GBT 19902.5-2011 工业自动化系统与集成 制造软件互操作性能力建规 第5部分：基于多能力类结构进行专规匹配的方法学.pdf

l C S2 5 0 4 0 0 N1 0 雪中华人民共和国国家标准G B T1 9 9 0 2 5 2 0 11 I S O1 6 1 0 0-5：2 0 0 9工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第5 部分：基于多能力类结构进行专规匹配的方法学I n d u s t r i a la u t o m a t i o ns y s t e m sa n di n t e g r a t i o n-M a n u f a c t u r i n gs o f t w a r ec a p a b i l i t yp r o f i l i n gf o ri n t e r o p e r a b i l i t y m P a r t5：M e t h o d o l o g yf o rp r o f i l em a t c h i n gu s i n gm u l t i p l ec a p a b i l i t yc l a s s e ss t r u c t u r e s2 0 11-1 2-3 0 发布(I S 01 6 1 0 0 5：2 0 0 9，I D T)2 0 1 2-0 5-0 1 实施宰瞀髁鬻瓣警糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会厦1 1 1目次G B T1 9 9 0 2 5 2 0 11 L s o1 6 1 0 0-5：2 0 0 9前言一引言“1 范围2 规范性引用文件3 术语和定义4 缩略语5 在M S U 和制造应用中涉及到的多个C C S 5 1 专规匹配的概念5 2M S U 的重用5 3M S U 的注册5 4 使用可重用的M s u 来满足新的制造应用的需求5 5 制造领域数据5 6 把能力类映射到M D D 6 能力建规的方法和规则6 1M S U 能力建规模板6 2C C S 模板6 3 能力专规模板-G 4M D M 模板”6 5M D D 模板“7 基于多能力类结构的专规匹配-7 1 能力专规匹配过程-7 2 匹配报告”8 一致性“附录A(资料性附录)生成M D M 和M D D 的过程“附录B(资料性附录)基于多能力类进行专规匹配的样例-参考文献“-11-”12-222-4-48-8-81 02 02 32 42 42 72 73 33 44 8前言G B T1 9 9 0 2 5 2 0 1I S O1 6 1 0 0-5：2 0 0 9G B T1 9 9 0 2(3-业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规已经或计划发布以下部分；第1 部分：框架；第2 部分：建规方法论；第3 部分：接口服务、协议与能力模板；第4 部分：一致性测试方法、判则及报告；第5 部分：基于多能力类结构进行专规匹配的方法学；第6 部分：基于多能力类结构进行专规匹配的接口服务和协议。本部分为G B T1 9 9 0 2 的第5 部分。本部分按照G B T1 1 2 0 0 9 给出的规则起草。本部分使用翻译法等同采用I S O1 6 1 0 0-5：2 0 0 9(-I：业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第5 部分：基于多能力类结构进行专规匹配的方法学(英文版)与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：G B T1 9 9 0 2 2 2 0 0 5 工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第2 部分：建规方法论(I S O1 6 1 0 0-2：2 0 0 3，I D T)G B T1 9 9 0 2 3 2 0 0 6 工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第3 部分：接口服务、协议及能力模板(I S O1 6 1 0 0-3：2 0 0 5，I D T)G B T 1 9 9 0 2 4 2 0 1 0 工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第4 部分：一致性测试方法、判则及报告(I S O1 6 1 0 0 4：2 0 0 6，I D T)本部分的技术内容和组成结构与I s O1 6 1 0 0 5：2 0 0 9 T 业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第5 部分：基于多能力类结构进行专规匹配的方法学(英文版)相一致，只在需要的地方，做了个别编辑性修改：a)大写的英文缩写保留英文原名，去掉I s O 前言。b)将“本国际标准”和I S O1 6 1 0 0 改为“G B T1 9 9 0 2”。将I S O1 6 1 0 0 5 改为G B T1 9 9 0 2 的第5 部分或G B T 1 9 9 0 2 5。c)将规范性引用文件中已转化为国家标准的国际标准编号改为国家标准编号，未转化的国际标准保留。d)删去了原文中不符合我国标准编写的字句。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国自动化系统与集成标准化技术委员会(S A C T C1 5 9)归口。本部分负责起草单位：北京机械工业自动化研究所、东南大学。本部分主要起草人：王茜、黎晓东、杨书评、高雪芹、远铮。G B T1 9 9 0 2 5 2 0 11 Z S O1 6 1 0 0-5：2 0 0 9引言本国家标准编写的动机源于I S O T C1 8 4 S C5 的战略计划讨论中_ 描述的工业和经济环境，特别是：a)日益增长的供应商特有的解决方案；b)应用标准时用户遇到的困难；c)需要向系统集成工具模块集迁移；d)认识到应用软件及使用该软件的专业知识乃是企业的资产。G B T1 9 9 0 2 是用于对软件能力进行规范化描述的国家标准，这种描述是计算机可解释的并且是人可读的。它的目标是提供一个用于描述制造软件能力的方法，这些能力与其在整个制造业应用生命周期中的任务相关，不依赖于特定的系统体系结构或实现平台。这可以降低制造应用程序用户和供应商提供商的生产和信息管理成本。G B T1 9 9 0 2 中本部分的某些图表是根据u M L 的约定构造的。因为并不是图表中包含的所有概念在文中都有解释，故假定读者对U M L 有一定的了解。附录A 描述了产生制造领域模型(M D M)和制造领域数据(M D D)的过程。附录B 给出了多能力类专规匹配的例子。1 范围G B T1 9 9 0 2 5 2 0 11 I S o1 6 1 0 0-5：2 0 0 9工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第5 部分：基于多能力类结构进行专规匹配的方法学G B T1 9 9 0 2 的本部分描述了源自多个能力类结构的已有M S U 能力专规和所需的能力专规匹配的方法和规则。这些方法和规则可以用来评估制造应用中的M S U s 的互操作性以及某些情况下的互换性。以下内容不属于G B T1 9 9 0 2 本部分的范围：创建、注册和访问参考制造领域模型、制造领域数据以及能力类结构的各种模板的服务；G B T1 9 9 0 2 3 中定义和指定的类型1 服务的一致性测试表；在数据库或等同的对象库中管理这些模板所需要的其他服务。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注目期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。G B T1 9 9 0 2 2 2 0 0 5 工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第2 部分：建规方法论(I S O1 6 1 0 0-2：2 0 0 3，I D T)G B T1 9 9 0 2 3 2 0 0 6 工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第3 部分：接1 3 服务、协议及能力模板(I S O1 6 1 0 0 3：2 0 0 5，I D T)G B T1 9 9 0 2 4 2 0 1 0 工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第4 部分：一致性测试方法、判则及报告(I S O1 6 1 0 0-4：2 0 0 6，I D T)I S O1 6 1 0 0-i 工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第1 部分：框架(I n d u s t r i a la u t o m a t i o ns y s t e m sa n di n t e g r a t i o n-M a m f f a e t u r i n gs o f t w a r ec a p a b i l i t yp r o f i l i n gf o ri n t e r o p e r a b i l i 臼一P a r t1：F r a m e w o r k)3 术语和定义I S O1 6 1 0 0 一l、G B T1 9 9 0 2 2、G B T1 9 9 0 2 3 和G B T1 9 9 0 2 4 中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3 1能力类c a p a b i l i t yc l a s s能力专规方法中的元素，描述了制造活动中与软件单元的任务相关的功能和行为。在能力继承结构中表示并且在能力聚集结构中部署。注1：在用于不同的制造活动中时M S U 的角色会改变。然而M S U 对应的能力类在继承结构中的位置是唯一的，但是可以认为在聚合结构中处于不同的位置。注2：在本部分中，能力类模板等同于能力模板(见G B T 1 9 9 0 2 2 2 0 0 5 中6 3 能力模板的要求)。根据G B T1 9 9 0 2 2 2 0 0 5 中3 3 改编1G B T1 9 9 0 2 5 2 0 1l S O1 6 1 0 0-5：2 0 0 93 2能力类结构模板c a p a b i l i t yc l a s ss t r u c t u r et e m p l a t e表示能力类层次结构的X M L 模式。3 3制造领域数据m a n u f a c t u r i n gd o m a i nd a t aU M L 类表示的信息，这些信息包括：特定制造领域中的制造资源、制造活动或制造资源间交换的内容。3 4制造领域数据模板m a n u f a c t u r i n gd o m a i nd a t at e m p l a t e表示制造领域数据的x M L 模式。3 5制造领域模型m a n u f a c t u r i n gd o m a i nm o d e l制造领域的一种特殊视图，由制造领域数据及它们之间的关系组成，并与该领域的应用相对应。3 6制造领域模型模板m a n u f a c t u r i n gd o m a i nm o d e lt e m p l a t e表示制造领域模型的X M L 模式。4 缩略语下列缩略语适用于本文件。C C S：能力类结构(C a p a b i l i t yC l a s sS t r u c t u r e)C S I：实现的一致性声明(C o n f o r m a n c eS t a t e m e n tf o rt h eI m p l e m e n t a t i o n)M D D：制造领域数据(M a n u f a c t u r i n gD o m a i nD a t a)M D M：制造领域模型(M a n u f a c t u r i n gD o m a i nM o d e l)M S U：制造软件单元(M a n u f a c t u r i n gS o f t w a r eU n i t)U M L；统一建模语言(U n i f i e dM o d e l i n gL a n g u a g e)X M L；可扩展标记语言(e X t e n s i b l eM a r k u pL a n g u a g e)5 在M S U 和制造应用中涉及到的多个C C S5 1 专规匹配的概念图1 说明了基于多能力类结构来进行专规匹配的概念。注1；提供的M S U 的能力类结构(图左)被认为是基于存在的通用的能力类继承树的。注2：实际的专规匹配过程使用和X M L 模式匹配相同的算法。5 2M S U 的重用为了提高制造应用开发的效率，已部署到类似的制造应用中的M S U 应当能够被重用。M S U 的用户只需考虑把如下的M S U 傲为候选：即那些其能力专规(见图1 的左边)能满足用户定义的能力专规(见图1 的右边)匹配准则的M S U。本部分说明了当被匹配的能力类结构不同时的专规匹配的过程，因而带来更多的可供重用的M S U。2G B T1 9 9 0 2 5 2 0 11 t s o1 6 1 0 0-5=2 0 0 9增燃员亟圃集成M s u图1 基于多能力类结构进行专规匹配的概念5 3M S U 的注册M S U 提供方注册M S U 以使得它们能够被众多的潜在用户获得。M S U 提供方应该遵循以下步骤来准备和注册M S U：a)分析M S U 适用的活动。M S U 可以适用于一个或多个活动。G B T1 9 9 0 2 5 2 0 11 S O1 6 1 0 0-5：2 0 0 9b)确定与每一个活动对应的能力类并且搜索相关联的能力类所属的C C S。如果一个M S U 能适用于两个或多个活动，那么那些活动可以属于相同的C C S 或者不同的C C S。c)为每一个已确定的能力类选择能力模板。d)如果没有合适的C C S，就构建合适的C C S 并且使用适当的数据库管理方法来注册它。然后，产生相应的模板并类似地注册它。e)通过填写步骤c)中选中的模板或者步骤d)中新建的模板来创建M S U 能力专规，并使用适当的数据库管理方法来注册模板。5 4 使用可重用的M S U 来满足新的制造应用的需求当开发一个新的制造应用时，M S U 的用户应当遵循以下步骤：a)分析制造应用的功能上的能力需求并且创建一棵活动树。b)使用现有的或新的能力类来创建一个C C S，以匹配步骤a)中创建的活动树，或者使用G B T1 9 9 0 2 2 中的方法学来选择一个已有的C C S。c)对创建的或选择的C S S 中的每一个能力类，填写相应的能力类模板以创建所需的能力专规。d)使用在G B T 1 9 9 0 2 中描述的2 型能力专规匹配器，比较可用的M S U 的能力专规和所需的能力专规，以寻找匹配所需的能力专规的那些现有的M S U。e)选择能满足新的制造应用需求的现有的M S U。f)如果没有找到满足需求的M S U，就开发这些缺少的M S U。g)结合步骤e)中重用的M S U 和任何步骤f)中开发的M S U 来满足新的制造应用的需求。图2 说明了应用图1 中的概念来开发一个新的制造应用。5 5 制造领域数据图3 说明了M D D，M D M，C C S，能力类以及它们与其他制造领域元素的关联。M D D 代表不同类型的制造信息，包括那些一个应用内或应用间的资源间所交换的信息。图4 给出了一个有多个M D D 的M D M 的结构示例，在附录A 中叙述了M D M 创建者创建M D M和M D D 需遵循的流程。在特定的制造领域内，M D M 创建者可以把一个制造应用描绘成一组M D D。M D D 提供关于制造应用诸多方面的信息，例如：a)制造资源(例如，M S U，设备，自动化装置，人员，材料，在制品清单)；b)制造过程(例如，操作，活动)；c)交换的制造信息(例如，产品数据，配方，制造数据，质量数据)；d)资源、过程以及交换的信息之间的关系(例如，数据流，网络配置，工作流)。图5 中每一个特定制造领域内的M D D 都由属性和一组与域中其他的M D D 关联的关联类组成。关联类中的关联约束和关联类型属性描述了特定M D M 中M D D 之间可能的关联。M D M 创建者应当描述性地为制造功能或制造活动问交换的M D D 命名，以使得每一个M D D 在目标制造领域内是唯一的。图5 说明了M D M 与特定的制造领域内至少2 个M D D 之间的关系。这些M D D 能够典型地组成树形结构，而且它们之间有关联，关联受到图5 中关联类的约束。还有这种可能性，那就是把特殊的类定义指定为外部的类，这些外部类来自于某些相关的标准、可应用于一个特殊制造领域。4注册理有的M S U 的i E 程C B T1 9 9 0 2 5 2 0”璐01 6 1 0 0 5：2 0 0 9圉2 使用能力模板，能力专规和C C S 开发应用的流程5(；B T1 9 9 0 2 5 2 0 11 L s O1 6 1 0 0-5：2 0 0 96圈3 制造领域和制造应用闻的关系G B T1 9 9 0 2 5 2 0 11 t S O1 6 1 0 0-5：2 0 0 9围4M D M 结构样倒圈5M D D 和M D M 问的关系5 6 把能力类映射到M D DM S U 提供方或者M S U 用户基于从制造应用的需求得到的M D M 来对他的活动树建模。为了在一棵活动树中区分一个特定的活动，M S U 提供方或者M S U 用户应当用明确的、唯一的名字来标记一7G B T1 9 9 0 2 5 2 0”I S 01 6 1 0 0 5：2 0 0 9个活动，同时以一系列的M D D 来赋予其语义信息。活动树中的活动形成了C C S。M S U 提供方和制造应用开发人员使用共同的M D D 集来描述C C S。图6 说明了从各自的制造活动树映射得到的两个不同的C C S。C C S#1 和C C S#2 具有不同的结构，但有部分能力类是相同的。当使用源自相同M D M 的M D D 来描述与能力类对应的能力专规时，就能够识别出这些相同的能力类。结构中的每一个能力类由M D M 中的M D D 或组合M D D 组成。能力类韵规范表示包括属性、方法和资源的专有列表。图6 使用源自相同M D M 的M D D 来描述多个能力类6 能力建规的方法和规则6 1M S U 能力建规模扳当存在多个能力类结构时，以下4 种模板被用于M S U 能力建规a)C C S 模板；b)能力模板；c)M D M 模板；d)M D D 模板。6 2C C S 模板6 2 1 概念结构C C S 模板至少应当包含以下元素a)C C S 创建者的名字(N a m e)；8G B T1 9 9 0 2 5-2 0 11 z s o1 6 1 0 0-5：2 0 0 9b)C C S I D c)每个能力类的I D；d)每一个能力类的父节点I D(根结点的父节点I D 值为空)e)每个能力类的子节点I D(s)。图7 说明了C S S 模板的概念结构。6 2 2 形式化结构图7C C S 模板的概念结构M S U 提供方或M S U 用户应当使用X M L 模式来描述C C S 模板。C C S 模板的形式化结构应当如下：(?x m lv e r s i o n=”1 0”e n c o d i n g=”U T F-8”?)(：c o m p l e x T y p e(x s：e l e m e n t x s：e l e m e n tn a m e=”C c S _ I D)(x s：e l e m e n t(X S：e l e m e n tn a m e=“C C S R o o t N o d e I D”(X S：c o m p l e x T y p e(x s：e l e m e n t x s：e l e m e n tn a m e=”C a p a b i l i t y _ C l a s s”t y p e=”R e c u r s i o n T!r p e”)x s：e l e m e n t(x s：s e q u e n c e)9G B T1 9 9 0 2 5 2 0 11 1 s o1 6 1 0 0-5：2 0 0 9(x s：e l e m e n tn a m e=”C a p a b i l i t y _ C l a s s I D”x s：c o m p l e x T y p e)(x s：a t t r i b u t eD k 3 m e。”i d”t y p e=”：s t r i n g”f o r m=”u n q u a l i f i e d”)x s：e l e m e n t)x s：s e q u e n c em a x O c c u r s=”u n b o u n d e d”、x s：e l e m e n tn a m e2”P a r e n tN o d e _ I D、(x s：c o m p l e x-T y p e)x s：s e q u e n c em i n O c c u r s=”0”m a x O c c u r s=“u n b o u n d e d”)x s：e l e m e n tn a m e=”C h i l d _ N o d e _ I D”)(x s：s e q u e n c e(x s：c o m p l e x T y p e(“：s e q u e n c e(x s：c o m p l e x T y p e)(x s j s c h e m a 6 3 能力专规模板6 3 1 概念结构能力专规模板应当包含与G B T1 9 9 0 2 2 中6 3 和G B T1 9 9 0 2 3 中7 2 2 一致的通用部分，以及与G B T 1 9 9 0 2 2 中6 3 一致的特有部分。特有部分至少应当包含G B T 1 9 9 0 2 2 中明确的元素，以及以下的额外元素：a)参考的M D M 名；b)M D D 描述格式(例如，M D D 对象列表)；c)M D D 描述(例如，对M D D 对象的时序访问)。图8 给出了能力专规模板的概念结构。1 0G B T1 9 9 0 2 5-2 0 1 I I s o1 6 1 0 0 5：2 0 0 9图8 能力专规模板的概念结构6 3 2 形式化结构M S U 提供方或者M s u 用户应当使用X M L 模式来描述能力专规模板。能力专规模板的形式化结构应当如下：(?x m lv e r s i o n=”1 0”e n c o d i n g；”U T F-8”?)x s：s c h e m ax m l n s：x s5”h t t p：w w w 3 o=g 2 0 0 1：4 Y,U h e n”)x s：e l e m e n tn a m e=”C a p a b i l i t y P r o f i l i n g”、X S：c o m p l e x T y p e)x s：s e q u e n c em a x O c c l l r s=”u n b o u n d e d”)x s：e l e m e n t l a m e 2”T y p e(x s：a t t r i b u t en a m e=”i d”t y p e=”X S：s t r i n g”u s e=”r e q u i r e d”)1 1G B T1 9 9 0 2 5 2 0 11 z s o1 6 1 0 0-5：2 0 0 9(x s：e l e m e n t x s：e l e m e n tn a m e=”P k g t y p e”)(x s；c o m p l e x T y p e)(x s：e l e m e n t x s：e l e m e n tn a m e=”C o m m o n”t y p e=”C o e m o n P a r t T y p e”)x s：e l e m e n tn a m e=”S p e c i f i c”t y p e=”S p e c i f i c P a r t T y p e”)(x s：e l e m e n t x s：s e q u e n c e)(x s：e l e m e n t(x s：e l e m e n tn a m e=”R e q u i r e m e n t”)(X S：s e q u e n c e)x s：e l e m e n tn 叫e=”I D”t y p e=”x s：s t r i n g”7(x 5：c o m p l e x T y p e(x s；e l e m e n t x s：e l e m e n tn a m e=”M S U _ C a p a b i l i t y”)(=s：e l e m e n t x s：c h o i c e)x s：e l e m e n tT l a m e=”R e f e r e m c e C a p a b i l i t y C l a s s S t r u c t u r e)1 ZG B T1 9 9 0 2 5 2 0 11 I S O1 6 1 0 0-5：2 0 0 9 x s：a t t r i b u t en a m e=”i d”t y p e=”x s：s t r i n g”f o r m=”u n q u a l i f i e d”)x s：a t t r i b u t en a m e=”m a n e”t y p e=”x s：s t r i n g”f o r m=”u n q u a l i f i e d”)x s：a t t r i b u t en a m e=”u r l”t y p e=“x s：s t r i n g”f o r m=”u n q u a l i f i e d“)(x s：c o m p l e x T y p e)x s：e l e m e n tm a m a=”T e m p l a t e I D”)(x s：s e q u e n c e)x s：e l e m e n tn e n e=”C a p a b i l i t y _ C l a s s N a m e”)x s：c o m p l e x T y p e)(x s：e l e m e n t x s：e l e m e n tn a m e2“V e r 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