GB／T 40283.3-2021  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

性、功能性和定性的规格。关于MARD，应用设计通过恰当的形式对不同的设计产品进行阐述，主要 包括： 一应用总体结构； 一其能力单元； 一相关性； 一配置和部署。 采用的设计形式通常是图形化的和文本的，用于描述制造过程和相关设计产品的细节。 本文件用于根据工业自动化领域中MCU的互操作性处理制造应用的用户和供应商的需求。用户 需求包括： 一通过组合能力单元构建一个制造应用； 一选择合适的能力单元，并按需进行合理替换； 一根据所需的能力专规对能力单元进行验证。 供应商需求应明确规定它们相应的互操作性能力。 制造应用过程应由设计和计划活动与不同类型（人力、机械、电气、硬件、网络、和/或计算机处理)的 操作组成。对于每个过程，制造应用设计说明了该制造应用内置的功能角色，单独的控制流，潜在的特 定活动和功能。对于制造过程的实现，设计应明确所需的制造资源和制造执行所必需的特定能力。这 些制造资源的类型不同（如机械、电气、硬件、网络、软件等）（见ISO/TR18161），应使用专用的专规模 板描述相应的能力单元，参见附录A。能力单元专规包括使用不同的域对制造资源单元能力的结构性、 功能性、定性特征进行描述 为了完成特定的制造目标，制造过程的设计应说明所需的互操作性，即规定过程进行互操作的时 间、地点和方式。应说明与信息通讯、数据共享、数据交换、服务调用等相互影响的制造过程之间所需互 操作性的类型。随后，能力单元专规规定了它所提供的互操作性设备和机制。并且，制造应用执行与各 种实施过程或编码过程有关，这些过程激活后表现出过程设计模型的性质。它们通过应用设计阶段决 定的互操作性机制和设备相互作用。制造资源与制造过程相关，例如装置、硬件单元、软件单元等，通过

5.2MSU互操作性验证和确认

提供MSU能力建规的能力。 最后一方面在ISO16100系列标准中已经得到了全面阐述。然而，MSUs的互操作性验证和确认 需要考虑上述各个方面。 MSUs互操作性的验证和确认过程是检查有效的互操作性与所需的互操作性之间匹配程度所不可 缺少的。在制造领域应用（图1)中MSU的一般上下文中，应用产品应由三个主要开发阶段产生，对应 三个描述层级：需求定义层级、设计层级和实现层级。表1中定义了产品的四个主要集合A，B，C，D，用 于互操作性的验证和确认。

煤矿标准规范范本图1MCUs一般上下文的主要描述实体

表1产品的四个主要集合

品组成，这些设计是当前应用的目标执行所必须的。 D集合符合设计的互操作性质量和相应工作实施的质量

“期望”指的是被设计层采用并且应在实施层实现。因此，期望互操作性应描述被采用并执行来操 作MSUs的不同类型的互操作性机制。 “有效”指的是按照互操作性设计执行，所需类型的互操作性机制是如何实现并满足设计阶段的 要求。 互操作性验证过程的目标是两种产品集合A和B之间的一致性评估的第一种类型。该一致性通 过检查设计产品和相应实现产品的匹配程度达成。单个MSUs的设计应考虑它们各自能力专规的 规范。 一致性评估的第二种类型应基于检查产品集合C中互操作性质量设计与产品集合D中有效互操 作性质量的匹配程度。互操作性确认过程的目标是一致性水平评估

前三个互操作性水平应结合ISO/IEC25010中定义的质量模型用于互操作性确认， ISO/IEC25010应提供用于互操作性确认的软件质量的详细描述。它适用于定义MSUs互操 勺所需质量以及评估已实施互操作性质量的实例化

6互操作性验证和确认的且标

函数调用； 信息通讯； 全局资源共享； 文件共享； 信息共享； 一通用数据库的接人和升级。 被调用的互操作性设计是一个特定的部分，它由整个制造应用设计（包括MSUs设计）中不同的元 组成。随后，每个所需的互操作性机制应有各自的文本或图形化设计描述和相应的语义。当前应用 选择的设计语言宜让特定的文本或图形元素能清晰的表现MCUs之间所需的互操作性。为了实现所 需的设计机制，它应有开发环境提供的一个及以上的实现方法。在可能实现中的选择应按照当前应用 的所需质量准则完成，例如可靠性、性能、效率、安全性、或其他质量准则（图2）。 互操作性验证根据质量定义和通过质量模型实例化的MSUs互操作性质量评估执行

图2MSUs间用于验证互操作性的产品元素

产品集合A描述了MSUs的预期能力和互操作性，产品集合B描述了有效的互操作性。互操作性 验证基于检查两个集合的产品之间的匹配程度 同样，产品集合C描述了MSUs互操作性的预期质量，产品集合D描述了已实施MSUs的有效质 量。互操作性确认检查了集合C描述的预期质量特性、子特性和属性与产品D描述的有效互操作性质 量准则之间的一致性。最后一个产品集合根据第4章和第5章两个部分建立在收集数据和度量值的基 础上，ISO/IEC25020：2007的附录A对此进行了更为详细的描述

6.2互操作性验证目标

验证过程旨在检查以下方面： 期望的互操作性能力专规与使用MSUs的有效能力专规之间的匹配程度（图3）： 设计的MSUs的互操作性要求规范和已实施的（或已获得的）MSUs提供的有效互操作性之 间的匹配程度； 由运行MSUs的软件环境提供的互操作性机制和设备

扩展匹配器应提供用于比较所需能力专规（包括MSUs的互操作性）和使用MSUs的有效能力专 见的机制。扩展匹配器还宜提供关于属性的功能集来完成互操作性验证的机制。参照所需质量特征的 产品和其有效实现的产品来实现互操作性验证，

6.3互操作性确认且标

互操作性质量准则满足的程度； 参考目标质量准则，拥有较低匹配度的互操作性机制，其评级也较低； 每个互操作性机制在功能、可靠性、响应时间、安全性、性能或可移植性方面的风险程度

为了实现验证过程，互操作性要求规范应被定义在制造活动的设计层，作为制造活动的设计中描述 的MSUs能力专规的一部分。 因此规定互操作性要求规范是必须的，它可以用于鉴别各种互操作性机制，这些机制是当前制造应 用的目标工作所需要的，如： MSUs能力专规； 它们的互操作能力，它们提供的用于更精确互操作的单元接口专规； 制造单元的主机运行环境。 相关活动是由制造应用的制造过程所执行的。验证应基于设计的MSUs的互操作性与制造过程 中执行制造活动的MSUs的有效互操作性之间的匹配度来评估。通过评估描述所需互操作性的产品 集合A与产品集合B中有效工作MSUs的互操作性之间的匹配水平来获得一致性评估结果。 为了开发互操作性要求规范，应将制造过程的设计作为主要参考。过程宜用表示图设计，例如 JML活动图或提供过程之间交互和关系的其他图。在一个过程中，每个工作流活动完全由UML活动 图描述，并能规定所需的互操作性机制。一个互操作性机制能够执行一次或多次操作，由如下的活动图 表： 两个或更多MSUs间共享的内存访问； 两个或更多MSUs间共享的文件的必要访问； 两个或更多MSUs间共享的数据库的必要访问； 发送给一个或更多软件MSUs的消息； 从特定MSUs接收的消息。消息由制造应用环境可用的通讯协议发送和接收； 对由其他MSUs提供的功能或服务的直接调用； 对其他MSUs提供的功能或服务的间接调用。这种调用类型需要适当的软件基础架构。根 据MSUs主机坏境的不同编程语言和操作系统，可以使用一个或更多的中间件例如OMG CORBA、RMI JAVA 和 OPC。 互操作性需求规范的步骤参见GB/T39470一2020中附录C.如图4所示

图4互操作性需求规范的步骤

互操作性需求规范包括整个互操作性设备集合，该集合由当前制造应用的开发团队给出，是由 MSUs提供的执行其活动所必须的。这些活动通过数据交换、消息交换、活动调用、服务交换、或者其他 可能的互操作性形式进行交互

匹配过程用于检查制造环境的可用设施和MSU专规是否匹配互操作性需求规范。匹配过程用于 每个MSU来检查以下方面的匹配程度： a 单个MSU的互操作需求（UIR）； b） 制造软件环境提供的互操作设施集合（IFS）； 软件互操作序列（SIS)的实现或使用合适的互操作性机制满足所需设计的互操作性，该机制是 已实现（或采用）的MSU专规的一部分。 个匹配程度的评估可以参考UIR集以及IFS和SIS两个集合并集的一致性

在制造环境中，一个制造执行系统由MSUs组成，应用于制造控制、管理、半成品监控，并且对所有 的制造信息和接收的来自其他设备的实时数据进行监控。MSUs需要共享数据、交换信息、执行或调用 其他单元提供的服务。 为了完成MSUs间互操作的验证和确认，有必要考虑与每个在MSUs间使用互操作机制的特定约 束，并且评估相应的质量准则。这些被定义为与集合C与D的产品之间的一致性（5.2节）。

表3ISO/IEC25010定义的互操作性质量准则

表A.1能力专规模板的概念性结构

表A.1能力专规模板的概念性结构（续）

力专规模板的概念性结松

上述能力专规模板包含一个额外的“互操作性MDD对象”域，在该域中模板使用者规定相关能力 单元应使用的互操作机制。

用于MSUs互操作性确认的ISO/IEC25000质量模型改编实例

互操作性确认过程需要检查MSUs间互操作性的特定定性需求与相应实现的匹配程度。 本附录用于提供指导并阐述ISO/IEC25000系列质量规范。该质量规范用于处理与质量需求规 范、质量模型、产品质量、质量评估和质量测量相关的所有方面。每个质量方面有一套详尽的ISO标 准。该系列标准由针对系统或软件质量的特定方面的各个部分标准组成。 为方便标准实施，ISO/IEC25000系列规范中的主要概念和模型、整体框架和结构被称作SQuaRE 软件产品质量要求与评价）。SQuaRE由五个部分组成，这些部分覆盖了很宽的范围，包括与系统和软 件质量规范、建模、评价和测量相关的方面。（图B.1)

图B.1ISO/IEC25000SQuaRE的整体结构

SQuaRE标准区分了质量的 顶量时 看法。这三种主要类型是： 一使用质量； 一外部质量； 内部质量。 为了确认制造应用已有的互操作性所要进行的过程有：确认各质量类型（使用质量、外部质量和内 部质量）提出的SQuaRE，对系统或软件的期望特定质量和实际质量进行一致性检查。 为了规定互操作性所需的质量，详述三种要求集（图B.2）

图B.2互操作性质量要求规范

表B.1MSU间与互操作性质量适配的SQuaRE架构中的特性与子特性

40283.3—2021/ISO163

表B.1MSU间与互操作性质量适配的SOuaRE架构中的特性与子特性（续）

每一个子特性都由在当前应用的质量工程师定义，规范其上下文语义和每个特性达成程度的评估 方法。此外，在一个给定的应用中，子特性应有不同的优先级。每个子特性的优先级取决于子特性之间 的层次范围，该层次范围是根据整体当前应用的特定功能和定性优先级建立的 对于每一个子特性，质量工程师应参考质量属性需求规范阶段决定的期望值，采用一系列度量对达 成程度进行量化评估。 互操作性质量评估应基于质量工程师具体化的三个质量分支，即使用质量、内部质量和外部质量 对于每个特性或子特性，互操作性确认应基于对以下转换的检查： 由互操作性特性或子特性有关指标应用获得的数值。这些数值构成了MSUs间已实施互操 作性的质量评估； 在相关应用的MSUs互操作性需求规范和设计，质量团队规定的指标期望值。 互操作性确认应根据SQuaRE框架进行（图B.3和图B.4）

图B3互操作性质量评价类型

作性确认和验证采用ISO/IEC25000SQuaRE框

对于互操作性特性测量的选择，ISO/IEC25020定义的质量测量部分涵盖了内部质量、外部质量和 更用质量在实际测量时所用的数学定义和指南。另外，它包括对基本原始测量的定义，可用于进一步构 成所有测量手段。通过应用质量测量部分的指南选择内部质量、外部质量和使用质量的评估度量对一 系列基本测量与衍生测量进行定义。质量工程师应定义一系列内部测量方法，用于量化测量内部软件 质量与它的特性和子特性。工程师同时也需要定义另一系列测量方法，用于量化测量外部软件质量和 相应的特性与子特性，

互操作性验证和确认相关的OPM架构

OPM是一种概念性的图形化语言，对应OPL文本模型也会随之以英文文本的形式生成，用于 OPM图片中的图形结构。由于OPL的语法和语义是英语自然语言的子集，相关领域专家无需学 也特殊语言或译码即可轻松理解文本模型。 作为本文件的规范性部分屋面标准规范范本，图C.1用OPM形式表述

图C.1互操作性确认和验证的一般过程

开发一个制造应用的目的是执行该应用后可以让产品符合预定的规格要求。该规格要求由产品客 户或使用者的期望决定（图C.1）。 应用设计通过恰当的形式对不同的设计产品进行阐述，主要包括： 应用总体结构； b）它的单元或组成部分； ） 单元间的依存情况； d）单元与组成部分的配置和部署。 互操性验证和确认用于检查MSUs之间设计

图C.2制造应用的组件层级

粉煤灰标准图C3互操作性验证和确认专规匹配

验证和确认通过结合已开发的应用的产品与过程交互性，检查MSU之间设计的和已实施的互操 乍性之间的一致性（图C.3）。 在制造应用开发中，互操作性验证是一个检查制造过程设计的互操作性与相应实施的互操作性机 制之间匹配程度的过程。 该匹配程度是设计的互操作性产品与相应已实现的互操作性产品之间的符合程度

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