(57)【要約】本発明は、サービス指向型アーキテクチャと、柔軟性のあるかつ再構成可能な生産環境における非集中型の、分散型のコンポーネントおよび／または装置と有する自動化システムに関する。この自動化システムは、イーサネット（登録商標）のようなデータ通信手段によってサービス指向型コンポーネントおよび／または装置に接続されている少なくとも１つのホストコンピュータを具備する。複数の装置および／またはコンポーネントのサービス指向型システムを作成するために、仮想のネットワークにおけるサービス指向型システムの実施のために、および、実際の、物理的に存在するコンポーネントとの、サービス指向型システムの同期化のために、提案されていることは、少なくとも１つのホストコンピュータが、コンポーネントおよび／または装置の仮想のモデルの間でＷｅｂサービスをベースにして情報および対話を交換するための、仮想の、サービス指向型通信プラットフォームを有する、仮想の、シミュレーションベースのエンジニアリング環境を具備し、上記コンポーネントおよび／または装置の機能性が、サービスとして使用可能であることである。【選択図】      図１
2010517155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サービス指向型アーキテクチャと、柔軟性のあるかつ再構成可能な生産環境における非集中型の、分散型のコンポーネントおよび／または装置（ＰＤ１．．．ＰＤＮ）と有する自動化システム（ＡＳ）であって、自動化システムは、イーサネット（登録商標）のようなデータ通信手段（ＫＭ）によってサービス指向型コンポーネントおよび／または装置（ＰＤ１．．．ＰＤＮ）に接続されている少なくとも１つのホストコンピュータ（ＨＲ）を具備し、
前記少なくとも１つのホストコンピュータ（ＨＲ）には、コンポーネントの仮想のモデル（ＶＤ１．．．ＶＤＮ）および／または実際のコンポーネントの間でＷｅｂサービスをベースにして情報および対話を交換するための、仮想の、サービス指向型通信プラットフォーム（ＫＰ）を有する、仮想の、シミュレーションベースのエンジニアリング環境（ＥＵ）が、インプリメントされていることを特徴とする自動化システム。
【請求項２】
前記ホストコンピュータ（ＨＲ）にインプリメントされている前記仮想のコンポーネント（ＶＤ）は、サービス・インスタンス（ＳＩ）として、仮想のネットでアドレス指定可能でありかつ自立的であることを特徴とする請求項１に記載の自動化システム。
【請求項３】
前記仮想のサービス・インスタンス（ＳＩ）は、前記仮想のネットの外で表示可能であり、特に、物理的なエンドポイント・アドレスの割振りによって、アドレス指定可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の自動化システム。
【請求項４】
前記仮想のサービス指向型通信プラットフォーム（ＫＰ）は、前記ホストコンピュータ（ＨＲ）の駆動システムの標準的なネットワーク機能およびプロセス機能によって実現可能であることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の自動化システム。
【請求項５】
サービスベースのコンポーネント（ＶＤ１，ＶＤ２）は、同一のホストコンピュータ（ＨＲ）によって、別個のプロセスおよび／またはスレッドにインプリメントされており、固有のエンドポイント・アドレスを有することを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の自動化システム。
【請求項６】
ホスト内部にある複数のサービス（ＶＷＳ）の間、および任意の或るコンポーネントのホスト内部にあるサービス（ＶＷＳ）とホスト外部にあるサービス（ＷＳ）との間の通信が、トランスペアレントに実行可能であることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の自動化システム。
【請求項７】
実際のコンポーネント（ＰＤ１．．．ＰＤＮ）及び仮想のコンポーネント（ＶＤ１．．．ＶＤＮ）は、メカトロニクス・モジュール（ＭＭ）、制御モジュール（ＳＭ）および通信モジュール（ＷＳ）からなり、前記メカトロニクス・モジュールは、機械化された電子的な構成要素の、仮想のおよび物理的な特性をマッピングし、前記制御モジュールは、前記コンポーネントの制御ロジックをマッピングし、前記通信モジュールは、Ｗｅｂサービスの形態で実現されていることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の自動化システム。
【請求項８】
実際および仮想のコンポーネント（ＶＤ，ＰＤ）は、同一の通信プラットフォーム（ＫＰ）（プロトコルスタック）を有することを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の自動化システム。
【請求項９】
コンポーネントからなるサービス指向型システムが、仮想のシミュレーションベースのエンジニアリング・プラットフォーム（ＥＵ）上で実行可能であることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の自動化システム。
【請求項１０】
柔軟性のあるおよび再構成可能な生産環境における非集中型、分散型のコンポーネントおよび／または装置（ＰＤ）のサービス指向型のアーキテクチャのライフサイクルを、統合されたシミュレーションベースのエンジニアリング・プラットフォームによって総体的に支持するためのエンジニアリング・ツールまたはシステム（ＥＮ）であって、特にコンポーネント機能が、好ましくはＷｅｂサービス・テクノロジをベースにした、ネットワークにおける他のコンポーネントのために、サービス（ＷＳ）として使用可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サービス指向型アーキテクチャと、柔軟性のあるかつ再構成可能な生産環境における非集中型の、分散型のコンポーネントおよび／または装置と有する自動化システムであって、イーサネット（登録商標）のようなデータ通信手段によってサービス指向型コンポーネントおよび／または装置に接続されている少なくとも１つのホストコンピュータを具備する自動化システムに関し、柔軟性のあるおよび再構成可能な生産環境における非集中型の、分散型のコンポーネントおよび／または装置のサービス指向型のアーキテクチャのライフサイクルを、総体的に支持するための、特にそのためのエンジニアリング・ツールまたはシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
過去から現在まで、中央および／または階層的な制御が、むしろモノリシックなプログラミング技術をもって支配的である。すなわち、完全な制御ロジックが、少数の、計算能力の高い蓄積プログラム制御(ＳＰＳ)装置で実行されるのである。蓄積プログラム制御装置は、大方はフィールドバスを介して、プロセスデータを、センサおよびアクチュエータと周期的に交換する。
【０００３】
今日では、種々の傾向が観察される。
【０００４】
→増大する計算能力およびイーサネット（登録商標）は、最小の装置でも、益々使用可能となる。
【０００５】
→例えばＷｅｂサービス・テクノロジをベースにした、サービス指向型アーキテクチャ（ＳＯＡ）は、自動化世界に初めて用いられ、既に、通信プラットフォームおよび／または制御プラットフォームとして用いられる。
【０００６】
→今日では、生産設備のライフサイクルが、益々総体的に考えられ、プランニングの際に考慮される。
【０００７】
→サービスの開発のために、サービス・コンポーネントの結合のためにおよびアプリケーションおよびプロセスの流れのモデル化および開発のために、既にツールが存在する。
【０００８】
→シミュレーション・ツールおよび／またはエミュレーション・ツールは、制御ロジック・ユニットのために使用可能であるが、分散型のアプリケーション・ロジックのためには使用不可能である。
【発明の概要】
【０００９】
このことを前提として、明細書の最初の部分に記載のタイプのシステムを、複数の装置のサービス指向型システムの作成が、仮想のネットワークにおけるサービス指向型システムの実施、および、実際の、物理的に存在するコンポーネントとの、サービス指向型システムの同期化、を可能にするように、改善する、という課題が、本発明の基礎になっている。
【００１０】
上記課題は、本発明により、特に以下のことによって、すなわち、少なくとも１つのホストコンピュータには、コンポーネントの仮想のモデルおよび／または実際のコンポーネントの間でＷｅｂサービスをベースにして情報および対話を交換するための、仮想の、サービス指向型通信プラットフォームを有する、仮想の、シミュレーションベースのエンジニアリング環境が、インプリメントされていることによって解決される。
【００１１】
ホストコンピュータにインプリメントされている仮想のコンポーネントが、サービス・インスタンスとして、仮想のネットでアドレス指定可能でありかつ自立的であることは好ましい。
【００１２】
好ましい実施の形態は、仮想のサービス・インスタンスが、仮想のネットの外で表示可能でありかつアドレス指定可能であり、このことが、物理的なエンドポイント・アドレスの割振りによって実現可能であることを特徴とする。
【００１３】
他の好ましい実施の形態は、仮想のサービス指向型通信プラットフォームが、ホストコンピュータの駆動システムの標準的なネットワーク機能およびプロセス機能によって実現されることを特徴とする。
【００１４】
サービスベースのコンポーネントが、同一のホストコンピュータによって、別個のプロセスおよび／またはスレッドにインプリメントされており、固有のエンドポイント・アドレスを有することは好ましい。
【００１５】
ホスト内部にある複数のサービスの間の、および任意の或るコンポーネントの、ホスト内部にある複数のサービスとホスト外部にあるサービスとの間の通信が、トランスペアレントに実行可能であることは好ましい。
【００１６】
メカトロニクス・モジュール、制御モジュールおよび通信モジュールからなる実際のコンポーネントのみならず、仮想のコンポーネントもまた記述されることは好ましい。メカトロニクス・モジュールは、機械化されたおよび電子的な構成要素において、仮想のおよび物理的な特性をマッピングし、制御モジュールは、コンポーネントの制御ロジックをマッピングし、通信モジュールは、Ｗｅｂサービスの形態で実現されている。
【００１７】
更に、実際のおよび仮想のコンポーネントが、同一の通信プラットフォーム（ＫＰ）（プロトコルスタック）を有することが提案されている。
【００１８】
特別な実施の形態は、コンポーネントのサービス指向型システムが、仮想のシミュレーションベースの、エンジニアリング・プラットフォーム上で実行可能であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の主題は、更に、柔軟性のあるおよび再構成可能な生産環境における非集中型の、分散型のコンポーネントおよび／または装置のサービス指向型のアーキテクチャのライフサイクルを、統合されたシミュレーションベースのエンジニアリング・プラットフォームによって総体的に支持するための、特にそのためのモジュール式のエンジニアリング・ツールまたはシステムである。コンポーネント機能が、Ｗｅｂサービス・テクノロジーをベースにした、ネットワークにおける他のコンポーネントのためのサービスとして使用可能である。
【００２０】
この場合、「コンポーネント」は、自動化技術およびプロセス自動化技術のメカトロニクス要素を意味する。このメカトロニクス要素は、機械的な、感知的な構成要素からなり、制御機能実行手段からなり、通信の性能を有する。コンポーネントは、原則的に、自らの基本的な機能を自動的に実現することができる。通信および統合された制御によって、機能性を、複数の他の相互リンクされたコンポーネントのためのＷｅｂサービスとして発表することができる。「ライフサイクル」という表現は、任意の或るコンポーネントおよび生産設備の実行されることができるすべてのフェーズを意味する。このことは、例えば、開発、プログラム化、仕様、試運転、モニタ、実行時間診断、シミュレーション、再構成、再利用等々である。
【００２１】
このことによって、コンポーネントのアーキテクチャの、２Ｄ／３Ｄのシミュレート可能なデザインが可能である。発明的な特徴では、エンジニアリング環境は、複数の装置のサービス指向型システムの作成、仮想のネットワークにおけるサービス指向型システムの実施および実際の物理的に存在するコンポーネントとのサービス指向型システムの同期化を可能にし、例えば、スーパービジョンを可能にする。
【００２２】
本発明の複数の他の詳細、利点および特徴は、複数の請求項と、これらの請求項から読み取れる、単独および／または組合せで生じる複数の特徴とからのみならず、図面から見て取れる好ましい実施の形態の以下の記述からも明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】イーサネット（登録商標）によって実際のコンポーネントに接続されているインプリメントされたエンジニアリング環境および仮想のＳＯ通信プラットフォームを有するホストコンピュータを具備する自動化システムの、そのシステムアーキテクチャを示す。
【図２】エンジニアリング・プラットフォームの構造を示す。
【図３】図１に示す自動化システムにおける仮想のサービス指向型通信プラットフォームの構造を示す。
【図４】只１つの環境に統合されているか、または物理的に分離された環境（コンピュータ）による適用例「シミュレーションおよび分析」を示す。
【図５】只１つの環境に統合されているか、または物理的に分離された環境（コンピュータ）よる適用例「診断および実行時間」を示す。
【図６】只１つの環境に統合されているか、または物理的に分離された環境（コンピュータ）による適用例「試験およびスーパーバージョン」を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、サービス指向型アーキテクチャで構成されている自動化システムＡＳのシステムアーキテクチャを示す。自動化システムＡＳは、少なくとも１つのホストコンピュータＨＲと、柔軟性のあるおよび再構成可能な生産環境における分散型のコンポーネントおよび／または装置ＰＤ１．．．．ＰＤＮとを有する。ホストコンピュータならびに分散型のコンポーネントおよび／または装置は、イーサネット（登録商標）のような通信手段ＫＭによって、互いにかつホストコンピュータＨＲに接続されている。ホストコンピュータＨＲには、エンジニアリング環境ＥＵがインプリメントされている。このエンジニアリング環境は、統合された仮想のサービス指向型通信プラットフォームＫＰを提供する。更に、仮想のコンポーネントＶＤ１．．．．ＶＤＮがインプリメントされている。これらの仮想のコンポーネントは、仮想のサービス指向型通信プラットフォームＫＰを介して、情報および対話を交換する。
【００２５】
仮想のコンポーネントＶＤ１．．．．ＶＤＮは、実質的に、実際のコンポーネントＰＤ１．．．．ＰＤＮと同一の構成を有する。仮想のコンポーネントおよび実際のコンポーネントＶＤ，ＰＤの状態を、以下のモジュールからなるユニットとして見なす。
【００２６】
メカトロニクス・モジュールＭＭ：
コンポーネントＶＤ，ＰＤは、機械化された機械的および電子的な構成要素からなる。これらの構成要素の、仮想のおよび物理的な特性は、図形モデル、可動の部分の形態で、十分に仮想的にマッピングされる。設備の具体化（Granularitaet）から始まって、コンポーネントＶＤ，ＰＤは、例えば、センサまたはアクチュエータ、機械またはサブ設備であってもよい。
【００２７】
制御モジュールＳＭ：
コンポーネントＶＤ，ＰＤは、機能性を自立的に実現するために、必要な計算リソース（容量）を有し、異なった具体化を有することができる（例えば、センサまたはアクチュエータ→機械→機械＋インテリジェント制御＝物理的エージェント）。すなわち、エンジニアリング・ツールＥＵを、小型のメカトロニカル・コンポーネントＶＤ，ＰＤのためだけでなく、集約されたコンポーネントおよび／または複雑なメカトロニカル構造のためにも、用いることができる。アプリケーション・ロジックにとって重要でない実行、例えば、可動の機械部分は、別個のロジックによってマッピングしてもよい。これらの機械部分は、例えば、仮想のモデルにおける実際のコンポーネントの時間挙動または衝突挙動をシミュレートする。
【００２８】
通信モジュールＷＳ：
制御しつつ記述された装置機能性が、他のネットワーク・ノードのためのサービス・インターフェースによってのみ、いわゆるサービスＷＳとして使用可能にされる。インフラストラクチャとして、ＳＯＡＰをベースにしたＷｅｂサービス・テクノロジーが基礎にされる。従って、高次のコンテキストにおける装置機能の利用は、サービス・インターフェースによってなされねばならない。現在、サービスを用いて生産プロセスを、例えば、中心座標または結果重視の分散型の座標を用いてビジネスプロセスエンジンを定めるためのおよび／または連携するための種々の試みがある。これらのタイプの座標は、オーケストレーションまたはコレオグラフィから知られている。これらの試みは、制御および通信のためのインテリジェントなエージェントシステムの分野でも用いられることができる。
【００２９】
エンジニアリング・ツールＥＵの目的は、統合された仮想のサービス指向型通信プラットフォームＫＰを提供することである。サービス指向型通信プラットフォームは、コンポーネントＶＤ，ＰＤのモデル化（内包的な２Ｄ／３Ｄのモデル化、サービスモデル化、制御開発）のほかに、仮想の環境ＥＵ，ＫＰにおけるコンポーネントのシミュレーションおよび保守を可能にする。
【００３０】
エンジニアリング環境ＥＵは、コンポーネントおよびアグリゲートＶＤ，ＰＤの図形モデル化ならびに制御ロジックの開発を可能にするツールキットのための一般概念である。プログラム・コードは、オフラインで開発され、エミュレーションされ、複雑な形態で、最終プラットフォームにロードされかつ実行される。
【００３１】
シミュレーションをベースにしたエンジニアリング・プラットフォームＫＰの図２に示した構造は、シミュレーション機能を有するエンジニアリング環境ＥＵを拡大する。この構造は、純仮想のまたは不均質な生産環境におけるモデル化されたシステムのシミュレーションを、実際のハードウェアで可能にする。
【００３２】
装置のおよびコンポーネントの機能は、サービスＷＳとしてカプセル化されている。それ故に、他の抽象層および／またはインフラストラクチャが、図３に示したセッションまたはプレゼンテーション層ＳＰＬの、輸送またはネットワーク層ＴＮＬのおよびデータリンクまたは物理層ＤＰＬの形態で、必要である。抽象層および／またはインフラストラクチャは、サービス指向型通信プラットフォームＫＰとも呼ばれるＷｅｂサービスをベースにした情報および対話の交換を可能にする。仮想のサービス指向型通信プラットフォームＫＰは、物理的ネットワークがサービスのシステムを実現するために不要であるが、実際のプラットフォームの全機能が存在することを特徴とする。サービス・インスタンスは、明確なサービス・エンドポイントとして、仮想のネットワークにおいて、トランスポート・アドレスによってアドレス指定可能であり、自立的に、すなわち、他のサービスの共存による影響を受けずに作動する。更に、仮想のサービス・インスタンスＳＩは、仮想のネットの外でも表示可能であり、アドレス指定可能である。
【００３３】
仮想のサービス指向型通信プラットフォームＫＰが、ホスト・オペレーティング・システムの標準的なネットワーク機能およびプロセス機能によって実現することが可能であることは、例えばサービスベースのコンポーネントＶＤ１，ＶＤ２が、図３に示すように、同一のホストコンピュータによって、別個のプロセス（スレッド）で開始され、固有のエンドポイント・アドレスによって使用可能であるときである。複数のサービスの間の通信は、ホスト内部の複数のサービスの間であれ、任意の或るコンポーネントのホスト内部のサービスとホスト外部のサービスとの間であれ、トランスペアレントに生じる。
【００３４】
ツール（エンジニアリング環境）ＥＵに統合された、仮想の通信プラットフォームＫＰの提供によって達成されるのは、仮想のコンポーネントＶＤ１．．．ＶＤＮが、実際のコンポーネントＰＤ１．．．ＰＤＮとまさしく同じの機構と伝達することができることである。
【００３５】
任意の或るサービスが、実際の環境あるいは仮想の環境にあるかの相違が最小であるのは、２つの環境が、同一のインターフェースを有しかつ各々の実行時間環境のための最適化を含む通信プラットフォーム（プロトコルスタック）を提供するときである。同じサービス・コンポーネントが、変わらずに、実際のコンポーネントの中であるいは仮想の環境のコンテナの中でランしかつ伝達することができることが理想的である。
【００３６】
エンジニアリング環境ＥＵは、上記の特性、メカトロニクス、制御、通信を有する実際のコンポーネントＰＤ１．．．ＰＤＮおよび仮想のコンポーネントＶＤ１．．．ＶＤＮをマッピングしかつ開発する性能を供する。
【００３７】
コンポーネントＶＤ，ＰＤの再使用の観点は、システムのサービス指向型またはコンポーネントベースの開発の際に、非常に重要である。適用例は、再使用可能なコンポーネント・ライブラリの作成および／または拡張である。コンポーネントＶＤ，ＰＤは、他のコンポーネントまたはサービスからなる構成あるいは制御ロジックおよびメカトロニクスからなるアトミックなコンポーネントであってもよい。このようなアトミックなコンポーネントのために、エンジニアリング環境ＥＵは、ジオメトリ（３Ｄモデル）の物理的挙動（運動学）の、サービス機能の、サービス・インターフェースの開発およびアクチュエータおよび／またはセンサの取付を可能にする。サービス・ロジックの開発およびＩＯへの取付のためには、サービス・ロジックが、実際の環境および仮想の環境で機能せねばならないことが、大切である。すなわち、ＩＯの駆動および物理的挙動のエミュレーションのために必要なロジックは、サービス・インプリメンテーションから厳密に分離され、実際のおよび仮想のサービスのためのインターフェースによって取り付けられねばならない。
【００３８】
更に、エンジニアリング環境ＥＵは、仮想の通信プラットフォームＫＰを、ホスト・イサーネットインターフェースＮＩによって生産システムネットワークに接続する性能を有する。それ故に、エンジニアリング・システムと実際のコンポーネントＰＤ１．．．ＰＤＮとの間、および仮想のコンポーネントと実際のコンポーネントとの間のトランスパレントなデータ交換が可能である。
【００３９】
図４は、仮想のコンポーネントＶＤ１．．．ＶＤＮのシミュレーションおよび分析の構造を示す。この場合、仮想のコンポーネントＶＤｘおよびこれらのコンポーネントの実際の相互作用を、仮想の環境ＥＵにおける外界から完全に分離して、試験することができる。アプリケーションのシーケンスおよびコンポーネントの状況が、エンジニアリング・ツールの中で視覚化されかつ分析される。仮想のコンポーネントＶＤ１．．．ＶＤ２は、物理的に分離されたコンピュータによっても、実行されることができる。
【００４０】
図５は、実行時間における診断の構造を示す。エンジニアリング環境ＥＵでは、現実のモデルとして、１対１であるいは部分的に、部分集合に限定された状態で、マッピングされている。このことは、各々の実際のコンポーネントＰＤ１．．．ＰＤＮのために、実際のコンポーネントの相手方が、仮想のコンポーネントＶＤ１．．．ＶＤＮのとして存在しなければならず、実際のコンポーネントのために、診断情報が示されることが意図されることを意味する。アプリケーションは、今や、実際のコンポーネントにおいて実行される。これらの実際のコンポーネントは、診断用サービス・インターフェースによって、状況情報および／またはコマンドを、エンジニアリング環境ＥＵに送る。そこでは、動き、警報、メッセージに関する情報が修正されて、適切なモデルに示される。
【００４１】
図６は、テストおよびスーパービジョンの構造を示す。この場合、制御情報（Steuerung）は、仮想のコンポーネントＶＤ１．．．ＶＤＮによって読み取られる。しかし、前の例との相違は、今や、サービス・リクエストを仮想のコンポーネントＶＤ２（のみ）に送るのではなくて、サービス操作を実行する対応の実際のコンポーネントＰＤ２にも送り、診断用インターフェースによって、対応の仮想のコンポーネントＶＤ２を同期化することにある。
【図１】
2010517155.tif 000003
【図２】
2010517155.tif 000004
【図３】
2010517155.tif 000005
【図４】
2010517155.tif 000006
【図５】
2010517155.tif 000007
【図６】
2010517155.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月2日(2009.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】        インプリメントされたエンジニアリング・システムを有する自動化システムおよびエンジニアリング・システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載の自動化システム、および請求項８の前提部分に記載のエンジニアリング・システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
明細書の最初の部分に記載のタイプの自動化システムおよびエンジニアリング・システムは、例えば特許文献１に記載されているが、但し、この特許文献は、エージェントベースのシミュレーション・制御システムに関する。
非特許文献１は、同様に、エージェントベースの自動化システムに関する。そこには、エージェントベースのテクノロジーを、ウェブをベースにするテクノロジーに統合する考えが、記載されている。Ｗｅｂサービスをベースにした通信を実現することが意図される。
特許文献２は、工業的な制御環境にオープンインターフェースおよび分配型の処理装置を提供するためのシステムおよび方法に関する。ここでは、仮想のおよび遠隔のコンポーネント対話が、相互リンクされた工業的な制御環境の中で提供される。Ｗｅｂサービスをベースにした複数のコンポーネントの間の通信が、記載されるが、サービス指向型システムに関連していない。
過去から現在まで、中央のおよび／または階層的な制御が、むしろモノリシックなプログラミング技術をもって支配的である。すなわち、完全な制御ロジックが、少数の、計算能力の高い蓄積プログラム制御(ＳＰＳ)装置で実行されるのである。蓄積プログラム制装置は、大方はフィールドバスを介して、プロセスデータを、センサおよびアクチュエータと周期的に交換する。
【０００３】
今日では、種々の傾向が観察される。
【０００４】
→増大する計算能力およびイサーネット（登録商標）は、最小の装置でも、益々使用可能となる。
【０００５】
→例えばＷｅｂサービス・テクノロジをベースにした、サービス指向型アーキテクチャ（ＳＯＡ）は、自動化世界に初めて用いられ、既に、通信プラットフォームおよび／または制御プラットフォームとして用いられる。
【０００６】
→今日では、生産設備のライフサイクルが、益々総体的に考えられ、プランニングの際に考慮される。
【０００７】
→サービスの開発のために、サービスコンポーネントの結合のためにおよびアプリケーションおよびプロセスの流れのモデル化および開発のために、既にツールが存在する。
【０００８】
→シミュレーション・ツールおよび／またはエミュレーション・ツールは、制御ロジック・ユニットのために使用可能であるが、分散型のアプリケーション・ロジックのためには使用不可能である。
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】    EP-A-1 659 468
【特許文献２】    US-B-7,151,966
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】  Chen et al: ："Application of Agent-based Systems in Intelligent Manufacturing", an Update Review, Advanced Engineering Informatics, Elsevire, Band 20, Nｏ.4. October 2006
【発明の概要】
【００１１】
このことを前提として、明細書の最初の部分に記載のタイプのシステムを、複数の装置のサービス指向型システムの作成が、仮想のネットワークにおけるサービス指向型システムの実施、および、実際の、物理的に存在するコンポーネントとの、サービス指向型システムの同期化、を可能にするように、改善する、という課題が、本発明の基礎になっている。
【００１２】
上記課題は、本発明により、特に、請求項１の特徴部分によって解決される。
【００１３】
メカトロニクス・モジュール、制御モジュールおよび通信モジュールからなる実際のコンポーネントのみならず、仮想のコンポーネントもまた、記述される。メカトロニクス・モジュールは、機械化されたおよび電子的な構成要素の、仮想のおよび物理的な特性をマッピングし、制御モジュールは、コンポーネントが制御ロジックをマッピングし、通信モジュールは、Ｗｅｂサービスの形態で実現されている。更に、実際のおよび仮想のコンポーネントが、同一の通信プラットフォーム（ＫＰ）（プロトコルスタック）を有することが提案されている。
ホストコンピュータにインプリメントされている仮想のコンポーネントが、サービス・インスタンスとして、仮想のネットでアドレス指定可能でありかつ自立的であることは好ましい。
【００１４】
好ましい実施の形態は、仮想のサービス・インスタンスが、仮想のネットの外で表示可能でありかつアドレス指定可能であり、このことが、物理的なエンドポイント・アドレスの割振りによって実現可能であることを特徴とする。
【００１５】
他の好ましい実施の形態は、仮想のサービス指向型通信プラットフォームが、ホストコンピュータの駆動システムの標準的なネットワーク機能およびプロセス機能によって実現されることを特徴とする。
【００１６】
サービスベースのコンポーネントが、同一のホストコンピュータによって、別個のプロセスおよび／またはスレッドにインプリメントされており、固有のエンドポイント・アドレスを有することは好ましい。
【００１７】
ホスト内部にある複数のサービスの間の、および任意の或るコンポーネントの、ホスト内部にある複数のサービスとホスト外部にあるサービスとの間の通信が、トランスペアレントに実行可能であることは好ましい。
【００１８】
特別な実施の形態は、コンポーネントのサービス指向型システムが、シミュレーションベースのエンジニアリング・プラットフォーム上で実行可能であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の主題は、更に、柔軟性のあるおよび再構成可能な生産環境における非集中型の、分散型のコンポーネントおよび／または装置のサービス指向型のアーキテクチャのライフサイクルを、請求項８の前提部分に記載の、統合された、シミュレーションベースのエンジニアリング・プラットフォームによって、総体的に支持するための、特にそのためのモジュール式のエンジニアリング・システムである。問題は、請求項８の特徴部分の特徴によって解決される。コンポーネント機能が、Ｗｅｂサービス・テクノロジをベースにした、ネットワークにおける他のコンポーネントのためのサービスとして、使用可能である。
【００２０】
この場合、「コンポーネント」は、自動化技術およびプロセス自動化技術のメカトロニクス要素を意味する。このメカトロニクス要素は、機械的な、感知的な構成要素からなり、制御機能実行手段からなり、通信の性能を有する。コンポーネントは、原則的に、自らの基本的な機能を自動的に実現することができる。通信および統合された制御によって、機能性を、複数の他の相互リンクされたコンポーネントのためのＷｅｂサービスとして発表することができる。「ライフサイクル」という表現は、任意の或るコンポーネントのおよび生産設備の、実行されることができるすべてのフェーズを意味する。このことは、例えば、開発、プログラム化、仕様、試運転、モニタ、実行時間診断、シミュレーション、再構成、再利用等々である。
【００２１】
このことによって、コンポーネントのアーキテクチャの、２Ｄ／３Ｄのシミュレート可能なデザインが可能である。発明的な特徴では、エンジニアリング環境は、複数の装置のサービス指向型システムの作成、仮想のネットワークにおけるサービス指向型システムの実施、および、実際の、物理的に存在するコンポーネントとの、サービス指向型システムの同期化、を可能にし、例えば、スーパービジョンを可能にする。
【００２２】
本発明の複数の他の詳細、利点および特徴は、複数の請求項と、これらの請求項から読み取れる、単独および／または組合せで生じる複数の特徴とからのみならず、図面から見て取れる好ましい実施の形態の以下の記述からも明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】イーサネットによって実際のコンポーネントに接続されているインプリメントされたエンジニアリング環境および仮想のＳＯ通信プラットフォームを有するホストコンピュータを具備する自動化システムの、そのシステムアーキテクチャを示す。
【図２】エンジニアリング・プラットフォームの構造を示す。
【図３】図１に示す自動化システムにおける仮想のサービス指向型通信プラットフォームの構造を示す。
【図４】只１つの環境に統合されているか、または物理的に分離された環境（コンピュータ）による適用例「シミュレーションおよび分析」を示す。
【図５】只１つの環境に統合されているか、または物理的に分離された環境（コンピュータ）よる適用例「診断および実行時間」を示す。
【図６】只１つの環境に統合されているか、または物理的に分離された環境（コンピュータ）による適用例「試験およびスーパーバージョン」を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、サービス指向型アーキテクチャで構成されている自動化システムＡＳのシステムアーキテクチャを示す。自動化システムＡＳは、少なくとも１つのホストコンピュータＨＲと、柔軟性のあるおよび再構成可能な生産環境における分散型のコンポーネントおよび／または装置ＰＤ１．．．．ＰＤＮとを有する。ホストコンピュータならびに分散型のコンポーネントおよび／または装置は、イーサネットのような通信手段ＫＭによって、互いにかつホストコンピュータＨＲに接続されている。ホストコンピュータＨＲには、エンジニアリング環境ＥＵがインプリメントされている。このエンジニアリング環境は、統合された、仮想の、サービス指向型通信プラットフォームＫＰを提供する。更に、仮想のコンポーネントＶＤ１．．．．ＶＤＮがインプリメントされている。これらの仮想のコンポーネントは、仮想のサービス指向型通信プラットフォームＫＰを介して、情報および対話を交換する。
【００２５】
仮想のコンポーネントＶＤ１．．．．ＶＤＮは、実質的に、実際のコンポーネントＰＤ１．．．．ＰＤＮと同一の構成を有する。仮想のコンポーネントおよび実際のコンポーネントＶＤ，ＰＤの状態を、以下のモジュールからなるユニットとして見なす。
【００２６】
マカトロニクス・モジュールＭＭ：
コンポーネントＶＤ，ＰＤは、機械化された、機械的なおよび電子的な構成要素からなる。これらの構成要素の、仮想のおよび物理的な特性は、図形モデル、可動の部分の形態で、十分に仮想的にマッピングされる。設備の具体化（Granularitaet）から始まって、コンポーネントＶＤ，ＰＤは、例えば、センサまたはアクチュエータ、機械またはサブ設備であってもよい。
【００２７】
制御モジュールＳＭ：
コンポーネントＶＤ，ＰＤは、機能性を自立的に実現するために、必要な計算リソース（容量）を有し、異なった具体化を有することができる（例えば、センサまたはアクチュエータ→機械→機械＋インテリジェント制御＝物理的エージェント）。すなわち、エンジニアリング・ツールＥＵを、小型のメカトロニカル・コンポーネントＶＤ，ＰＤのためだけでなく、集約されたコンポーネントおよび／または複雑なメカトロニカル構造のためにも、用いることができる。アプリケーション・ロジックにとって重要でない実行、例えば、可動の機械部分は、別個のロジックによってマッピングしてもよい。これらの機械部分は、例えば、仮想のモデルにおける実際のコンポーネントの時間挙動または衝突挙動をシミュレートする。
【００２８】
通信モジュールＷＳ：
制御しつつ記述された装置機能性が、他のネットワーク・ノードのためのサービス・インターフェースによってのみ、いわゆるサービスＷＳとして使用可能にされる。インフラストラクチャとして、ＳＯＡＰをベースにしたＷｅｂサービス・テクノロジーが基礎にされる。従って、高次のコンテキストにおける装置機能の利用は、サービス・インターフェースによってなされねばならない。現在、サービスを用いて生産プロセスを、例えば、中心座標または結果重視の分散型の座標を用いてビジネスプロセスエンジンを定めるためのおよび／または連携するための種々の試みがある。これらのタイプの座標は、オーケストレーションまたはコレオグラフィから知られている。これらの試みは、制御および通信のためのインテリジェントなエージェントシステムの分野でも用いられることができる。
【００２９】
エンジニアリング・ツールＥＵの目的は、統合された、仮想の、サービス指向型通信プラットフォームＫＰを提供することである。サービス指向型通信プラットフォームは、コンポーネントＶＤ，ＰＤのモデル化（内包的な２Ｄ／３Ｄのモデル化、サービスモデル化、制御開発）のほかに、仮想の環境ＥＵ，ＫＰにおけるコンポーネントのシミュレーションおよび保守を可能にする。
【００３０】
エンジニアリング環境ＥＵは、コンポーネントおよびアグリゲートＶＤ，ＰＤの図形モデル化ならびに制御ロジックの開発を可能にするツールキットのための一般概念である。プログラム・コードは、オフラインで開発され、エミュレーションされ、複雑な形態で、最終プラットフォームにロードされ、かつ実行される。
【００３１】
シミュレーションをベースにしたエンジニアリング・プラットフォームＫＰの、図２に示した構造は、シミュレーション機能を有するエンジニアリング環境ＥＵを拡大する。この構造は、純仮想のまたは不均質な生産環境におけるモデル化されたシステムのシミュレーションを、実際のハードウェアで可能にする。
【００３２】
装置のおよびコンポーネントの機能は、サービスＷＳとしてカプセル化されている。それ故に、他の抽象層および／またはインフラストラクチャが、図３に示したセッションまたはプレゼンテーション層ＳＰＬの、輸送またはネットワーク層ＴＮＬのおよびデータリンクまたは物理層ＤＰＬの形態で、必要である。抽象層および／またはインフラストラクチャは、サービス指向型通信プラットフォームＫＰとも呼ばれるＷｅｂサービスをベースにした情報および対話の交換を可能にする。仮想のサービス指向型通信プラットフォームＫＰは、物理的ネットワークが、サービスのシステムを実現するために不要であるが、実際のプラットフォームの全機能が存在することを特徴とする。サービス・インスタンスは、明確なサービス・エンドポイントとして、仮想のネットワークにおいて、トランスポート・アドレスによってアドレス指定可能であり、自立的に、すなわち、他のサービスの共存による影響を受けずに作動する。更に、仮想のサービス・インスタンスＳＩは、仮想のネットの外でも表示可能であり、アドレス指定可能である。
【００３３】
仮想のサービス指向型通信プラットフォームＫＰが、ホスト・オペレーティング・システムの、標準的な、ネットワーク機能およびプロセス機能によって実現することが可能であるのは、例えばサービスベースのコンポーネントＶＤ１，ＶＤ２が、図３に示すように、同一のホストコンピュータによって、別個のプロセス（スレッド）で開始され、固有のエンドポイント・アドレスによって使用可能であるときである。複数のサービスの間の通信は、ホスト内部の複数のサービスの間であれ、任意の或るコンポーネントのホスト内部のサービスとホスト外部のサービスとの間であれ、トランスペアレントに生じる。
【００３４】
ツール（エンジニアリング環境）ＥＵに統合された、仮想の通信プラットフォームＫＰの提供によって達成されるのは、仮想のコンポーネントＶＤ１．．．ＶＤＮが、実際のコンポーネントＰＤ１．．．ＰＤＮとまさしく同じの機構と伝達することができることである。
【００３５】
任意の或るサービスが、実際の環境あるいは仮想の環境にあるかの相違が最小であるのは、２つの環境が、同一のインターフェースを有しかつ各々の実行時間環境のための最適化を含む通信プラットフォーム（プロトコルスタック）を提供するときである。同じサービス・コンポーネントが、変わらずに、実際のコンポーネントの中であるいは仮想の環境のコンテナの中でランしかつ伝達することができることが理想的である。
【００３６】
エンジニアリング環境ＥＵは、上記の特性、メカトロニクス、制御、通信を有する実際のコンポーネントＰＤ１．．．ＰＤＮおよび仮想のコンポーネントＶＤ１．．．ＶＤＮをマッピングしかつ開発する性能を供する。
【００３７】
コンポーネントＶＤ，ＰＤの再使用の観点は、システムのサービス指向型のまたはコンポーネントベースの開発の際に、非常に重要である。適用例は、再使用可能なコンポーネント・ライブラリの作成および／または拡張である。コンポーネントＶＤ，ＰＤは、他のコンポーネントまたはサービスからなる構成、あるいは制御ロジックおよびメカトロニクスからなるアトミックなコンポーネントであってもよい。このようなアトミックなコンポーネントのために、エンジニアリング環境ＥＵは、ジオメトリ（３Ｄモデル）の物理的挙動（運動学）の、サービス機能の、サービス・インターフェースの開発およびアクチュエータおよび／またはセンサの取付を可能にする。サービス・ロジックの開発およびＩＯへの取付のためには、サービス・ロジックが、実際の環境および仮想の環境で機能せねばならないことが、大切である。すなわち、ＩＯの駆動および物理的挙動のエミュレーションのために必要なロジックは、サービス・インプリメンテーションから厳密に分離され、実際のおよび仮想のサービスのためのインターフェースによって取り付けられねばならない。
【００３８】
更に、エンジニアリング環境ＥＵは、仮想の通信プラットフォームＫＰを、ホスト・イサーネットインターフェースＮＩによって生産システムネットワークに接続する性能を有する。それ故に、エンジニアリング・システムと実際のコンポーネントＰＤ１．．．ＰＤＮとの間、および仮想のコンポーネントと実際のコンポーネントとの間のトランスパレントなデータ交換が可能である。
【００３９】
図４は、仮想のコンポーネントＶＤ１．．．ＶＤＮのシミュレーションおよび分析の構造を示す。この場合、仮想のコンポーネントＶＤｘおよびこれらのコンポーネントの実際の相互作用を、仮想の環境ＥＵにおける外界から完全に分離して、試験することができる。アプリケーションのシーケンスおよびコンポーネントの状況が、エンジニアリング・ツールの中で視覚化されかつ分析される。仮想のコンポーネントＶＤ１．．．ＶＤ２は、物理的に分離されたコンピュータによっても、実行されることができる。
【００４０】
図５は、実行時間における診断の構造を示す。エンジニアリング環境ＥＵでは、現実が、モデルとして、１対１であるいは部分的に、部分集合に限定された状態で、マッピングされている。このことは、各々の実際のコンポーネントＰＤ１．．．ＰＤＮのために、実際のコンポーネントの相手方が、仮想のコンポーネントＶＤ１．．．ＶＤＮのとして存在しなければならず、実際のコンポーネントのために、診断情報が示されることが意図されることを意味する。アプリケーションは、今や、実際のコンポーネントにおいて実行される。これらの実際のコンポーネントは、診断用サービス・インターフェースによって、状況情報および／またはコマンドを、エンジニアリング環境ＥＵに送る。そこでは、動き、警報、メッセージに関する情報が修正されて、適切に、モデルに示される。
【００４１】
図６は、テストおよびスーパービジョンの構造を示す。この場合、制御情報（Steuerung）は、仮想のコンポーネントＶＤ１．．．ＶＤＮによって読み取られる。しかし、前の例との相違は、今や、サービス・リクエストを仮想のコンポーネントＶＤ２（のみ）に送るのではなくて、サービス操作を実行する対応の実際のコンポーネントＰＤ２にも送り、診断用インターフェースによって、対応の仮想のコンポーネントＶＤ２を同期化することにある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性のあるかつ再構成可能な生産環境における非集中型の、分散型のコンポーネントおよび／または装置（ＰＤ１．．．ＰＤＮ）を有する自動化システム（ＡＳ）であって、イーサネットのようなネットワーク（ＫＭ）によって前記非集中型の、分散型のコンポーネントおよび／または装置（ＰＤ１．．．ＰＤＮ）に接続されている少なくとも１つのホストコンピュータ（ＨＲ）を具備し、この少なくとも１つのホストコンピュータ（ＨＲ）には、シミュレーションベースのエンジニアリング環境（ＥＵ）が、インプリメントされており、
実際のコンポーネント（ＰＤ１．．．ＰＤＮ）のみならず、実際のコンポーネントの仮想のモデル（ＶＤ１．．．ＶＤＮ）もまた、メカトロニクス・モジュール（ＭＭ）、制御モジュール（ＳＭ）および通信モジュール（ＷＳ）からなること、前記メカトロニクス・モジュール（ＭＭ）は、機械化されたおよび電子的な構成要素の、仮想のおよび物理的な特性をマッピングすること、前記制御モジュール(ＳＭ)は、前記コンポーネントの制御ロジックをマッピングすること、前記通信モジュール(ＷＳ)は、Ｗｅｂサービスの形態で実現されていること、前記コンポーネントの前記仮想のモデル（ＶＤ１．．．ＶＤＮ）および前記実際のコンポーネント（ＰＤ１．．．ＰＤＮ）は、サービス指向型に形成されており、前記コンポーネントの前記仮想のモデル（ＶＤ１．．．ＶＤＮ）のおよび前記実際のコンポーネント（ＰＤ１．．．ＰＤＮ）のコンポーネント機能が、Ｗｅｂサービス・テクノロジをベースにした、前記自動化システムの他の仮想のおよび／または実際のコンポーネントのためのサービス（ＷＳ）として使用可能であること、前記通信プラットフォーム（ＫＰ）は、サービス指向型に形成されており、この通信プラットフォームによって、前記Ｗｅｂサービス・テクノロジをベースにしたサービスは、複数のコンポーネントの、インプリメントされた仮想のモデル（ＶＤ１．．．ＶＤＮ）および／または前記実際のコンポーネント（ＰＤ１．．．ＰＤＮ）の間で交換可能であり、前記コンポーネントの前記仮想のモデルおよび前記実際のコンポーネントは、プロトコルスタックの形態の同一の通信プラットフォーム（ＫＰ）を有すること、および、前記サービス指向型通信プラットフォームは、インターフェースを介して、前記自動化システムのネットワークに結合されていることを特徴とする自動化システム。
【請求項２】
前記ホストコンピュータ（ＨＲ）にインプリメントされている前記仮想のコンポーネントのモデル（ＶＤ１．．．ＶＤＮ）は、サービス・インスタンス（ＳＩ）として、仮想のネットでアドレス指定可能でありかつ自立的であることを特徴とする請求項１に記載の自動化システム。
【請求項３】
前記仮想のサービス・インスタンス（ＳＩ）は、前記仮想のネットの外で表示可能であり、特に、物理的なエンドポイント・アドレスの割振りによって、アドレス指定可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の自動化システム。
【請求項４】
前記仮想のサービス指向型通信プラットフォーム（ＫＰ）は、前記ホストコンピュータ（ＨＲ）の駆動システムの標準的なネットワーク機能およびプロセス機能によって実現可能であることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の自動化システム。
【請求項５】
前記コンポーネント（ＶＤ１，ＶＤ２）は、同一のホストコンピュータ（ＨＲ）によって、別個のプロセスおよび／またはスレッドにインプリメントされており、固有のエンドポイント・アドレスを有することを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の自動化システム。
【請求項６】
ホスト内部にある複数のサービス（ＶＷＳ）の間の、および任意の或るコンポーネントのホスト内部にあるサービス（ＶＷＳ）とホスト外部にあるサービス（ＷＳ）との間の通信が、トランスペアレントにネットワークに表示可能かつアドレス指定可能に実行可能であることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の自動化システム。
【請求項７】
コンポーネントからなるサービス指向型システムが、仮想の、シミュレーションベースの、エンジニアリング・プラットフォーム（ＥＵ）上で実行可能であることを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の自動化システム。
【請求項８】
柔軟性のあるおよび再構成可能な生産環境における非集中型の、分散型のコンポーネントおよび／または装置（ＰＤ）のライフサイクルを、ホストコンピュータに統合された、シミュレーションベースのエンジニアリングによって総体的に支持するためのエンジニアリング・システム（ＥＮ）において、
前記実際のコンポーネント（ＰＤ１．．．ＰＤＮ）のみならず、これらの実際の仮想のコンポーネントの仮想のモデル（ＶＤ１．．．ＶＤＮ）もまた、メカトロニクス・モジュール（ＭＭ）、制御モジュール（ＳＭ）および通信モジュール（ＷＳ）からなること、前記メカトロニクス・モジュール（ＭＭ）は、機械化されたおよび電子的な構成要素の、仮想のおよび物理的な特性をマッピングすること、前記制御モジュール(ＳＭ)は、前記コンポーネントの制御ロジックをマッピングすること、前記通信モジュール(ＷＳ)は、Ｗｅｂサービスの形態で実現されていること、前記コンポーネントの前記仮想のモデル（ＶＤ１．．．ＶＤＮ）および前記実際のコンポーネント（ＰＤ１．．．ＰＤＮ）は、サービス指向型に形成されており、前記コンポーネントの前記仮想のモデル（ＶＤ１．．．ＶＤＮ）のおよび前記実際のコンポーネント（ＰＤ１．．．ＰＤＮ）のコンポーネント機能が、Ｗｅｂサービス・テクノロジをベースにした、前記自動化システムの他の仮想のおよび／または実際のコンポーネントのためのサービス（ＷＳ）として使用可能であること、前記通信プラットフォーム（ＫＰ）は、サービス指向型に形成されており、この通信プラットフォームによって、前記Ｗｅｂサービス・テクノロジをベースにしたサービスは、複数のコンポーネントの、インプリメントされた仮想のモデル（ＶＤ１．．．ＶＤＮ）および／または前記実際のコンポーネント（ＰＤ１．．．ＰＤＮ）の間で交換可能であり、前記コンポーネントの前記仮想のモデルおよび前記実際のコンポーネントは、プロトコルスタックの形態の同一の通信プラットフォーム（ＫＰ）を有すること、および、前記サービス指向型通信プラットフォームは、インターフェースを介して、前記自動化システムのネットワークに結合されていることを特徴とするエンジニアリング・システム。
【国際調査報告】
2010517155.tif 000009
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