GBT 16980.1-1997 工业自动化 车间生产 第1部分：标准化参考模型和确定需求的方法论.pdf

前言国际标准化组织 是由各国标准化机构成员体 组成的世界性联合体通常由的技术委员会完成国际标准的制定工作 每个成员体对某项已建立技术委员会的专题感兴趣时 均有权参加该技术委员会同有联系的官方或非官方的国际组织亦可参加此工作同电工技术标准化有关的一切事务将与国际电工委员会密切合作技术委员会的主要任务是制定国际标准 在特殊情况下 技术委员会可以建议发布下述类型的技术报告第一类 虽几经努力 但仍未能获得作为国际标准发布所必需的支持第二类 某专题由于尚处于技术开发阶段 或由于其他某种原因不能立即但在将来可能成为国际标准第三类 技术委员会收集到的内容与正式发布的国际标准属于不同类型的资料 例如 技术动态第一类和第二类技术报告在发表后三年内 须经复查 以确定其是否可以成为国际标准第三类技术报告只有当其提供的数据不再有效或有用时 才进行复查是第三类技术报告 由技术委员会 工业自动化系统和集成 制定本文件以技术报告的形式发表是因为从当前对制造建模的技术水平出发 尚不可能提出一个国际标准 既完善精确 又不会对这一迅速变化的领域有过多的局限性 本技术报告的用意是作为一个指南且能定期地得到复查和讨论在 工业自动化车间生产 的总标题下 由以下两部分组成第部分 标准化参考模型和确定需求的方法论第部分 标准化参考模型和方法论的应用引言本标准的意图在于提供一种工具 它将有助于确定和协调在和工业自动化领域中的标准工作所涉及的当前的和未来的活动具体地说 本标准中开发出的参考模型将适用于离散零件制造行业 为此目的制造 一词在本标准中应解释为离散零件制造 本参考模型也有可能在离散零件制造行业之外得到应用 但此参考模型的开发者尚未在其他行业的工业自动化活动中对该参考模型进行过验证由于该模型和该方法论尚待细化 以适合正在出现的新技术 故选择了 技术报告 而不是 国际标准 作为其表述的手段本标准没有包括对一些具体标准的开发 而是以参考模型的方式建立一个公共框架 以便有助于未来标准的开发该标准化的参考模型应当是结构简单的 灵活的 模块式的和一般性的基于已有的和可被接受的用语可适用于广泛的制造操作和制造组织 人员与设备和系统间的接口被认为是有必要的与任何给定的 预先确定的用系统配置或系统实施来进行的某些实现无关在扩展能力和包容新技术的能力方面 是开放式的 不会造成当前某些实现的无故失效与制造自动化和计算机科学的现有技术无关本参考模型及其方法论将用来为标准化确定内容范围 并有利于准备开发这些制造标准的组织 它还会引起由供应商和用户两者组成的制造团体的兴趣 但它并不打算成为为制造系统集成所做的一项设计提出车间生产标准参考模型的本标准由两部分组成 第部分描述该参考模型和方法论 为的是确定可能的标准需求它主要针对下列问题回顾现有的模型及建模的方法论导出一个初步的 一般性的制造标准分类方法采用一个制造企业的功能视图按照的结果建立一个初步的参考模型为抽取标准内容范围开发一种方法论第部分描述该参考模型和该抽取标准内容范围的方法论的应用它着重讨论该方法论的应用 以便导出所需标准内容范围的具体清单确定标准的内容范围导出标准的要求第部分的单独开发可能会发现有必要对与其高度相关的第部分进行修改正规的程序将解决这一问题本文件是第部分 由本引言和章组成 第和章分别表述范围和应用领域 术语和略语 第章描述制造标准化的目的 第章包含该参考模型第章介绍应用该参考模型的方法论 以便阐明和抽取标准的内容范围 该方法论在第部分中还将进一步扩展第章提供本文件的总结中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准工业自动化车间生产第部分标准化参考模型和确定需求的方法论国家技术监督局批准实施范围和应用领域范围本标准提出和描述一种手段 以判别在什么地方可能需要一些新的或应修正的制造标准 本标准建立了一个车间生产的参考模型 并进而用作开发一种方法论的基础 以便识别和抽取标准的内容范围用于开发本参考模型的假定是感兴趣的领域是离散零件的制造 特别是这些零件的生产 物理实现该参考模型应当是终点开放的 使得它能够被修改 以包容各种新技术而且该参考模型应当是一般性的 使它能适合于宽广的应用范围 而不被导向于制造的某一特殊组织结构需要强调的是 该参考模型为理解制造提供一个概念框架 且可被用来识别集成制造系统所需的某些标准的内容范围但是 该参考模型不是为设计 实施 操作和维护任何现存的或未来的制造自动化系统提供使用的方法论对于上述目的可能需要在本标准工作的基础上 建立另一些参考模型用于上述目的但是 开发这样的模型超出了本标准的范围应用领域本标准描述的参考模型是用于确定在制造车间生产范围内的一些标准通常认为制造包含从客户订单到产品发运的全部过程有项制造功能被认定为制造的组成部分下面列出这项功能 以及和这些功能密切相关的活动 所列的活动只是说明性的 并不详尽法人管理 例如企业方向战略规划投资可行性研究风险管理财务 例如财务计划法人预算财务帐表市场和销售 例如市场研究广告销售预测销售计划价格销售 订货 装运 发货票产品服务研究和开发 例如研究和开发计划基础研究应用研究产品开发制造开发产品设计和生产工程 例如确定产品技术规格初步设计和试验详细设计设计分析 试验 评价修改设计为生产计划发放设计项目管理工艺计划数控装置和可编程序控制器的编程工具工厂工程材料明细表生产的质量保证计划生产配置生产管理 例如生产计划产品和库存管理生产监督一般维护请求质量控制成本控制和成本管理采购 例如供应商能力采购验收仓库存储装运 例如产品储存产品分发废料处理 例如废料处置废料存放资源管理 例如设备管理工具管理能源管理工时和考勤设备维护卫生和安全环境管理维修管理 例如预防性保养故障排除性维修车间生产 例如物料贮存物料传输物料变换物料检验过程中的检测和试验过程中的核校产品检验这些功能如图所示 且在中加以定义这些功能可以分为三组项是企业功能 涉及长期的战略性计划活动项属工厂功能 涉及生产过程的战术计划 资源管理和产品建模 最后一项 即项 车间生产功能 涉及实际制造物理产品的活动这项制造功能是相互关联的 希望能有一个覆盖所有这项功能的参考模型 经过对已有工作的仔细研究 认为现在就开发一个能覆盖全部制造功能的参考模型为时尚早另一方面 在车间生产范围内人们对采用标准表现出紧迫的需要和愿望本标准中描述的参考模型 其目的在于指导标准的筹划和开发 以有助于自动化车间生产系统的集成车间生产功能应和车间生产自身范围以外的功能 及其活动 进行接口 这一点已被认识到 图表明制造的主要功能会有怎样的相互关系将来 可能会开发包括企业功能和工厂功能的制造参考模型在制造领域 任何未来的建模工作都应考虑此处提出的车间生产参考模型 应当付出种种努力 保证本车间参考模型和可能开发的任何工厂或企业参考模型的兼容性术语概述本章描述若干术语 为的是使本标准的使用者能够更好地理解这些描述是本标准条文专用的 并不作为一般的定义专用术语参考模型通过使用图形和文字来描述制造活动和组成部分的一种手段离散零件制造生产由离散元件组成的产品或零部件的功能体系功能为实现某些制造目的的若干活动的分组活动能使输入产生某些变化的一个制造过程层次若干活动的集合 这些活动组成某一多层结构中的一级子层企业一个整体的制造单位 由一个法人和一个或多个工厂组成 法人负责企业外部环境与工厂间的相互关系 且负责工厂内部功能的控制工厂企业的一个组成部分 不具备法人功能工厂负责对企业和车间生产活动提供支持和指导车间生产工厂的一个组成部分 其功能与离散零件和 或产品的生产直接相关车间生产模型用来描述车间生产内部结构的基本模型相互作用在车间生产内部的主体之间 以及在车间生产内部或外部的主体和动作之间的一种相互关系和相互联系一般活动模型用来描述车间生产内的活动的执行及其他车间生产接口功能间相互作用的一般模型略语本标准使用如下略语一般活动模型车间生产模型存储变换传输检验制造标准化的目的概述标准化的目的已经指出如下的标准化的目的互相理解卫生 安全 环境保护接口可互换性适用多种控制标准观点的概念制造的标准化过程是确定标准的内容范围 选择要进行标准化的方面 和制定基于关键技术的标准本标准中 在上述目的的指导下 选择了如下的标准观点 见的定义用来判别制造领域中对标准的需求安全环境兼容性性能可操作性可维护性可靠性资格描述这九个标准观点 以及本参考模型 被用在建议的方法论中 以便抽取标准的内容范围有关制造的标准观点有关制造的九个标准观点定义如下 且用于需要标准的任何地点安全观点安全涉及制造工厂正常地或错误地运行可能对操作人员 设备以及在制品的安全所造成的影响 它还包括对可跟踪性的要求 即对在制造中使用的制造过程及组成部分的顺序进行跟踪的能力 由此制定设计和操作标准 以确保安全运行环境观点环境涉及操作实体在制造活动的过程本身以及作为该活动的副产品对物理环境可能产生的作用在各种情况下 无论是正常的或是错误的方式均应考虑 由此确认标准 定义每个作用 确定如何测量这些作用 并为可接受的操作制定规范兼容性观点兼容性涉及可互换性和相互依赖性 并解决与接口有关的问题由此制定设计和操作标准 以保证兼容性性能观点性能涉及可以归类为速度 成品 输出 的质量 所耗的资源等性能 以此确定标准 以定义这些品质和相适应的规格可操作性观点可操作性涉及人与制造环境交互的各个方面主要关心易于操作和在正常及错误条件下避免不适当的操作由此制定设计和操作标准 以保证容易和正确的操作可维护性观点可维护性涉及减少停工时间 减少由停工而引起的风险和成本 十分重要的是能对所有制造要素及系统本身维修方便 使每个制造实体及其文献资料维持在一种大家熟知的状态 以及在需要时支持可跟踪性由此制定设计和操作标准 以保证容易维护可靠性观点可靠性涉及有关一个系统是怎样设计和怎样操作的 以满足各指定水平上可用性的各个方面 这由单个元素和部件的可靠性开始 直到整个系统和组织的可靠性由此制定设计和操作标准 以保证可靠性资格观点资格观点涉及达到对制造实体进行成功设计和操作的人员素质该观点主要关注操作员的资格培训由此制定设计和操作标准 以保证人员在管理制造活动时的资格描述观点描述关注的是制造实体的设计和操作是如何定义和说明的 以向所有有关人员提供互相理解的手段的各个方面主要涉及术语 文献资料的识别和描述由此制定设计和操作标准 以保证制造领域内的相互理解车间生产的参考模型概述本章描述为在车间生产范围内确定标准而开发的参考模型下面三节中提供的参考模型在很大程度上是对现存模型的一种综合 首先 为制造而进行的主要活动被认定是车间生产的相关环境第二 提出了一个车间生产模型 简称该模型把车间的活动纳入层次结构第三 提出了一个一般活动模型 简称它是为的每一层内的各种活动建立的模型车间生产的每一个活动都可以用的一个实例来表明的各种元素对任一给定的活动来说有不同的解释该参考模型的意图是帮助人们确定什么地方可能需要标准 该参考模型的细节尚不足以用作别的目的 例如提供设计和实施某一制造系统的基础该参考模型提出企业 工厂和车间生产的一个功能视图车间生产的环境给出了制造的范围 确立了项主要功能 图的示例说明在这些功能所建立的环境中 车间生产处于怎样的位置 由此 车间生产的许多活动与工厂的活动以及在某种程度上与企业的活动之间发生了相互作用后面将要说明的方法论使我们能识别这些相互作用 以及车间生产内部发生的相互作用车间生产模型车间生产不同于在中确立的其他十一项制造功能 是因为它包含与生产零件直接相关的活动通常把这些活动分为若干层次在本标准中 选择了一个四层模型来表示车间生产制造功能的活动 很有可能在制造的具体实现中需要多于或少于四个层次 但对于确定标准的内容范围这个目的而言 四层看来是够用的本标准还确定出四种类型的制造活动 每一种类型的活动对应于车间生产的一个层次 在每一个层次 在同一时刻可能会 一般说来 是 有若干个活动在进行这四种活动类型是执行车间生产过程命令车间生产过程协调车间生产过程监督车间生产过程图所示的这个四层模型说明了车间生产的结构 该模型称作车间生产模型图给出了每层的名称 与该层对应的活动类型及其描述一般活动模型本标准所采用的办法是通过活动的概念来对内的与确定标准有关的那些特性建模 为了模仿每一层次的各种活动的执行 提出了一个一般活动模型如图所示的内部表现是一个包括四个主体和四个动作的相关集合这些主体和动作的定义如下四个主体控制信息 包括命令信息通常从较高层流向较低层 它启动 变更或终止某个活动状态信息它在对命令的直接响应中产生 通常以和命令相反的方向流动请求信息如果有的话 它对应于控制同一层内 点对点 相互作用的命令 信息原文为控制但从逻辑含义上不通 故改用 命令应答信息如果有的话 它对应于控制同一层内 点对点 相互作用的状态信息数据 所有除控制信息以外的信息 它是为进行某一活动所需要的 或是由某个活动的进行而产生的物料 物料是制造活动的生产对象 物料包括所有在制造过程中进入产品的物质 原材料 零件和部件 辅助材料 产品和废料资源 资源是在进行制造时所有那些不是物料的物理手段 资源包括 变换 传输 检验和存储用的设备 工具和夹具 数据处理和通信系统 基础资源如材料 能源 空间和时间 人员注信息 总类在本标准中定义为由控制信息和数据组成 即上述和的合并四个动作变换 改变控制信息 数据 物料或资源 使之从一种形式变为另一种形式 或从一种状态变为另一种状态的动作 变换包括信息的编码或解析 命令的分解 以及物料或资源的切削 成形 装配或调整传输 把控制信息 数据 物料或资源从企业中的一点移到另一点的动作检验 验证所有经过变换的控制信息 数据 物料和资源是否符合规定的动作存储 使控制信息 数据 物料或资源保持在车间或工厂内部的指定位置直到要将它们传输为止的动作用四个主体 控制信息 数据 物料 资源 和四个动作 变换 传输 检验 存储 来描述活动的执行制造活动的实现可以由这四个主体和四个动作表示就是基于这一观点而开发出来的一个给定的活动 将表现为的一个具体实例其中的元素 主体 动作 和对应于这些元素的该具体制造活动的实体建立起具体的对应关系 或联系并非的所有元素在每个实例中均存在 例如 在车间生产的最低层就没有对不存在的下层而言的命令信息和状态信息主要制造活动可以分解为若干 子 活动 这种分解可以在水平方向上进行 分成一系列活动也可以在垂直或递阶方向上进行 分成若干层活动说是一般性的 就是指它可适用于所有的活动在具体的与特定的制造活动间建立联系将产生具体的主体和动作第章描述的型和型步骤便可用这些具体的主体和动作来确定标准的内容范围抽取标准内容范围的方法论概述在活动之间以及在活动内的主体和动作之间存在着某些相互作用 这些相互作用可以用来确定制造的标准化的内容范围 因此 本方法论就是在各种关系和连接中考察各个活动 主体和动作 从而确定是否需要制定某种标准标准化的目标是使两个或多个对象之间的关系和连接更为有效 在制造中 对象可能是机器对机器的关系和 或连接 也可能是人对机器的关系和 或相互作用前一章给出的参考模型主要是描述性的 而非程序式的就是说 它给出了一套概念和一个分层方法 由此可以更好地理解制造企业 该模型定义了有用的制造功能 特征以及它们之间的关系 尚需说明的是怎样才能使用这些功能 特征和关系来确定制造标准的内容范围本章即提供这种抽取标准内容范围的方法论总方法利用本参考模型的各种元素确定标准的方法示于图制造的各种活动可划分为项主要功能这项主要功能之一 即车间生产 进一步由一个四层模型来说明 见图每一层的各种活动都可由来描述 见图每一个这种实例性模型都是联结概念 主体 活动 的结果活动可以按垂直和水平方向进行组合 这一事实可由节的步骤中看出该步骤确定可能存在的标准的内容范围 每个标准内容范围可由图的矩阵的一个小格子表示一旦某个可能的标准内容范围被确定 一个非空的小格子则应从以下两个观点对它进行考查感兴趣的技术 即在该内容范围内的主体和活动中可能是明显的技术中描述的标准观点这两点的作用像是过滤器 它把标准的内容范围限制到用当前技术可以实现的并反映出标准化目的的那些内容范围内抽取步骤这些步骤使用本参考模型的概念并描述怎样考查这些概念以确定可能的标准的内容范围本方法特别强调一个系统的各元素之间的相互作用因此 希望产生一些可能的标准的内容范围 成为系统集成的前提前面提到的本参考模型的各种组合是通过把如下定义的两种类型的步骤应用于每个标准观点进行考查的特别要注意这两种类型的步骤的每一个都可以单独应用应用不同的步骤可能得出同样的标准应用这些步骤不能保证得出一张标准的详尽清单 而是指明标准的内容范围步骤同层内的相互关系 步骤这类步骤用来在每层相应的主体与动作 主体与主体 以及动作与动作相互关系中抽取标准的内容范围应当把这类步骤应用到每个活动 以抽取可能的标准的内容范围步骤主体 动作相互关系在的每层中 对每个活动 考虑任何可能的主体 动作相互关系 以确定标准的可以应用的内容范围步骤主体相互关系在的每层中 对每个活动 考虑任何可能的主体 主体相互关系 以确定标准的可以应用的内容范围步骤动作相互关系在的每层中 对每个活动 考虑任何可能的动作 动作相互关系 以确定标准的可以应用的内容范围步骤外部 步骤这类步骤被用来在垂直和水平两种结构的活动之间的相互关系中抽取标准的内容范围应当把这类步骤应用到每个活动 以抽取可能的标准的内容范围步骤水平相互关系对的每一层 考虑在车间生产与其他制造功能 即的至环境功能 间的可能的相互作用 以确定标准的可以应用的内容范围步骤垂直相互关系对的每一层 考虑某主体与其上层和下层的主体间的任何可能的相互作用 以确定标准的可以应用的内容范围 并由此确定相关的主体属性确定步骤的矩阵表示与每个步骤相对应 都可以想像出一个矩阵 形象地表示这个步骤其示意在图中给出每个矩阵的每个小格代表标准的一个可能的内容范围在本标准的第部分使用了类似的矩阵 表示出通过应用这些步骤而确定的标准的内容范围 同时为本参考模型及其方法论的其他使用者提供了工作表总结本标准是标准的第部分 它论及一种手段 以确定哪里可能需要车间生产工业自动化标准描述了一个参考模型 可以用作为标准开发工作确定内容范围的一种系统方法 标准的第部分将描述该方法论的一种应用 该方法论利用这一参考模型确定这些内容范围 将这些内容范围归类 并把它们和已经完成或正在开发的一些标准进行交叉对照如所述 企业和工厂的组合构成车间生产的环境图制造的典型分组层子 活动职责工段监督车间生产过程监督和协调生产 支持作业 获得资源并分配给作业单元协调车间生产过程车间生产过程的作业排序和管理工作站命令车间生产过程指挥和协调车间生产过程设备执行车间生产过程按命令执行车间生产过程图车间生产模型对物料的动作只在第一层定义传输变换检验存储正文中定义的信息包括控制部分和数据部分对于严格的层次结构 水平的信息流只限于数据部分图一般活动模型图确定标准内容范围的总方法注本标准的第二部分也使用适当技术和标准观点的概念 把可能的标准内容范围限制在那些现实的和希望的领域之中图确定步骤的矩阵表示