国标解读（二） | 智能制造核心标准《智能制造应用互联第1部分：集成技术要求》

2023-06-20 14:36

2023年3月17日，由斯欧互联牵头制定的智能制造核心国家标准《智能制造应用互联第1部分：集成技术要求》正式发布，标准号：GB/T 42405.1-2023。接下来，就CPS融通互联集成技术要求展开解读。

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分层转换互联模型

集成技术要求

分层转换互联模型应有以下功能：

a)连接任何形式的软件、硬件端点；

b)实现私有协议与公有协议之间的转换；

c)实现任何特殊私有协议的扩展及接入；

d)实现几种公有协议之间的相互转换；

e)核心网关实现计算不同层级互联的路由；

f)以分层的接入方式实现不同要求的端点连接；

g)可集成工业界已有的、成熟的各种存量通讯协议。

融通互联引擎模型

集成技术要求

【协议包装器技术要求】

参数化协议适配器技术要求

参数化协议适配器是对异构系统的接口协议进行统一封装转换的逻辑。参数化协议适配器封装转换逻辑要求应有以下几点：

a)能够将各种协议如Web Service、FTP、RPC、RFC和OPC UA等统一封装转换为MQ协议；

b)抽象各种协议的共性，将各种协议的共性抽象为参数，协议适配器是针对一类协议进行封装，而非单个具体系统的接口；

c)按照协议类型进行模板开发，协议模板在包装器注册管理组件中进行注册管理，IT系统或者设备的接口在进行包装器注册时，根据自身的协议类型和连接参数与对应的协议适配器模板进行绑定；

d)协议适配器与实际接口的匹配绑定，当具体的IT系统或者设备通过定义的协议包装器对外发布数据报文时，消息流引擎调用该服务绑定的协议适配器模板来处理具体的消息报文，从而决定消息报文的处理逻辑和路由，是动态调度的逻辑实现；

协议适配器应分为入站适配器和出站适配器，如图所示：

▲ 参数化协议适配器在CPS融通互联引擎架构中的位置

信息管理壳技术要求

管理壳是虚拟的信息模型定义，管理壳信息模型决定了通过包装器发布服务的报文标准格式，定义了消息报文数据结构。管理壳是协议包装器的核心信息模型。

▲ 管理壳信息模型与包装器构成关系

管理壳信息模型是物理或数字资产抽象化的“资产模型”，将资产的关键要素整合进结构化和层次化模型中，管理壳信息模型是资产虚拟化、数字化和服务化的表示，其“资产模型”应由“目录清单”和“组件管理器”两部分组成：

a)目录清单是数据的目录，这些数据代表资产的元信息，是虚拟表示的重要组成内容，除了元信息以外，还包括管理壳与资产间的连接关系，以及与安全能力相关的信息；

b)组件管理器使虚拟资产具备基于SOA的信息通信能力，以便外部可以访问模型的“目录清单”和资产的技术性功能。

管理壳信息模型的组成结构应由路由域（Header）和数据域（Body）两部分，管理壳信息模型结构决定了消息报文的格式及内容：

a)路由域Header：

记录管理壳自身的标识、资产/服务标识、转换协议、路由信息；

b)数据域Body：

分别是“操作指令”和“业务数据”，

1)第一段是操作指令，记载本次请求的操作指令，如增加、查询、修改、删除数据等操作功能；

2)第二段是业务数据，记载本次交换的数据内容，包括输入参数和返回参数。

▲ 管理壳信息模型内部结构

协议包装器注册管理技术要求

协议包装器装配结构

协议包装器是对已有IT系统、OT系统、硬件功能的能力封装，并对其提供的服务抽象化的信息结构，通过协议包装器三个组件的组合形成抽象的能力发布。

▲ 协议包装器装配结构

协议包装器注册管理器由UI表单维护界面完成，包装器构成应有以下要素：

a)包装器唯一标识ID：标识服务化接口的唯一ID，根据接口所属的系统、业务域等按照服务编码规则自动生成；

b)系统标识ID：服务来自哪个系统或者设备的标识；

c)消息唯一标识ID：在调用时动态生成消息唯一ID；

d)接口连接参数：记载接口的连接参数，包括IP地址、用户名、密码、数字证书等；

e)接口访问权限：接口的访问许可权限、黑名单、白名单；

f)接口安全认证参数：接口访问数字证书等；

g)接口协议及匹配的适配器：接口使用的协议类型及对应的协议适配器模板；

h)接口入站参数：接口调用的输入参数；

i)接口出站参数：接口调用的返回参数；

j)接口调用报文样板：XML的消息报文样板；

k)接口测试报文：接口联通性测试的测试报文。

▲ 协议包装器构成要素模型

技术要求描述

协议包装器模型是一个抽象的协议接口的服务化表达模型，通过包装器注册管理程序实现，是实现CPS融通互联引擎的重要部件，由接口、管理壳信息模型、协议适配器三个部分组成，不同的协议包装器间通过统一的异步通讯消息机制实现。

▲ 协议包装器之间的通讯模式

协议包装器功能设计要求

协议包装器功能应有以下设计要求：

a)实现从物理世界到信息世界的映射：用计算机可处理的形式对资产信息进行形式化定义，捕获现实世界中资产对象所产生的事件，并映射到信息世界中的相应事件上；

b)具备主动通信能力：资产对象应能向外提供信息，使用统一的数据格式与信息系统进行主动通信；

c)信息建模能力：作为信息载体的物理资产，将可能来自于异构数据源的、表示资产对象属性的简单数据和复杂数据做一致性集成和持久化；

d)服务建模能力：服务是“实体或组织通过接口向外提供的相互分离的功能范围”。资产对象除了向外界提供信息以外，还提供技术性功能，功能代表基本执行规则和决策逻辑的技术性功能，再到具体用例场景的需要，组合成具有服务内涵的功能范围。资产对象应具备对技术性功能的形式化、数字化表示能力和对服务的建模能力；

e)面向服务架构能力：资产对象应具备以SOA方式接入更高一级的服务编排和流程协同层，以服务于更高层次的业务目的。包装器一方面接收并记录来自资产的实时数据（RuntimeData），另一方面通过面向服务的应用程序接口（API），以一致性的通信方式向外部提供数据和功能服务，并支持数据和功能视图（View）的浏览。

【消息报文技术要求】

服务请求方报文结构要求

服务请求方报文应由两部分组成：

a) 服务路由域（Route）；

b) 服务数据域（Data）。

1) 控制数据域（Control）；

2) 请求数据域（Request）；

3) 响应数据域（Response）。