(高清版)GB∕T 39401-2020 工業(yè)機器人云服務平臺數(shù)據(jù)交換

L67中華人民共和國國家標準工業(yè)機器人云服務平臺數(shù)據(jù)交換T國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會GB／T39401—2020前言 引言 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4縮略語 5數(shù)據(jù)集成模型 6數(shù)據(jù)分類 7數(shù)據(jù)描述規(guī)范 7.2非周期性數(shù)據(jù) 8數(shù)據(jù)描述模型 8.1信息模型概述 8.5統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述模型 附錄A（資料性附錄）OPCUA簡介 附錄B（資料性附錄）統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述模型實例 ⅠGB／T39401—2020本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標準由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。本標準由全國自動化系統(tǒng)與集成標準化技術委員會(SAC/TC159)歸口。本標準起草單位：北京機械工業(yè)自動化研究所有限公司、沈陽新松機器人自動化股份有限公司、博眾精工科技股份有限公司、深圳吉陽智能科技有限公司、安徽省配天機器人技術有限公司、中國水利水電科學研究院、北京航空航天大學、佛山華數(shù)機器人有限公司、上海沃迪自動化裝備股份有限公司、杭州電子科技大學、杭州?？禉C器人技術有限公司、北京理工大學、蘇州東控自動化科技有限公司、北京易能立方科技有限公司、江蘇匯博機器人技術有限公司、華南智能機器人創(chuàng)新研究院、工業(yè)和信息化部計算機與微電子發(fā)展研究中心（中國軟件評測中心）。GB／T39401—2020工業(yè)機器人云服務平臺是機器人技術與互聯(lián)網(wǎng)技術相融合而產(chǎn)生，為用戶提供基于互聯(lián)網(wǎng)的機器人接入、監(jiān)控、管理、數(shù)據(jù)分析、控制優(yōu)化等專業(yè)化服務的軟件服務平臺。機器人與云服務平臺之間的數(shù)據(jù)交換是實現(xiàn)機器人云管理的基礎。目前工業(yè)機器人種類繁多，數(shù)據(jù)交換不統(tǒng)一。統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換有利于實現(xiàn)云服務平臺與機器人快速對接，保證數(shù)據(jù)實時動態(tài)匹配，減少不兼容帶來的資源浪費等。Ⅱ1GB／T39401—2020工業(yè)機器人云服務平臺數(shù)據(jù)交換本標準規(guī)定了工業(yè)機器人與工業(yè)機器人云服務平臺數(shù)據(jù)交換過程中數(shù)據(jù)集成模型、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)描述規(guī)范及模型。本標準適用于在運行生命周期內(nèi)工業(yè)機器人與云服務平臺之間信息資源交換體系的規(guī)劃、設計、建設和實施。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T12643—2013機器人與機器人裝備詞匯GB/TOPC統(tǒng)一架構GB/TOPC統(tǒng)一架構GB/TOPC統(tǒng)一架構第3部分：地址空間模型GB/TOPC統(tǒng)一架構GB/TOPC統(tǒng)一架構3術語和定義GB/T12643—2013和GB/T33863.1—2017界定的以及下列術語和定義適用于本文件。為了便于使用，以下重復列出了GB/T12643—2013和GB/T33863.1—2017中的某些術語和定義。3.1工業(yè)機器人自動控制的、可重復編程、多用途的操作機，可對三個或三個以上軸進行編程。注1：工業(yè)機器人包括：—操作機，含致動器；—控制器，含示教盒和某些通信接口（硬件和軟件）。注2：這包括某些集成的附加軸。注3：它可以是固定式或移動式，在工業(yè)自動化中使用。[GB/T12643—2013,定義2.9,有修改］3.2云服務平臺通過云計算已定義的接口提供一種或多種能力的軟硬件集合。3.3工業(yè)機器人云服務平臺機器人技術與互聯(lián)網(wǎng)技術相融合而產(chǎn)生，為用戶提供基于互聯(lián)網(wǎng)的機器人接入、監(jiān)控、管理、數(shù)據(jù)分析、控制優(yōu)化等專業(yè)化服務的軟件服務平臺。2GB／T39401—20203.43.53.63.73.83.94信息模型定義、特征化、關聯(lián)給定系統(tǒng)或一組系統(tǒng)的信息資源的組織框架。注：核心地址空間支持地址空間內(nèi)信息模型的表示。[GB/T33863.1—2017,定義3.2.12]節(jié)點地址空間的基礎組件。[GB/T33863.1—2017,定義3.2.16]節(jié)點類Nc地址空間中節(jié)點的類別。注：節(jié)點類定義了OPCUA對象模型中組件的元數(shù)據(jù)。它們也定義了用于組成地址空間的結(jié)構，例如視圖。[GB/T33863.1—2017,定義3.2.17]引用從一個節(jié)點到另一個節(jié)點的明確關系（一個命名指針）。注：包含引用的節(jié)點是源節(jié)點，被引用的節(jié)點是目標節(jié)點。所有引用都由引用類型(ReferenceType)定義。[GB/T33863.1—2017,定義3.2.25]引用類型表示引用類型定義的節(jié)點。注：引用類型規(guī)定一個引用的語義。引用類型的名稱標識源節(jié)點如何關聯(lián)到目標節(jié)點，它通常反映了兩者間的一個操作，如“A包含B”。[GB/T33863.1—2017,定義3.2.26]服務OPCUA服務器中客戶可隨時調(diào)用的操作。注：在GB/T33863.4—2017中定義的服務。服務類似于編程語言中的方法調(diào)用，或網(wǎng)頁(Web)服務WSDL（網(wǎng)頁服務定義語言）契約中的操作。[GB/T33863.1—2017,定義3.2.29]縮略語下列縮略語適用于本文件。分布式控制系統(tǒng)(輸入身份標識號碼(基金會非贏利工業(yè)協(xié)會可編程邏輯控制器(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(統(tǒng)一體系架構(可擴展標記語言(3GB／T39401—20205數(shù)據(jù)集成模型工業(yè)機器人與工業(yè)機器人云服務平臺之間的數(shù)據(jù)集成模型如圖1所示。圖1數(shù)據(jù)集成模型云服務平臺針對工業(yè)機器人具體應用環(huán)境提供遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測、遠程控制與參數(shù)配置等通用服務，以及測試與調(diào)試、售后管理、預測性維護等專用服務。每類服務傳輸?shù)臄?shù)據(jù)如下：a)遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測：運行模式、運行參數(shù)、運行狀態(tài)、作業(yè)信息、外部設備周期性交互數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、外部設備非周期性交互數(shù)據(jù)、總線數(shù)據(jù)、參數(shù)查詢、運行時間查詢、作業(yè)記錄查詢、作業(yè)參數(shù)查詢、權限分配、電子標簽；b)遠程控制與參數(shù)配置：運行模式、基礎參數(shù)設置、工藝參數(shù)設置、作業(yè)編輯、權限分配；c)測試與調(diào)試：運行模式、運行參數(shù)、運行狀態(tài)、版本查詢、故障查詢、基礎參數(shù)設置、工藝參數(shù)設d)售后管理：運行數(shù)據(jù)、版本查詢、故障查詢、作業(yè)記錄查詢、運行時間查詢、電子標簽；e)預測性維護：運行模式、運行參數(shù)、運行狀態(tài)、作業(yè)信息、運行數(shù)據(jù)、版本查詢、故障查詢、作業(yè)記錄查詢、運行時間查詢、電子標簽。6數(shù)據(jù)分類如圖2所示，工業(yè)機器人與云服務平臺之間交換的數(shù)據(jù)主要分為周期性數(shù)據(jù)和非周期性數(shù)據(jù)，其中：a)周期性數(shù)據(jù)是指工業(yè)機器人向云服務平臺定期傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，包括：1)狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括：4GB／T39401—2020—運行模式；—運行參數(shù)；—運行狀態(tài)；—作業(yè)信息；—外部設備周期性交互數(shù)據(jù)。2)其他。b)非周期性數(shù)據(jù)是指工業(yè)機器人和云服務平臺非定期雙向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，包括：1)遠程控制，包括：—基礎參數(shù)設置；—工藝參數(shù)設置；—作業(yè)編輯?！\行數(shù)據(jù)；—外部設備非周期性交互數(shù)據(jù)；—總線數(shù)據(jù)?！姹静樵?；—故障查詢；—運行時間查詢；—參數(shù)查詢；—作業(yè)記錄查詢；—作業(yè)參數(shù)查詢。4)配置管理，包括：—權限分配；—電子標簽。圖2工業(yè)機器人云服務平臺數(shù)據(jù)分類5GB／T39401—20207數(shù)據(jù)描述規(guī)范狀態(tài)數(shù)據(jù)包括運行模式、運行參數(shù)、運行狀態(tài)、作業(yè)信息和外部設備周期性交互數(shù)據(jù)等周期性數(shù)據(jù)，其中：a)運行模式，包括：—數(shù)據(jù)項名：運行模式；—數(shù)據(jù)項含義：機器人處于某種運行模式的數(shù)據(jù)，例如示教、執(zhí)行和遠程3種。b)運行參數(shù)，包括：—數(shù)據(jù)項名：運行參數(shù)；—數(shù)據(jù)項含義：工業(yè)機器人運行時的模型和控制參數(shù)數(shù)據(jù)，例如速度、加速度、各軸碼盤圈數(shù)、軟限位狀態(tài)、工藝相關的周期性參數(shù)數(shù)據(jù)等。c)運行狀態(tài)，包括：—數(shù)據(jù)項名：運行狀態(tài)；—數(shù)據(jù)項含義：工業(yè)機器人運行時的周期性狀態(tài)數(shù)據(jù)，例如警報數(shù)據(jù)、碼盤值、關節(jié)值、全局坐標值、工具坐標值、用戶坐標值、機器人與工業(yè)機器人云服務平臺間的心跳等。d)作業(yè)信息，包括：—數(shù)據(jù)項名：作業(yè)信息；—數(shù)據(jù)項含義：工業(yè)機器人作業(yè)執(zhí)行信息數(shù)據(jù)，例如作業(yè)名、執(zhí)行方式、當前執(zhí)行指令、作業(yè)執(zhí)行累計時間、計件等。e)外部設備周期性交互數(shù)據(jù)，包括：—數(shù)據(jù)項名：外部設備周期性交互數(shù)據(jù)；—數(shù)據(jù)項含義：接入到工業(yè)機器人控制器的外接傳感器和執(zhí)行器的周期性控制數(shù)據(jù)，例如末端執(zhí)行器控制數(shù)據(jù)、視覺傳感器控制數(shù)據(jù)、力傳感器控制數(shù)據(jù)等。工業(yè)機器人向工業(yè)機器人云服務平臺定期傳輸?shù)姆菭顟B(tài)數(shù)據(jù)。7.2非周期性數(shù)據(jù)遠程控制包括基礎參數(shù)設置、工藝參數(shù)設置和作業(yè)編輯等非周期性數(shù)據(jù)，其中：a)基礎參數(shù)設置，包括：—數(shù)據(jù)項名：基礎參數(shù)設置；—數(shù)據(jù)項含義：設置工業(yè)機器人執(zhí)行時的參數(shù)，例如工具坐標系號、用戶坐標系號、各軸關節(jié)軟限位、清除控制器命令緩存、暫停工業(yè)機器人運動等。b)工藝參數(shù)設置，包括：—數(shù)據(jù)項名：工藝參數(shù)設置；—數(shù)據(jù)項含義：工藝機器人作業(yè)時工藝參數(shù)設置，例如點焊、弧焊、打磨、拋光、碼垛等。c)作業(yè)編輯，包括：—數(shù)據(jù)項名：作業(yè)編輯；6GB／T39401—2020—數(shù)據(jù)項含義：用于交互編輯機器人執(zhí)行作業(yè)的信息數(shù)據(jù)，例如下發(fā)作業(yè)、打開作業(yè)、作業(yè)管理、指令搜索、作業(yè)校驗等。數(shù)據(jù)采集包括運行數(shù)據(jù)、外部設備非周期性交互數(shù)據(jù)和總線數(shù)據(jù)等非周期性數(shù)據(jù)，其中：a)運行數(shù)據(jù)，包括：—數(shù)據(jù)項名：運行數(shù)據(jù)；—數(shù)據(jù)項含義：工業(yè)機器人運行時的非周期性的狀態(tài)數(shù)據(jù)，例如錯誤信息、I/O信息、內(nèi)存信息、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的備份和恢復等。b)外部設備非周期性交互數(shù)據(jù)，包括：—數(shù)據(jù)項名：外部設備非周期性交互數(shù)據(jù)；—數(shù)據(jù)項含義：接入到工業(yè)機器人控制器的外接傳感器和執(zhí)行器的非周期性交互數(shù)據(jù)，例如末端執(zhí)行器數(shù)據(jù)、視覺傳感器數(shù)據(jù)、力傳感器數(shù)據(jù)等。c)總線數(shù)據(jù)，包括：—數(shù)據(jù)項名：總線數(shù)據(jù)；—數(shù)據(jù)項含義：工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中總線通信的非周期交互數(shù)據(jù)，例如以太網(wǎng)總線數(shù)據(jù)、串口數(shù)據(jù)等。日志查詢包括版本查詢、故障查詢、運行時間查詢、參數(shù)查詢、作業(yè)記錄查詢和作業(yè)參數(shù)查詢等非周期性數(shù)據(jù)，其中：a)版本查詢，包括：—數(shù)據(jù)項名：版本查詢；—數(shù)據(jù)項含義：工業(yè)機器人控制器硬件配置和軟件版本數(shù)據(jù)。b)故障查詢，包括：—數(shù)據(jù)項名：故障查詢；—數(shù)據(jù)項含義：工業(yè)機器人運行時的提示、報警、錯誤數(shù)據(jù)。c)運行時間查詢，包括：—數(shù)據(jù)項名：運行時間查詢；—數(shù)據(jù)項含義：工業(yè)機器人開機事件數(shù)據(jù)和所有作業(yè)運行時間的數(shù)據(jù)。d)參數(shù)查詢，包括：—數(shù)據(jù)項名：參數(shù)查詢；—數(shù)據(jù)項含義：查詢工業(yè)機器人執(zhí)行時的參數(shù)，例如工具坐標系號、用戶坐標系號、各軸關節(jié)軟限位等。e)作業(yè)記錄查詢，包括：—數(shù)據(jù)項名：作業(yè)記錄查詢；—數(shù)據(jù)項含義：查詢工業(yè)機器人執(zhí)行時的作業(yè)執(zhí)行信息數(shù)據(jù)。f)作業(yè)參數(shù)查詢，包括：—數(shù)據(jù)項名：作業(yè)參數(shù)查詢；—數(shù)據(jù)項含義：查詢工業(yè)機器人作業(yè)中所有指令中的參數(shù)信息數(shù)據(jù)，例如位置參數(shù)、時間參I/O參數(shù)等。配置管理包括權限分配和電子標簽等非周期性數(shù)據(jù)，其中：7GB／T39401—2020a)權限分配，包括：—數(shù)據(jù)項名：權限分配；—數(shù)據(jù)項含義：設置工業(yè)機器人控制器系統(tǒng)功能調(diào)用權限，例如普通用戶權限、高級用戶權限和超級用戶權限。b)電子標簽，包括：—數(shù)據(jù)項名：電子標簽；—數(shù)據(jù)項含義：工業(yè)機器人整機及各關鍵部件的ID號，例如工業(yè)機器人ID、伺服電機ID、減速器ID、控制器ID、機器人本體各機構模塊ID等。8數(shù)據(jù)描述模型8.1信息模型概述如圖3所示，基于OPC統(tǒng)一架構系列標準中的信息建模規(guī)范給出機器人云服務平臺和機器人之間數(shù)據(jù)交換的統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述模型，OPCUA模型的基礎是節(jié)點以及節(jié)點之間的引用，重點對信息模型進行簡單介紹。服務模型按照GB/T33863.4—2017的規(guī)定。安全模型按照GB/T33863.2—2017的規(guī)定。OPCUA簡介參見附錄A。圖3統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述模型節(jié)點模型描述了在OPCUA服務器地址空間的標準化節(jié)點。節(jié)點根據(jù)不同用途可分為不同的節(jié)點類，如部分節(jié)點代表對象，另一部分節(jié)點代表對象類型等。屬性用來描述不同類別的節(jié)點，不同的節(jié)點類有不同的屬性集。規(guī)定。8.2通用屬性節(jié)點的通用屬性主要包括顯示名稱、描述、瀏覽名稱、節(jié)點類型、節(jié)點標識、寫掩碼、用戶寫掩碼等，表1總結(jié)了常見節(jié)點的通用屬性，按照GB/T33863.5—2017中第5章的規(guī)定。8GB／T39401—2020表1節(jié)點的通用屬性屬性值顯示名稱用于在用戶界面中顯示節(jié)點的名稱。它是本地化的描述提供供應商特定描述（可選）瀏覽名稱僅用于瀏覽OPCUA服務器，它是非本地化的節(jié)點類型一個定義節(jié)點類別的枚舉節(jié)點標識節(jié)點在服務器中的唯一標識寫掩碼指明哪個節(jié)點的信息能被用戶更改用戶寫掩碼指出哪個節(jié)點的屬性能被當前連接在服務器上的用戶更改共有八種節(jié)點類，均繼承于基本節(jié)點。對象、變量和方法是OPCUA中最重要的節(jié)點類，表2總結(jié)了常見的節(jié)點類，按照GB/T33863.3—2017中第5章的規(guī)定。表2節(jié)點類別節(jié)點類圖形表示對象變量方法視圖對象類型變量類型9GB／T39401—2020節(jié)點類圖形表示引用類型數(shù)據(jù)類型其中變量節(jié)點代表的是某個具體數(shù)值。OPCUA客戶端可讀取、寫入和訂閱這個變量。變量一般用于在地址空間中展示除了節(jié)點屬性和引用之外的附加數(shù)據(jù)，按照GB/T33863.5—2017中第7章的規(guī)定。方法節(jié)點代表服務器中一個允許被客戶端調(diào)用并且作出響應的方法。每個方法都宜指定客戶端要輸入的參數(shù)以及客戶端希望返回的輸出參數(shù)，服務器中的方法節(jié)點只提供方法的簽名，按照GB/T33863.5—2017中第9章的規(guī)定。對象節(jié)點被OPCUA當作基本單位來描述實體的數(shù)據(jù)和活動，可擁有分組管理便利、方法或者其他對象，按照GB/T33863.5—2017中第6章的規(guī)定。兩個節(jié)點之間的關系通過引用來描述。引用不同于節(jié)點，它不包含任何屬性。引用通過暴露兩個節(jié)點之間如何連接的語義來描述節(jié)點間的關系，而每個引用都有相應的類型，因此引用本身也具有明確的語義。引用類型在OPCUA的地址空間中被看成節(jié)點來管理。這樣客戶端能以瀏覽引用類型節(jié)點的方式來獲取當前使用的引用語義。表3總結(jié)了常見的引用類型，按照GB/T33863.5—2017中第11章的規(guī)定。表3節(jié)點引用類型引用類型圖形表示描述單純地表示兩個節(jié)點之間通過層次關系進行連接表示“包含有……部分”語義，常用于定義對象和對象類型的變量和方法等HasProerty當描述節(jié)點的一些特征，但是這些特征沒有包含在節(jié)點屬性里的時候使用該引用HasTypeDefinition非層次化引用類型，表示“具有……類型定義”語義，用于描述實例所屬的對象類型HasSubType表示“具有子類型……”語義，用于暴露類型的層次結(jié)構GB／T39401—20208.5統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述模型如圖4所示，工業(yè)機器人云服務平臺統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述模型主要包括狀態(tài)數(shù)據(jù)信息模型、遠程控制信息模型、數(shù)據(jù)采集信息模型、日志查詢信息模型、配置管理信息模型，模型實例參見附錄B。圖4工業(yè)機器人云服務平臺統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述模型GB／T39401—2020附錄A（資料性附錄）OPCUA簡介A.1UA范圍OPCUA可用于下列應用領域的制造業(yè)軟件，這些應用領域包括現(xiàn)場設備、控制系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)和企業(yè)資源計劃系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)用于在工業(yè)過程領域交互信息、使用指令和執(zhí)行控制。OPCUA定義了通用架構模型以幫助實現(xiàn)這種信息交互，OPCUA規(guī)定如下內(nèi)容：—表示結(jié)構、行為和語義的信息模型；—在應用間交互的消息模型；—在端點間傳輸數(shù)據(jù)的通信模型；—確保系統(tǒng)間互操作的一致性模型。A.2概述OPCUA是一個與平臺無關的標準，使用該標準可在位于不同類型網(wǎng)絡上的客戶端和服務器間發(fā)送消息，以實現(xiàn)不同類型系統(tǒng)和設備間的通信。它支持健壯、安全的通信，可確?？蛻舳撕头掌鞯淖R別并抵御攻擊。OPCUA定義了服務器可提供的服務集，以及針對客戶端所規(guī)定的每個服務器支持的服務集。使用OPCUA定義的數(shù)據(jù)類型、制造商定義的數(shù)據(jù)類型來傳遞信息，客戶端能動態(tài)發(fā)現(xiàn)的對象模型由服務器定義。服務器能提供對當前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的訪問以及對報警和事件的訪問，以向客戶端通知重要變化。OPCUA可被映射到不同的通信協(xié)議，并對數(shù)據(jù)可按不同方式進行編碼以平衡可移植性和效率。A.3設計目標OPCUA提供一致的、集成的地址空間和服務模型，這允許一個OPCUA服務器將數(shù)據(jù)、報警、事件和歷史數(shù)據(jù)集成到地址空間，并使用集成的服務集對其進行訪問。這些服務也包括集成的安全模型。OPCUA允許服務器向客戶端提供從地址空間訪問的對象類型定義，也允許使用信息模型描述地址空間內(nèi)容。OPCUA允許數(shù)據(jù)按不同格式表示，包括二進制結(jié)構和XML文件。數(shù)據(jù)格式可由OPC、其他標準組織或制造商定義。