土方機(jī)械 機(jī)器控制系統(tǒng)分層式軟件架構(gòu) 第1部分：要求 編制說(shuō)明

1本項(xiàng)目是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)“國(guó)標(biāo)委發(fā)〔2024〕16號(hào)”文件下達(dá)的《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá)2024年第一批推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計(jì)劃的通知》的計(jì)劃編號(hào)“20240489-T-604”和項(xiàng)目名稱“土方機(jī)械機(jī)器控制系統(tǒng)分層式軟件架構(gòu)第1部分：通用要求”進(jìn)行制定，主要起草單位：江蘇徐工國(guó)重實(shí)驗(yàn)室科技有限公司。計(jì)劃應(yīng)軟件架構(gòu)相關(guān)資料查詢，深入了解汽車行業(yè)、航空領(lǐng)域、工程機(jī)械領(lǐng)域當(dāng)前立項(xiàng)開(kāi)展了工程機(jī)械控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)項(xiàng)目，基于軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)理論，參考數(shù)控機(jī)床、航空、無(wú)人機(jī)、汽車等領(lǐng)域控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制定了符合土方機(jī)械控制系統(tǒng)可重用層式模塊化工程機(jī)械控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)系列標(biāo)準(zhǔn)的框架，系列標(biāo)準(zhǔn)分別為《土層》、《土方機(jī)械機(jī)器控制系統(tǒng)分層式軟件架構(gòu)第3部分：映射層》、《土2022年01月05日全國(guó)土方機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書(shū)處組織成立了2022年01月至2022年09月，標(biāo)準(zhǔn)起草組組織相關(guān)人員進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的和采用原則進(jìn)行了充分的討論和論證，就標(biāo)準(zhǔn)制定和形成的草案進(jìn)行了多次2022年10月-2023年04月，江蘇徐工國(guó)重實(shí)驗(yàn)室科準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行了反復(fù)研討，并向行業(yè)專家匯報(bào)確定后，形成標(biāo)準(zhǔn)草案終稿及標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目2023年9月18日，全國(guó)土方機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書(shū)處組織參加了《分層式軟件架構(gòu)》系列標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)答辯，專家建議四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)合并為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)2023年12月6日-8日，在全國(guó)土方機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)2023年會(huì)重實(shí)驗(yàn)室科技有限公司對(duì)《土方機(jī)械機(jī)器控制系統(tǒng)分層式軟件架構(gòu)通用要求》報(bào)，向行業(yè)內(nèi)各專家講解了標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容并征集聽(tīng)取了專家的意見(jiàn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)專22024年01月，全國(guó)土方機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書(shū)處將標(biāo)準(zhǔn)草案的電子起草階段：2024年4月，計(jì)劃正式下達(dá)后，由全國(guó)土方機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書(shū)處組織在預(yù)研工作組的基礎(chǔ)上成立了由江蘇徐工國(guó)重實(shí)驗(yàn)室科技有限公司等單位組成的標(biāo)準(zhǔn)起草工作組。起草工作組根據(jù)“全國(guó)土方機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)2023年會(huì)暨標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)”會(huì)議上的討論意見(jiàn)和2024年1月份征求的意見(jiàn)，并對(duì)草案進(jìn)行了修改和整理，于2024年7月25日形成標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿及——本標(biāo)準(zhǔn)制定工作遵循“面向市場(chǎng)、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時(shí)推出”的原則，與技術(shù)創(chuàng)新、本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了土方機(jī)械機(jī)器控制系統(tǒng)分層式軟件架構(gòu)的通用要求和應(yīng)用層、映射層、基礎(chǔ)層組件主要內(nèi)容1）規(guī)定了土方機(jī)械機(jī)器控制系統(tǒng)分層式軟件架構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)原則2）控制器系統(tǒng)軟件架構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成3）應(yīng)用層、映射層、基礎(chǔ)層的功能和構(gòu)造方式及基本結(jié)構(gòu)，并講述設(shè)計(jì)流程4）附錄：附錄A《架構(gòu)的目標(biāo)和描述》，附錄B《編碼命名和注釋規(guī)范》，附錄C《基本文件規(guī)定了土方機(jī)械機(jī)器控制系統(tǒng)分層式軟件架構(gòu)（簡(jiǎn)稱“架構(gòu)”）的要求，確立了軟件架構(gòu)系統(tǒng)包含的組件需要滿足系統(tǒng)的功能，包含傳感器，信號(hào)處理單元，監(jiān)控器，控制和驅(qū)動(dòng)器，或3注：該系統(tǒng)的范圍不僅限于電子控制，而是由完整的系統(tǒng)設(shè)備相關(guān)的功能定義。因此，它一般包括電子，非電子實(shí)現(xiàn)機(jī)器特定作業(yè)要求和與硬件無(wú)關(guān)的控制邏輯程序。根據(jù)模塊的通用性分為控制邏輯層和基本映射層位于應(yīng)用層和基礎(chǔ)層之間，負(fù)責(zé)將應(yīng)用層的請(qǐng)求映射到底層的數(shù)據(jù)和服務(wù)，以及將底層的針對(duì)芯片指令集不同的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，基于分層設(shè)計(jì)的思想設(shè)計(jì)機(jī)器控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)，按照與硬件的相關(guān)性，將其分為應(yīng)用層、映射層和基礎(chǔ)層。軟件模塊之間、軟件模塊與基礎(chǔ)層之間通過(guò)映射層進(jìn)行信息交互，從而形成土方機(jī)械機(jī)器控制系統(tǒng)的軟件架構(gòu)，如圖所示。控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)的結(jié)構(gòu)4功能模塊包括應(yīng)用層功能模塊、映射層功能模塊、基礎(chǔ)層功能模塊。并給出了軟件架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)示例，示例見(jiàn)附錄F。給出了架構(gòu)設(shè)計(jì)流程的6個(gè)步驟。包括需求分析、領(lǐng)域建模、確定關(guān)鍵需求、概念架構(gòu)設(shè)計(jì)、細(xì)（1）適用于土方機(jī)械控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)：通過(guò)本項(xiàng)目的開(kāi)展，制定的標(biāo)準(zhǔn)適用于整個(gè)土方機(jī)械的控（2）提高控制系統(tǒng)軟件集成效率：通過(guò)研究土方機(jī)械機(jī)器控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)共性技術(shù)，開(kāi)發(fā)定（3）降低對(duì)硬件平臺(tái)的依賴：通過(guò)分層式架構(gòu)的應(yīng)用，降低控制系統(tǒng)對(duì)硬件平臺(tái)的依賴，增強(qiáng)（4）提升控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的靈活性：通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)用戶需求的快速開(kāi)發(fā)，提升土方機(jī)械（5）規(guī)范土方機(jī)械智能化發(fā)展：通過(guò)制定本標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了土方機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化和智能化的有序（2）可靠性：對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的各種異常情況和突發(fā)事件有相應(yīng)的應(yīng)急措施，保障系本標(biāo)準(zhǔn)符合并支撐《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要》、《“十四五”推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)規(guī)劃》、《新產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)航工程實(shí)施方案》等重大政策和國(guó)家戰(zhàn)略。本標(biāo)準(zhǔn)采用的技術(shù)是合理的、先進(jìn)的，能有效提高控制系統(tǒng)軟件集成效率，降低對(duì)硬件平臺(tái)的依賴，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的分工協(xié)作，規(guī)范智能化土方機(jī)械控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。本標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)用戶需求的快速開(kāi)發(fā)，提升土方機(jī)5械控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的靈活性，提高開(kāi)發(fā)效率。本標(biāo)準(zhǔn)填補(bǔ)土方機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)體系空白，促進(jìn)土方機(jī)械智能化目前國(guó)內(nèi)土方機(jī)械機(jī)器控制系統(tǒng)分層式軟件架構(gòu)沒(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)知識(shí)產(chǎn)國(guó)外相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有ISO/IEC/IEEE42010-2011《Systemsandsoftwareengineering—Architecturedescription》，ISO/IEC/IEEE42010-2011定義了架構(gòu)視圖、架構(gòu)描述及架構(gòu)語(yǔ)言，給出并解釋了記錄架構(gòu)框架的模板，目前在各國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域普遍使用，在汽車領(lǐng)域和汽車工業(yè)中初步使用（例如沃），ASAAC標(biāo)準(zhǔn)是先進(jìn)航空電子體系結(jié)構(gòu)，包含應(yīng)用層、操作系統(tǒng)層和模塊支持層三部分，在系統(tǒng)架構(gòu)需求分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、評(píng)估、管理等方面提供了標(biāo)準(zhǔn)支撐。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展形成了一整套航電體系標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)綜合模塊化航空電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)、通信網(wǎng)絡(luò)、通用功能模塊、封裝等設(shè)計(jì)要素做了限定，還制定了非強(qiáng)制性的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)方針，在航空電子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了重要作用，在土AUTOSAR是一個(gè)開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)化的汽車軟件架構(gòu)，制訂了一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，包括基礎(chǔ)軟件模塊規(guī)范、應(yīng)用接口定義規(guī)范以及基于標(biāo)準(zhǔn)交換格式創(chuàng)建共同發(fā)展方法論的規(guī)范。通過(guò)采用規(guī)范化的接口，解決了汽車軟件開(kāi)發(fā)中多核協(xié)同的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了軟硬件解耦，并符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)，在土方機(jī)械領(lǐng)域本標(biāo)準(zhǔn)研制時(shí)對(duì)比了SAEAS4893-2015、GB/T18759.2-2006、SAEAIR5665-2018、ASAAC00-76化化AS4893-3√√××型4√√××