ПНСТ 434-2020 Умное производство. Интероперабельность единиц возможностей для промышленных прикладных решений. Часть 1. Критерии интероперабельности единиц возможностей согласно требованиям к применению

        ПНСТ 434-2020

(ИСО 16300-1:2018)

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Умное производство

ИНТЕРОПЕРАБЕЛЬНОСТЬ ЕДИНИЦ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРИКЛАДНЫХ РЕШЕНИЙ

Часть 1

Критерии интероперабельности единиц возможностей согласно требованиям к применению

Smart manufacturing. Interoperability of capability units for manufacturing application solutions. Part 1. Interoperability criteria of capability units per application requirements

ОКС 25.040.01

Срок действия с 2021-01-01

до 2024-01-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский институт сертификации" (АО "ВНИИС") и Акционерным обществом "Российская венчурная компания" (АО "РВК") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 194 "Кибер-физические системы"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 августа 2020 г. N 43-пнст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 16300-1:2018* "Системы автоматизации и интеграция. Интероперабельность единиц возможностей для промышленных прикладных решений. Часть 1. Критерии интероперабельности единиц возможностей согласно требованиям к применению" (ISO 16300-1:2018 "Automation systems and integration - Interoperability of capability units for manufacturing application solutions - Part 1: Interoperability criteria of capability units per application requirements", MOD) путем изменения отдельных фраз (слов, значений показателей, ссылок), которые выделены в тексте курсивом**. Внесение указанных технических отклонений направлено на учет потребностей национальной экономики Российской Федерации.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012** (пункт 3.5).

Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте, приведены в дополнительном приложении ДА.

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного международного стандарта приведено в дополнительном приложении ДБ

5 Некоторые элементы настоящего стандарта могут быть объектами патентных прав. Международная организация по стандартизации (ИСО) не несет ответственности за установление подлинности каких-либо или всех таких патентных прав

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011** (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 121205 Москва, Инновационный центр Сколково, улица Нобеля, д.1, e-mail: [email protected] и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии: 109074 Москва, Китайгородский проезд, д.7, стр.1.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты" и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет ()

Введение

В серии стандартов ПНСТ "Умное производство. Интероперабельность единиц возможностей для промышленных прикладных решений" рассмотрены требования пользователей и поставщиков производственного программного обеспечения (ПО) к интероперабельности ПО в области промышленной автоматизации.

Требования пользователей к интероперабельности ПО включают:

- интеграцию прикладной системы автоматизации путем объединения возможностей компонентов ПО из различных источников;

- замену одного компонента в модуле ПО на другой компонент с обеспечением эквивалентных возможностей, необходимых прикладной системе автоматизации;

- интеграцию возможностей модуля ПО с одной платформы системы ресурсов на другую платформу;

- валидацию и верификацию соответствия возможностей модуля ПО требованиям прикладной системы автоматизации.

Требования поставщиков к интероперабельности ПО включают:

- представление набора возможностей компонента ПО, используемого в модуле ПО;

- верификацию возможности компонента ПО быть частью требуемой возможности модуля ПО;

- каталогизацию модулей ПО с точки зрения возможностей для поддержки интероперабельности в прикладной системе автоматизации и обеспечения широкого распространения модулей.

В серии стандартов ПНСТ "Умное производство. Интероперабельность единиц возможностей для промышленных прикладных решений" также рассмотрены службы интероперабельности ПО, которые предоставляют:

- доступ к описанию возможностей ПО для обеспечения оценки интероперабельности;

- поиск и определение размещения соответствующих модулей и компонентов ПО, предпочтительно автоматическое и с использованием поисковых систем;

- представление зависимостей между компонентами ПО для приложения автоматизации, размещенного на конкретной платформе системы.

Возможности ПО определены как набор функций и служб с набором критериев для оценки качества функционирования поставщика возможностей и характеризуют, как и что может делать ПО. В ГОСТ Р ИСО 16100-1-ГОСТ Р ИСО 16100-6 определен метод описания возможностей производственного ПО с использованием профиля возможностей модуля производственного ПО (MSU). По ГОСТ Р ИСО 16100-1-ГОСТ Р ИСО 16100-6 компонент ПО включен в MSU, а также предоставлен способ обмена возможностями MSU в качестве информации посредством профиля возможностей. Профилирование возможностей ПО является основой для обеспечения служб интероперабельности ПО. ГОСТ Р ИСО 16100-1-ГОСТ Р ИСО 16100-6 являются основополагающими для серии стандартов ПНСТ "Умное производство. Интероперабельность единиц возможностей для промышленных прикладных решений".

Настоящий стандарт определяет структуру для описания решения автоматизации в виде возможностей, обеспечиваемых набором MSU. Структура определяет набор элементов возможностей и правил компоновки для представления критериев интероперабельности согласно требованиям, предъявляемым к возможностям прикладной системы автоматизации предприятия.

1 Область применения

Настоящий стандарт определяет структуру для описания решения автоматизации в виде возможностей, обеспечиваемых набором MSU.

Настоящий стандарт определяет набор элементов возможностей и правил компоновки для представления критериев интероперабельности согласно требованиям, предъявляемым к возможностям прикладной системы автоматизации предприятия.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р ИСО 15704** Промышленные автоматизированные системы. Требования к стандартным архитектурам и методологиям предприятия

ГОСТ Р ИСО 16100-1 Системы промышленной автоматизации и интеграция. Профилирование возможности интероперабельности промышленных программных средств. Часть 1. Структура

ГОСТ Р ИСО 16100-2 Системы промышленной автоматизации и интеграция. Профилирование возможности интероперабельности промышленных программных средств. Часть 2. Методология профилирования

ГОСТ Р ИСО 16100-3 Системы промышленной автоматизации и интеграция. Профилирование возможности интероперабельности промышленных программных средств. Часть 3. Службы интерфейса, протоколы и шаблоны возможностей

ГОСТ Р ИСО 16100-4 Системы промышленной автоматизации и интеграция. Профилирование возможности интероперабельности промышленных программных средств. Часть 4. Методы аттестационных испытаний, критерии и отчеты

ГОСТ Р ИСО 16100-5 Системы промышленной автоматизации и интеграция. Профилирование возможности интероперабельности промышленных программных средств. Часть 5. Методология согласования конфигураций профилей с помощью многоцелевых структур классов возможностей

ГОСТ Р ИСО 16100-6 Системы промышленной автоматизации и интеграция. Профилирование возможности интероперабельности промышленных программных средств. Часть 6. Службы и протоколы интерфейса для сопоставления профилей, основанных на многоцелевых структурах классов возможностей

ГОСТ Р ИСО 18435-1** Системы промышленной автоматизации и интеграция. Интеграция приложений для диагностики, оценки возможностей и технического обслуживания. Часть 1. Обзор и общие требования

ГОСТ Р МЭК 62264-1** Интеграция систем управления предприятием. Часть 1. Модели и терминология

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р ИСО 16100-1, ГОСТ Р ИСО 16100-2, ГОСТ Р ИСО 18435-1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 элемент возможности (capability element): Элемент, указывающий на то, что конкретная возможность поддерживается сущностью или модулем производственного программного обеспечения, к которому принадлежит элемент.

3.2 профиль возможности (capability profile): Экземпляр шаблона возможности, заполненный значениями, соответствующими целевому модулю производственного программного обеспечения.

3.3 шаблон возможности/шаблон (capability template/template): Схема, представляющая класс возможности.

3.4 единица возможности (capability unit): Модуль типа, предназначенный для выполнения конкретной задачи.

Примечание - Примеры типов включают механическое, электрическое, электронное, аппаратное и программное обеспечение.

4 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

5 Интероперабельность и интеграция приложений автоматизации

5.1 Интероперабельность систем автоматизации

Понятие интероперабельности включает в себя две сущности или более, которые передают или совместно используют определенные элементы для выполнения своих действий. Сущностями могут быть устройства, машины, люди, модули ПО, системы, приложения или предприятия. Элементами передачи или совместного использования могут быть материалы, информация, энергия или активы.

Интерфейсы сущностей определяют правила и механизмы передачи или совместного использования элементов. Сущности должны иметь одинаковое понимание свойств элементов передачи. На рисунке 1 показана схема интероперабельности двух сущностей автоматизации.

Рисунок 1 - Схема интероперабельности двух сущностей автоматизации

Пример - Три сервера архивных данных имеют разные операционные системы: Windows, Mac OS X, Linux. Передача элементов данных между серверами проводится с использованием интерфейса обмена сообщениями (по каналам TCP/IP/Ethernet) на основе унифицированной архитектуры открытой платформы связи (OPC-UA) в качестве средства передачи. Серверы архивных данных совместимы и не создают друг другу помех в работе.

Настоящий стандарт ограничен сценариями, когда сущностями являются MSU.

5.2 Интеграция системы автоматизации в производство

Понятие интеграции включает в себя две сущности компонентов или более, которые образуют систему или единую сущность, выполняющую определенные действия. Каждая сущность компонента имеет структуру, поведение и границы, которые отличаются от структуры, поведения и границ системы. Интегрированная система воспринимается как единая сущность, выполняющая действия. При этом компоненты системы действуют совместно, координируются и взаимодействуют для выполнения задачи системы посредством передачи элементов. Взаимосвязи сущностей и действий описываются с использованием объектно-процессуальной методологии (OPM). В приложении A приведены общие сведения об OPM; в приложении В - сведения об интеграции приложений и интероперабельности с использованием диаграмм OPM.

Пример - С точки зрения внешнего клиента запрос элемента данных в пользовательском интерфейсе обрабатывается без знания клиента о трех разных серверах архивных данных, которые взаимодействуют и координируют обслуживание внешнего запроса. Три сервера архивных данных считаются качественно интегрированными в том случае, если ответ на запрос является полным и своевременным.

Интероперабельность является предварительным условием интеграции.

На рисунке 2 показана интеграция сущностей автоматизации в систему.

Рисунок 2 - Интеграция сущностей автоматизации в систему

5.3 Элемент возможности

Элемент возможности указывает конкретную возможность, поддерживаемую сущностями или MSU, к которым принадлежит элемент. Элементы возможности используются в решениях автоматизации или в требованиях к возможностям системы автоматизации. Значениями элемента возможностей являются наименования возможностей, которые должны поддерживаться или запрашиваться их модулями.

Каждая единица возможностей должна содержать необходимые элементы для представления возможностей, что включает в себя критерии интероперабельности. Критерии интероперабельности основаны на семантике, синтаксисе и контексте передачи между единицами возможностей. Элементы возможностей должны быть описаны с использованием MDD в профилях возможностей в соответствии с ГОСТ Р ИСО 16100-1-ГОСТ Р ИСО 16100-6.

6 Критерии интероперабельности производственного приложения

Производственные процессы в производственном программном обеспечении реализуются с использованием производственных ресурсов. В реальных промышленных условиях производственные процессы и производственные ресурсы зависят друг от друга, и оптимальный выбор процессов и ресурсов требует баланса (или достижения компромисса) противоречивых целей.

Рассмотрение процесса принятия решений, продукции и материальных ресурсов выходит за рамки настоящего стандарта.

Для реализации производственного процесса с использованием производственных ресурсов должны быть получены действия, вытекающие из требований к производственному применению рассматриваемого решения автоматизации. Решение автоматизации представляет собой набор производственного программного обеспечения. Решение автоматизации может быть смоделировано как структура дерева действий, в которой каждое действие связано с классом возможностей MSU. Каждый класс возможностей представлен MSU с соответствующими элементами возможностей.

MSU моделируется как тип производственного ресурса, который удовлетворяет ряду критериев интероперабельности. Критерии интероперабельности определены набором производственных функций, которые должны быть выполнены MSU, и обменом информацией, который должен поддерживать MSU.

Класс MSU может быть использован для разных действий. MSU должен предоставить набор интерфейсов для поддержки действий. Критерии интероперабельности между MSU должны быть определены исключительно требованиями совместимых действий.

Когда требуемую производственную функцию обеспечивают два MSU или более, то они должны удовлетворять ряду критериев интероперабельности. Требуемый(е) интерфейс(ы) для интероперабельности набора MSU должны быть описаны с использованием элементов возможностей.

Критерии интероперабельности имеют возможность повторного использования, которая включает возможность обмена данными, взаимозаменяемость, адекватность требований и независимость от платформы. Критерии совместимости определены путем сопоставления и оценки профилей возможностей.

Приложение А

(справочное)

Объектно-процессуальная методология

OPM представляет собой компактный концептуальный подход, язык и методологию моделирования и представления знаний в многопрофильных динамических системах для реализации и поддержки средствами, использующими информационные и компьютерные технологии.

OPM представляет собой два семантически эквивалентных способа представления одной и той же модели: графический и текстовый. Набор иерархически связанных между собой OPD определяет графическую модель. В графической визуальной модели каждая из OPD состоит из OPM-элементов в виде графических символов. Синтаксис OPD полностью и последовательно определяет способы расположения графических элементов.

Набор автоматически сформированных последовательностей на OPL определяет текстовую модель. Использование OPL и OPM позволяет создавать такую соответствующую текстовую модель для каждой OPD, которая будет сохранять все ограничения графической модели. Так как синтаксис и семантика OPL являются подмножеством английского естественного языка, эксперты в определенной области знаний смогут легко понимать текстовую модель.

OPM является формальной и интуитивно понятной парадигмой моделирования структуры и поведения систем для системного проектирования, проектирования, разработки, поддержки жизненного цикла, взаимодействий и развития. Нотация OPM поддерживает концептуальное моделирование систем. Подход OPM "сверху вниз" включает в себя механизмы увеличения и развертывания.

OPM использует один вид OPD для описания функциональных, структурных и поведенческих аспектов системы. Набор OPD упрощает представление сложной системы. OPD получается путем увеличения или развертывания предмета (объекта или процесса) в ее корневой OPD.

Копии существующей вещи могут быть размещены на любой диаграмме, где могут быть опущены определенные или все детали, такие как состояния объекта или ссылки на другие вещи, которые не важны в контексте диаграммы. Деталь может быть указана только на одной OPD, повтор на других OPD не требуется.

OPM имеет формальный синтаксис и семантику, которые служат основой для системного проектирования и создания документов на основе моделей. OPM может быть использована для создания эскиза реализации стандарта, что позволит выявить и исправить недостатки стандарта и обеспечить качество стандарта.

Приложение В

(справочное)

Базовые модели для прикладных доменов

В.1 Общие сведения

На рисунке В.1 представлены сущности в конкретном приложении и взаимосвязи между сущностями и ресурсами. Каждый компонент ресурса создан с использованием интерфейсов системы автоматизации.

Рисунок В.1 - Сущности внутри приложения автоматизации

В.2 Представление концепций, связанных с интероперабельностью

Согласно ГОСТ Р МЭК 62264-1 домен деятельностей MOM на уровне 3 может быть представлен как группа процессов OPM, которые обмениваются информацией с бизнес-системами на уровне 4. Каждая категория производственных операций, обозначенная зелеными объектами OPM на рисунке В.2, имеет соответствующую диаграмму процесса.

На диаграмме OPM представлено восемь общих процессов, начиная от определения цели операции до отслеживания и анализа эффективности операции до завершения ее цели. В этих процессах ожидается повышение производительности за счет автоматизации. В домене деятельностей могут быть дополнительно сформированы требования к интероперабельности приложений. Приложения в одной категории MOM могут проводить обмен элементами с приложениями в другой категории MOM.

На рисунке В.2 показана модель процесса OPM для управления категориями производственных операций.

Рисунок В.2 - Модель процесса управления категориями производственных операций

В.3 Домены деятельности как модель предприятия

Модель предприятия может представлять несколько представлений структуры и поведения предприятия на разных уровнях детализации и этапах жизненного цикла. В соответствии с ГОСТ Р ИСО 15704, ГОСТ Р МЭК 62264 и ГОСТ Р ИСО 18435-1 и с типовой моделью цепи поставок (SCOR) предприятие может быть смоделировано как группа доменов деятельности, в пределах которых каждый домен состоит из группы приложений.

Согласно ГОСТ Р МЭК 62264 домен "Изготовление" производственного предприятия может быть представлен в виде иерархии доменов деятельностей, представленных зелеными полями OPM. Двусторонние стрелки OPM обозначают отношение "влияет друг на друга".

В каждом домене деятельности группы приложений различаются по срокам выполнения и видам выполняемых функций.

На рисунке В.3 показаны домены деятельностей, сгруппированные по функциональным доменам и периодам принятия решений.

Рисунок В.3 - Домены деятельностей

Приложение ДА

(справочное)

Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте

Таблица ДА.1

Приложение ДБ

(справочное)

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой примененного в нем международного стандарта

Таблица ДБ.1