利用人工智能计算单元控制技术系统的制作方法

本发明涉及一种计算机实施的用于控制技术系统的方法、一种用于控制技术系统的设备和一种包括人工智能(ai)计算单元的控制系统。

背景技术：

1、为了加速特定的计算、如例如用人工神经网络进行深度学习推理(deep learninginferenz)，可以使用专门的片上系统(system-on-a-chip)解决方案、即所谓的ai加速器，这些ai加速器也可以被称为人工智能(ai)计算单元或者神经网络处理器(neuralprocessor)或神经网络处理单元(简称npu(neural processing unit))。

2、由于越来越多地也在工业自动化中采用这种基于ai的算法，所以这种特定的ai计算单元也可以被集成到用于控制工业设施或者机器的工业控制装置中。

3、ep 3 657 277 a1描述了一种用于工业系统的自动化设备的扩展单元，其中该扩展单元配置为，基于人工智能来执行数据评估。

4、然而，与ai加速器的典型应用领域相反，工业自动化中的算法通常必须遵守硬性的实时要求、如例如可编程逻辑控制器(英语：programmable logic control，plc)的最大周期时间，这典型地不是由这种特定的人工智能计算单元来设置，使得仅仅并入到对实时要求不严格的控制流程中是可能的。

技术实现思路

1、因而，本发明的任务是，能够实现将人工智能计算单元/ai加速器并入到对实时要求严格的控制流程中。

2、该任务通过在独立权利要求中所描述的措施来解决。在从属权利要求中，表示了本发明的有利的改进方案。根据第一方面，本发明涉及一种计算机实施的用于控制技术系统的方法，该方法具有方法步骤：

3、-读入控制单元的硬件配置参数和控制单元的实时要求的值，

4、-读入人工智能计算单元的硬件配置参数，

5、-读入用于控制技术系统的控制应用，其中所述控制应用设立为，根据人工智能来为控制单元生成输入值，

6、-在考虑控制单元的硬件配置参数和人工智能计算单元的硬件配置参数的情况下，确定控制应用的用于在人工智能计算单元上执行该控制应用的处理时间；

7、-依据控制单元的实时要求的值来检查所确定的处理时间，并输出检查结果，

8、以及

9、-根据检查结果来输出控制应用，以控制技术系统。

10、该方法尤其是可以至少部分computer/计算机辅助的或计算机实施的。在本发明的上下文中，“computer/计算机辅助的”可以理解为例如实施如下方法：在该方法中，尤其是处理器执行该方法的至少一个方法步骤。在本发明的上下文中，处理器可以理解为例如机器或者电子电路。处理器尤其是可以是中央处理单元(英语：central processing unit，cpu)、微处理器或者微控制器、例如(可能与用于存储程序指令的存储单元相组合的)专用集成电路或者数字信号处理器，等等。处理器例如也可以是ic(集成电路，英语：integratedcircuit)、尤其是fpga(英语：field programmable gate array(现场可编程门阵列))或者asic(专用集成电路，英语：application-specific integrated circuit)，或者可以是dsp(数字信号处理器，英语：digital signal processor)或者图形处理单元gpu(graphicprocessing unit)。处理器也可以理解为虚拟化的处理器、虚拟机或者软cpu。例如也可以涉及可编程处理器，该可编程处理器被配备有用于执行所提到的根据本发明的方法的配置步骤，或者利用配置步骤配置为使得：该可编程处理器实现本发明的方法、部件、模块或者其他方面和/或子方面的根据本发明的特征。

11、只要在随后的描述中没有另外说明，术语“执行”、“计算”、“以计算机辅助的方式”、“运算(rechnen)”、“查明”、“生成”、“配置”、“重建”等等优选地就涉及如下行动和/或过程和/或处理步骤：所述行动和/或过程和/或处理步骤改变数据和/或产生数据和/或将数据转化成其他数据，其中所述数据尤其是可以表示为物理变量或者可以作为物理变量存在，例如表示为电脉冲或者作为电脉冲存在。尤其是，要尽可能宽泛地解释表达“计算机”，以便覆盖尤其是所有具有数据处理特性的电子设备。计算机因此可以例如是个人计算机(personal computer)、服务器、可编程逻辑控制器(plc)、手持式计算机系统(handheld-computer-systeme)、掌上电脑(pocket-pc)设备、移动无线电设备和可以以计算机辅助的方式处理数据的其他通信设备、处理器和用于进行数据处理的其他电子设备。

12、在本发明的上下文中，(尤其是与数据和/或信息有关地)“提供可以理解为例如以计算机辅助的方式进行提供。例如，经由接口，如例如经由网络接口、通信接口或者至存储单元的接口，进行提供。经由这种接口，例如在提供时可以传送和/或发送和/或检索和/或接收相对应的数据和/或信息。

13、在本发明的上下文中，“控制单元的硬件配置参数”可以理解为例如plc类型、如例如底板总线的类型和参数、数目和组件类型等。

14、在本发明的上下文中，“实时要求”可以理解为针对控制单元的过程的如下时期或者时间点：在该时期中或者在该时间点，要进行该过程。因此，“实时要求的值”可以是这种在时间单位内的条件。

15、在本发明的上下文中，“控制应用”尤其是可以理解为适合于控制技术系统的软件应用/applikation、也就是说例如为技术系统的控制单元提供至少一个输入值的软件应用/applikation。该控制应用设立为，根据人工智能来为控制单元生成输入值。换言之，在这种情况下，可以涉及基于ai的控制应用。例如，人工智能实现为人工神经网络，使得在读入控制应用时，尤其是分别读入人工神经网络的一定数目和类型的输入节点和输出节点。

16、在本发明的上下文中，“人工智能计算单元”尤其是可以理解为ai加速器或者神经网络处理单元。这种计算单元优选地是特别适合于根据人工智能进行计算的计算单元，也就是说是特定的ai计算单元或适合于执行基于ai的应用的计算单元。换言之，该计算单元可以尤其是分配给ai计算、如例如借助人工神经网络的计算。

17、在本发明的上下文中，“人工智能计算单元的硬件配置”尤其是可以理解为关于计算单元/npu组件的硬件组件的信息、如例如处理器时钟、存储器时钟和/或总线带宽。

18、尤其是，“处理时间”也可以理解为关于在ai计算单元上执行控制应用的处理持续时间、总计算时间、总执行持续时间或者执行时间。

19、利用本发明可检查，控制应用是否满足控制单元的实时要求。在此，尤其是检查，在人工智能计算单元上执行基于ai的控制应用时是否遵守实时要求。因此，本发明的优点是，对于在人工智能计算单元/ai加速器上执行的控制应用，可以确定所述控制应用是否可以被用于或适合于控制对实时要求严格的系统。这尤其是特别针对相对应的硬件来检查。

20、在一个实施形式中，处理时间可以包括：

21、-用于在控制单元与人工智能计算单元之间进行数据传输的传输时间，

22、和/或

23、-在人工智能计算单元上执行应用的执行时间。

24、在一个实施形式中，借助对在人工智能计算单元上执行控制应用进行计算机辅助的仿真，可以确定执行时间。

25、为此，例如可以使用cpu仿真。此外，在此还可以考虑缓存行为。

26、在一个替选的实施形式中，借助在人工智能计算单元上执行控制应用，可以确定执行时间。

27、也可能，利用直接测量来确定处理时间。这使得能够考虑特定计算单元的每个特性。

28、在一个实施形式中，根据检查结果，

29、-可以使控制单元的实时要求的值适配于所确定的处理时间，和/或

30、-通过修改控制应用，可以使控制应用的执行时间适配于实时要求的值。

31、这使得能够，或者修订实时标准，和/或使控制应用适配于相对应的硬件。

32、在一个实施形式中，可以迭代地修改控制应用，直到控制应用的所确定的执行时间满足控制单元的实时要求的值。

33、尤其是，借助优化方法，可以修改控制应用，其中迭代地适配控制应用，直到执行时间被最小化。

34、在一个实施形式中，控制应用可以包括人工神经网络，并且可以迭代地缩减神经网络的节点，直到控制应用的所确定的执行时间满足实时要求的值。

35、这例如使得能够去除人工神经网络的具有低权重的节点。例如，这可以利用敏感度分析来确定。如例如在敏感度分析中那样，通过输入信号的激励可以研究神经网络，节点对计算的输出做出贡献到何种程度。可以忽略具有低影响的那些节点。

36、在一个实施形式中，可以在人工智能计算单元上执行控制应用，由此为控制单元生成输入值，并基于该输入值来控制技术系统。

37、尤其是，在肯定的检查结果的情况下，也就是说当处理时间满足实时要求时，可以执行控制应用。

38、根据第二方面，本发明涉及一种用于控制技术系统的设备，该设备包括：

39、-第一接口，该第一接口这样设立为，读入控制单元的硬件配置参数和控制单元的实时要求的值，

40、-第二接口，该第二接口这样设立为，读入人工智能计算单元的硬件配置参数，

41、-第三接口，该第三接口这样设立为，读入用于控制技术系统的控制应用，其中该控制应用设立为，根据人工智能来为控制单元生成输入值，

42、-分析模块，该分析模块这样设立为，在考虑控制单元的硬件配置参数和人工智能计算单元的硬件配置参数的情况下，确定控制应用的用于在人工智能计算单元上执行该控制应用来为控制单元生成输入值的处理时间；

43、-检查模块，该检查模块这样设立为，依据控制单元的实时要求的值来检查所确定的处理时间，并输出检查结果；

44、知

45、-输出模块，该输出模块这样设立为，根据检查结果来输出控制应用，以控制技术系统。

46、尤其是可以以硬件和/或软件来设立该设备和/或该设备的接口或模块中的至少一个接口或模块。优选地，该设备包括至少一个处理器。该设备优选地与技术系统的控制单元和人工智能计算单元相耦合。

47、在一个实施形式中，该设备可以包括仿真模块，该仿真模块这样设立为，借助对在人工智能计算单元上执行控制应用进行计算机辅助的仿真，确定执行时间。

48、“仿真模块”也可以理解为仿真环境。

49、在一个实施形式中，该设备可以包括优化模块，该优化模块这样设立为，迭代地修改控制应用，直到控制应用的所确定的执行时间满足控制单元的实时要求的值。

50、优选地，优化模块具有优化方法，利用该优化方法可以迭代地对控制应用进行修改，使得控制应用的执行时间被最小化。优选地，优化模块至少与分析模块和检查模块相耦合，使得可以迭代地修改和检查控制应用，直到执行时间满足实时要求。

51、根据另一方面，本发明涉及一种控制系统，该控制系统包括：

52、-根据本发明的设备，

53、-人工智能计算单元，该人工智能计算单元这样设立为，执行用于控制技术系统的控制应用，其中该控制应用设立为，根据人工智能来为控制单元生成输入值，

54、-控制单元，该控制单元这样设立为，基于通过控制应用生成的输入值来控制技术系统。

55、此外，本发明还涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品可直接加载到可编程的计算机中，所述计算机程序产品包括程序代码部分，在通过计算机执行程序时，所述程序代码部分促使该计算机，执行根据本发明的方法的步骤。

56、例如，在存储介质上，如例如在存储卡、usb棒(usb-stick)、cd-rom、dvd、非易失性/持久性存储介质(英语：non-transitory storage medium(非暂时存储介质))，可以提供或者供应计算机程序产品，或者也以可从网络中的服务器下载的文件的形式，可以提供或者供应计算机程序产品。