《自动化系统与集成 制造应用解决方案的能力单元互操作 第3部分：能力单元互操作性的验证和确认gbt 40283.3-2021》详细解读

《自动化系统与集成制造应用解决方案的能力单元互操作第3部分：能力单元互操作性的验证和确认gb/t40283.3-2021》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4缩略语5MSUs的互操作性5.1互操作性背景5.2MSU互操作性验证和确认contents目录5.3互操作性水平6互操作性验证和确认的目标6.1经过考虑的互操作性机制6.2互操作性验证目标6.3互操作性确认目标7互操作性验证过程7.1验证所需的产品contents目录7.2匹配过程的验证8互操作性确认过程8.1用于确认的产品8.2匹配过程确认附录A(资料性)包含互操作性外延模板的能力专规的概念结构contents目录附录B(资料性)用于MSUs互操作性确认的ISO/IEC25000质量模型改编实例附录C(资料性)互操作性验证和确认相关的OPM架构参考文献011范围标准定义本部分规定了自动化系统与集成制造应用解决方案中能力单元互操作性的验证和确认的术语和定义、验证和确认原则、验证和确认过程以及验证和确认方法。适用领域标准定义与适用领域适用于自动化系统与集成制造领域，特别是在智能制造、工业互联网等新型制造模式下，对能力单元互操作性进行验证和确认的相关活动。0102促进标准化发展统一的验证和确认标准有助于推动自动化系统与集成制造领域的标准化发展，提高整个行业的水平和竞争力。提升系统互操作性通过对能力单元进行验证和确认，可以确保各个单元之间的互操作性，提高整个系统的协同效率和稳定性。降低集成风险在系统集成过程中，对能力单元进行严格的验证和确认，有助于提前发现并解决潜在的问题，从而降低集成风险。验证与确认的重要性与国际标准的对接本部分在制定过程中充分参考了国际相关标准，确保与国际标准的兼容性和一致性。与国内其他标准的协调本部分与国内其他自动化和集成制造相关标准相互协调、补充，共同构成了完善的标准体系。与其他标准的关联022规范性引用文件该标准详细说明了自动化系统与集成制造应用解决方案的能力单元的定义和分类，为验证和确认提供了理论基础。GB/TXXXX.1-XXXX此部分标准阐述了能力单元之间的接口规范，为互操作性提供了技术支持。GB/TXXXX.2-XXXX引用标准VS国际电工委员会的相关标准，提供了电气和电子设备的通用安全要求，对能力单元的电气安全有指导意义。ISOXXXX国际标准化组织的相关标准，规定了软件和系统工程中的某些方面，对能力单元的软件设计和开发有参考价值。IECXXXX相关技术文件法律法规文件《中华人民共和国标准化法》明确了国家标准的制定、实施和监督，为能力单元的标准化提供了法律依据。《中华人民共和国产品质量法》规定了产品质量监督和管理的基本制度，对能力单元的产品质量提出了法律要求。033术语和定义指由控制装置、执行机构、传感器和被控对象等组成的，能够按照预设程序或指令自动完成特定操作或任务的系统。自动化系统定义根据应用场景和功能需求，自动化系统可分为生产自动化、办公自动化、家庭自动化等多个领域。自动化系统的分类3.1自动化系统集成制造概念指通过计算机技术、信息技术、自动化技术等手段，将制造过程中的各个环节进行有机集成，实现制造过程的整体优化和高效运行。013.2集成制造集成制造的特点包括高度自动化、信息化、柔性化、智能化等，能够显著提高制造效率和质量，降低生产成本和资源消耗。02能力单元定义指在自动化系统与集成制造中，具有特定功能和性能的基本单元，是实现系统功能和性能的基础。能力单元的分类根据功能和性能的不同，能力单元可分为控制单元、执行单元、检测单元等。3.3能力单元互操作性概念指不同系统、设备或组件之间能够相互协作、交互和通信的能力，是实现系统集成和高效运行的关键。互操作性的重要性提高系统的灵活性、可扩展性和可维护性，降低系统集成的复杂度和成本。3.4互操作性044缩略语CIMS：计算机综合集成制造系统CIMS：是计算机综合集成制造系统的英文缩写，代表了一种智能化制造系统。01该系统通过集成制造工厂中的各种自动化系统，实现高效率、高柔性的生产。02CIMS是自动化技术与制造技术相结合的产物，是现代制造业的重要发展方向。03本标准GB/T40283.3-2021即属于国家推荐性标准，为自动化系统与集成制造应用提供了解决方案的能力单元互操作性验证和确认的规范。GB/T：国家推荐性标准GB/T：代表国家推荐性标准，其中GB是国标的简称，T是推荐的意思。与GB（国家强制性标准）不同，GB/T是自愿采用的标准，但具有一定的权威性和指导意义。010203互操作性：指的是不同系统、设备或组件之间能够相互协作、交换信息并共同完成任务的能力。在自动化系统与集成制造应用中，互操作性是实现各个环节无缝衔接、提高生产效率的关键。本标准重点关注能力单元的互操作性，确保其在实际应用中的可靠性和稳定性。互操作性：不同系统之间的协作能力010203055MSUs的互操作性MSU概念制造服务单元（ManufacturingServiceUnit）是构成自动化制造系统的基本单元，具备独立完成特定制造任务的能力。MSU功能每个MSU都包含必要的设备、传感器、执行器以及控制软件，以实现特定的制造服务，如加工、装配、检测等。制造服务单元（MSU）定义MSU互操作性重要性良好的MSU互操作性有助于减少系统集成和维护的成本，降低企业的运营负担。成本降低通过实现MSU之间的互操作性，制造系统能够更灵活地应对生产任务的变化，提高生产效率和响应速度。灵活性提升MSU互操作性验证与确认方法标准化接口制定统一的接口标准，确保不同MSU之间能够顺畅地进行数据交换和通信。测试与评估通过实际的测试案例和评估方法，对MSU之间的互操作性进行定量和定性的评估，确保其满足预定的要求。MSU互操作性实现技术通过云计算和大数据技术，对MSU产生的海量数据进行高效处理和分析，为优化MSU互操作性提供数据支持。云计算与大数据技术利用CPS技术实现MSU之间的实时数据交换和协同控制，提高系统的整体性能和智能化水平。信息物理系统（CPS）065.1互操作性背景互操作性定义互操作性是指不同系统、设备或组件之间能够进行有效的信息交换和协同工作的能力。重要性体现5.1.1互操作性的定义与重要性在自动化系统与集成制造应用中，互操作性是实现高效、灵活生产的关键，有助于提高生产效率、降低成本并增强市场竞争力。0102早期阶段各自动化系统独立运行，缺乏统一的标准和接口，导致信息孤岛和协同困难。发展现状随着技术的不断进步和标准化的推进，越来越多的系统和设备具备了互操作性，使得生产过程中的信息流通更加顺畅。5.1.2互操作性的发展历程不同厂商、不同技术路线的自动化系统之间存在技术差异，导致互操作难度增加。技术差异虽然标准化工作已经取得了一定成果，但在某些领域和细节上仍缺乏统一的标准，制约了互操作性的进一步提升。标准缺失5.1.3互操作性面临的挑战VS通过对能力单元进行互操作性验证与确认，可以确保各个系统或组件在集成后能够正常工作，达到预期效果。降低风险与成本在系统集成前进行充分的互操作性验证与确认，有助于提前发现并解决问题，从而降低项目实施过程中的风险和成本。确保系统集成质量5.1.4互操作性验证与确认的意义075.2MSU互操作性验证和确认验证和确认的目的提高系统的可靠性和稳定性通过对MSU互操作性的验证和确认，可以发现并解决潜在的问题，从而提高整个系统的可靠性和稳定性。确保MSU之间的互操作性通过验证和确认过程，可以检查不同MSU之间是否能够正确地交互和协作，以实现预期的功能。制定验证和确认计划准备验证和确认环境根据测试结果编写详细的验证和确认报告，为后续工作提供参考。编写验证和确认报告对测试结果进行深入分析，评估MSU之间的互操作性是否满足要求。分析测试结果按照计划进行测试，记录测试结果，并对发现的问题进行跟踪和管理。执行验证和确认测试明确验证和确认的目标、范围、方法、资源需求等，制定详细的计划。搭建符合要求的验证和确认环境，包括硬件、软件、网络等配置。验证和确认的流程接口兼容性验证确保不同MSU之间的接口能够正确对接，数据传输无误。验证和确认的关键点01功能正确性验证验证MSU之间的交互能否实现预期的功能，是否满足业务需求。02性能效率验证测试MSU之间的交互性能和效率，确保系统能够满足实际运行需求。03安全性验证检查MSU之间的交互是否存在安全隐患，确保系统的安全性。04085.3互操作性水平指不同系统、设备或组件之间能够有效、高效地进行信息交换和协同工作的能力。互操作性根据信息交换和协同工作的程度和范围，互操作性可分为不同水平。水平划分5.3.1互操作性定义评估标准包括数据交换格式兼容性、通信协议一致性、功能互操作性等。015.3.2互操作性水平的评估评估方法可采用测试、验证、模拟仿真等手段对互操作性进行评估。0201标准化制定统一的标准和规范，确保不同系统和设备之间的兼容性。5.3.3提高互操作性的措施02开放性和可扩展性设计开放式的系统架构，支持多种接口和协议，便于集成和扩展。03测试与验证在系统设计和开发过程中，加强测试与验证环节，确保互操作性的实现。支持智能制造系统的灵活配置和扩展，以适应不断变化的市场需求和生产环境。灵活性和可扩展性通过优化生产流程和信息流，提高生产效率，降低成本。提高生产效率实现智能制造系统中各设备、子系统之间的高度集成和协同工作。高度集成5.3.4互操作性在智能制造中的应用096互操作性验证和确认的目标确保各能力单元在集成后能够协同工作通过验证过程，检测并确认各个能力单元在集成到自动化系统中后，能否实现预期的功能，以及能否与其他能力单元协同工作，共同完成制造任务。发现并解决潜在的互操作性问题在验证过程中，应能够发现并解决可能存在的互操作性问题，如接口不匹配、数据交换错误等，以确保系统的稳定性和可靠性。6.1验证能力单元间的互操作性评估系统性能是否达标通过确认过程，对自动化系统的整体性能进行评估，判断其是否满足预定的性能指标，如生产效率、设备利用率、故障率等。提供性能优化建议根据确认结果，可以为系统性能的优化提供有针对性的建议，帮助用户进一步提升自动化系统的运行效率和生产效益。6.2确认系统满足预定的性能指标106.1经过考虑的互操作性机制互操作性定义指不同能力单元之间能够进行有效的数据交换和协同工作的能力。互操作性级别包括数据互操作、服务互操作和语义互操作等不同级别。6.1.1互操作性定义标准化接口能力单元应提供标准化的接口，以确保不同单元之间的顺畅通信。数据格式统一各能力单元应使用统一的数据格式，便于数据的交换和处理。安全性保障互操作性机制应确保数据传输和存储的安全性，防止数据泄露或被篡改。0302016.1.2互操作性机制的要求测试与验证通过制定详细的测试用例和场景，对能力单元的互操作性进行全面的测试和验证。持续改进根据实际应用情况和反馈，对互操作性机制进行持续改进和优化。确认流程经过测试和验证后，需要对互操作性进行确认，确保其满足实际需求和要求。6.1.3互操作性验证与确认方法系统复杂性在实际应用中，需要考虑系统的复杂性对互操作性的影响，确保各能力单元之间的协同工作。性能需求根据实际应用场景的性能需求，选择合适的互操作性机制和解决方案。兼容性考虑在引入新的能力单元时，需要考虑其与现有系统的兼容性，以确保整体系统的稳定性和可靠性。6.1.4实际应用中的考虑因素116.2互操作性验证目标验证能力单元之间的互操作性验证能力单元之间的协同工作能力在自动化系统中，各个能力单元需要协同工作以完成复杂的制造任务。互操作性验证旨在确保这些单元能够在实际工作环境中无缝衔接，共同完成任务。确保各能力单元能够按照预定的方式和规则进行数据交换通过验证，可以检查各能力单元是否能够遵循统一的数据交换格式和通信协议，实现信息的顺畅传递。通过互操作性验证，可以发现并解决在能力单元之间可能存在的数据冲突、通信故障等问题，从而提高整个系统的稳定性和可靠性。检测并解决潜在的互操作性问题互操作性问题的存在可能导致生产过程中的意外中断，严重影响生产效率。通过互操作性验证，可以降低这种风险，确保生产的顺利进行。预防生产过程中的意外中断确保系统的稳定性和可靠性优化能力单元之间的数据交互效率通过验证和调整，可以使得各能力单元之间的数据交互更加高效，从而提升整个自动化系统的运行效率。确保系统能够满足生产需求互操作性验证是确保自动化系统能够满足实际生产需求的重要环节。通过验证，可以调整和优化系统配置，使其更加符合实际生产环境的要求。提升自动化系统的整体性能126.3互操作性确认目标测试通信协议一致性检查各能力单元是否遵循统一的通信协议，确保信息交互的准确性和高效性。评估系统性能表现在互操作性确认过程中，对整体系统的性能进行评估，包括响应时间、处理速度等关键指标。验证接口兼容性确认各能力单元在硬件和软件接口层面的兼容性，以保障数据传输无误。确保能力单元间的顺畅交互通过全面的测试和验证，及时发现可能影响能力单元互操作性的潜在问题。识别互操作性障碍对发现的问题进行深入分析，明确问题产生的根本原因及其对系统互操作性的具体影响。分析问题原因及影响根据问题分析结果，制定有效的解决方案，以消除互操作性障碍。制定针对性解决方案发现和解决潜在问题优化资源配置通过互操作性确认，发现系统资源配置的不足或不合理之处，进而进行优化调整。提升系统整体效能增强系统稳定性确保各能力单元在互操作过程中能够保持稳定运行，降低系统故障风险。提高生产效率通过提升系统互操作性，减少生产过程中的等待和故障处理时间，从而提高整体生产效率。137互操作性验证过程030201制定验证计划明确验证目标、范围、方法和资源需求。准备验证环境搭建符合实际应用场景的验证环境，包括硬件设备、软件系统和网络连接等。选择测试用例根据能力单元的功能和性能要求，设计并选择适当的测试用例。7.1验证计划和准备7.2验证执行按照验证计划执行测试用例对各个能力单元进行功能测试、性能测试、安全测试等。记录验证结果详细记录每个测试用例的执行结果，包括成功或失败的状态、出现的问题以及可能的解决方案。分析验证数据对验证结果进行深入分析，评估能力单元的互操作性水平。识别问题根源针对验证过程中发现的问题，进行深入分析，找出问题产生的根本原因。重新验证与确认实施改进措施后，重新进行验证和确认，确保问题得到有效解决。制定改进措施根据问题根源，制定相应的改进措施，如优化代码、调整配置或改进设计等。7.3问题处理与改进编写验证总结报告对整个验证过程进行全面总结，包括验证目标、方法、结果以及改进建议等。提交报告并归档将验证总结报告提交给相关部门或领导审阅，并妥善归档保存，以备后续参考和借鉴。7.4验证总结与报告147.1验证所需的产品控制器用于执行控制逻辑的硬件设备，可以是PLC、DCS或其他类型的控制器。传感器与执行器用于采集现场数据和执行控制指令的设备，如温度传感器、压力传感器、阀门等。通讯设备用于实现各个设备之间的数据交换和通讯，如工业以太网交换机、串口服务器等。7.1.1硬件设备控制软件用于编写、调试和运行控制逻辑的软件系统，可以是PLC编程软件、DCS组态软件等。7.1.2软件系统数据采集与监控系统（SCADA）用于实时采集现场数据、监控设备运行状态并进行远程控制的软件系统。先进控制与优化软件用于实现复杂控制算法、优化生产过程的软件系统，如模型预测控制（MPC）软件等。校准与检测设备用于校准传感器、检测执行器性能的设备，如校准器、多功能测试仪等。培训与咨询服务提供自动化系统操作、维护和管理方面的培训和咨询服务，以确保用户能够熟练掌握和使用自动化系统。售后服务与技术支持提供自动化系统的故障排查、维修和升级服务，确保系统的稳定运行和持续改进。7.1.3辅助设备与服务157.2匹配过程的验证验证目的发现和解决潜在问题在匹配过程验证中，可以及时发现并解决可能存在的接口不匹配、数据格式错误等问题，确保系统的稳定性和可靠性。确保能力单元之间的互操作性通过验证匹配过程，可以确保各能力单元能够按照预期进行交互和协作，实现信息的顺畅流通。验证方法针对每个能力单元进行单独的测试，验证其功能和性能是否符合预期。单元测试将多个能力单元组合在一起进行测试，验证它们之间的交互和协作是否顺畅。集成测试在实际应用环境中进行验证，确保整个系统的功能和性能满足用户需求。验收测试010203制定验证计划执行验证搭建验证环境问题跟踪与解决明确验证目标、方法、资源、时间和人员等要素，制定详细的验证计划。按照验证计划和搭建的环境，逐步执行验证步骤，并记录验证结果。根据验证计划，搭建符合要求的验证环境，包括硬件、软件和网络等配置。在验证过程中发现的问题，需要及时跟踪和解决，确保问题得到妥善处理。验证流程将验证过程中的所有结果进行汇总和分析，得出整体验证结论。结果汇总验证结果分析针对验证过程中发现的问题和风险点，进行风险评估和制定相应的应对措施。风险评估根据验证结果和分析，提出针对性的改进建议，为后续的系统优化提供参考。改进建议168互操作性确认过程8.1确认目标和范围包括能力单元之间的接口、通信协议、数据交换格式等互操作性关键要素。范围验证能力单元之间的互操作性是否满足预期要求，确保在实际应用中能够协同工作。目标8.2确认方法和步骤方法采用黑盒测试、灰盒测试和白盒测试等多种方法，对能力单元的互操作性进行全面验证。步骤制定测试计划、设计测试用例、搭建测试环境、执行测试、记录测试结果并分析、编写测试报告。8.3确认环境和工具选用合适的测试工具，如自动化测试工具、性能测试工具、网络抓包工具等，以提高测试效率和准确性。工具搭建与实际应用场景相似的测试环境，包括硬件设备、软件系统、网络环境等。环境结果根据测试计划和测试用例执行测试后，得出能力单元互操作性的验证结果。评估8.4确认结果和评估对验证结果进行评估，分析存在的问题和不足，提出改进意见和建议，为后续的优化和完善提供参考。0102178.1用于确认的产品根据能力单元互操作性验证和确认的需求，选择具有代表性的产品作为确认对象。选择原则明确产品的确认步骤，包括产品准备、测试环境搭建、测试执行与结果分析等。确认流程8.1.1产品选择与确认流程VS分析所选产品的关键特性，如功能、性能、接口等，确保其与能力单元互操作性验证和确认的需求相匹配。产品分类根据产品的特性和用途，对其进行合理分类，以便于后续的测试和管理。产品特性8.1.2产品特性与分类产品准备确保所选产品的完整性、可用性和正确性，包括软件版本、硬件配置等。018.1.3产品准备与测试环境搭建测试环境搭建根据测试需求，搭建符合要求的测试环境，包括网络、设备、软件等配置。02测试执行按照测试计划和测试用例，对产品进行严格的测试，记录测试过程和结果。结果分析对测试结果进行深入分析，评估产品的互操作性性能，提出改进意见和建议。8.1.4测试执行与结果分析188.2匹配过程确认精确匹配确保能力单元之间的接口和数据交换格式完全匹配，以实现无缝集成。兼容性匹配在无法精确匹配的情况下，寻求最大程度的兼容性，以确保系统的稳定运行。8.2.1匹配原则接口分析匹配策略制定匹配实施对各个能力单元的接口进行详细分析，了解其数据格式、通信协议等关键信息。根据接口分析结果，制定合适的匹配策略，包括数据转换、协议转换等。按照匹配策略进行具体实施，确保各个能力单元能够顺利互操作。8.2.2匹配流程010203采用测试数据对匹配结果进行验证，确保数据能够正确传输和处理。验证方法在验证通过后，进行正式的确认流程，包括文档签署、版本控制等，以确保匹配结果的可靠性和稳定性。确认流程8.2.3匹配验证与确认接口变更管理当某个能力单元的接口发生变更时，需要及时更新匹配策略和验证方法。数据安全与隐私保护在匹配过程中，要确保数据的安全性和隐私性，防止数据泄露和非法访问。8.2.4注意事项19附录A(资料性)包含互操作性外延模板的能力专规的概念结构定义能力专规是对自动化系统或集成制造解决方案中特定能力的详细描述和规范。作用能力专规为系统的设计和实施提供了明确的指导和约束，确保系统的互操作性和性能。能力专规的概念明确系统与其他能力单元进行互操作的具体需求。互操作性需求提供验证和确认能力单元互操作性的具体方法和步骤。验证与确认方法对特定能力的详细描述，包括功能、性能、接口等要求。能力描述互操作性外延模板的组成能力专规与互操作性外延模板的关系能力专规是制定互操作性外延模板的基础，提供了对能力的全面描述和规范。互操作性外延模板是能力专规的补充，具体化了能力单元之间的互操作性需求和验证方法。提供了系统化的方法通过明确的概念结构，可以系统地描述和规范自动化系统或集成制造解决方案中的各项能力。促进了标准化和模块化概念结构有助于推动自动化系统和集成制造解决方案的标准化和模块化发展，提高系统的可重用性和可扩展性。降低了开发和维护成本通过遵循统一的概念结构，可以降低系统开发和维护的复杂性，提高开发效率和质量。概念结构的重要性20附录B(资料性)用于MSUs互操作性确认的ISO/IEC25000质量模型改编实例MSU互操作性定义指制造系统各能力单元之间进行有效数据交换、协同工作的能力。MSU互操作性质量模型概述质量模型目标提供一个评估MSU互操作性质量的框架，确保各能力单元在集成后能够满足预期的性能要求。改编依据基于ISO/IEC25000质量模型，结合MSU互操作性的特点和需求进行适当改编。功能性评估MSU在互操作过程中是否具备所需的功能以及功能的正确性、完整性和适应性。性能效率衡量MSU互操作时的性能表现，包括响应时间、吞吐量、资源利用率等。兼容性评价MSU与其他能力单元之间的兼容程度，确保数据交换和协同工作的顺利进行。可用性考察MSU互操作性的易用性、可学习性和可操作性，降低用户使用难度。可靠性评估MSU在互操作过程中的稳定性、故障恢复能力和可维护性。安全性确保MSU互操作过程中的数据安全和信息安全，防止潜在的安全风险。MSU互