工业自动化系统与集成 流程工厂（包括石油和天然气生产设施）生命周期数据的集成 第11部分：基于RDFS方法论简化的参考数据工业使用方法 征求意见稿

1工业自动化系统与集成-流程工厂（包括石油和天然气生产设施）生命周期数据的集成-第11部分:基于RDFS方法论简化的参考数据工业使用方法本文件可灵活创建支持系统工程流程的产品知识模型和数据。通过结合资源描述框架（RDF组、参考数据字典和一套标准化关系，可在跨组——计算机系统间数据的分享、集成、交换和GB/T18975.2-2008工业自动化系统与集成流程工厂（包括石油和天然气生产设施）生命周期数2注：由空白节点表示的资源也称为匿名资源。根据RDF标准W3C注：其范围可局限于特定的专业（电气、机械、土木），然而在整合了所有从工程工3基于模型的系统工程modelbasedsystemse注：建模的应用从概念设计阶段开始支持系统的需求、设计、分析、验证和确认（V&V）活动以及其相互关系，并资源描述框架图resourcedescriptio资源描述框架三元组resourcedescription4）；资源描述框架语句resourced设施生命周期数据，表示与许多设施通用的或许多用户感兴趣的类别或个体事注2：语义编码是创建特征数据的必要条件，其中被替换的自然语言术语是属性（对于每个属性，数据集都包含一语义数据建模semanticdatam注：在语义数据建模中，用于系统建模的所有概念均由本体明确定义，在单个图中捕注1：改编自ISO/TS15926-注2：在ISO15926-2中，一个语句可记录为实体关系的一个实例。一个或多个语句的集合可如ISO/5利益相关者的要求stakeholder数据包或数据容器中的实际数据减去所有用6注1：合规性可通过对于每个或一组要求进行客观测试、分析、演示、检查等来确定。它回答了这个问题：“我们是否制造了正确的产品？”API：美国石油协会（AmericanPetrGUID：全球唯一标识符（GlobalUniqueIdentiGBS：地理分解结构（GeographicalBreakdownStructFMEA：失效模式及影响分析（FailureModeandEffectAnalysiFMECA：失效模式、影响和危害性分析（FailureMode,EffectandCriIDM：信息交付手册（InformatiMBSE：基于模型的系统工程（ModelBasedSystemsOWLWeb：网络本体语言（WebOntologyLanP&ID：管道和仪表流程图（PipingandInstruRDL：参考数据库（ReferenceDataLiRDF：资源描述框架（ResourceDescriptionFramRDFS：资源描述框架模式（ResourceDescriptionSHACL：形状约束语言（ShapesConstraintSPARQL：协议及资源描述框架查询语言（ProtocolanSBS：系统分解结构（SystemBreakdownStrSE：系统工程（SystemEngiSKOS：简单知识组织系统（SimpleKnowledgeURI：统一资源标识符（UniformResourceIdentifV&V：验证和确认（VerificatioWBS：工作分解结构（WorkBreakdW3C：万维网联盟（WorldWideWebConsortiu4.1通则统工程(MBSE)是一种系统工程的方法论，其7万维网联盟（W3C）资源描述框架（RDF）标准的三元组概念，并将一组称为“初始特定系统工程信息，并且有可能升级到完全符合ISO15926-2的模人们喜欢使用基于表格的简单结构而不是相对复本文件内容中的工程数据不仅包括工程过程的输出和/或输入，还包括工程过程本身。通过这种方4.2本文件的定位4.2.1概述的成熟度。本条款涵盖了双方（使用不同软件系统）之间以物理文件进行的数据交换，例如，在资产创建时，业主和供应商之间的数据交换使用84.2.2交换数据工作流中的处理步骤在本文件中，遵循了如图3所示的基于四个软件实现层的系统方法和方法论来组织交换流程。图3展示了通常数据交换中能够区分的四个层级。图3左侧展示的四个层级中的方框在ISO15926-10中被定义为规范性内容。图3右侧的方框展示了这些层级在本文件）；——由ISO15926系列中的一个或多个部分定义的数据交），盟（W3C）对资源描述框架模式（RDFS）9在特定项目的背景下，每一层可通过该项目的信息交付手册（IDM）来确4.2.3系统工程测试用例和一组顶层（利益相关者）要求开始，到该系统的运行和维一套用例。这组关系集，包括其规定的域和范围，能够被视为系统工程的示例：来自供应商/承包商的可交付物的信息结构可对于图2中的红线，关于可交换信息有几个感兴趣的区域。本文件确认了以下十一个可能作为信息客户为某个项目的招标/投标制定了一组项目要求。本文件将与投标人和供应商共享。在准备技术SMART文本规范）将由一个代码标识，并分配给一个参考数据库（RDL）的类或一个RDL类的实例（例如一类系统的实例）。一个要求被分配到一个特定方面（例如，安全性、建设性、可用性、可维护性如果存在不符合情况（例如，致命的、关键的），里程碑和一项或多项即将执行的活动。活动有一个责任方和一个或多个执行者（角色和/或组织）。这d)交换工厂流程或逻辑设计信息其中功能对象被嵌入到这些流程当中。过程、流股和功能对象的主要特征和/或性能通过其特性进行定e)交换系统分解结构（SBS）中定义的物理设计信息关于工厂配置的信息（例如工厂分解结构、系统分解结构SBS）在客户和供应商之间进行交换。所据库（RDL）中被归类为一个事物。功能对象的物理设计与流程设计连接在一起，特别是来对于自流程附带有例如平面图、原理图或架构图的图纸或图表。系统分解结构（SBS）的细节被分解以公开功能分解结构和地理或环境条件。对象通过参考数据库（RDL）中定义的属性来明确规定。每组特性集都有一个组织所有者。系统分解结构（SBS）中的对象与适用的要求和语句（例如设计决策声明，理由、分配任务。系统分解结构（SBS）中的对象可能引用任何类型验证和确认（V&V）活动作为项目的一部分，是由特定的角色和特定的人员或组织进行的。作为验证和确认（V&V）活动的结果，一项或多项要求和必须符合这些要求的一个或多个事物并结合满足这些件（章节）或任何适用的声明来完成。此外，不符合的部分也记录在验证和确认（V&V）矩阵中，并以生的可能性评分和货币风险后果的评分来表征。风险清单以数字数据的形式与客户交和质量，都会被定性和/或定量。影响系统的后果和相关风险会被分析和管理。变更管理信息以数字数j)交换失效模式及影响分析/失效模式、影响和临界（FMEA/FMEC识别潜在的失效模式。影响分析是指研究这些故障对工厂不同层级系统的影响后果。FMECA分析评估工厂的总体可用性。分析结果将以数字数据的k)交换设备位号和资产注册号4.3系统工程背景下的核心术语当分析4.2.3中的用例时，能够识别出一组关键术语，它们共同构成了贯穿这关键术语的代表性集合（并非穷尽）如下所示，它们按照源自ISO15926-2（根级实体）的核心实体和在EN17623语义建模和链接标准中，根级元素有部分源自ISO15926-2。在图4中，通过EN17632角度（想象与现实），可能将物理对象的生命周期划分为四个象限，在EN17632中有所介绍，如图5所示。图5的象限1、2、3是设计和工程中的4.4与项目要求保持一致性的决策，这些措施/活动是一种技术（生命周期）活动，包括：维护（类似重建），翻新（涉及重新设技术（生命周期）活动导致正在（重新）设计和/或（重新）构建的技术对象的状态发生变化。功根据系统工程原理，区分利益相关方的要求按照IEC81346-1的定义，功能、产品和位置方面在一个对象（例如工厂、系统、设备）的几乎每在与资产管理相关的整个生命周期中进行显著优化。在图7中展示了与指定、创建和维护设施或流程工属性）间的适用关系。分解结构要素之间允许的关系宜在一个集成信息模型（IIM）中定义。它被称为（特性和注释）来构建这种集成信息模型（IIM）的模块。为了能够有效地做到这一点，以下规则是被——项目数据层面的每个实体和每个属性都应是基于本文件的项目特定集成信息模型（IIM）实体——项目数据层面的每个实体和每个属性应根据项目定义的参考数据库（RDL）进行分类。——两个元素之间的每个关系都应在集成信息模型（IIM）中定义，该模型由一组具有定义的域和图8展示了这些规则，其中展示了文件管理系统中文件版本与工厂图8将分解结构元素连接到RDL并通过关系进行互联的原则4.6属性元数据，例如，该数值的来源，以及该数值的日期时间和准确性。（见5语义建模方法5.1通则第4节提出了没有任何语言约束的基本原则。在本节中提出了一种基于这些基本原理的语义数据建作为选择RDF（S）作为语义建模技术的依据，图10根据三种主要的万维网联盟（W3C）力模型”中的能力对他们进行了分类。图10所示的三种主要的万维网联盟（W3C）标准——简单知识组织系统（SKOS）：提供万维网联盟（W3C）标准中最弱的语义数据建模规则可以是定义性的或可操作性的，后者在定义性约束和规则之上，由客户简要说明或法定/监管机构所有由资源描述框架（RDF）描述的事物都被称为资源，资源是rdfs:Resource类的实例，而rdfs:Resource类是所有事物的类。RDFS定义的语言由一组RDF资源组成，这些资源可用于在特定应用的RDF词汇表中描述其他RDF资源。本文件旨在成为这样一种词汇表。RDFS是RDF的语义扩展。它提供了描述相关资源组以及这些资源之间关系的机制。RDFS是使用本文件中描述的术语以RDF形式编写。这些资源用于确定其他资源的特性，例如特性的域和RDFS根据特性适用的资源类来描述特性。这是本文件中所描述的域和范围机制的作用。例如，ex:Author特性被定义为具有ex:Document的域和ex:Person的范围，而传统的面向对象的系统通常能够其他人使用ex:Document的域或ex:Person的范围图11展示了RDFS的选定资源，它构成了本文本体的基础。其中核心的是rdfs:Resource、rdfs:Class、rdf:Property、rdfs:subClassOf、rdfs:subPropertyOf和rdf:Statement。本文件使用skos:prefLabel（用于分配名称）和skos:definition（用于分配定义）殊化是通过rdfs:subClassOf（子类关系）来实现的；而对于关系层次结构，实体的特殊化则是通过rdfs:subPropertyOf（子属性关系）来实5.5参考数据ByLibraryClass）的关系都用于将项目实体分类为RDL类（见图12）。一种可行的工作方法可以是定义一个特定的项目或公司的RDL，将相关的ISO/TS15926-4类和私有类（参考其原始来源，包括相应的性，尤其是在涉及许多相互关联的学科时。如果选择创建特定于项目的RDL，则本文件的本体可用于此和skos:broader。然而，RDL的进一步开发不在本文件的范围内。5.6本文件文本中的标识和引用——在第5条和第6条的文本中，作为本文件本体一部分的类或特性的引用使用CourierNew字体表在图13中，ISO15926-2和EN17632的核心实体都被纳入了本文件的核心实体层次结构中。这些实体一方面根据ISO15926-2进行结构化，另一方面以rdfs:是本文档本体的一部分。为简单起见，本文件的本体中重新定义了“属性”，因为它在ISO15926-2的5.7.2关系及其特征除了上述原则外，本文件还为RDL关系引入了两个根关系，这两种根关系都属于rdf:prop——顶层对象关系：用于主体和对象之间的关系，且对象不是文本。——顶层字面量关系：用于主体和文本之间的图15展示了本文件的这两个顶层关系，相对于ISO15926-2和RDFS，通过特殊tyOf，本文件从这两个顶层关系开始开发了一个关系层次结构。如图15所示，“iswholeof”关系是根据topObjuectRelationship定义的，(这abelbyliteral”的关系是根据top——当在供应链中交换语句时，应仅使用附录A中定义的规定方向的——本文件中的每个关系都能通过thing的子类（如域和范围）进行特化，以便规定在创建和验证通过在配置管理环境中实现这些规则，语句的语义质注2：顶层对象关系（topObjectRelationship_与OWL命名空间中的顶层对象属性（topObjectProperty）类似，顶层文字关系（topLiteralRelationship）与OWL命名空间中的顶层数据类型属性（topDatatypeProperty）类似。在ISO15926系列标准中，关系和属5.7.3特性法通常与设计软件中其它RDL的表达方式不同，也不符合大型公司使用的设计习惯，在常见的习惯中，通过这种方式，这四种类型的实例能够被归类为任何RDL中的属性。这简化了属性的使用方式，并口），由RDL类定义，并具有一个值和度量单位（UoM5.8.1概述在分析4.2节中的用例时，能够识别出一组关键术语，这些术语共同构成了贯穿这些用例的一条主5.8.2对个体层次结构的补充的扩展，从标记为可能个体块开始。这些扩展的5.8.3对抽象对象层次结构的补充5.8.4语义关系的创建图19给出了一些示例，展示了如何能够通过rdfs:subPropertyOf将topObjec更具体的关系，每个关系都以适用的域和范围达。图20中展示了一些这种文字关系的示例，这些关系可能会受到域和范围的约束。22所示，通过特定的状态集合，每个状态集合在特定的语境中执行一个角色。状态类型在RDL中被预的使用。在此基础上，能够通过检查语句中的对象是否符合该语句中所使用的对象应是定义为范围的类的成员的实例，或者在类引用的情况下，是该类的成员之类结构的作用与ISO15926-2中所表示的相同，但是由于维护原因，能够包含在RDL中(因为所有成员都将是RDL中的一个类)。一种特定的关系是本文件的实体实例与RDL的类之间的分类关系。在这种情况下，不使用rdf:type。用于将单个项目数据实体(本文件一个实体的实例)分类为RDL类的关系是iim:ThingisClassifiedAsByClass，或此关系的子属性。这样做的原因是rdf:type被保留用于将项目实体分类为本文件的本体实体，而软件工具通常只允许建立一种正式图24展示了关系iim:DocumenthasStatusByLibraryClass_传统程序。图25给出了一个可能的类的类的示例，这些类的类详细阐述了ISO15926-2所使用的类的类5.10生命周期模型四个象限如图26所示（源自图5），可通过本文后面所提到的实体来表示（并补充了行业内所使用的相计的重用和采购过程相关因此它通过零部件案例编号能物理对象（带位号）的位置上，并且其“类型是”在某个时间点，实际的物化物理对象将被另一个实际的物化物理对象替代（相应地，“isInstalledAs”关系将被新的关系替代/更新），新的实际的物化物理对象可能基于另一个制造商的型号，而该本文件提供了将系统元素的生命周期划分为四个独立实体的可能性，而在IEC81346-1中，系统元因此，与ISO15926系列相比，IEC81346-1对周期的信息被记录在专门的文件，如图29中所示的需求规格ISO15926系列标准不涉及标识方法的范围，任何标识方法或程序都可以被使用本文旨在实现工程数据可由计算机支持和管理，同时实现人类可读的表达方式，其中ISO15926-2并通过iim:Thing_isClassified——广泛使用通过域和范围定义和表达的语义关系。域始终是ISO15926-2或本文件中的实体。个标识：文件编号和专业代码。该文件存在一个特定的版本A，其状态设置为已批准，状态由关系在如下位置上找到：/drawings/pumpxyz-A.pdf(为了提高可读性，与附录A中初始关系集的关系名称相比，图30中的关系名称进行本小节的示例都附带一个图形，在图形中包含示例使用的图形工具的屏幕截图，如图31所示。图32包含与图30相同的布置图，但它被定义为一个活动的输出文件，该活动归类为工作包（workpackage）。该工作包实现了表示冷却系统详细设计所需的所有活动。设计泵xyz的位置被定义为在“isWithin”空间位置（spatiallocation）“A栋一楼12号房间”，并被归类为RDL类“因为传统的软件总是无法为每个实体处理多个rdf:type关系。三元组<Technicaldesignpumpxyx>isWithIn<room12storey+1buildingA>是项目数据中的特有语句，可以通过rdf:st在图34中，使用了本文件的方法对一个需求（requirement）实例（单个需求）进行建模。尽管在），性，因此在本文件中，它被配置为信息对象（informationobject）的子类rdfs:sub在图34中，需求的验证是隐含式完成的。没有与验证相关的在图36中，通过引入V&V（验证与确认）活动（activity）的实例，明确地定义了图34中相同需求在验证活动期间，对泵xyz的技术设计进行了与需求"arrang如下所示。添加了一个语句（statement）实例，该实例定义了特定需求的验证范围。在这种情况下，语句表示将根据需求单独检查所有单独的泵，而不是表示泵数量的实例。完成验证的日期由日期属性中，将定量属性（quantitativeproperty）的实例实现为一个空白节点的：拥有该属性的单个对象，以及属性（property）和数量（quantity）的分类已经定义。定量属性象，以及该属性和数量的分类都在RDL中被定义。要对定性属性（qualitativeproperty）实例可指向式，可以将从工艺数据表中得出的泵的设计值与从现场验收试验(SAT)实例中得出的安装泵的值进行比在ISO15926-2中，状态（states）被视为一种时态（status），但在实际应用中，通常通过这种方式，可以在本文件中明确定义任何可能个体（possibleindividual）的任何本文件描述了如何明确地对交互和接口进行建模，以支持系统之间和多层系统之间（systemsof的子类，而接口端口（interfaceport）被定义为特征（feature）的子类。在图47中型还是建立交互（interaction）模型图49是表示测量仪器和控制系统之间测量值交换的交互示例（in风险管理要求对具有风险（risk）特征的信息以及降低致需要对冷却系统、建筑或两者进行重新设计。风险（risk）由个人或组织（在本例中为A公司）承通过定性属性（qualitativeproperty将风险（risk）级别定性为高，该定性（quality财务影响由一个数量为20万欧元的定量属性（quantitativepropert求，这将会影响相应的建筑物和冷却系统本B公司作为利益相关者参与了此项目变更（可用PartyRoleAndDomain来构），个"反应器平均停机时间"的持续时间属性（durationproperty），其持续值（duration）为24，单位多个数据流，每个数据流都有自己的结构、语法和语义，需要通过CDE进行解释。因此，所有数据流都应用了ISO8000-1中定义的数据质量原则。ISO8000-8定义的被存档在CDE中，以支持治理和可追溯性，并支持配图30在整合从各种工具中获取并存储于通用数据环境（CDE）中的数图60展示了一个典型的项目数据动态特性的示例，其中包括在C——使用rdf:statement对三元组进行具体化,以便能够对语句进行描述(用于替换语句并为语句指——使用带有元数据的已签名具名图来保存一组连贯的语句，表示作为导入到CDE中的已识别的单在图61中，通过收集已签名具名图来定义两个基线(例如技术基线和产品基线)。第二个基线(产品基线)继承了第一次提交的所有已签名具名图除的语句实际上会被忽略并被其他语句替换。只有那些没有被其他语句替换的语句仍然有效。被永久删除，而是通过单独的语句被标记为已删除。为了说明文字内容的更改，dcterms:replaces作为新值语句中的第四个三元组，将显式地说明旧值对应的属于同一主题/领域/视图的具名图可能收集在一个“方面模型”中，该模型用于实现某种目的,例关联多个签名(例如,一个用于加载，一个用于验证具名图)。原则是具名图永远不会被更新，例如通过添加额外的签名：新数据始终通过新的具名由于本文件依赖于通过rdf:statement实现式完整地编写RDF数据集，并对常见的使用模式和数据类型采用缩写形式。TriG是Turtle格式的扩展，间的差异(图60)。本文件中进行“关于语句的声明”是通过rdf:statement的对三元组进行具体化来实特定的语句将其标记为已删除。为了解释字面值的变化，dcterms:replaces函数作为rdf:statement中为了说明配置管理的复杂性，图59展示了一个可能的个体实例在时间轴上(从左到右)一系列变更并在全生命周期中表达系统工程（SE)信息。这两个概念都能使用SPARQL进行查询，SPARQL也是一项万维网联盟（W3C）标准。特别是具名图和SPARQL的结合非常强大。通过SPARQL查询语言，能对CDE中的所有导入的具名图提出各种问题。这能用于为CDE为了说明如何能够使用TriG捕获一组连贯的序列化三元组(通过rdf:statement)作为文档本体(部具名图内容的结束标记。该示例从具名图本身的分类和元数据开始，在这些语句之后是一组由rdf:statement表示的三元组，这些三元组形成了图41中所示的模型，该模型给出了工厂办公楼底层房rdf:subject:136ee466-0107-4808-bd5b-30309rdf:predicateiim:Thing_isClassifiedAsByLibraryClass_Typerdf:objectrdl:SignedNamerdf:subject:136ee466-0107-4808-bd5b-30309frdf:predicaterdf:trdf:objectiim:Namedrdf:subject:136ee466-0107-4808-bd5b-30309frdf:predicateiim:NamedGraph_isOwnedBy_Pardf:object:95204dbc-77e6-4615-98f0-478898281c18.rdf:subject:136ee466-0107-4808-bd5b-30309frdf:predicateiim:NamedGraph_hasSecurityClassificationByLibraryClass_TypeOfSecurityClassificatrdf:objectrdl:Restrrdf:subject:136ee466-0107-4808-bd5b-30309frdf:predicateiim:NamedGraph_hasStatusByLibraryCTypeOfNamedGraphStatrdf:subject:136ee466-0107-4808-bd5b-30309frdf:predicateiim:NamedGraph_isObtainedFrom_Informatiordf:object:07b75137-9403-4e6f-a182-a6de73c9b940.#ThisobjectGUIDrepreserdf:subject:136ee466-0107-4808-bd5b-30309f4rdf:predicateiim:NamedGraph_hasDateOfReleaseByLiterUniversalTime)"^^xsd:dardf:subject:83a4c439-2b86-4fb1-a442-0572db4rdf:predicaterdf:trdf:objectiim:Spatia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