工业4.0 资产管理壳学习笔记（ 5）模型中的语义，概念和字典

模型是真实事物的简单描述。一段描述模型的语言指向的哪一个真实事物。这就是这一段文字的语义（semantic）。在计算机建模中，一个模型具有确定的语义十分重要。

我们知道，人类的自然语言中存在许多二义性语句，只有通过文章的上下文才能够确定某一段文字或者词语的语义。对于机器而言，语句的二义性是会引起紊乱的。

同时，建模是通过真实事物的特征（Property），属性（Attribute）以及与其它事物的关系（Relationship）的描述的。属性从同类事物区分出个体，而特征描述了个体的特点。对于一个复杂的模型而言，模型（Model）中包含了子模型（SubModel），子模型又可以包含子模型，不断地细分。模型细分的程度被称为模型的“颗粒”。那么，最小的模型是什么呢？这就是“概念”（Concept），概念是最小意义的单位。

语义

“语义”就是词语的意义。这里的“语”可以理解为一个“符号”，可以是汉字，可是英文单词，也可以是象形符号，当然也可以是随便创造的任何符号或图形。“义”就是当前语境下的意义，比如“王”这个“语”在历史文化中的“义”是一种最高地位的简称，在斗地主牌类游戏的语境下就成了最厉害的牌。所以同一个“符号”的“语义”在不同语境下可以代表不同的含义。

关于语义，语言学家和哲学家在早年有非常多的研究，最著名的是“语义三角形”.表达了思想，语言符号与事物之间的关系。分别是思考/感知，谈论/倾听，命名/所指。显然，如果任何一项发生了偏差，都会产生语义的二义性。

概念（Concept）

美国流行的《韦伯斯特词典》（1988年，第9版）将"concept"的含义归为两类：（1）心里边包含的东西，比如思想、看法（something conceived in the mind: THOUGHT, NOTION）；（2）将特殊实例普遍化而得到的一个抽象的或全称的观念，与"观念"（idea）为同义词。

综上所述，"概念"大致有两种含义：较宽泛的是指"心中的观念、想法"，大约相当于"可被明确意识到的稳定意义"；较窄的则指"从具体事例中抽象出来的普遍观念"。

概念的另一个含义是大多数人公认的想法和意义。比如提起手机，大多数人都能够在脑海里呈现手机的模型。不需要更进一步地加以描述。汉语中这称为“约定俗成”，而在工业设计中被称为“社会化语义”

为了便于人类的语言交流与沟通。人们对概念进行了明确的描述，确定了词语与真实事物的确切关系。这就是各种字典和百科全书的内容，所以说，字典和百科全书是最小模型的确切描述。字典是自然语言的模型集（ModelSet），也可以称为概念字典（Concept Dictionary）。

字典中包含了大量词语的描述，为了方便人们的查阅，还需要使用一种编码方式对词语进行分类和编码。例如汉语字典中的拼音化，英语字典中的韦氏音标法，以及各种工程技术手册中的分类方法。大家了解了字典的分类方法（class），才能够方便地查阅字典。

信息模型的语义，概念字典和标准化

计算机理解语言的能力比人类要差，它通常无法从一个具有二义性的语句中确定真实的含义。人类理解错了也许只要摸一下脑袋就行了，但是计算机如果错了，也许会酿成大错。所以计算机程序设计语言通常具有巴科斯范式BNF的语言，它是一种上下文无关的语言。这能够从语法上保证语言没有二义性。如何语句中的概念不清晰，那么仍然会存在二义性的可能，例如：电机，电动机，马达这三个词语是指同一个事物，还是不同的事物呢？又比如电压的单位是伏，千伏，还是毫伏，微伏？因此在计算机建模中，我们同样需要概念字典，保证概念的标准化。消除计算机模型中的二义性。构建概念字典是标准化的工作。

各种标准化组织对各领域的概念实现标准化。

IEC 61360-4-2005 电子元器件标准数据元素类型和相关分类模式

IEC61360-4 标准是以网站查询方式提供的，你可以在下列网站寻找其中的大多数元器件标准数据元素的数据规范（也就是我们所说的概念）

https://cdd.iec.ch/cdd/iec61360/iec61360.nsf/TreeFrameset?OpenFrameSet

你可以在这个网站上体验一些字典的使用，看看是否能够查到你所需的数据元素类型。

ISO 13584-42 工业自动化系统和集成零件库

我国也制定了相关的标准：

GB/T 17564.4-2009电气元器件的标准数据元素类型和相关分类模式。

Ecl@ss 分类标准

ECLASS是对产品和服务进行分类和准确描述的国际参考数据标准，同时也对概念进行了分类和描述。ECl@ss中的数据规范遵循了IEC61360 的标准。

使用字典的方法

1 访问外部字典服务。

例如可以通过Eclass 提供的web 服务来查询某一个字典条目。目前没有公开访问的Ecl@ss 网站服务。IEC61360 也只能够通过网页查询，我没有没有找到在线字典服务的网站。如果要建立字典的模型，想必需要自己构建一个字典服务器才行。

OPCUA 对概念字典的支持

OPCUA 支持引用 IEC 通用数据字典或eCl@ss等外部字典的基本基础结构。详细内容可以参考《OPC 10000-19 第 19 部分：字典参考》

DictionaryEntryType 字典条目类型

DictionaryFolderType 字典文件夹

在此基础上派生出来了两个OPCUA 对象

IrdiDictionaryEntryType
UriDictionaryEntryType

IrdiDictionaryEntryType

用于表示使用标准化语义标识符的字典条目，这些标识符符合 ISO/IEC 11179-6 中定义的国际注册数据标识符（IRDI）。

在工业4.0 管理壳AAS中包含了的语义，概念和概念字典等内容。

IRDI （International Registration Data Identifier）

标准化语义标识符是与区域设置无关的字符串，通常在 IEC CDD（通用数据字典）（IEC 61987）等国际标准中指定。为避免与这些标识符中的各种名称空格发生冲突，所使用的字符串中的注册机构标识符部分应基于ISO 29002-5。

图 2 显示了 ISO/IEC 11179-6、ISO 29002-5 和 ISO/IEC 6523 定义的一般结构和语法。

使用 IRDI 格式的标准定义的 IRDI 字符串的示例

IEC CDD 0112/2//a/61360_4#AAE867#001 接近开关，输出电流

ISO 5598 0112-1-a-18582#KAA802#s 气动值

eCl@ss 0173/1///#02-8AD792#s 电感式距离传感器模拟量输出设计

UriDictionaryEntryType

Uri 字典条目类型用于表示使用 URI 作为唯一标识符的字典条目。Uri命名方式类似与“http://opcfoundation.org/UA/Dictionary/URI”。

管理壳AAS 中的语义id，概念字典

在AAS中，每一个子模型元素都有一个语义Id（sematicId）。

看上去他是一个URI。在构建OPC UA 模型是它被映射成为一个引用（reference）-“HasDictionaryEntry” 该引用指向的target 是一个DataSpecificaton 。该DataSpecification 的名称为SemanticId（例如admin-shall.io/submodel/honing/linear_velocity）在OPC UA for AAS 的规范中，标准元素的sematicId 的DataSpecification 已经在Server 对象的Dictionary 文件夹中包含了

AAS 模型中用户定义的DataSpecification 大概放置在ConceptDictionary 子模型中吧？是否也可以放在Server 对象的dictionaris 中的，不得而知。

在OPCUA30270 的Annex B (informative) Pick and Place station Information Model example中是单独放置ConceptDictionary 中的。

我也采取了类似的方式：

HasDictionaryEntry 的方式也有点搞不清楚。在OPCUA 3070 中，是通过一个AASRefereenceType对象，再构建一个AAS Reference 。指向DictionaryEntry ,而DictionaryEntry 中再包含一个DataSpecificationType

在DataSpecification 中，可以直接按IEC61360-4 的规范定义概念的内容，比如单位（uint）等等。也可以只是提供一个TypeId ，用于访问外部的语义字典服务。

值得注意的是，目前AasxPackageExplorer导出的OPC UA 采用了所谓的嵌入式DataSpecification ，没有使用ConceptDictionary 的方式。

构建概念字典服务的方式

模型中的概念字典可以下面几种方式

1 以Eclass 。IEC61360 为基础的外部公共服务器

2 厂商构建的概念服务器

3 内在AAS 中嵌的dataSpecification 。这种内嵌的Dataspecification 可以从Eclass或者IEC61360 标准中导入。

结束语

模型中语义，概念的标准化看似比较简单，但是对于数字化模型的互联互通非常重要，是实现数字化制造的一个关键的基础工作。不过这件事情到底应该由谁来做？谁受益？是一个值得思考的问题。如果直接购买elcass 好像不是长远之计。