开的技术特征，使得本领域的技术人员可更好地理解下面的详细描述。下面将描述形成权利要求主题的本公开的附加特征和优点。本领域的技术人员将理解，他们可容易地使用所公开的概念和具体实施例作为基础来修改或设计用于执行本公开的相同目的的其他结构。本领域的技术人员还将认识到，此类等效构造不会以其最广泛的形式脱离本公开的范围。