用于将数字模型分配给自动化系统的物理组件的方法、自动化系统和制造设施与流程

本发明涉及一种用于将数字模型分配给自动化系统的物理组件的方法、自动化系统以及制造设施。

背景技术：

1、数字模型是已知的，所述数字模型构成真实对象、尤其是设备、机器或设施(anlage)的虚拟数字映像。这样的数字模型也称为数字孪生(英语：“digital twin”)。数字孪生也可以在管理壳(英语：“asset administration shell(资产管理壳)”)的范围中实现。数字孪生在数据处理设施上实现并且可以经由通信网络在地址、尤其是ip地址和/或dns名称和/或url下被到达。

2、数字孪生处理分别分配的真实对象的敏感数据，必须确保所述敏感数据的完整性和机密性。因此可以防止使用错误的数据或错误的数字孪生的数据。此外可以防止敏感数据被提供给错误的数字孪生。访问数字孪生的数据经常需要接入认证，其中使用或传送敏感接入数据、尤其是密码或接入令牌，诸如json-web令牌或saml令牌。

3、因此，必须保证：在访问分配给真实物理对象或休戚相关的真实对象的组的数字孪生时，实际上访问可信地分配给特定的真实对象的这样的数字孪生。

4、原则上，可以将数字孪生手动地固定地分配给真实物理对象。然而，这样的手动的固定的分配对于较大数量的真实对象不缩放(skalieren)，并且是易于出错的。

技术实现思路

1、因此，本发明的任务是说明一种用于将数字孪生形式的数字模型分配给自动化系统的物理组件的经改善的方法，所述方法尤其是容易地随着自动化系统的物理组件的增加而缩放，并且所述方法尤其是可以容易地被自动化。此外本发明的任务是说明一种经改善的自动化系统，利用所述自动化系统可以执行根据本发明的方法。此外，应该说明一种经改善的制造设施。

2、本发明的任务利用具有在权利要求1中说明的特征的用于将数字模型分配给自动化系统的物理组件的方法以及利用具有在权利要求10中说明的特征的自动化系统以及利用具有在权利要求14中说明的特征的制造设施来解决。本发明的优选改进方案在所属的从属权利要求、以下描述和附图中予以说明。

3、在根据本发明的用于将数字模型分配给自动化系统的物理组件的方法的情况下，考虑具有引用(verweisen)至少一个数字模型的引用信息(verweisinformation)的物理组件，并且借助于引用信息确定所述引用信息引用的数字模型并且分配给物理组件。特别优选地，引用信息以物理方式集成在物理组件中或集成在物理组件处，并且尤其是仅仅以尤其是直接与物理组件接触的方式和/或以距物理组件的空间最大距离可访问。

4、因此，在根据本发明的方法的情况下，可以有利地考虑物理组件的引用信息。因此，需要访问物理组件，以便改变引用数字模型的引用信息。以这种方式，由于具有引用信息的物理组件，数字模型向物理组件的分配是特别安全的，因为物理组件的引用信息的改变难以非故意地或以攻击意图远程地改变。因此，根据本发明设置的引用信息在一定程度上构成对数字模型的引用的物理校验。因此，数字模型通过物理组件的引用信息在物理世界中锚定到物理组件。在根据本发明的方法的情况下，引用信息特别优选地是以光学或感应的方式或通过无线电可读出的物理引用信息。尤其是，引用信息基于硬件、也就是说尤其是不作为计算机实现的可变的软件来实现。

5、本发明意义上的数字模型适宜地是自动化系统的物理组件的虚拟数字映像，即尤其是数字孪生(英语：“digital twin”)形式的物理组件的数字表示。数字孪生也可以实现为管理壳(英语：“asset administration shell(资产管理壳)”)。数字模型特别优选地包括物理组件的数字模拟。数字孪生优选地在数据处理设施上实现并且可以经由通信网络在地址、尤其是ip地址和/或dns名称和/或url下到达。

6、引用信息优选地以密码方式被保护，尤其是借助于密码校验值、优选地数字签名或消息认证码被保护。特别优选地，引用信息尤其是可以借助于分配给物理组件的密码组件密钥或组件证书被检验。以这种方式，附加地可以有效防止操纵引用信息。组件密钥或组件证书可以适宜地直接从物理组件读出或查询，或者由物理组件的制造商或运营商提供。

7、在根据本发明的方法的情况下，引用信息优选地包括光学可读出的代码，尤其是条形码或qr代码。以这种方式，引用信息可以是简单地以光学方式可读出的，尤其是借助于条形码读取器或qr代码读取器，适宜地借助于智能手机或平板电脑和/或移动计算机上的条形码读取器应用程序或qr代码读取器应用程序可读出。

8、附加地或可替代地，在根据本发明的方法的情况下，引用信息具有无接触地可读出的数据载体，尤其是至少一个有源或无源无线电芯片，优选地nfc标签和/或nfc令牌。借助于无接触地可读出的数据载体必须类似于在光学可读出的代码的情况下在空间附近、也即以距物理组件的最大距离进行数字模型向物理组件的分配。在本发明的该改进方案中，远程地、也即以距物理组件的比最大距离更大的距离例如经由互联网或通过空间上遥远的攻击者对引用信息的不允许的改变(操纵)是不可能的。但是借助于非接触地可读出的数据载体，尤其是借助于有源或无源无线电芯片，可以借助于无接触地可读出的数据载体的数字读取器在物理组件的空间附近自动化地将数字模型分配给物理组件。因此，在本发明的该改进方案中，可以将用于将数字模型分配给物理组件的手动耗费保持得极低。

9、在根据本发明的方法的情况下，引用信息适宜地具有地址，尤其是url和/或数字模型的目录中的引用、例如参考信息、尤其是名称。因此，可以借助于名称或借助于引用简单地找到数字模型。借助于url或借助于引用、例如借助于参考信息，数字模型可以优选地明确地被定位并且被分配给物理组件。

10、在根据本发明的方法的情况下，引用信息特别优选地具有关于数字模型的数据的类别和/或数字模型的数据的其他特性、尤其是现实性和/或传输保护和/或数据的精度的信息。从而，引用信息可以包含关于数字模型的数据有多当前(wie aktuell)、数字模型的数据以何种安全性被保护或可以被保护的信息。此外，还可以包含数据的精度，尤其是位置数据的精度或数据向人员、运营商或设备的分配的精度，例如数据是被分配给单独的人员或人员组或单独的经营商或运营商组或单独的设备或设备组或假名还是根本不被分配，即匿名的。

11、在根据本发明的方法的一种优选的改进方案中，物理组件鉴于与预先给定的特性的一致性检验数字模型和/或由数字模型处理和提供的数据的特性。以这种方式，物理组件可以确定：数字模型的特性是否仍然与物理组件的实际特性一致。在偏离的情况下，物理组件可以解除数字模型向该物理组件的分配。例如，可以更新引用信息，使得可以确定不进一步设置数字模型向物理组件的分配。在解除数字模型与物理组件的分配的情况下，物理组件可以撤销引用信息。

12、在本发明的一种有利的改进方案中，引用信息在该方法的情况下在时间上受限地有效。以这种方式，在引用信息的有效性结束之后，必须重新进行数字模型向物理组件的分配。因此在本发明的该改进方案中，如果在数字模型的情况下得出安全关键的变化，例如第三方对数字模型的攻击，则不必撤销数字模型向物理组件的分配，而是在本发明的该改进方案中，始终需要遵循物理组件到数字模型的当前引用信息，以便重新进行分配。

13、在根据本发明的方法的情况下，引用信息优选地引用物理组件的两个或更多个数字模型。因此，数字模型对于物理组件可以冗余地存在，这例如引起相对于数字模型的非故意改变的特别高的安全性。在本发明的该改进方案中，对数字模型的攻击也可以容易地被识别，因为未识别的攻击必须成功地对两个或更多个数字模型同步进行。此外，如果存在多个数字模型，则可以改善可用性。

14、根据本发明的自动化系统被设立用于执行如上所述的根据本发明的方法。根据本发明的自动化系统包括至少一个物理组件，其中物理组件包括至少一个引用信息，所述引用信息引用物理组件的至少一个数字模型。因此，根据本发明的自动化系统适用于执行根据本发明的方法。根据本发明的自动化系统特别优选地被设立用于执行如先前描述的根据本发明的方法。物理组件特别优选地包括至物理组件的数字模型的接口。

15、在根据本发明的自动化系统的情况下，有利地存在至少两个物理组件，所述物理组件分别具有引用信息，其中两个引用信息引用同一数字模型。在本发明的该可选的有利的改进方案中，可以将同一数字模型分配给两个物理组件。例如，出于安全性原因或者出于可用性原因或者出于功能安全性(safety)原因可以冗余地设置两个物理组件。

16、优选地，根据本发明的自动化系统是网络、尤其是物联网网络，或者自动化系统包括这样的网络、尤其是物联网网络。可替代地或附加地并且同样优选地，根据本发明的自动化系统是制造设施的一部分。

17、根据本发明的制造设施包括这样的根据本发明的自动化系统。

18、在本发明的情况下、即在根据本发明的方法的情况下或在根据本发明的自动化系统的情况下，物理组件可以被构造和设立用于鉴于与物理组件的预先给定的特性或数据的一致性检验数字模型和/或由数字模型处理和提供的数据的特性。以这种方式，物理组件可以确定：数字模型的特性是否仍然与物理组件的实际特性一致。在偏离的情况下，物理组件可以解除数字模型向该物理组件的分配。尤其是可以更新引用信息，使得可以确定不进一步设置数字模型向物理组件的分配。

19、此外，在根据本发明的方法的情况下和在根据本发明的自动化系统的情况下可能的是，引用信息包含以下信息，所述信息说明物理组件是否进行这样的检验，并且如果是，则最后何时进行了该检验和/或鉴于一致性检验了哪些特性。此外，引用信息可以包含已解除向其的分配的数字模型的信息。如果用户存储了物理组件与数字模块的连接，以便避免访问无效的数字模型，则这可以是有意义的。