Semantische Norm - Anforderungen an Formale Digitale Zwillinge

Projekttitel: Semantische Norm - Anforderungen an den Formalen Digitalen Zwilling

Ideengeber: 

Potenzielle Projektpartner*innen

• Roland.Heidel@heidelcom.com, Roland Heidel Kommunikationslösungen e.K.
• Prof. Christian Diedrich, IFAK Magdeburg
• Damian Czarny, DKE/VDE
• Yves? 

Ausgangslage

Eine der Handlungsempfehlungen der DKE/DIN Normungs-Roadmap ‚NRM I4.0v3‘ ist die Nutzung von semantischen Methoden für die Kommunikation zwischen industriellen Teil-Systemen. Damit das gelingt, muß z.B. eine konkret definierte Semantik an Schnittstellen wirksam werden, damit die funktionale und benutzerfreundliche Vergleichbarkeit hergestellt wird. Schnittstellen werden vergleichbar, wenn die zur Darstellung verwendeten semantischen Methoden normativ  sind. Ein Beispiel dafür könnte eine einheitliche semantische Beschreibung von Teilsystemen und Systemschnittstellen, die die semantische Interoperabilität zwischen einem 'Power Management System', nach IEC TC57/WG21 und Industriellen Automationssystemen (IACSystems), nach IEC TC65/WG17, sein. Beide Teilsysteme  sind über eine DER Plattform miteinander verbunden. 

Graph-theoretisch betrachtet gibt es zwei Arten von angewandten Graphen: einen zentralen Daten- und einen verteilten Prozeß- Graph. Der Datengraph ist ein zentraler Daten-Speicher,  ‚Semantic Graph Store (SGS)‘ genannt, der ‚entity-relationship‘, Beziehungen, meist im RDF-Format[18], enthält und in eCl@ss[7] als Graph gespeichert werden kann. Der Prozeßgraph hingegen, stellt Systemzustandsveränderungen mittels sog. coercion-Regeln, die auf Systemzuständen wirken,  dar, womit kompatible aber nicht gleiche Zustände unterschiedlicher Kontexte aneinander angepaßt (coerced) werden können, sodaß Objekte, Daten oder Energie zwischen semantischen Kontexten, fließen können. Dieser Fluß wird mit gerichteten Kanten in den Prozeßgraph eingetragen und kann mit Public Domain oder kommerziellen Simulations-  Werkzeugen [22, 23, 26] etc. auf der zugrundeliegenden ‚Graph Manipulation Semantics (GMS)’ validiert werden. 

Somit sind GMS für Prozesse und SGS für Daten, einheitlich als Graphen darstellbar und daher ineinander überführbar, bzw. kombinierbar (s. Begründung im Anhang)! Mit den oben erwähnten Werkzeugen können Daten- und Prozeßgraphen vorwärts und rückwärts analysiert werden. 

Sog. semantische Standards oder Normen standardisieren jedoch nicht die Formate eines zu kommunizierenden Objekts, wie es bisher der Fall ist, sondern stattdessen die bestehenden Beziehungen zwischen der physikalischen Erscheinungsform, der Implementierung eines Systems oder Objekts und ihre, in den jeweiligen ontologisch-sprachlichen Kontexten ausgedrückten, Semantik. Während die ontologischen Kontexte vielfältig sind, ist die semantische, sprich mathematische, Darstellung eindeutig. Die hierbei verwendeten semantischen Artefakte sind der Graph- und algebraischen Mengentheorien ,für Prozesse und Datentypen, entlehnt und werden in standardisierter Vorgehensweise den ontologischen Artefakten zugeordnet. 

Weil semantische Normen als Graph ausführbar (computational) sind, ist eine semantische Norm gleichzeitig ihr eigener Digitaler Zwilling. Das beantwortet die  Frage: ‚Was Semantische Normen‘ sein können, welchen ‚Innovationsgrad‘ sie haben, und welchen ‚Innovationsnutzen‘ die Industrie daraus ziehen kann. Bei der Beantwortung im Vorhaben, wird ein roter Faden gezogen, von früheren Arbeiten der Autoren über Semantik, ab ca. 2015, in der ETSI[9], in der GI[30] und bei NAMUR[21], über aktuelle Arbeiten außerhalb der Normung, wie in [11,12,13,14,19,21,27] etc, bis in die Gegenwart, wo große Internetzkonzerne in ihren  Suchmaschinen im SGS-Format (Datengraph) Benutzerdaten speichern und Suchanfragen programmieren. Im Anhang 1 wird die Argumentation für ‚semantische Normen‘ technisch-wissenschaftlich vertieft. Im Anhang 2 wird der Versuch unternommen, einen semantischen Grundstandard für ‚Digitale Zwillinge‘ zu skizzieren. 

Ziel des Vorhabens ist es, eine Anleitung (Guidelines) für den Entwurf von Digitalen Zwillingen mit GMS Methoden zu entwerfen und mit passenden I4.0 Use Cases  zu verifizieren. und daraus Grundnormen (s. Anhang 2) abzuleiten. Als weiteres Ziel kommt hinzu, daß ontologische Artefakte für eine semantik-relevante Sprache (z.B. C-Slang aus [9]) gebraucht werden und ein Implementierungs- Morphismus zwischen Sprache für eine passende I4.0 Ontologie und Graph Manipulations-Semantik gefunden werden muß (s. Anhang 2). 

Nutzen

Worin liegt das Optimierungspotential?

Wer profitiert von der Innovation und dem Standard?

Wie werden die Ergebnisse nach Projektabschluss verwertet?

Skizzieren Sie bitte die europäische/internationale Bedeutung

Bestehen Einreichungsmöglichkeiten bei Europäischen und internationalen Normungsorganisationen (CEN/CENELEC/ISO/IEC)?

Skizzieren Sie bitte die Markt- und gesellschaftliche Relevanz

Kompetenzen und Ressourcen

Die Antragsteller sind in der Normung industrieller Systeme und Schnittstellen international bei ISO/IEC und ETSI und national bei DIN, VDI und DKE tätig. Sie verfügen über folgende projektspezifischen Ressourcen und Kompetenzen, um die vorgeschlagenen syntaktischen und semantischen Ergänzungen, im Rahmen der Normung durchzuführen und ggf. als DIN SPEC oder DKE Empfehlung, auszuführen:

• Delegierter in national member body DIN, internationales Normungsprozedere: Study Group, New Work Item Proposal, Working Draft, Committee Draft, Draft International Standard;
• Experten-Mitgliedschaft in nationalen und internationalen Normungsgruppen, e.g. IEC TC65/WG23 Smart Manufacturing, ISO/IEC JTC1: Cloud Computing, IT Security, KI, IIoT, ETSI TC Cyber; 
• ehemalige DIN Obmannschaft des NIA ‚Referenzmodell für Open Distributed Processing‘ 
• ETSI Convenor für ETSI ISG ISI#006 ‚C-Slang’ + ISI Measurement and Event Management Architecture (IMA, Big Data Lake) [9]; 
• Forschungserfahrung in Europäisch (H2020) und national (WIPANO, DIN-CONNECT) geförderten Innovationsvorhaben und Gremienerfahrung in nationalen und internationalen Normungsprojekten in den Gremien der ISO/IEC: SC27, SC38, SC41, SC42 etc. 
• Management und Expertentätigkeiten In Industrie, Hochschule und Forschungseinrichtungen 
• … etc. 

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