Rule checking methods for OPC UA models

Abstract

OPC Unified Architecture (OPC UA) ist ein Standard für den Datenaustausch in der Automatisierungstechnik, der auch die Modellierung unterschiedlichster Typen und Objekte erlaubt. Während OPC UA alleine nur die Grundregeln für diese Modellierung und sehr generische Typen bzw. Objekte spezifiziert, definieren sogenannte Companion Specifications darauf aufbauend zusätzliche Regeln, Typen und Objekte für unterschiedliche Anwendungsbereiche (z.B. CNC-Maschinen, Industrie-Roboter). Companion Specifications werden üblicherweise von eigens dafür gebildeten Working Groups als Textdokumente veröffentlicht, die keinem formalen Format entsprechen. Da sich die Zusammensetzungen der unterschiedlichen Working Groups für die jeweilige Companion Specifications stark unterscheiden, variieren auch die Formulierungen in den erzeugten Dokumenten. Manche Regeln sind zusätzlich auch nur als kurze Sätze mitten im restlichen Text definiert. Eine automatisch Extraktion der Regeln ist daher eine komplexe Aufgabe. Ohne formale Regeln ist es unmöglich, automatische Tests durchzuführen, die überprüfen, ob eine Companion Specification korrekt implementiert wurde. Diese Arbeit betrachtet die Regeln in bereits bestehenden Companion Specifications und definiert darauf aufbauend ein formales Regelsystem, das die automatisierte Überprüfung erlaubt. Für dieses Regelsystem wird ein Prototyp implementiert, der mit anderen möglichen Technologien für das Überprüfen der einzelnen Regeln verglichen wird. Für den Vergleich werden sowohl die Verarbeitungszeit und Speicheranforderung gemessen, als auch die Bewertung der Lesbarkeit der unterschiedlichen Abfrage-Anweisungen benutzt, um eine Reihung der Technologien zu erstellen. Die Evaluierung zeigt, dass ein eigens dafür entwickeltes System, in allen gemessenen Kategorien am besten abschneidet.

OPC Unified Architecture (OPC UA) is a standard for data exchange in industrial automation, which also allows modelling of various types and objects. While OPC UA itself only provides basic rules for modelling very generic types and objects, so-called Companion Specifications define on top additional rules, types and objects for specific domains (e.g., CNC-machines, industrial robots). Companion Specifications are usually published by especially formed Working Groups as text documents, which do not follow a formal format. Because the composition of the different Working Groups for the respective Companion Specifications differs a lot, the formulations of the created documents also vary. Some rules are only defined as short sentences within the text. Automatic extraction of the rules is, therefore, a complex task. Without a formal set of rules, it is impossible to execute automatic checks to verify the correct implementation of a Companion Specification. This work takes a look at rules of existing Companion Specifications and defines a formal rule framework on top of them, which allows automatic validation. For this rule framework, a prototype is implemented and checked together with other possible technologies for their applicability to check the different rules. For the comparison, both the processing time and memory consumption get measured, and together with an evaluation of the query statement readability, used to rank the different technologies. The evaluation of different technologies shows that an especially crafted implementation is superior in all measured categories.