国家标准 GB/T26221一2010 基于状态的维护系统体系结构 Condition-basedmaintenaneesystemarchiteeture 2011-01-14发布 2011-05-01实施中华人民共利国国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T26221一2010 目次前言引言范围规范性引用文件术语和定义符号和缩略语约定层次定义约定 5 数据类型定义约定 CBM系统结构概述 CEBM系统结构 CBM系统开发框架 CBM系统层次模型概述数据采集层 7.2 数据处理层 7.3 7.4状态监测层 7.5 健康评估层 7.6预诊断层 7.7决策支持层 7.8表示层 CBM系统通信模型 8 概述数据交换接口 8 层次接口 8. 通信协议 CBM系统数据规范 9 5 概述数据的类型 9.3 复合结构数据 9.4 -般数据 10CBM系统与企业应用系统集成框架 10.1概述生产过程级集成 26 10.2 20 10.3生产资源级集成 10.4 22 生产控制级集成 10.5 23 车间管理级集成
GB/T26221一2010 23 10.6企业管理级集成 10.7企业协作级集成 214 0SA-CBMUML模型 25 附录A资料性附录 25 概述模型 25 A 2 top meavE模型 26 模型 2 propE da模型 28 dm模型 29 cm模型 30 A.8ha模型 31 pa模型 32 A.10 util模型 33 data模型 34 参考文献 35 图1CBM系统层次组成结构图图2CBM系统通用概念视图图3CBM系统开发流程框图图4CBM系统框架及组成 5 DA模块层组成结构图图 DM模块组成结构图 6 图图7CM状态监测层图 8 HA模块组成结构图图9PA模块组成结构图图10IS模块组成结构图图11OsA-CBM系统集成 1G 图12OsA-CBM各层及其API关系 16 图 13 通信中模块的角色关系 12 图14多个生产者和消费者通信模型的一个示例 12 图15方法调用的顺序 13 图16CBM通信模型的示例 14 图17制造执行域 19 图18过程集成模型用例图 20 图19资源集成模型交互图 2 22 图20资源集成模型协作图 2: 表1控制和维护应用中涉及的接口类型
GB/T26221一2010 前言本标准的附录A为资料性附录本标准由机械工业联合会提出本标准由全国工业自动化系统与集成标准化技术委员会(SAC/Tc159)归口本标准负责起草单位:北京机械工业自动化研究所、科学院沈阳自动化研究所本标准起草人:于海斌、徐皑冬、胡静涛、黎晓东、孙洁香、李延峰,郭前进、吴薇、张晓芬、毕静张黎明
GB/T26221一2010 引言设备的监测和维护是保证设备正常运行,提高设备工作效率,延长设备使用寿命的主要手段随着设备制造技术的发展和科学技术的进步,现代设备的结构越来越复杂，自动化程度越来越高,设备的日常维护和故障检修越来越困难,设备维护的费用越来越大设备监测和维护的任务是及时地,准确地对各种异常状态或故障状态做出诊断,预防或消除故障,对设备的运行进行必要的指导,提高设备运行的可靠性、安全性和有效性,把故障损失降低到最低水平设备维护方式的发展经历了三个阶段:即事后维护方式(CoreetiveMaintenance),定期预防维护方式(PreventiveMaintenance)、基于状态的维护方式Condition-basedMaintenance,以下简称CBM CBM方式是通过对设备工作状态和工作环境的实时监测,借助人工智能等先进的计算方法,诊断和预测设备未来的有效工作周期,合理安排设备未来的维修调度时间 CBM方法根据设备的实际运行状态确定设备的最佳维护时间,降低设备全寿命周期费用,增加设备的稳定性 CBM的思想就是只有在设备需要维护时,才进行必要的维护由于CBM方法涉及到众多学科,如传感器技术、人工智能技术、计算机软件技术等,设备用户很难进行专业的诊断和维护,而目前专业的维护产品功能单一、彼此间互不兼容,并不能很好地解决设备维护问题同时,封闭的系统模式限制了技术应用和发展,市场垄断给设备用户带来了巨大的经济负担，限制了设备维护技术的推开放系统应该是一种厂家中立的理想系统,它的应用发展不应受任何厂家的控制和限制要实现对这样一个开放系统的有效配置、操作和部件替换,就要制定一套接口、服务,协议的规范标准在开放系统的环境下,可以用不同厂家的产品作为组成部件来构成系统,也可以在不同厂家生产的相同功能的产品间互换这样就为用户采用多家产品集成系统以及系统的维护带来很大的方便,也有利于CBM 维护系统的组件化、专业化发展同时有利于打破市场垄断,促进技术与产品的发展 GB/T26221一2010(基于状态的维护系统体系结构》是针对CBM方式网络化维护系统的建设所提出的框架标准本标准定义了CBM系统的概念结构和开发框架,定义了系统的层次模型,通信模型和数据规范,并提出了CBM系统与企业应用系统的集成框架
GB/T26221一2010 基于状态的维护系统体系结构范围本标准规定了基于状态的维护(CBM)系统参考模型的体系框架 CBM系统用于在网络环境下对企业大型制造装备实施健康状态监测与预诊断,为有针对性地制定合理有效的装备维护计划提供支持本标雅适用于支持企业装备CBM!系统建模,进而指导CBM系统的开发与应用规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准 OSA-CBMUMLModelRelease1.0 术语和定义由OSA-CBMUMLModelRelease1.0确立的术语和定义及下列术语和定义适用于本标准 3.1 请求-请求协议request-to-requestprotocol 描述通信双方如何交换数据的一种协议,通信的一个周期的开始和结束都以一个数据的请求为标识 3.2 生产者 prodcer 消费者 cOnsumer 在CBM模块间进行交换数据时,产生数据的模块称为生产者,使用数据的模块称为消费者 3.3 互操作性interoperabhility 两个或多个应用或系统)交换信息或资源的能力,用来使用转换、处理或管理被交换的资源或信息(应用可以在同一系统中或不同系统中). 3.4 接口 interface 逻辑的或物理的访问点,用以传输或交换信息、物料,能量及其他制造成分对对象行为的抽象,包括该对象和一组约束条件的交互的子集,说明这些约束何时发生作用 3.5 控制应用enrlapplieatin .类制造应用,直接控制制造过程的次序、调度和时序,以及对相关制造资源的使用 3.6 诊断应用diagnosticappliceationm -类制造应用,对生产资源的持续完好性进行监控和检查,并将制约这种完好性的条件通知给其他制造应用
GB/T26221一2010 3.7 neapplteation 维护应用 maintenan 类制造应用,对生产资源的重新配置、更换、取代或修理进行管理,并把此类活动通知给其他的制造应用符号和缩略语 AIDLAbstraectInterlaceDoeumentLanguage抽象接口描述语言 APIApplicationProgramminglnterface应用编程接口 CBMCondition-BasedMaintenance基于状态的维护 CMConditionMonitoring状态监测 CORBA CommonObjectRequestBrokerArchiteeture公用对象请求代理结构 DADataAcquisition数据采集 DcOMDistributedComponentObjectModel分布式组件对象模型 DMDataManipulation数据处理 S5 DecisionSu 决策支持 upport H% HealthAssessment 健康评估 D1 InterfaceDocumentLanguage接口描述语言 MetadataInterface JMIJava" Java元数据接口 MIDLMicrosoftInterfaceDefinitionLanguageMicrosoft 接口定义语言 MIMOSAMachineryInformationManagementOpensystemAliance设备信息管理开放系统联盟 SystemArchit iteeture开放系统体系结构 oSAopen sticsAssessment 预诊断 PAPrognos PMPresentationModule表示模块 RURemainingUsefulLife设备未来的有效工作时间 UMUmfedModelingLangge统一建模语言 XMLExtensibleMarkupLanguage可扩展标记语言约定层次定义约定 CBM系统层次结构模型,用于反映CBM系统的功能以及数据流向,它可以用层次组成结构图表示在层次组成结构图中,箭头表示数据流,箭头方向表示数据流方向,箭头旁边的文字为数据流的名称,中间方框内描述层次的功能层次组成结构图描述见图1 数据流名称数据流名称层次名称数据流名称数据流名称功能描述数据流名称功能描述图1 CBM系统层次组成结构图
GB/T26221一2010 5.2数据类型定义约定本标准所定义的每一数据类型都是以相应的类表示,一个类由其属性来表明对象的特征和性质,类定义使用以下模板描述:含义描述成员类型名称数量标注成员名称成员数据类型层次名称数量数据备注说明说明 1描述;对数据类型的具体含义进行描述 (2成员;表示该数据类型中所具有的属性成员列表的每一列所表示的意义如下第一列;成员的名称; 第二列;成员的具体数据类型; 第三列;成员被使用的层次名称; 第四列;成员具体实例化的数量第五列:成员的特殊性质备注说明 CB系统结构 6 概述设备的监测和维护是保证设备正常运行、提高设备工作效率,延长设备使用寿命的主要手段设备监测和维护的任务是及时地、准确地对各种异常状态或故障状态做出诊断,预防或消除故障,对设备的运行进行必要的指导,提高设备运行的可靠性、安全性和有效性,把故障损失降到最低水平基于状态的维护(Condition-BasedMaint ce)方式是通过对设备工作状态和工作环境的实时监 tenanG 测,借助人工智能等先进的计算方法,诊断和预测设备未来的有效工作周期,合理安排设备未来的维修调度时间 CEBM方法根据设备的实际运行状态确定设备的最佳维护时间,降低设备全寿命周期费用提高设备的稳定性 CBM系统结构 CBM系统用来监测复杂系统的运行,并为现场操作人员提供系统目前健康状况的准确评估,CBM 系统还能预测系统或子系统的剩余寿命剩余寿命是从设备目前状况到期望失效点间的运行时间,失效标准要根据运行环境定义个完整的CBM系统通用结构应当包括从数据采集到具体维修建议等一系列功能 CBM的主要功能包括:传感和数据获取、数据处理和特征提取、产生警告、失效或故障诊断和状态评估、预诊断预测未来健康概况和估计剩余寿命,辅助决策(维修建议,或为特定运行环境中设备可用性的评价)、管理和控制数据流动和测试时序、对历史数据存储和存取管理、系统配置管理、人机系统界面(见图2).
GB/T26221一2010 人机界面数据采集状态评估数据处理状态监测预诊断决策推理传器预处理间值组件特征基于特征数据合并传感器提取的预诊断分类特征提取模糊逻辑基于模型异常和诊的预诊断传感器海推理复杂系统图 CBM系统通用概念视图 2 6.3CBM系统开发框架 CBM系统开发流程框图如图3所示,它们通过计算机网络技术、中间件技术松散结合在一起,构成开放式CBM系统 CBM系统使用UML语言定义了一个面向对象的系统模型,并使用抽象接口描述语言AIDL定义了界面规范 AIDL语言是文本式语言,可以转换为用户选择的中间件接口描述语言如DcOMMIDL、,webbased/XML,cORBAIDL等由于表示模块通常用于显示和存取底层模块的数据,而并不为其他模块提供任何信息,CBM没有定义它的数据接口,而决策支持模块针对不同的故障和设备硬件,提供不同处理机制和维护方法,其接口定义也没有规定 IEEE so 2 18436 ESTATE 相关标准 Iso MIMOSA I79 13374.1 CRIS CBM功能描述教模型表示层 DL抽象接口描述决策支持层预诊断层通用数据流策略健康评估层状态监测层数据处理层 web DcOM 数据采集层 CORBAIDI MIIDL en MIDL 图3 CBM系统开发流程框图
GB/T26221一2010 CBM系统层次模型 7.1概述模型分为7层结构,即数据采集层、数据处理层、状态监测层,健康评估层,预诊断层、决策支持层、表示层(如图4所示) CBM系统的层次结构划分也反映了CBM系统数据流向由传感器进行数据采集,通过各个不同功能的中间层模块处理,传送到决策支持模块,确定设备的故障原因和维护时间基于状态的维护《 CBM )系统表示模块(PresentationModule) 表示层决策支持模块(DecisionSupportModle) 决策支持层预诊断模块(PrognosticModule) 预诊断层健康评估模块(ealthAssessmentModule 健康评估层状态监测模块(ConditionMonitoringModule 状态监测层数据处理模块(DaaManipulationModule) 数据处理层数据采集模块(DataAcquisitonModule) 数据采集层图4CBM系统框架及组成 7.2数据采集层 7.2.1概述 DA模块和底层物理设备通信,其组成结构如图5所示 DA数据 DA配置 DA控制矢量 DA模块 DA DA设置机构数字输出数据参数历监不生r 提供信号状态史监测紧续物理数结合传感器协议标准(如EEE1451) 配置据可提供本地数据存储图5A模块层组成结构图
GB/T26221一2010 7.2.2输入输人主要包括历史数据、从底层设备采集的数据及相关配置参数等 7.2.3输出输出主要包括采集整理的数据、配置参数、控制命令等 7.2.4功能用于采集现场设备上的实时数据,为其他模块提供现场的数据信息 7.3数据处理层 7.3.1概述 DM模块组成结构如图6所示 DM数据 DM配置 DM控制矢量 DM模块 DM配置设置 DM 伯号处理算法历从数据采集模块获取数据参数史对信号进行滤嗓等处理监测系统配置数监测系统物理进行特征拢取挑配置可提供本地数据存储其他DM模块输入 DA输入图6DM模块组成结构图 7.3.2输入输人数据有从DA模块和其他DM模块获取的数据,相关历史数据、控制命令及配置参数等 7.3.3输出输出数据包括DM计算处理后的数据、相关配置参数、控制命令等 7.3.4功能用于完成单/多信道数据处理任务,提供对DA模块的输出数据进行预处理功能,如特征向量抽取、软件滤波,均值计算等功能 7.4状态监测层 7.4.1概述 CM模块组成结构如图7所示
GB/T26221一2010 CM数据 CM配置" CM控制矢量 CM模块从DA模块和DM模块获取数据 CM配置设置 CM算法参数计算监测指数监光系统配置监测设备状态监渊系统物理存储从DM及D模块获取的历史数据配置据 DM输入其他CM模块输入图7CM状态监测层 7.4.2输入输人数据包括CM模块历史数据、,DA及DM模块历史数据、,DM模块输人数据、其他CM模块输人数据,控制命令及配置参数等 7.4.3输出输出数据包括CM模块处理后的数据,CM模块历史数据、模块相关配置参数、相关控制命令等 7.4.4功能主要完成DA、,DM模块的输出数据与系统工作限定值比较(如振动高限)功能,也可以完成简单的报警功能 7.5健康评估层 7.5.1概述 HA模块组成结构如图8所示 HA解释 HA控制矢量 H配置性能评做加载/使用 CM HA模块历史数据从M模块获取数据专家知识根揪cM记录和设备状态评估设备健康状况监测设备状态维修记录 HA 收集/存储相关数据配置设置生成健康历史数据 HA算法参数监测系统配置据监测系统物理配置 cM输入其他HA模块输入图8HA模块组成结构图
GB/T26221一2010 7.5.2输入输人数据包括CM模块输人数据,其他HA模块输人数据、CM模块历史数据、HA模块历史数据、专家知识,维修记录、控制命令及相关配置参数等 7.5.3输出输出数据有性能评估结果、解释,相关配置参数及要保存的历史数据等 7.5.4功能主要用于对监测系统、子系统、组成部件的性能衰退进行评估如果系统的性能处于衰退期,模块则产生一些诊断记录,描述一些可能发生的故障和故障迹象 HA模块在进行系统评估时考虑了系统的历史趋势、操作状态、维护历史和系统运行负载等因素 7.6预诊断层 7.6.1概述 PA模块组成结构如图9所示 P叭配置 P解释P叭控制矢量预该断在载使用历更数抛 PA模块台从相关模块获取数据应用知识建立预测模型根据相关记录预测维修记录提供预测评估生成预测历史数据配置设置 HA算法参数监测系统配置柔监测系统物理配置 HA输入 DA/DM/CM输入其他叭模块输入图9PA模块组成结构图 7.6.2输入相应输人有HA模块输人数据,DA/DNM/CM等模块输人数据,其他PA模块输人数据,CM/HA 模块历史数据,PA模块历史数据、相关知识库、维修记录及相应配置参数等 7.6.3输出相应输出有预诊断结果及相关解释、控制命令、相关配置参数及要保存的历史数据等 7.6.4功能主要根据底层模块的数据信息,推断设备未来的有效工作时间RUL(RemainingUsefulLife) 7.7决策支持层 7.7.1概述 DS模块组成结构如图10所示
GB/T26221一2010 相关建议解释警报将来任务 DS模块目标录提出一系列维修建议存储相关建议资源及难点目前任务录 HA输入叭输入图10DS模块组成结构图 7.7.2输入相应的输人有HA模块输人数据、PA模块输人数据、运行历史记录、决策历史记录、将来任务及目标、所能提供资源及可能遇到的难题、目前任务等 7.7.3输出相应输出有相关建议及解释,产生警报,要保存的运行历史记录和决策历史记录等 7.7.4功能主要用于提供推荐的系统维护动作和指令,其中包括维护调度、修改设备的配置操作等决策支持模块的工作需要考虑当前、历史及未来系统工作状态 7.8表示层 7.8.1概述 PM主要作为和用户交互的接口,可以从其他各层模块提取数据 7.8.2输入可从其他各层模块提取数据 7.8.3输出将所提取信息以界面等形式展示给用户 7.8.4功能主要用于CBM系统的描述,包括报警信息的显示,CBM系统用户对于系统信息的存取、人机接口的显示等 CB1系统通信模型概述为了使基于状态的维护向专业化,网络化发展,将CBM系统按照功能划分为7个层次;数据采集、数据处理、状态监测、健康评估、预诊断,决策支持、系统描述每层以编写成软件模块的形式分布在 ntermet上.这些模块在物理上是独立的,但在逻辑上是统一的为了将这些跨越不同平台、不同厂商用不同编程语言实现的模块集成为一个整体以实现cBM的最终的设备维护与诊断的功能,需要制定 -套通信标准以实现模块间的交互此通信标准的体系结构可以划分为3个层次;数据交换接口、层次接口、通信协议其中数据交换接口提供各模块的应用编程接口,奠定了模块间通信的基础;层次接口
GB/T26221一2010 提供了模块间通信的信息内容的描述,是模块间通信的重要条件;通信协议直接面向应用,是关于消息如何在系统中各执行者间进行交换的一种约定,是实现模块间通信的必要条件图1描述了BM模块间通过分布计算技术集成一个整体预诊断决策支持健康评估分布计算技木系统描述状态监测数据采集数据处理图11OsA-CBM系统集成 8.2数据交换接口通过API,各层可以调用其他层的程序或服务以实现本层的需求,构成一个大系统 OsA-CBM备层及其API的关系如图12所示表示模块(PreentationModule 决策支持模块(DecisionSupporn) 预诊断模块AP接口预诊断模块(Prognostie) 健康评估模块A接口健康评估模块(HealthAssessment 状态监测模块AP接口状态监测模块(ConditionMonitoring 数据处理模块AP接口数据处理模块DataManipulation 数据采集模块AP接口数据采集模块(DaaAcquisition) 图12OSA-CBM各层及其AP1关系 10
GB/T26221一2010 图12中箭头描述了各层间数据流的方向通常情况下,每层模块都应该能直接从其需要的层获取所需的数据,如图中右边的长箭头表示系统描述层能直接从其他任何层获得数据;但总体上数据的流动还是按照相邻的层顺序流动,如图中左边的短箭头表示各层计算后的数据可以由相邻的层使用 8.3层次接口为了更方便灵活的使用其他层的数据,可以将层间交换的信息内容划分为3个层次接口:数据接口,配置接口和解释接口数据接口用来描述要交换的真实的数据,配置接口描述各模块的配置信息，解释接口描述设备的具体的设置信息这3个接口具体描述如下: 8.3.1数据接口数据接口定义了所有与特定事件相关的数据由于各层所实现的具体功能不同,各层的数据接的结构以及所包含的信息的内容也不同比如;对于数据采集层的数据接口描述了实际的传感器数据，而健康评估层的数据接口则描述了健康状态的特征信息因为数据接口表示的是各层所需要的实际的数据,这些数据是通过测量或计算得到的,并且随着时间的不同与设备的改变而改变,所以这层描述的信息内容是动态的 8.3.2配置接口配置接口描述了某层模块的配置信息每层模块只有一个配置接口,但各层模块的配置信息很接近这层描述的信息是半动态的.只是随着设备改变而改变,只要设备不变了,配置信息就不变了设备固定后配置接口所描述的信息就成为静态的 8.3.3解释接口解释接口描述了设备本身的信息以及它的设置情况所有层的解释接口都是相同的因为这些信息是设备本身所固有的,不会随着其他情况的改变而改变,所以这层所描述的信息是静态的通信协议数据交换接口(见8.2)是2个模块间通信的基础,只要通信的2个模块中的一个能提供API接口. -个能使用这个API接口,那么2个模块就可以通信这节简述实现模块间通信时采取的具体的手段如8.3所述,CBM定义了层间通信的3种数据:经计算的数据、配置信息和解释信息经计算的数据是动态变化的,并且限制了数据有效的范围,这样的数据可以通过请求-请求的协议访问配置信息和解释信息相对来说是静态的,这些数据不用通过请求-请求的协议而可以随时访问到下面将介绍以请求-请求的协议为基础的一个客户/服务器通信模型的基本原理,首先介绍通信时所用的一些术语 8. .4.1生产者与消费者通常情况下,CBM各模块间交换数据时涉及到2个模块,产生数据的模块称为生产者,使用数据的模块称为消费者由生产者测量或计算得到的数据以数据事件的形式传送,数据事件是OSACBM数据模型中定义的结构,在CBM的UML模型中用top:DataEvent类描述消费者可以通过生产者定义的AP1接口来访问这些数据生产者和消费者是模块间数据交换的两个基本的角色一个模块既可以是消费者也可以是生产者当作为消费者的模块为其他模块提供数据的时候它又成为了生产者如图13所示描述了3个模块的关系;其中模块B既是模块A的生产者,也是模块c的消费者 11
GB/T26221一2010 模块A 消费者生产者极块消费者生产者模块c 图13通信中模块的角色关系 8.4.2入口点与数据事件本节将描述通信中存在多个生产者和多个消费者时信息的表示首先定义相关术语,见下表称定数据事件 DataEvent 描述经测量或计算得到的数据的信息数据事件集多个数据事件的集合 DataEventSet 输出端口 OutPort 描述数据的来源输出端口集 OutPortSet 多个输出端口的集合 -个模块为其他模块提供数据访间的接日人口点 EntryPoint -个数据的生产者可以有多个消费者,这些消费者通过生产者提供的多个人口点访问它的数据 -个人口点只能被一个消费者使用,而一个消费者可以同时使用多个人口点对每个生产者来说,它的一个人口点对应多个输出端口,这些输出端口构成一个输出端口集,每个输出端口产生一个数据事件所有输出端口产生的数据事件构成一个数据事件集通过同一个人口点访问到的所有数据是同步的即使用同样的时钟测量得到),但由同一个输出端口产生的数据而经不同的人口点访问时却不能保证是同步的图14是多个生产者与消费者间交换数据时各对象之间关系的一个例子消费者B 消费者A 入口点入口点入口点入口点 X2 X3 输出端口输出端口l输出端口输出端口输出端口 3 Xh C Yd ya 生产者Y 生产者X 图14多个生产者和消费者通信模型的一个示例 12
GB/T26221一2010 图中有4个模块;A,B,X和Y 模块A和B是消费者,模块X和Y是生产者生产者X包含3个人口点(X1,X2,X3),生产者Y包含一个人口点(Y1) 每个人口点至少访问一个输出端口以获得数据:人口点X1访问输出端口xa、输出端口xb,输出端口xc;人口点X2访问输出端口xc;人口点X3访问输出端口xc;人口点Y1访问输出端口ya;而xd不被任何人口点访问,因此不提供给任何消费者数据消费者A可以通过人口点X1和人口点X2访问生产者X的数据人口点X1可以接收到来自 xa xb和xc的同步的数据,而输出端口xc的数据还可以通过人口点X2访问到,但与通过人口点X1访问到的数据不一定是同步的消费者B从2个生产者获得数据生产者X的输出端口xc产生的数据可以通过人口点X3访问到,但却不能通过人口点X2访问到生产者Y的输出端口ya产生的数据可以通过人口点Y1访问到通信协议 8.4.3 生产者和消费者使用一个简单的请求-请求的协议进行通信这个协议定义了一个非阻塞的异步的信息拉取式的数据交换的方式人口点(EamtryPoimt)和人口点接收器(EamtryPoimtsSink)是分别位于生产者和消费者中数据交换的接口(参考cBM的UML模型中top: :lentryPoint和top:lentryPoin- tSink的类的描述),这两个接口定义了在协议中生产者和消费者如何参与数据的交换以下首先介绍这两个接口中主要的方法的功能人口点是由生产者执行的数据交换的接口,其主要的方法如下 equesOuPortSe();这个方达的功能是请求要被测量或计算的新数据它有2个参数一个参数是请求标识符,消费者每发出一个请求都要有不同的请求标识符,这样才能区分出哪个请求被完成;另个参数是人口点接收器的指针旦生产者处理完数据,就要通过这个指针通知人口点接收器这个方法的调用不应该受阻,应该立刻返回结果 getTaskStatus();这个方法的功能是查询计算或测量的当前状态,并返回一个数字正数表示预期的时间,负数表示不能估计当前的状态,"零表示计算或测量已经完成人口点接收器是由消费者执行的数据交换的接口,其主要的方法如下 notifyOutPortSet();这个方法的功能是一旦生产者获得消费者所需要的数据就要调用此方法以通知消费者它的数据准备完成它有2个参数:一个是请求标识符,表示哪个请求被完成;另一个是输出端口集的指针,表示生产者经测量或计算后的数据的地址以上这些方法在协议的实施中被调用如下描述了通信的一个周期里方法调用的过程(见图15. 在图15中模块间通信时方法调用的正常顺序 AA;EntPoinmtSink BIEntryPoint requestOutPortSetO eIaskSasO eIaskSasO eTaskStatus0 notifyOutPortSe accessdata0 requestOutPorSetO 图 15方法调用的顺序 13
GB/T26221一2010 首先消费者调用生产者的requestOutPortSet()方法以请求数据,然后生产者开始测量或计算数据如果生产者还需要向其他模块请求数据,则可以作为其他模块的消费者通常情况下, 测量或计算数据的过程依照不同的应用会花费不同的时间 b)在计算过程中,消费者可以通过不断地调用生产者的getTaskStatus()方法查询进程的状态 -旦生产者完成了测量或计算,它就应该调用消费者的notifyOutPortSet()方法以通知消费者它的数据已经准备好并且传递给消费者它测量或计算数据的地址消费者不断地使用通过notifyOutPortSet()方法获得的新数据的地址以读取生产者产生的数据 estOut 消费者通过调用生产者的requestOutPortSet()方法以开始一个新的请求对 reque PortSet()方法的调用意味着一个新的请求-请求周期的开始,生产者内存中不再保存上一次产生的数据,而是开始保存最新产生的数据以上描述了模块间通信时方法调用的正常顺序,以下描述了方法调用时的特殊情况在图15中模块间调用的特殊情况一个新的在消费者还设接收到生产者对它的noilsyoPorisiar)方法的调用时就又发起了 requestOutPortSet()请求这种情况下,生产者应该立刻停止它处理数据的过程并放弃计算的中间数据而开始一个新的测量、计算数据的过程,测量或计算完数据再调用消费者的noti fy(OutPortSet()方法以通知消费者即使消费者的oilsouPowrso)方法已经被生产着调用,生产者的RTaksawuaso方法仍可以被消费者在任何时间调用,这种情况下,getTaskStatus()方法返回值为0,表示测量或计算完成消费者通过notifyOutPortSet()方法获得的数据的地址在它下一次请求时就会无效如果消费者还使用这个地址,就会发生一些不可预料的错误如上所述,模块间的通信协议可以看作由多个请求-请求的周期组成,每个周期的开始和结束都以个数据请求为标志根据notifyOutPortSet()方法被调用的时刻可以将每个周期分为2个过程个过程是生产者准备数据的过程,另一个过程是消费者浏览数据的过程此协议遵从一个以信息拉取模式为基础的体系结构的开发,即信息的获取方式是通过用户主动从信源拉取信息图16展示了这样的一个体系结构的例子系统描述状态监测信号处理信号处理传感器模块传感器模块图16CBM通信模型的示例 14
GB/T26221一2010 上图16中的6个模块代表了OSA-CBM体系结构的4层系统描述模块首先发出一个数据请求 1),该请求使状态监测模块开始计算数据,状态监测模块不能独立完成计算,还要向数据处理层的2个信号处理模块发出请求2A和2B 这2个信号处理模块也不能独立完成请求,还要分别向数据采集层的2个传感器模块发出数据的请求3A和3B 2个传感器模块测量完数据后,分别向2个信号处理模块发出通知4A和4B，信号处理模块利用获得的数据计算出最终的结果,向状态监测模块发出通知5N 和5B,这些模块间的调用不会同时发生比如状态监测模块必须接到所有的信号处理模块的通知后，才能开始使用信号处理模块的数据一旦状态监测模块完成它的数据的计算,它就向系统描述模块发 -个通知(6) 此时系统描述模块便可以显示由状态监测模块计算的数据出 CBM1系统数据规范 9.1概述 Data模型包含了所有的基本型、结构型的数据 Data模型有两个用途;第一,定义了所有通用的数据类型;第二,可以定义所需的任意数据结构 9.1.1Data 描述，通用的结构数据 data包括值和类型类型是指数据的用途,如温度、压力、红外图像等值是众多的基本数据类型中的一种,如字节、整型、字符串、双精度型或者是由这些类型组成的数组结构类型数据可以包含在复合结构类型数据中成员: 层注名称类型数量标 value Vaue 所有层 0..1 非结构型数据所有层说明数据在系统中的使用 dataType DataType 0.,1 9.2数据的类型 9.2.1DataType 描述:数据的类型 dataType说明了数据在现实的世界中所代表的含义,如温度、流速、颜色、扭矩等成员层注名称类型数量标所有层数据的类型由remotekey标示 id RemoteKey 9.2.2NumDataIype 描述:数字量数据类型专门用于数字量数据的类型,可以包含机械工程中的计量单位成员数量名称类型层标注所有层可选的机械单位 engUnit EngUnit 0..1 继承于DataType RemoteKey 所有层数据的类型由remotekey标示 id 复合结构数据 ositeData Comp0 描述:复合结构型数据通过派生方式使数据包含多个部分,每个部分有可以通过派生包含其他的部分,形成树形结构 15
GB/T26221一2010 成员: 层注名称类型数量标 Data 所有层结构型数据 parts 0.，继承于D Data 所有层非结构型数据 value Vaue 0.,1 dataType DataType 所有层 0..1 说明数据在系统中的使用一般数据 9.4 9.4.1Yalue[抽象类型描述:通用的非结构数据单个value或者是机械数据类型中的一个,或者是一个字符串,或者是上述类型组成的数组成员:无 9.4.2Byte 描述:字节 8位整型成员: 类型层注名称数量标 value byte 所有层组成类型 9.4.3ByteArray 描述:字节数组成员名称类型层数量标注 value byte 所有层组成类型 0. 9.4.4Short 描述:短整型 16位整型成员: 名称类型层数量标注 value short 所有层组成类型 9.4.5ShortArray 描述:短整型数组成员名称类型层数量标王所有层组成类型 0 value short 9.4.6Int 描述:整型 32位整型成员: 名称类型数量层注标 value int 所有层组成类型 9.4.7 IntArray 描述:短整型数组 16
GB/T26221一2010 成员: 层注名称类型数量标 value 所有层 0. 组成类型 int 9.4.8Float 描述:浮点型 32位浮点型成员: 层注名称类型数量标组成类型 float 所有层 Value 9.4.9FoatArray 描述:浮点型数组成员层注名称类型数量标 value float 所有层组成类型 0.， 9.4.10L.ong 描述:长整型 64位整型成员类型数品名称标注所有层组成类型9 value long 9.4.11LongArray 描述:长整型数组成员: 注名称类型数量标组成类型所有层 value long 9.4.12Double 描述:双精度型 64位浮点型成员名称类型层数量标注 double 所有层组成类型 Value 9.4.13DlArray 描述:双精度型数组成员层注名称类型数量标 value 所有层组成类型 double 0.， 9.4.14Char 描述:字符型 l6位字符型成员层标注名称类型数量 char 所有层个字符的字符串 Value 9.4.15CharAray 描述:字符型数组 17
GB/T26221一2010 成员: 类型数量标层注名称所有层个字符的字符串 value char 0. 9.4.16Boolean 描述:布尔型值为true或者false. 成员: 类型数量层标注名称 value boolean 所有层组成类型 9.4.17BooleanArray 描述:布尔型数组成员类型名称层数量标注所有层组成类型 value boolean 0 9.4.18string 描述:字符串型成员: 层注名称类型数量标所有层组成类型 value sting 9.4.19StringArray 描述:字符串型数组成员: 层注名称类型数量标所有层组成类型 value sting 0. 9.4.20Complex 描述:复数类型一对64位的双精度浮点型数据成员名称类型层数量标注所有层 realValue double 实部所有层虚部 doule imagValue 9.4.21 ComplexArray 描述:复数类型数组成员: 层注名称类型数量标所有层 realValue double 0, 实部 double 所有层 0. 虚部 imagValue CBM系统与企业应用系统集成框架 l 10.1概述按照网络化制造系统的应用过程进行分析,把网络化制造系统划分为6个层次,自下而上分别为生 18
GB/T26221一2010 产资源级集成、生产过程级集成、生产控制级集成、车间管理级集成、企业管理级集成以及企业协作级集成根据对状态维护系统功能需求的划分,可以同样把状态维护系统划分为上述6个层次对应于不同层次的功能模块,实现各自的过程应用,并与其他相关企业应用系统实现互操作,形成一个集成各种企业功能的通用网络化数字企业模型 10.1.1活动域利用IsO15704中的企业结构泛型参考模型,以及IEC62264中更加明确的企业和控制域模型,制造型企业的活动可以建立模型,形成具有层次形态的活动域,制造执行域中的活动涉及与一个制造执行系统相关的各种功能(见图17). 制造执行层以上的活动域制造执行层域第3级》制造执行层以下的活动域图17制造执行域每一个活动域中的应用与一组制造应用相对应例如,在一个生产活动(第3级)中的行为由过程控制库存控制产品质量控制以及其他较低级相关活动决定而企业级的客户定单处理活动可以扩展至生产活动和第3级中的相关活动的行为 -般地,第3级以下的诊断维护应用与这些层级的控制及其他应用进行互操作而且,在第3级的诊断维护应用可能与第3级之上和之下的层级中的诊断维护应用进行集成本标准中的应用集成标准与上述制造型企业活动模型的对应关系如下 -在第3级以下层级的活动域,对应本标准的生产过程和生产资源级集成; -在第3级的制造执行层域,对应本标准的生产控制和车间生产管理级集成 -第3级以上的活动域,对应本标准的企业管理和企业协作管理级集成 10.1.2过程集成模型用例根据Iso15745,过程集成模型被创建为由- 一组关联制造资源(利用用例图和交互图支持的一组活动模型本标准中用例间的关系如图18所示 19
GB/T26221一2010 企业制造业务集成厂级管理吴制造业务管理诊断维护控制集成运行人员制透业务控制集成维护人员图18过程集成模型用例图对于本标准的用例,可以利用一系列的交互图对多种场景建模采用IEc62264的活动定义,(设备、物料和人员的)诊断集成的关系可以描述为资源能力集合 10.2生产过程级集成 10.2.1状态维护应用系统在生产过程级的集成生产过程级集成针对生产管理系统的最低层功能,在车间的生产单元对零部件的生产与产品装配进行协调调度,主要功能包括:生产调度、任务分配、生产监控,物料传输,生产过程控制等状态维护应用系统在生产过程级的集成中主要是与下列功能过程的互操作设备台账管理生产作业管理; -物料管理人员管理 10.2.2状态维护应用系统的信息输入在生产过程级的设备维护行为中,一般对应于维护计划和维护过程的完成,产生维护活动的结果维护活动结果包括有关维护行为的详细具体的数据,这些数据由维护行为的过程决定例如,可能包含这样的信息;“43号压力板被拆下替换,留出2.5em间隙,继续运行” 10.3生产资源级集成 10.3.1状态维护应用系统在生产资源级的集成生产资源级的集成应用支持对包括工具设备、生产线各组成部分的全部制造设备的配置管理和记录跟踪这些应用集成在一起,形成对设备的全周期对象记录管理系统该系统支持对地理位置不同的类似设备进行全周期管理采用适用的信息技术,这种资源管理系统能够明显提高制造过程的性能生产资源级的集成应用必须支持对多企业设备可识别的通用对象记录,能够对设备从调试到报废的全周期进行信息跟踪生产资源级集成中的信息模型包含标准化的元数据类别这些元数据可以随时扩展条目,而且新增条目必须赋予全局唯一的标识 20
GB/T26221一2010 10.3.2状态维护应用系统的信息输入维护应用的信息有设备登记信息,包括设备编号、归类和生产过程归类维护应用的信息还包括进行维护的设备的维护活动文档记录,包括体现维护变更的设备和系统的图纸、工程文档、说明书、供货商手册,维修服务步骤标准、维护指南以及设备诊断预测步骤维护应用的信息还包括维护决策的关键性能指标规定 10.3.3资源集成模型和互操作规范 10.3.3.1资源集成模型交互根据ISO15745，一个资源集成模型应该描述被创建的过程涉及的装置、通信网络、机器设备及辅助设施、人员和物料模型,并且确定进行互操作的主要资源接口,提供必要的服务和协议以支持过程的自动化和控制资源呈现的接口体现了它所实现的过程的接口这些接口是主要的访问点,各种资源用以在彼此间进行物料和信息的传递和交换,实现与过程关联的流程图19表示了一个序列图的例子,反映了车间管理级及以下的活动层次所需要的信息来源和去处在这个例子中,智能资源被建立或配置以进行自诊断设备完好性评估的消息发布到资源能力类中 ;设备资源能力 :装置物料 ;机器设置设置设置设置诊断完好性评价诊断完好性评价诊断完好性评价诊断完好性评价图19资源集成模型交互图 10.3.3.2资源集成模型协作根据上面的交互图,图20显示一个在需要被资源支持的工业自动化系统接口的开发中需要的图. 使用的主要自动化系统接口是通信服务接口这组资源实现过程需要的功能如下 21
GB/T26221一2010 诊断诊断 ;设备 ;机器完好性判定设置设置资源能边完好性判定诊断诊断设置完好性判定设置完好性判定装置物料图20资源集成模型协作图 10.3.3.3资源集成模型互操作规范过程集成模型互操作规范确定的接口必须被资源呈现并且被资源互操作模型规范支持这些接口是主要的访问点,使得资源交换完成与过程关联的流程所需要的信息 10.4生产控制级集成 10.4.1状态维护应用系统在生产控制级的集成在生产控制级中,状态维护系统主要包括状态监控和设备诊断功能以及维修设备工具等生产控制级的状态维护系统集成主要针对各种控制和输人输出设备,可编程控制器、传感器.执行器及显示设备状态维护应用系统的信息输入 0.4.2 有关设备运行状态的数据,如仪表读数或运行时间等,需要从生产控制应用系统中获得一般情况下,这种数据访问是以固定时间间隔进行,用于支持维护计划的制定 10.4.3应用互操作应用互操作是通过分别与生产过程、资源和信息交换相关的接口互相兼容,并经过配置,以互相联系的形式运行获得实现表1总结了在控制和维护应用中涉及的接口类型表控制和维护应用中涉及的接口类型过程装置和仪表通信网络机器操作者物料辅助设备自动化数据管道阀门电缆传输连接和非过程采集接口接口、物料连接接口接口运输接口条码等装置-用户数据交换动力供应装置和仪表网络接口变送器接口接口(图形测量接口接口接口语音等》网关,路由一房自动化通信网络器,网桥和动力输中继接口送接口 22
GB/T26221一2010 表1(续过程装置和仪表通信网络机器操作者物料辅助设备电气、电子机器机械接口图表,显示安全防护操作者工作单接口物料批次接口动力监控辅助设备接口车间管理级集成 10.5 10.5.1状态维护应用系统在车间管理级的集成车间管理级集成完成车间计划和工厂协调,主要目的是保证详细生产计划在车间乃至生产单元中能够得到准确的贯彻执行具体要求是完成企业详细生产计划到实际车间生产调度的转换,它涉及产品流的计划与控制,包括工厂层的调度、监控、任务分配、生产环境设计等,可使详细生产计划得到更为准确和精确的执行,并实现企业目标与具体生产环境的结合状态维护系统在车间管理级的集成中主要包括与下列功能过程的互操作 -生产计划大纲编制执行,来源包括经营计划市场部门、工程部门、生产部门、财务部门集成应用: -物料清单编制维护; 库存管理能力需求计划.对生产能力和物料进行核算,对二者进行分析调整,使二者平衡 -车间生产计划,采集与反馈车间生产信息,了解生产进度,发现问题及时解决,尽量使车间的实际生产接近于计划 10.5.2状态维护应用系统的信息输入状态维护应用系统的输人包括维修需求,例如基于实际业务流程产生的对当前维护大纲的调整 10.6企业管理级集成企业管理级集成提供针对整个企业运营的信息流的应用集成,主要集成要素有财务会计、人力资源,供应链管理和客户定单管理企业管理级集成使企业内部各部门之间的数据共享和互相通信更加顺畅在一个应用人口获得新信息,相关信息将自动更新状态维护系统在企业管理级中与下列功能进程进行互操作: 分析预测企业管理战略; 经营分析; 人力分析; 财务分析财务财务和管理会计; 公司治理; 财务供应链管理经营原材料采购; 23
GB/T26221一2010 库存和仓储管理; 制造过程; 运输管理; 定单管理; 客户服务; 全周期数据管理; 项目管理; 质量管理; 产品销售; 企业资产管理 10.7企业协作级集成状态维护应用系统在企业协作级的集成 10.7.1 企业协作是由合作企业组成的供需链,实现所有协作成员信息的沟通和集成,以优化企业资源在技术上,企业协作是以web为核心.以web服务为主要载体的开放式体系结构系统的实现需要供需链上的所有企业,包括供应商、制造商、分销商、运输商、产品开发商,应用服务提供商等合作伙伴,按照客户和市场的需求,共同开展业务活动,保证产品和服务的质量 10.7.2状态维护应用系统的信息输入在企业协作级中,维护应用系统的信息输人包括客户和市场需求,制造设备和维护工具供应商和运输商的有关信息等 214

基于状态的维护系统体系结构GB/T26221-2010解读

基于状态的维护系统是一种通过对设备或系统状态进行监测、分析和判断，以实现对设备/系统维护管理的先进技术。该系统可以实时监测设备或系统运行情况，并根据预设的阈值和规则进行自动诊断和报警，从而能够及时发现设备/系统存在的问题并加以处理，提高设备/系统的稳定性和可靠性。

1. 基本原理

基于状态的维护系统基于设备或系统的状态信息，采用数据挖掘、模式识别、智能算法等技术手段，对设备/系统状况进行在线监测、记录、分析和诊断，以实现对设备/系统的精细化和智能化管理。

2. 系统体系结构

GB/T26221-2010《基于状态的维护系统体系结构》规定了该系统的体系结构，主要包括以下几个部分：

数据采集层：通过传感器、测量仪表等设备实时获取设备/系统运行情况的各种参数信息。
数据处理与分析层：对所采集的数据进行清洗、预处理、特征提取、模型建立和训练，并根据预设的规则进行诊断和报警。
决策支持层：根据所得到的诊断结果和维修需求，生成相应的工单并进行优化调度。
执行层：负责实施维护管理工作，包括设备检修、更换备件、故障排除等操作。

3. 特点与优势

基于状态的维护系统具有以下特点和优势：

实时性强：能够及时监测设备/系统运行状况，发现问题并进行处理。
精准性高：通过数据采集和分析，能够准确判断设备/系统存在的问题并进行诊断。
智能化程度高：采用数据挖掘、模式识别、智能算法等先进技术手段，实现对设备/系统的智能化管理。
成本低：通过实时监测和预警，能够避免事故和停机，减少维护和修理费用。

4. 应用领域

基于状态的维护系统广泛应用于各种工业生产设备、交通运输设施、航空航天设备、能源设备等领域。尤其在高速铁路、核电站、飞机等重要设备的安全保障方面，该系统发挥着至关重要的作用。

总之，基于状态的维护系统体系结构GB/T26221-2010是一种先进、高效、智能化的设备/系统管理技术，通过对设备/系统状态进行实时监测、记录、分析和诊断，能够提高设备/系统的可靠性、稳定性和安全性，具有广泛的应用前景。随着科学技术的不断发展，该系统将在更多领域发挥出其重要作用。