ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ
пнет
432—
2020
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Умное производство
ДВОЙНИКИ ЦИФРОВЫЕ ПРОИЗВОДСТВА
Часть 4
Обмен информацией
Издание официальное
.......
ЯКММ*Ж Стшдцлшфоя* 20»
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом «Всероссийский научно-исследовательский институт сертификации» (АО «ВНИИС») и Акционерным обществом «Российская венчурная компания» (АО «РВК»)
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 7 августа 2020 г. Na 41 -лист
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 мве до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 121205 Москва. Инновационный центр Сколково, улица Нобеля, д. 1. e-mail: info@tc194.ru 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 (www.gost.ru)
© Стзцдартинформ, оформление. 2020
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
Содержание
1 Область применения
2 Нормативные ссылки
3 Термины и определения
4 Сокращения
5 Общие положения
6 Требования к обмену данными А (IЕ-А)
6.1 Общие положения
6.2 Стандартизованный метод обмена данными
6.3 Метод транзакций
6.4 Безопасность
7 Требования к обмену данными B(IE-B)
7.1 Общие положения
7.2 Сервисы цифровых двойников производства
7.3 Зависимость от реализации
8 Требования к обмену данными С (1Е*С)
8.1 Общие положения
8.2 Подключение к сети
8.3 Стандартизованный метод обмена данными
8.4 Маркировка
8.5 Цифровая модель
8.6 Использование производственных данных
8.7 Синхронизация
8.8 Операции по обмену данными
8.9 Метод транзакций
8.10 Поддержка взаимодействия в режиме реального времени
8.11 Безопасность
9 Требования к обмену данными D (IE*D)
9.1 Общие положения
9.2 Продержка локальной сети
9.3 Продержка адаптации
Приложение А (справочное) Способы реализации структуры цифрового двойника производства
Библиография
Введение
Цифровой двойник производства представляет собой детальное моделирование конфигураций физических сущностей и динамическое моделирование изменений продукции, процесса и ресурсов в процессе производства.
Цифровой двойник производства основан на цифровой модели, которая постоянно обновляется и изменяется по мере изменения физического аналога с целью синхронного представления состояния, условий работы, конфигурации продукта и состояния ресурсов.
Представление цифрового двойника производства позволяет цифровому двойнику постоянно взаимодействовать с визуальными производственными элементами путем обмена эксплуатационными данными и данными об условиях эксплуатации.
С помощью представления цифрового двойника производства можно обнаружить аномалии в производственных процессах и достичь различных функциональных целей, таких как управление в режиме реального времени, аналитика в автономном режиме, проверка работоспособности, предиктивное обслуживание, синхронизированный мониторинг/оповещения. оптимизация управления производственным процессом (МОМ), адаптация процесса, анализ больших данных, машинное обучение и т. д.
Наглядность процесса и реализации, обеспечиваемые цифровым двойником производства, повышают деловое взаимодействие и множество других показателей эффективности.
В серии стандартов ПНСТ «Умное производство. Двойники цифровые производства» определена структура цифровых двойников производства как виртуального представления физических элементов производственного процесса, таких как персонал, продукты производства, активы и описание процессов. Цифровой двойник производства представляет собой детальное моделирование конфигураций физических сущностей и динамическое моделирование изменений продукта, процесса и ресурсов в процессе производства. Области применения четырех частей серии стандартов ПНСТ «Умное производство. Двойники цифровые производства» представлены ниже:
- часть 1. Общие положения.
В данном стандарте представлены общие положения и основополагающие принципы цифровых двойников производства, а также руководящие указания по созданию структуры цифровых двойников производства;
- часть 2. Типовая архитектура.
В данном стандарте определены цели и задачи типовой архитектуры, типовой модели и представления типовой архитектуры;
- часть 3. Цифровое представление физических производственных элементов.
В данном стандарте определены физические элементы структуры цифровых двойников производства. которые должны быть представлены в цифровых моделях;
- часть 4. Обмен информацией.
В данном стандарте установлены технические требования к синхронизации данных и обмену данными в рамках цифровых двойников производства.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Умное производство ДВОЙНИКИ ЦИФРОВЫЕ ПРОИЗВОДСТВА
Часть 4 Обмен информацией
Smart manufacturing. Digital manufacturing twins. Part 4. Information exchange
Срок действия — с 2021—01—01 до 2024—01—01
1 Область применения
В настоящем стандарте определены технические требования к синхронизации данных и обмену данными е рамках структуры цифровых двойников производства.
Вопросы реализации и протоколы обмена данными выходят за рамки области применения на* стоящего стандарта.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ПНСТ 429 Умное производство. Двойники цифровые производства. Часть 1. Общие положения ПНСТ 430 Умное производство. Двойники цифровые производства. Часть 2. Типовая архитектура ПНСТ 431 Умное производство. Двойники цифровые производства. Часть 3. Цифровое представ* пение физических производственных элементов
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 игы 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 е 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 ссыпка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ПНСТ 429. 430 и 431.
4 Сокращения
8 настоящем стандарте применены следующие сокращения:
AMF — формат файла аддитивного производства (Additive Manufacturing File format);
Издание официальное
API — программный интерфейс приложения (Application Program Interface);
ASSE — сущность подсистемы приложения и сервиса (Application and Service Sub-system Entity); AutomationML — язык разметки автоматизации (Automation Markup Language);
B2MML — язык разметки связи между бизнесом и производством (Business То Manufacturing Markup Language);
CAD — средства автоматизированного проектирования (Computer Aided Design);
CAM — средства автоматизированного производства (Computer Aided Manufacturing);
CBC — сцепление блоков шифротекста (Cipher-Block Chaining);
CCM — алгоритм блочного шифрования с имитовставкой и режимом сцепления блоков и счетчика (Counter with СВС-МАС);
CFX — обмен данными в объединенном производстве (Connected Factory Exchange);
DCCE — сущность сбора данных и управления (Data Collecting and Controlling Entity);
DTRE — сущность представления цифрового двойника (Digital Twin Representation Entity);
DTUE — сущность пользователя цифрового двойника (Digital Twin User Entity);
ECDHE — протокол Диффи-Хеллмана на эллиптических кривых (Elliptic-curve Diffie—Hellman);
ERP — планирование ресурсов предприятия (Enterprise Resource Planning);
EthefCAT — Ethernet для контроля и автоматизации управления (Ethernet for Control Automation Technology);
FE — функциональная сущность (Functional Entity);
HTTP — протокол передачи гипертекста (HyperText Transfer Protocol);
IPC — межпроцессное взаимодействие (Inter-Process Communication);
JSON — нотация объекта JavaScript (JavaScript Object Notation);
LwM2M — легковесный протокол межмашинного взаимодействия (Lightweight Machine to Machine);
MES — система управления производством (Manufacturing Execution System);
MOM — управление производственным процессом (Manufacturing Operations Management);
MOTT — протокол передачи последовательности сообщений с телеметрическими данными (Message Queuing Telemetry Transport);
O&M — эксплуатация и управление (Operation and Management);
OCF — организация, создающая проекты с открытым исходным кодом (Open Connectivity Foundation);
OMSE — сущность подсистемы эксплуатации и управления (Operation and Management Sub-system Entity);
OPC-UA — унифицированная архитектура открытого платформенного взаимодействия (Open Platform Communications — Unified Architecture);
OpenGL — открытая графическая библиотека (Open Graphics Library);
PME — сущность физического производства (Physical Manufacturing Entity);
PSK — фазовая модуляция (Phase-Shift Keying);
QIF — структура данных о качестве (Quality Information Framework);
RAISE — сущность подсистемы доступа к ресурсам и обмена данными (Resource Access and Interchange Sub-system Entity);
RAMI — типовая модель архитектуры для Industry 4.0 (4.0 Reference Architectural Model Industrie 4.0);
REST — передача состояния представления (REpresentational State Transfer);
STEP — стандарт обмена данными модели изделия (Standard for the Exchange of Product model data);
TSN — сеть, чувствительная ко времени (Time-Sensitive Networking);
WebGL — графическая библиотека для использования в веб-приложениях (Web Graphics Library); XML — расширяемый язык разметки (extensible Markup Language);
ИВ — Интернет вещей (Internet of Things. loT).
5 Общие положения
Типовая архитектура структуры цифровых двойников производства определена в ПНСТ 430. Обмен данными между сущностями представлен на функциональном представлении типовой архи-2
тектуры цифровых двойников производства. На рисунке 1 показаны четыре различных типа обмена данными.
Сущность польза металл цифрового дойника {DTUE) Интерфейс польаоввтеля FE
Обмен длины ми А (IE-А) ]_________________________
D6wwwwwC(lbC} |
Сущность обода данных» уфмгмнмв (ОССЕ)
ЯШМ | ЯЕпмимм | гашгтв» | HE !■ |
Сущность фвмнеомэга прошаодстаа (РМЕ) ЯЕдтолрвдаовнного «еда ресурсов
Рисунок 1 — Типовая архитектура структуры цифровых двойников производства
К четырем типам обмена данными относятся;
- обмен данными А (IE-А), который представляет собой интерфейс взаимодействия между сущ* костью пользователя цифрового двойника (DTUE) и сущностью представления цифрового двойника (DTRE);
• обмен данными В (IE-В). который представляет собой интерфейсы взаимодействия между тремя сущностями подсистем DTRE.
Примечание — Тремя сущностями подсистем являются сущность подсистемы эксплуатации и управления (OMSE), сущность подсистемы приложения и сервиса (ASSE) и сущность подсистемы доступа к ресурсам и обмена данными (RAISE);
- обмен данными С (IE-С), который представляет собой интерфейс взаимодействия между DTRE и сущностью сбора данных и управления (DCCE);
- обмен данными D (EI-D). который представляет собой интерфейс взаимодействия между DCCE и сущностью физического производства (РМЕ).
6 Требования к обмену данными А (IE-A)
6.1 Общие положения
IE-А представляет собой интерфейс взаимодействия между DTUE и DTRE. DTRE может передавать результаты сервисов и приложений цифрового двойника в DTUE через IE-А (см. рисунок 2).
Суижклъ полмоптеля цифрового двойника (DTUE)
Интерфейс погьзоевтеля FE
Обмен данным и A (I Е-А)
Рисунок 2 — Обмен данными A (IE-A)
6.2 Стандартизованный метод обмена данными
IE-А должен поддерживать стандартизованный метод обмена данными (например, использование стандартизованного протокола) для доступа DTUE к сервисам цифрового двойника производства.
Примечание — Примеры стандартизованных методов обмена данными приведены в А.2 приложения А.
6.3 Метод транзакций
IE-А может использовать любой из трех нижеприведенных методов транзакций:
- метод PULL: пользователь запрашивает данные у провайдера данных.
Примечание — При использовании для обмена данными IE-А метода PULL DTUE является пользователем. a DTRE — провайдером данных:
- метод PUSH: отправитель направляет новые или измененные данные получателю.
Примечание — При использовании для обмена данными IE-А метода PUSH DTUE является получателем. a DTRE — отправителем данных;
- метод PUBLISH: собственник данных публикует их для подписчиков данных.
Примечание — При использовании для обмена данными IE-А метода PUBLISH DTUE является подписчиком, a DTRE — собственником данных.
Если DTUE состоит из одного или двух специализированных (или эксклюзивных, конфиденциальных) приложений, можно использовать метод PULL или PUSH. Если DTUE состоит из нескольких произвольных приложений, рекомендуется применять метод PUBLISH.
Метод PUSH может быть использован для передачи экстренной информации, требующей немедленных действий со стороны получателя. Экстренная информация включает в себя отчеты об ошибках, сбоях и оповещения. Метод PUSH также может быть применен для передачи сообщений сервиса предиктивного обслуживания.
6.4 Безопасность
IE-А должен обеспечивать безопасность взаимодействия с точки зрения аутентификации, авторизации. целостности данных, конфиденциальности данных, защиты от несанкционированного доступа ит.д.
IE-Адолжен подтверждать, что полученные данные верны и доставлены в соответствующее приложение без несанкционированного разглашения третьей стороне.
7 Требования к обмену данными В (IE-B)
7.1 Общие положения
IE-В представляет собой интерфейсы взаимодействия между тремя сущностями подсистем (OMSE, ASSE и RAISE) DTRE. OMSE. ASSE и RAISE обмениваются данными для предоставления доступа DTRE к сервисам цифрового двойника через IE-В (см. рисунок 3).
Сущность представления цифрового двойника (DTRE)
tyvasib подметан | яьы | СуЯНВЕЛ* ■увмеяыы цниина к пени» (кййв) | ||
ланныыкв | ||||
ОМ) | Кмчтым | |||
п | FEMRM* | ЯЕгтаИрк | ||
шт* | Чмгмм- |
O6«ta дьиимн 9 0Е4)
ОСЬвн даномхе
(Бв)
Суи*«хп гаяампшы дмяупв « ьеореам к обшнв дмкымм (ВДВД | |
РЕшщяяв «■■яяшввак | ЯЕаеяярт |
ЯСянфш | «МЕСммт |
АМГМ |
Рисунок 3 — Обмен данными В (IE-B)
7.2 Сервисы цифровых двойников производства
IE-В должен передавать данные для предоставления сервисов восстановления данных, сервисов отслеживания текущего статуса для различных схем и сервисов эмуляции для будущего планирования.
Примечание — DTRE через IE-В собирает данные от производственных элементов, различных устройств ИВ и различных приложений. DTRE объединяет данные, полученные из реального мира, и применяет искусственный интеллект и анашгику данных для предоставления сервисов за прошедшие периоды, в настоящем времени и с прогнозом на будущее.
7.3 Зависимость от реализации
Зависимость IE-В от конкретной реализации выходит за рамки области применения настоящего стандарта.
Примечание — OMSE. ASSE и RAISE в DTRE могут быть реализованы внутри одной системы или нескольких систем. Процесс или процессор, который применен в DTRE. может использовать вызовы функций. IPC. разделяемую память или другие технологии. Таким образом, обмен данными IE-В зависит от реализации, что выходит за раьвси области применения настоящего стандарта.
8 Требования к обмену данными С (IE-C)
8.1 Общие положения
IE-С представляет собой интерфейс взаимодействия между DTRE и DCCE. DTRE через IE-С получает данные от производственных элементов, различных устройств ИВ. различных приложений и т. д. (см. рисунок 4).
Примечания
1 DCCE взаимодействует с РМЕ. DCCE отслеживает РМЕ и считывает с них данные. В некоторых случаях DCCE передает РМЕ исполнительный сигнал или управляет РМЕ. DTRE использует DCCE а качестве посредника для сбора данных от РМЕ или для управления РМЕ.
2 В приложении А представлены примеры использования DTRE и DCCE различных протоколов для сбора данных.
8.2 Подключение к сети
IE-С должен обеспечивать возможность подключения DTRE и DCCE к сети.
IE-С должен обеспечивать DTRE и DCCE возможность обнаружения, идентификации и взаимодействия друг с другом.
Примечание — При наличии нескогъких DCCE каждый из них может быть присоединен и отключен в любое время работы сервисов цифровых двойников производства. В сервисах цифровых двойников производства используют различные устройства (в том числе датчик, производственные элементы). DTRE должен обрабатывать действия по присоединению/отключению DCCE с поддержкой plug-and-play.
Сущность лрмсгаалент цифрового дкАнит (DTRE)
Сущность подсистемы жзхпуглмш н уцдиня (OWE)
Суццосп» подсистшы «хлупе к IMajptNM и обииил лмными {RAISE)
Сущность подоиотоды__
Гф«папнийисодмсов(АвВЕ)
Обмен денными С (1Е*С)
Сущность сбора данных и управления (DCC6)
FE оборе ДАННЫХ
₽€ 1фЭД0б|Мй0ТШ
РЕуправлммя | FEMjjWiqiinni |
Рисунок 4 — Обмен данными С (IE-C)
8.3 Стандартизованный метод обмена данными
IE-С должен поддерживать стандартизованный метод обмена данными (например, использование стандартизованного протокола).
Примечание — DTRE испотяет роль приложения для DCCE. предоставляющего исходные данные от РМЕ с использованием стандартизованного протокола. Исходными данными могут быть характеристики, возможности. статус, местоположение и т. д. Состав передаваемых данных определен в ПНСТ 431.
8.4 Маркировка
IE-С должен уметь идентифицировать производственные элементы и присваивать уникальную маркировку (или имя).
Примечание — В DTRE могут моделироваться различные производственные элементы. Для сопоставления производственного элемента с его цифровым двойником должна быть использована схема маркировки. В некоторых случаях для датчиков или исполнительных устройств не создаются цифровые двойники, но они должны предоставлять цифровому двойнику измеренные данные или результаты срабатывания. По этой причине DTRE должна идентифицировать датчики и исполнительные устройства.
8.5 Цифровая модель
IE-С должен иметь возможность обмена данными для представления цифровой модели, соответствующей производственным элементам.
Примечание — Данные для представления включают в себя визуализацию, статическую и динамическую информацию, историю изменений и т. д.
8.6 Использование производственных данных
IE-С должен иметь возможность взаимодействовать с производственными приложениями для использования производственных данных в цифровых двойниках производства.
Примечание — DCCE может быть производственным приложением, например системы MES, ERR. О&М или другого цифрового двойника производственной системы. Производственные данные включают в себя планирование продукта, управление производством, результаты производства, результаты оценки качества.
8.7 Синхронизация
IE-С должен иметь возможность обмениваться данными для синхронизации изменений между различными цифровыми двойниками производства.
Примечание — Цифровые двойники устройств, состоящих из нескольких механизмов, например производственная линия, могут состоять из нескольких цифровых двойников этих механизмов. Изменение цифрового двойника одного устройства может повлиять на цифрового двойника других устройств.
IE-С должен иметь возможность обмениваться данными для синхронизации изменений, внесенных в производственных элементах, с цифровым двойником производства.
IE-С может иметь возможность обмениваться данными для синхронизации изменений, внесенных в цифрового двойника производства, с производственными элементами.
8.8 Операции по обмену данными
IE-С должен обеспечивать DTRE возможность получения данных производственных элементов.
IE-С может обеспечивать DTRE возможность обноеления/изменения данных производственных элементов.
IE-С может обеспечивать DTRE возможность управления производственными элементами.
IE-С должен обеспечивать DTRE возможность создания необходимых цифровых двойников но* вых производственных элементов.
1Е«С должен обеспечивать DTRE возможность удаления соответствующих цифровых двойников производства при удалении или отключении их производственных элементов. IE-С должен обеспечивать DCCE возможность регулярной отправки данных для отслеживания изменений производственных элементов.
Примечание — DTRE необходимо регулярно получать данные из DCCE для синхронизации всех изменений с цифровым двойником. Эти данные могут храниться для использования в сервисах цифровых двойников, таких как резервное копирование, анализ больших данных.
IE-С должен обеспечивать DCCE возможность остановки регулярной отправки данных.
IE-С должен обеспечивать DCCE возможность отправки уведомлений при наступлении определенного условия.
Примечание — Примером данных, по которым направляются уведомления, являются динамические данные, например об изменении статуса.
8.9 Метод транзакций
IE-С может использовать любой из трех методов транзакций (PULL. PUSH. PUBLISH). Если существует несколько цифровых двойников производственных систем и несколько производственных приложений. получающих данные от DCCE. рекомендуется применять метод PUBLISH.
Примечание — Описание трех методов транзакций представлено в подразделе 6.3.
8.10 Поддержка взаимодействия в режиме реального времени
IE-С может поддерживать взаимодействие в почти реальном режиме времени, если цифровой двойник производства должен получать данные в режиме реального времени.
8.11 Безопасность
IE-С могут рассматриваться следующие вопросы безопасности:
- аутентификация и авторизация.
Аутентификация — это процесс установления личности пользователя или процессора. Авторизация — это предоставление права доступа или привилегий к ресурсам. Необходимость применения аутентификации и авторизации возникает, когда в цифровом двойнике производства задействовано несколько производственных элементов. При взаимодействии цифрового двойника производства с неавторизованными физическими устройствами существует высокая вероятность отображения неверных данных;
* целостность данных.
Целостность данных — это полнота, точность и согласованность данных. Для создания точного цифрового двойника производства используют большое количество производственных элементов и устройств ИВ. что приводит к огромному потоку данных в цифровой двойник производства;
- конфиденциальность и защита от несанкционированного доступа.
Вопросы обеспечения конфиденциальности и защиты от несанкционированного доступа выходят за рамки настоящего стандарта.
9 Требования к обмену данными D (IE-D)
9.1 Общие положения
IE-D представляет собой интерфейс взаимодействия между DCCE и РМЕ (рисунок 5). IE-D может не использоваться, если РМЕ поддерживает совместимость с DTRE. Если DCCE физически подключен или интегрирован с РМЕ. в IE-D необходимость отсутствует.
Сущность сборе денных»* управления (DCCE)
Падоущво<пъоворв данных {DCX._86) Подсдк1^иоатъ управление (DCR_SE)
Обмен данными D (IE-Q)
Сущность фимчесжго л рокэвсостм (PW Е}
FE для огрвдаланмого аща ресурсов
Рисунок 5 — Обмен данными D (IE-D)
9.2 Поддержка локальной сети
IE-D должен быть подключен к ОССЕ через локальную сеть.
Примечания
1 Локальная сеть а рамках настоящего стандарта относится к промышленной сети Ethernet или проприетарной сети. Большинство производственного оборудования имеет возможность подключения к промышленной сети Ethernet или проприетарной сети. Промышленный Ethernet представляет собой Ethernet, который используется в промышленной среде в ограниченных конфигурациях. Промышленный Ethernet обеспечивает взаимодействие всех сущностей и управление в режиме реального времени.
2 Многие фабрики настраивают локальную сеть (или закрытую сеть) в цехе для защиты внутренних данных от раскрытия и изменения внешним миром. DCCE может быть частью шлюза локальной сети и собирать и фильтровать данные для поддержки цифровых двойников производства.
9.3 Поддержка адаптации
IE-D должен поддерживать возможность адаптации данных, полученных от РМЕ, к формату, который понимается DCCE. а также возможность адаптации данных, полученных от DCCE, к формату, который понимается РМЕ.
Примечание — Как правило, в DCCE есть интерфейс взаимодействия с глобальной IP-сетью, т. е. внешней сетью. DCCE необходимо переформатировать данные из локальной сети в данные, понятные внешней сети. DCCE необходимо будет отфильтровать ненужные данные и выполнить предварительную обработку перед их отправкой во внешнюю сеть. DCCE также нужно переформатировать данные из внешней сети перед их отправкой в локальную сеть.
Приложение А (справочное)
Способы реализации структуры цифрового двойника производства
А.1 Варианты реализации четырех типов IE
На рисунке А.1 представлены варианты реализации четырех типов IE с использованием различных существующих протоколов.
с-а
Полужирный курсив: Пример лротокола/реализации
Рисунок А.1 —Варианты реализации четырех типов IE
АЛЛ Варианты реализации IE-A
Существуют следующие варианты реализации IE-A:
• при стандартизованном методе обмена данными DTRE может предоставить DTUE веб-сервис (с вебклиентом) для применения сервисов, предоставляемых DTRE через веб-интерфейс с использованием HTTP или REST в IE-A. HTTP представляет собой набор правил передачи файлов (например, текста, изображения, мультимедийных данных) по сети; REST — архитектурный стиль, определяющий набор ограничений, которые будут использоваться в веб-приложении. При этом могут быть применены данные формата JSON. XML и т. д. JSON — легковесный текстовый формат хранения и передачи данных, читаемый пользователем и состоящий из пар «ключ-значение» и типов данных массивов. XML — это текстовый формат, используемый для обмена данными:
• DTRE может использовать Open API для доступа к сервисам цифрового двойника производства; DTUE — Open API в своих приложениях. Open API (т. е. открытый интерфейс) представляет собой общедоступный интерфейс прикладного программирования. Это позволяет лользоватегъекому ПО (например. DTUE) получить доступ к внутренним функциям программы (например. DTRE). Веб-интерфейс является одним из примеров Open АП:
• DTRE и DTUE могут использовать разделяемую память (например, базу данных, облако) для хранения данных. получаемых от DTRE. DTUE может искать и получать необходимые данные. Должна быть определена схема доступа к данным, предоставляемым цифровым двойником.
АЛ.2 Варианты реализации IE-B
Существуют следующие варианты реализации IE-B:
• для обмена данными IE-В могут быть использованы те же протоколы, API и описательный язык, хак и для IE-A;
• предоставления сервисов цифровых двойников собираются и сохраняются данные из различных источников. Данные могут сохраняться с отметками времени или событий.
А. 1.3 Варианты реализации IE-C
Существуют следующие варианты реализации IE-C:
• для взаимодействия с DCCE DTRE может передавать в сеть информацмо о своем существовании, методе подключения и т. д. ОССЕ может использовать эту информацию для подключения к DTRE. DCCE можно предварительно настроить для plug-and-play подключения к DTRE:
- при стандартизованном методе обмена данныьм DTRE может взаимодействовать с производственными элементами и управлять ими с использованием таких протоколов, как MTConnect. OPC-UA. административная оболочка RAMI 4.0. DTRE выступает приложением для DCCE. предоставляющим исходные данные or РМЕ с применением стандартизованного протокола:
• DTRE может получать доступ к устройствам ИВ (например, датчикам, исполнительным устройствам) и управлять ими с использованием таких протоколов, как OPC-UA. DCF, LwM2M. опеМ2М и т. д. Протоколы ИВ определяют различные форматы передаваемых данных. Для специализированных целей может быть установлен новый формат даншх;
• DTRE может получить доступ к таким приложениям, как MES. ERP. а также данные, связанные с производством или моделированием, через интерфейс приложения. DCCE должен поддерживать интерфейс таких приложений:
- если по маркировке можно узнать производителя и номер модели РМЕ. может быть разработана исходная цифровая модель РМЕ с предварительно подготовленной информацией, такой как визуализация, предоставляемые возможности, используемый параметр или стандарт;
-для поддержки представления и визуализации и создания цифровой модели произэодсгэенного(ых) элемента(ов) может быть использована информация CAD/CAM. Для цифрового моделирования могут применяться различные существующие стандарты, например: |1] (т. е. STEP АР242), [2] (т. е. STEP АР238), [3] (т. е. STEP АР239), [4] (т. е. AutomationML). [1] определяет управляемое проектирование на основе ЗО-модели: [2] — язык для управления станками; [3] — жизненный цикл продукта; [4] — формат данных на основе XML для обмена технической информацией завода. Некоторые приложения используют план завода (чертеж) для создания исходной цифровой модели цеха:
• для использования производственной информации необходимо применить (5], которые определяют автоматизированный интерфейс взаимодействия предприятия и систем управления. B2MML является реализацией XML в (5] и может быть использован для извлечения информации о производстве (например, отслеживание активов. управление запасами), которая может применяться в цифровом двойнике производства для эмуляции или сервисов аналитики;
• для синхронизации изменений может быть использован стандартизованный формат данных, такой как (6) (т. е. AMF), [7] (т.е. QIF).(6] определяет формат на основе ХМЬдля описания объектов аддитивного производственного процесса, такого как ЗО-печагь, (7) — это стандарт на основе XML. который определяет, организует и связывает данные о качестве. С помощью QIF можно настроить цифровой двойник для синхронизации с измеряемым значением. При анализе больших данных измеренного значения QIF точность прогнозных результатов может быть повышена. Для графического представления информации можно использовать API, такие как WebGL. OpenGL. WebGL представляет собой API на JavaScript для создания 2D-. ЗО-графики. OpenGL представляет собой API для создания 2D-. ЗО-графики;
• для поддержки метода PUBLISH в методе транзакции можно использовать {8). который определяет протокол обмена сообщениями между клиентом и сервером публикации/подписки. т. е. МОТТ:
- для продержки взаимодействия в практически реальном режиме времени можно использовать сервисы TSN. TSN представляет собой протокол уровня 2. обеспечивающий низкую задержку, низкое отклонение задержки, низкую потерю пакетов данных. Задействованные системы/усгройства должны синхронизировать время и приоритезировать трафик с помощью планирования с целью уменьшения времени переключения и сокращения времени взаимодействия. Данные могут иметь приоритет доставки по сравнению с другими данными. Управляющие данные или данные, связанные с обеспечением безопасности, могут иметь высокий приоритет.
А.1.4 Варианты реализации IE-D
Существуют следующие варианты реализации IE-D:
• РМЕ может поддерживать такие протоколы глобальной сети, как MTConnect OPC-UA. административная оболочка и др. В этом случае РМЕ интегрируется в DCCE и IE-D не требуется:
- РМЕ может поддерживать проприетарную сеть или протокол промышленного Ethernet (например. CFX. ElherCAT);
• DCCE необходимо взаимодействовать с РМЕ и поддерживать адапгацию/преобразование протоколов, используемых в проприетарной сети или промышленном Ethernet, для совместимости с протоколами глобальной сети;
• некоторые устаревшие устройства или оборудование могут не иметь возможности подключения к сети. Для сбора необходимой информации можно использовать различные датчики, например: можно оценить рабочее состояние оборудования с помощью теплового датчика, датчика вибрации, звукового датчика, электрического тока ит. д.
А2 Отображение исходных данных в цифровом двойнике производства
На рисунке А.2 представлен цифровой двойник производства с различными типами отображенных исходных данных.
ЕЯР
МЕЗ
UI
Рисунок А.2 — Отображение исходных данных в цифровом двойнике производства
На рисунке А2 показаны четыре примера цифрового двойника DTRE и соответствующие им типы исходных данных. Представленные примеры могут быть описаны следующим образом:
• цифровой двойник производства может дублировать приложение, используя исходные данные из различных приложений, таких как UI. MES. ERP. Приложением может быть DTUE (пользователь цифрового двойника) и ОССЕ (поставщик исходных данных). Приложение, действующее как DTUE. может использовать результаты DTRE для планирования и анализа. Приложение, действующее как DCCE. предоставляет такие данные, как планирование продукта, управление производством, результаты оценки качества;
• цифровой двойник производства может дублировать производственные процессы, используя исходные данные приложений, производственных элементов и датчиков/исполнительных устройств;
• цифровой двойник производства может дублировать производственные элементы, используя их исходные данные. Он также может использовать данные датчиков/исполнительных устройств для более точного представления цифрового двойника;
• цифровой двойник производства может использовать данные датчиков/исполнительных устройств.
АЗ Структура с несколькими DCCE и несколькими РМЕ
На рисунке АЗ показана структура DCCE. управляющего несколькими РМЕ через различные протоколы. DCCE может контролировать несколько РМЕ и управлять ими. РМЕ могут испогъзовать одни и те же или разные протоколы.
На рисунке А.4 показана структура DTRE, управляющего несколькими DCCE через различные протоколы. DTRE может контролировать несколько DCCE и управлять ими.
fltewwt wmt прими» чмгятйммлм*
Рисунок А.З — DCCE. управляющая несколькими РМЕ
Лицммрмммдмеж гриме гдоосииммг» «мм
Рисунок А.4 — DTRE. управляющая несколькими DCCE
Библиография
[1] ISO 10303-242. Industrial automation systems and integration — Product data representation and exchange — Part 242: Application protocol: Managed model-based 30 engineering
[2] ISO 10303-238. Industrial automation systems and integration — Product data representation and exchange — Part 238: Application protocol: Model based integrated manufacturing
[3] ISO 10303-239:2012, Industrial automation systems and integration — Product data representation and exchange — Part 239: Application protocol: Product life cycle support
[4] IEC 62714-1. Engineering data exchange format for use in industrial automation systems engineering —Automation Markup Language — Part 1: Architecture and general requirements
[5] IEC 62264-2:2015. Enterprise-control system integration
[6] ISO/ASTM 52915 ISO/ASTM 52915:2020 Specification for additive manufacturing file format (AMF) version 1.2
[7] ISO/PRF 23952 Automation systemsand integration — Quality information framework (QIF)— An integrated model of manufacturing quality information
[8] ISO/IEC 209222016 Information technology — Message queuing telemetry transport (MQTT) V3.1.1
УДК 004.738:006.354 ОКС 25.040.01
Ключевые слова: Интернет вещей, цифровой двойник производства, структура цифрового двойника производства, обмен информацией
БЗ 9—2020
Редактор Л. С. Зимилова Технический редактор И.Е. Черепкова Корректор 0.8. Лазарева Компьютерная верстка ЛА. Круговой
Сдано о набор 11.08.2020. Подписано в печать 27.08.2020 Формат 60x84 Ъ*. Гарнитура Ариал Усп. печ л. 2.32. Уч.-изд. л. 2.10.
Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта
Создано е единичном исполнении со ФГУП «СГАНДАРТИНФОРМ» . 117418 Мосхаа. Нахимовский пр-т. д. 31. к. 2.
www.gosbnfo.ru ■nfo@gos6nfo.ru
ж W
ж
