《自動化系統與集成制造應用解決方案的能力單元互操作第3部分：能力單元互操作性的驗證和確認gb/t40283.3-2021》詳細解讀contents目錄1范圍2規范性引用文件3術語和定義4縮略語5MSUs的互操作性5.1互操作性背景5.2MSU互操作性驗證和確認contents目錄5.3互操作性水平6互操作性驗證和確認的目標6.1經過考慮的互操作性機制6.2互操作性驗證目標6.3互操作性確認目標7互操作性驗證過程7.1驗證所需的產品contents目錄7.2匹配過程的驗證8互操作性確認過程8.1用于確認的產品8.2匹配過程確認附錄A(資料性)包含互操作性外延模板的能力專規的概念結構contents目錄附錄B(資料性)用于MSUs互操作性確認的ISO/IEC25000質量模型改編實例附錄C(資料性)互操作性驗證和確認相關的OPM架構參考文獻011范圍標準定義本部分規定了自動化系統與集成制造應用解決方案中能力單元互操作性的驗證和確認的術語和定義、驗證和確認原則、驗證和確認過程以及驗證和確認方法。適用領域標準定義與適用領域適用于自動化系統與集成制造領域，特別是在智能制造、工業互聯網等新型制造模式下，對能力單元互操作性進行驗證和確認的相關活動。0102促進標準化發展統一的驗證和確認標準有助于推動自動化系統與集成制造領域的標準化發展，提高整個行業的水平和競爭力。提升系統互操作性通過對能力單元進行驗證和確認，可以確保各個單元之間的互操作性，提高整個系統的協同效率和穩定性。降低集成風險在系統集成過程中，對能力單元進行嚴格的驗證和確認，有助于提前發現并解決潛在的問題，從而降低集成風險。驗證與確認的重要性與國際標準的對接本部分在制定過程中充分參考了國際相關標準，確保與國際標準的兼容性和一致性。與國內其他標準的協調本部分與國內其他自動化和集成制造相關標準相互協調、補充，共同構成了完善的標準體系。與其他標準的關聯022規范性引用文件該標準詳細說明了自動化系統與集成制造應用解決方案的能力單元的定義和分類，為驗證和確認提供了理論基礎。GB/TXXXX.1-XXXX此部分標準闡述了能力單元之間的接口規范，為互操作性提供了技術支持。GB/TXXXX.2-XXXX引用標準VS國際電工委員會的相關標準，提供了電氣和電子設備的通用安全要求，對能力單元的電氣安全有指導意義。ISOXXXX國際標準化組織的相關標準，規定了軟件和系統工程中的某些方面，對能力單元的軟件設計和開發有參考價值。IECXXXX相關技術文件法律法規文件《中華人民共和國標準化法》明確了國家標準的制定、實施和監督，為能力單元的標準化提供了法律依據?！吨腥A人民共和國產品質量法》規定了產品質量監督和管理的基本制度，對能力單元的產品質量提出了法律要求。033術語和定義指由控制裝置、執行機構、傳感器和被控對象等組成的，能夠按照預設程序或指令自動完成特定操作或任務的系統。自動化系統定義根據應用場景和功能需求，自動化系統可分為生產自動化、辦公自動化、家庭自動化等多個領域。自動化系統的分類3.1自動化系統集成制造概念指通過計算機技術、信息技術、自動化技術等手段，將制造過程中的各個環節進行有機集成，實現制造過程的整體優化和高效運行。013.2集成制造集成制造的特點包括高度自動化、信息化、柔性化、智能化等，能夠顯著提高制造效率和質量，降低生產成本和資源消耗。02能力單元定義指在自動化系統與集成制造中，具有特定功能和性能的基本單元，是實現系統功能和性能的基礎。能力單元的分類根據功能和性能的不同，能力單元可分為控制單元、執行單元、檢測單元等。3.3能力單元互操作性概念指不同系統、設備或組件之間能夠相互協作、交互和通信的能力，是實現系統集成和高效運行的關鍵。互操作性的重要性提高系統的靈活性、可擴展性和可維護性，降低系統集成的復雜度和成本。3.4互操作性044縮略語CIMS：計算機綜合集成制造系統CIMS：是計算機綜合集成制造系統的英文縮寫，代表了一種智能化制造系統。01該系統通過集成制造工廠中的各種自動化系統，實現高效率、高柔性的生產。02CIMS是自動化技術與制造技術相結合的產物，是現代制造業的重要發展方向。03本標準GB/T40283.3-2021即屬于國家推薦性標準，為自動化系統與集成制造應用提供了解決方案的能力單元互操作性驗證和確認的規范。GB/T：國家推薦性標準GB/T：代表國家推薦性標準，其中GB是國標的簡稱，T是推薦的意思。與GB（國家強制性標準）不同，GB/T是自愿采用的標準，但具有一定的權威性和指導意義。010203互操作性：指的是不同系統、設備或組件之間能夠相互協作、交換信息并共同完成任務的能力。在自動化系統與集成制造應用中，互操作性是實現各個環節無縫銜接、提高生產效率的關鍵。本標準重點關注能力單元的互操作性，確保其在實際應用中的可靠性和穩定性。互操作性：不同系統之間的協作能力010203055MSUs的互操作性MSU概念制造服務單元（ManufacturingServiceUnit）是構成自動化制造系統的基本單元，具備獨立完成特定制造任務的能力。MSU功能每個MSU都包含必要的設備、傳感器、執行器以及控制軟件，以實現特定的制造服務，如加工、裝配、檢測等。制造服務單元（MSU）定義MSU互操作性重要性良好的MSU互操作性有助于減少系統集成和維護的成本，降低企業的運營負擔。成本降低通過實現MSU之間的互操作性，制造系統能夠更靈活地應對生產任務的變化，提高生產效率和響應速度。靈活性提升MSU互操作性驗證與確認方法標準化接口制定統一的接口標準，確保不同MSU之間能夠順暢地進行數據交換和通信。測試與評估通過實際的測試案例和評估方法，對MSU之間的互操作性進行定量和定性的評估，確保其滿足預定的要求。MSU互操作性實現技術通過云計算和大數據技術，對MSU產生的海量數據進行高效處理和分析，為優化MSU互操作性提供數據支持。云計算與大數據技術利用CPS技術實現MSU之間的實時數據交換和協同控制，提高系統的整體性能和智能化水平。信息物理系統（CPS）065.1互操作性背景互操作性定義互操作性是指不同系統、設備或組件之間能夠進行有效的信息交換和協同工作的能力。重要性體現5.1.1互操作性的定義與重要性在自動化系統與集成制造應用中，互操作性是實現高效、靈活生產的關鍵，有助于提高生產效率、降低成本并增強市場競爭力。0102早期階段各自動化系統獨立運行，缺乏統一的標準和接口，導致信息孤島和協同困難。發展現狀隨著技術的不斷進步和標準化的推進，越來越多的系統和設備具備了互操作性，使得生產過程中的信息流通更加順暢。5.1.2互操作性的發展歷程不同廠商、不同技術路線的自動化系統之間存在技術差異，導致互操作難度增加。技術差異雖然標準化工作已經取得了一定成果，但在某些領域和細節上仍缺乏統一的標準，制約了互操作性的進一步提升。標準缺失5.1.3互操作性面臨的挑戰VS通過對能力單元進行互操作性驗證與確認，可以確保各個系統或組件在集成后能夠正常工作，達到預期效果。降低風險與成本在系統集成前進行充分的互操作性驗證與確認，有助于提前發現并解決問題，從而降低項目實施過程中的風險和成本。確保系統集成質量5.1.4互操作性驗證與確認的意義075.2MSU互操作性驗證和確認驗證和確認的目的提高系統的可靠性和穩定性通過對MSU互操作性的驗證和確認，可以發現并解決潛在的問題，從而提高整個系統的可靠性和穩定性。確保MSU之間的互操作性通過驗證和確認過程，可以檢查不同MSU之間是否能夠正確地交互和協作，以實現預期的功能。制定驗證和確認計劃準備驗證和確認環境根據測試結果編寫詳細的驗證和確認報告，為后續工作提供參考。編寫驗證和確認報告對測試結果進行深入分析，評估MSU之間的互操作性是否滿足要求。分析測試結果按照計劃進行測試，記錄測試結果，并對發現的問題進行跟蹤和管理。執行驗證和確認測試明確驗證和確認的目標、范圍、方法、資源需求等，制定詳細的計劃。搭建符合要求的驗證和確認環境，包括硬件、軟件、網絡等配置。驗證和確認的流程接口兼容性驗證確保不同MSU之間的接口能夠正確對接，數據傳輸無誤。驗證和確認的關鍵點01功能正確性驗證驗證MSU之間的交互能否實現預期的功能，是否滿足業務需求。02性能效率驗證測試MSU之間的交互性能和效率，確保系統能夠滿足實際運行需求。03安全性驗證檢查MSU之間的交互是否存在安全隱患，確保系統的安全性。04085.3互操作性水平指不同系統、設備或組件之間能夠有效、高效地進行信息交換和協同工作的能力?；ゲ僮餍愿鶕畔⒔粨Q和協同工作的程度和范圍，互操作性可分為不同水平。水平劃分5.3.1互操作性定義評估標準包括數據交換格式兼容性、通信協議一致性、功能互操作性等。015.3.2互操作性水平的評估評估方法可采用測試、驗證、模擬仿真等手段對互操作性進行評估。0201標準化制定統一的標準和規范，確保不同系統和設備之間的兼容性。5.3.3提高互操作性的措施02開放性和可擴展性設計開放式的系統架構，支持多種接口和協議，便于集成和擴展。03測試與驗證在系統設計和開發過程中，加強測試與驗證環節，確?；ゲ僮餍缘膶崿F。支持智能制造系統的靈活配置和擴展，以適應不斷變化的市場需求和生產環境。靈活性和可擴展性通過優化生產流程和信息流，提高生產效率，降低成本。提高生產效率實現智能制造系統中各設備、子系統之間的高度集成和協同工作。高度集成5.3.4互操作性在智能制造中的應用096互操作性驗證和確認的目標確保各能力單元在集成后能夠協同工作通過驗證過程，檢測并確認各個能力單元在集成到自動化系統中后，能否實現預期的功能，以及能否與其他能力單元協同工作，共同完成制造任務。發現并解決潛在的互操作性問題在驗證過程中，應能夠發現并解決可能存在的互操作性問題，如接口不匹配、數據交換錯誤等，以確保系統的穩定性和可靠性。6.1驗證能力單元間的互操作性評估系統性能是否達標通過確認過程，對自動化系統的整體性能進行評估，判斷其是否滿足預定的性能指標，如生產效率、設備利用率、故障率等。提供性能優化建議根據確認結果，可以為系統性能的優化提供有針對性的建議，幫助用戶進一步提升自動化系統的運行效率和生產效益。6.2確認系統滿足預定的性能指標106.1經過考慮的互操作性機制互操作性定義指不同能力單元之間能夠進行有效的數據交換和協同工作的能力。互操作性級別包括數據互操作、服務互操作和語義互操作等不同級別。6.1.1互操作性定義標準化接口能力單元應提供標準化的接口，以確保不同單元之間的順暢通信。數據格式統一各能力單元應使用統一的數據格式，便于數據的交換和處理。安全性保障互操作性機制應確保數據傳輸和存儲的安全性，防止數據泄露或被篡改。0302016.1.2互操作性機制的要求測試與驗證通過制定詳細的測試用例和場景，對能力單元的互操作性進行全面的測試和驗證。持續改進根據實際應用情況和反饋，對互操作性機制進行持續改進和優化。確認流程經過測試和驗證后，需要對互操作性進行確認，確保其滿足實際需求和要求。6.1.3互操作性驗證與確認方法系統復雜性在實際應用中，需要考慮系統的復雜性對互操作性的影響，確保各能力單元之間的協同工作。性能需求根據實際應用場景的性能需求，選擇合適的互操作性機制和解決方案。兼容性考慮在引入新的能力單元時，需要考慮其與現有系統的兼容性，以確保整體系統的穩定性和可靠性。6.1.4實際應用中的考慮因素116.2互操作性驗證目標驗證能力單元之間的互操作性驗證能力單元之間的協同工作能力在自動化系統中，各個能力單元需要協同工作以完成復雜的制造任務。互操作性驗證旨在確保這些單元能夠在實際工作環境中無縫銜接，共同完成任務。確保各能力單元能夠按照預定的方式和規則進行數據交換通過驗證，可以檢查各能力單元是否能夠遵循統一的數據交換格式和通信協議，實現信息的順暢傳遞。通過互操作性驗證，可以發現并解決在能力單元之間可能存在的數據沖突、通信故障等問題，從而提高整個系統的穩定性和可靠性。檢測并解決潛在的互操作性問題互操作性問題的存在可能導致生產過程中的意外中斷，嚴重影響生產效率。通過互操作性驗證，可以降低這種風險，確保生產的順利進行。預防生產過程中的意外中斷確保系統的穩定性和可靠性優化能力單元之間的數據交互效率通過驗證和調整，可以使得各能力單元之間的數據交互更加高效，從而提升整個自動化系統的運行效率。確保系統能夠滿足生產需求互操作性驗證是確保自動化系統能夠滿足實際生產需求的重要環節。通過驗證，可以調整和優化系統配置，使其更加符合實際生產環境的要求。提升自動化系統的整體性能126.3互操作性確認目標測試通信協議一致性檢查各能力單元是否遵循統一的通信協議，確保信息交互的準確性和高效性。評估系統性能表現在互操作性確認過程中，對整體系統的性能進行評估，包括響應時間、處理速度等關鍵指標。驗證接口兼容性確認各能力單元在硬件和軟件接口層面的兼容性，以保障數據傳輸無誤。確保能力單元間的順暢交互通過全面的測試和驗證，及時發現可能影響能力單元互操作性的潛在問題。識別互操作性障礙對發現的問題進行深入分析，明確問題產生的根本原因及其對系統互操作性的具體影響。分析問題原因及影響根據問題分析結果，制定有效的解決方案，以消除互操作性障礙。制定針對性解決方案發現和解決潛在問題優化資源配置通過互操作性確認，發現系統資源配置的不足或不合理之處，進而進行優化調整。提升系統整體效能增強系統穩定性確保各能力單元在互操作過程中能夠保持穩定運行，降低系統故障風險。提高生產效率通過提升系統互操作性，減少生產過程中的等待和故障處理時間，從而提高整體生產效率。137互操作性驗證過程030201制定驗證計劃明確驗證目標、范圍、方法和資源需求。準備驗證環境搭建符合實際應用場景的驗證環境，包括硬件設備、軟件系統和網絡連接等。選擇測試用例根據能力單元的功能和性能要求，設計并選擇適當的測試用例。7.1驗證計劃和準備7.2驗證執行按照驗證計劃執行測試用例對各個能力單元進行功能測試、性能測試、安全測試等。記錄驗證結果詳細記錄每個測試用例的執行結果，包括成功或失敗的狀態、出現的問題以及可能的解決方案。分析驗證數據對驗證結果進行深入分析，評估能力單元的互操作性水平。識別問題根源針對驗證過程中發現的問題，進行深入分析，找出問題產生的根本原因。重新驗證與確認實施改進措施后，重新進行驗證和確認，確保問題得到有效解決。制定改進措施根據問題根源，制定相應的改進措施，如優化代碼、調整配置或改進設計等。7.3問題處理與改進編寫驗證總結報告對整個驗證過程進行全面總結，包括驗證目標、方法、結果以及改進建議等。提交報告并歸檔將驗證總結報告提交給相關部門或領導審閱，并妥善歸檔保存，以備后續參考和借鑒。7.4驗證總結與報告147.1驗證所需的產品控制器用于執行控制邏輯的硬件設備，可以是PLC、DCS或其他類型的控制器。傳感器與執行器用于采集現場數據和執行控制指令的設備，如溫度傳感器、壓力傳感器、閥門等。通訊設備用于實現各個設備之間的數據交換和通訊，如工業以太網交換機、串口服務器等。7.1.1硬件設備控制軟件用于編寫、調試和運行控制邏輯的軟件系統，可以是PLC編程軟件、DCS組態軟件等。7.1.2軟件系統數據采集與監控系統（SCADA）用于實時采集現場數據、監控設備運行狀態并進行遠程控制的軟件系統。先進控制與優化軟件用于實現復雜控制算法、優化生產過程的軟件系統，如模型預測控制（MPC）軟件等。校準與檢測設備用于校準傳感器、檢測執行器性能的設備，如校準器、多功能測試儀等。培訓與咨詢服務提供自動化系統操作、維護和管理方面的培訓和咨詢服務，以確保用戶能夠熟練掌握和使用自動化系統。售后服務與技術支持提供自動化系統的故障排查、維修和升級服務，確保系統的穩定運行和持續改進。7.1.3輔助設備與服務157.2匹配過程的驗證驗證目的發現和解決潛在問題在匹配過程驗證中，可以及時發現并解決可能存在的接口不匹配、數據格式錯誤等問題，確保系統的穩定性和可靠性。確保能力單元之間的互操作性通過驗證匹配過程，可以確保各能力單元能夠按照預期進行交互和協作，實現信息的順暢流通。驗證方法針對每個能力單元進行單獨的測試，驗證其功能和性能是否符合預期。單元測試將多個能力單元組合在一起進行測試，驗證它們之間的交互和協作是否順暢。集成測試在實際應用環境中進行驗證，確保整個系統的功能和性能滿足用戶需求。驗收測試010203制定驗證計劃執行驗證搭建驗證環境問題跟蹤與解決明確驗證目標、方法、資源、時間和人員等要素，制定詳細的驗證計劃。按照驗證計劃和搭建的環境，逐步執行驗證步驟，并記錄驗證結果。根據驗證計劃，搭建符合要求的驗證環境，包括硬件、軟件和網絡等配置。在驗證過程中發現的問題，需要及時跟蹤和解決，確保問題得到妥善處理。驗證流程將驗證過程中的所有結果進行匯總和分析，得出整體驗證結論。結果匯總驗證結果分析針對驗證過程中發現的問題和風險點，進行風險評估和制定相應的應對措施。風險評估根據驗證結果和分析，提出針對性的改進建議，為后續的系統優化提供參考。改進建議168互操作性確認過程8.1確認目標和范圍包括能力單元之間的接口、通信協議、數據交換格式等互操作性關鍵要素。范圍驗證能力單元之間的互操作性是否滿足預期要求，確保在實際應用中能夠協同工作。目標8.2確認方法和步驟方法采用黑盒測試、灰盒測試和白盒測試等多種方法，對能力單元的互操作性進行全面驗證。步驟制定測試計劃、設計測試用例、搭建測試環境、執行測試、記錄測試結果并分析、編寫測試報告。8.3確認環境和工具選用合適的測試工具，如自動化測試工具、性能測試工具、網絡抓包工具等，以提高測試效率和準確性。工具搭建與實際應用場景相似的測試環境，包括硬件設備、軟件系統、網絡環境等。環境結果根據測試計劃和測試用例執行測試后，得出能力單元互操作性的驗證結果。評估8.4確認結果和評估對驗證結果進行評估，分析存在的問題和不足，提出改進意見和建議，為后續的優化和完善提供參考。0102178.1用于確認的產品根據能力單元互操作性驗證和確認的需求，選擇具有代表性的產品作為確認對象。選擇原則明確產品的確認步驟，包括產品準備、測試環境搭建、測試執行與結果分析等。確認流程8.1.1產品選擇與確認流程VS分析所選產品的關鍵特性，如功能、性能、接口等，確保其與能力單元互操作性驗證和確認的需求相匹配。產品分類根據產品的特性和用途，對其進行合理分類，以便于后續的測試和管理。產品特性8.1.2產品特性與分類產品準備確保所選產品的完整性、可用性和正確性，包括軟件版本、硬件配置等。018.1.3產品準備與測試環境搭建測試環境搭建根據測試需求，搭建符合要求的測試環境，包括網絡、設備、軟件等配置。02測試執行按照測試計劃和測試用例，對產品進行嚴格的測試，記錄測試過程和結果。結果分析對測試結果進行深入分析，評估產品的互操作性性能，提出改進意見和建議。8.1.4測試執行與結果分析188.2匹配過程確認精確匹配確保能力單元之間的接口和數據交換格式完全匹配，以實現無縫集成。兼容性匹配在無法精確匹配的情況下，尋求最大程度的兼容性，以確保系統的穩定運行。8.2.1匹配原則接口分析匹配策略制定匹配實施對各個能力單元的接口進行詳細分析，了解其數據格式、通信協議等關鍵信息。根據接口分析結果，制定合適的匹配策略，包括數據轉換、協議轉換等。按照匹配策略進行具體實施，確保各個能力單元能夠順利互操作。8.2.2匹配流程010203采用測試數據對匹配結果進行驗證，確保數據能夠正確傳輸和處理。驗證方法在驗證通過后，進行正式的確認流程，包括文檔簽署、版本控制等，以確保匹配結果的可靠性和穩定性。確認流程8.2.3匹配驗證與確認接口變更管理當某個能力單元的接口發生變更時，需要及時更新匹配策略和驗證方法。數據安全與隱私保護在匹配過程中，要確保數據的安全性和隱私性，防止數據泄露和非法訪問。8.2.4注意事項19附錄A(資料性)包含互操作性外延模板的能力專規的概念結構定義能力專規是對自動化系統或集成制造解決方案中特定能力的詳細描述和規范。作用能力專規為系統的設計和實施提供了明確的指導和約束，確保系統的互操作性和性能。能力專規的概念明確系統與其他能力單元進行互操作的具體需求?；ゲ僮餍孕枨筇峁炞C和確認能力單元互操作性的具體方法和步驟。驗證與確認方法對特定能力的詳細描述，包括功能、性能、接口等要求。能力描述互操作性外延模板的組成能力專規與互操作性外延模板的關系能力專規是制定互操作性外延模板的基礎，提供了對能力的全面描述和規范?；ゲ僮餍酝庋幽０迨悄芰Ｒ幍难a充，具體化了能力單元之間的互操作性需求和驗證方法。提供了系統化的方法通過明確的概念結構，可以系統地描述和規范自動化系統或集成制造解決方案中的各項能力。促進了標準化和模塊化概念結構有助于推動自動化系統和集成制造解決方案的標準化和模塊化發展，提高系統的可重用性和可擴展性。降低了開發和維護成本通過遵循統一的概念結構，可以降低系統開發和維護的復雜性，提高開發效率和質量。概念結構的重要性20附錄B(資料性)用于MSUs互操作性確認的ISO/IEC25000質量模型改編實例MSU互操作性定義指制造系統各能力單元之間進行有效數據交換、協同工作的能力。MSU互操作性質量模型概述質量模型目標提供一個評估MSU互操作性質量的框架，確保各能力單元在集成后能夠滿足預期的性能要求。改編依據基于ISO/IEC25000質量模型，結合MSU互操作性的特點和需求進行適當改編。功能性評估MSU在互操作過程中是否具備所需的功能以及功能的正確性、完整性和適應性。性能效率衡量MSU互操作時的性能表現，包括響應時間、吞吐量、資源利用率等。兼容性評價MSU與其他能力單元之間的兼容程度，確保數據交換和協同工作的順利進行?？捎眯钥疾霱SU互操作性的易用性、可學習性和可操作性，降低用戶使用難度?？煽啃栽u估MSU在互操作過程中的穩定性、故障恢復能力和可維護性。安全性確保MSU互操作過程中的數據安全和信息安全，防止潛在的安全風險。MSU互