TBIAIM-企業(yè)研發(fā)制造資源共享 第1部分：科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備信息模型

Q/LB.□XXXXX-XXXXT/BIAIMXXXX—20XX目次TOC\o"1-1"\h\t"標準文件_一級條標題,2,標準文件_二級條標題,3,標準文件_附錄一級條標題,2,標準文件_附錄二級條標題,3,"前言 II1范圍 32規(guī)范性引用文件 33術(shù)語和定義 34縮略語 35總體要求 46科學(xué)儀器信息資源屬性分類 47生產(chǎn)設(shè)備信息資源屬性分類 48信息模型屬性關(guān)系 59信息模型抽象關(guān)系 610信息模型定義擴展 710.1科學(xué)儀器信息資源屬性擴展 710.2生產(chǎn)設(shè)備信息資源屬性擴展 711科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備的OPCUA規(guī)范 811.1節(jié)點模型 811.2地址空間模型 911.3對象模型 1012一致性映射 1112.1統(tǒng)一本體資源建模 1112.2OPCUA服務(wù)器設(shè)計規(guī)則 1212.3本體模型與信息模型映射 14前言本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由北京智能制造創(chuàng)新聯(lián)盟提出。本文件由北京智能制造創(chuàng)新聯(lián)盟歸口。本文件起草單位：本文件主要起草人：企業(yè)研發(fā)制造資源共享第1部分：科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備信息模型范圍本文件規(guī)定了科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備的信息資源屬性分類、信息模型屬性關(guān)系、信息模型抽象關(guān)系、信息模型定義擴展、科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備的OPCUA規(guī)范以及一致性映射。本文件適用于儀器設(shè)備共享平臺用戶對科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備信息模型的建模。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；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/T40209-2021 制造裝備集成信息模型通用建模規(guī)則GB/T33863.3-2017OPC統(tǒng)一架構(gòu)第3部分：地址空間模型GB/T33863.5-2017OPC統(tǒng)一架構(gòu)第5部分：信息模型術(shù)語和定義GB/T40209-2021、GB/T33863.3-2017以及GB/T33863.5-2017界定的術(shù)語和定義適用于本文件。

信息模型informationmodel對給定的制造裝備信息資源進行定義、描述和關(guān)聯(lián)的組織框架。

屬性attribute組成組件、屬性集、設(shè)備的基本元素。

引用reference事物之間關(guān)系的表示。

地址空間AddressSpace作為一個容器存儲了OPCUA服務(wù)器中所有設(shè)備信息、數(shù)據(jù)以及服務(wù)接口，是信息交換的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)?？s略語下列縮略語適用于本文件。DI：數(shù)字量輸入（DigitalInput）AI：模擬量輸入（AnalogInput）DO：數(shù)字量輸出（DigitalOutput）AO：模擬量輸出（AnalogOutput）OPCUA：開放平臺通信統(tǒng)一架構(gòu)（OpenPlatformCommunicationUnitedArchitecture）XML：可擴展標記語言（ExtensibleMarkupLanguage）ODIR：數(shù)據(jù)信息語義描述（OntologyDataInformationRepresentation）DA：數(shù)據(jù)采集模塊（DataAcquisition）A&E：報警與實踐管理（AlarmandEvents）HA：高可用性模塊（HighAvailability）CPS：信息物理系統(tǒng)（CyberPhysicalSystem）RDF：資源描述框架（ResourceDescriptionFramework）OWL：網(wǎng)頁本體語言（WebOntologyLanguage）HMI：人機接口（HumanMachineInterface）總體要求科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備的信息建模應(yīng)基于統(tǒng)一的本體建模原則，旨在提供完整、靈活且可互操作的儀器和設(shè)備資源描述。建模過程需要綜合考慮儀器和設(shè)備的基本屬性、能力、狀態(tài)及配置等核心要素，并將其納入OPCUA信息模型，以實現(xiàn)資源的數(shù)字化和語義化?？茖W(xué)儀器信息資源屬性分類本文件將科學(xué)儀器信息資源分為3類，包括靜態(tài)屬性、過程屬性和方法組件屬性，具體屬性分類見表1?？茖W(xué)儀器信息資源屬性分類表屬性類型二級分類屬性名稱靜態(tài)屬性基礎(chǔ)屬性信息ID、名稱、型號、制造商、額定功率、負載、生產(chǎn)日期過程屬性狀態(tài)信息開關(guān)機狀態(tài)、運行狀態(tài)、開機時間、故障號、故障開始時間方法組件屬性/上電、下電生產(chǎn)設(shè)備信息資源屬性分類結(jié)合生產(chǎn)設(shè)備與儀器設(shè)備共享平臺數(shù)據(jù)交換特點，本文件將生產(chǎn)設(shè)備信息資源分為9類，包括靜態(tài)屬性、過程屬性、配置屬性、控制器組件屬性、驅(qū)動器組件屬性、傳感器屬性、末端執(zhí)行器屬性、擴展組件屬性、方法組件屬性，具體屬性分類見表2。生產(chǎn)設(shè)備信息資源屬性分類表屬性類型二級分類屬性名稱靜態(tài)屬性基礎(chǔ)屬性信息ID、名稱、型號、制造商、額定功率、負載、生產(chǎn)日期本體屬性定位精度、自由度工作空間信息移動性、移動范圍、垂直工作半徑、水平工作半徑、盲區(qū)范圍過程屬性狀態(tài)信息開關(guān)機狀態(tài)、運行狀態(tài)、開機時間、故障號、故障開始時間數(shù)據(jù)信息運動控制模式、運動控制周期、運動軌跡、實測關(guān)節(jié)角度、實測關(guān)節(jié)速度、實測關(guān)節(jié)力矩、實測位置配置屬性控制約束信息最大機械轉(zhuǎn)角、最小機械轉(zhuǎn)角、坐標系、最大/小軟轉(zhuǎn)角、最大扭矩、最大關(guān)節(jié)速度、最大末端速度運動學(xué)配置屬性信息關(guān)節(jié)角度、連桿偏置、連桿長度、連桿扭度、關(guān)節(jié)初值動力學(xué)配置屬性信息連桿質(zhì)量、質(zhì)心位置向量、連桿慣性矩陣、關(guān)節(jié)慣性系數(shù)、粘滯摩擦系數(shù)、庫倫摩擦系數(shù)控制器組件屬性任務(wù)管理信息操作指令控制接口信息源開關(guān)、運動模式、采集指令、控制指令、執(zhí)行狀態(tài)、錯誤信息控制指令信息指令I(lǐng)D、控制周期、插補模式、期望位姿、期望速度驅(qū)動器組件屬性驅(qū)動器基礎(chǔ)信息軸ID、軸標識、功率、額定轉(zhuǎn)矩、單圈編碼值、減速比運動信息轉(zhuǎn)速（附加軸）、狀態(tài)（附加軸）傳感器屬性傳感器基礎(chǔ)信息傳感器ID、傳感器名稱、功能、電源傳感器接口信息接口類型、通信協(xié)議末端執(zhí)行器屬性基礎(chǔ)信息末端工具ID、名稱、功能、動源狀態(tài)信息觸發(fā)信號、執(zhí)行狀態(tài)接口信息接口類型、通信協(xié)議擴展組件屬性輸入數(shù)據(jù)信息DI、AI輸出數(shù)據(jù)信息DO、AO方法組件屬性/上電、下電信息模型屬性關(guān)系信息資源屬性之間的關(guān)系如圖1所示,儀器和設(shè)備包括組件、屬性集、方法集,組件可包含屬性集、子組件以及方法集,屬性集由屬性和子屬性集組成,屬性由屬性元素組成。信息模型元素之間的關(guān)系信息模型抽象關(guān)系科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備如數(shù)控機床、機器人等是由若干部件、物理屬性以及各類操作組成的，每個部件又可包含其他子部件和物理屬性,因此應(yīng)定義相關(guān)的信息模型元素對制造裝備進行抽象和描述。本文件定義了屬性元素、屬性、屬性集、組件、組件集、設(shè)備、方法、方法集、引用信息模型元素,信息模型元素與制造，科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備的抽象關(guān)系，如圖2所示。信息模型抽象關(guān)系信息模型定義擴展科學(xué)儀器信息資源屬性擴展在對科學(xué)儀器本體信息資源進行分類后，可歸納儀器使用過程中與科學(xué)儀器相關(guān)的任務(wù)信息，同時可將其納入OPCUA信息模型，科學(xué)儀器的任務(wù)屬性可擴展為：任務(wù)ID；任務(wù)類型；任務(wù)名稱；樣品名稱；人物列表；任務(wù)狀態(tài)；任務(wù)優(yōu)先級；任務(wù)參數(shù)；任務(wù)時間信息；任務(wù)存儲路徑；任務(wù)依賴關(guān)系。生產(chǎn)設(shè)備信息資源屬性擴展在對生產(chǎn)設(shè)備本體信息資源進行分類后，可歸納生產(chǎn)過程中與生產(chǎn)設(shè)備相關(guān)的任務(wù)信息，同時可將其納入OPCUA信息模型，生產(chǎn)設(shè)備的任務(wù)屬性可擴展為：任務(wù)ID；任務(wù)類型；任務(wù)名稱；物品名稱；重量；任務(wù)列表；當前任務(wù)；任務(wù)存儲路徑；任務(wù)狀態(tài)?？茖W(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備的OPCUA規(guī)范節(jié)點模型概述OPCUA系列標準規(guī)范由十三部分組成，內(nèi)容包含地址空間、與OPC規(guī)范的銜接應(yīng)用、OPCUA發(fā)現(xiàn)機制和聚合數(shù)據(jù)的方法，其中第一至七部分描述了OPCUA建模相關(guān)內(nèi)容，包括OPCUA空間模型的結(jié)構(gòu)和操作地址空間的服務(wù)?；贠PCUA的節(jié)點模型圖如圖3所示。節(jié)點模型圖節(jié)點引用OPCUA的地址空間由標準化的節(jié)點組成。如圖4所示，節(jié)點根據(jù)不同用途可分為不同的節(jié)點類，這八種節(jié)點類均繼承于基節(jié)點，對象、變量和方法是OPCUA中最重要的節(jié)點類。節(jié)點屬性包含通用屬性、對象、變量屬性、方法、對象類型或者引用類型，一個節(jié)點類屬于節(jié)點屬性中的一個或多個。節(jié)點屬性、主要節(jié)點類和節(jié)點之間的引用按照GB/T33863.3-2017、GB/T33863.5-2017的規(guī)定。說明如下：變量節(jié)點一方面具有節(jié)點屬性和引用的功能，另一方面變量節(jié)點值可以被OPCUA客戶端讀取、寫入和訂閱。按照GB/T33863.5-2017中第7章的規(guī)定。OPCUA服務(wù)器中含有方法節(jié)點，該方法允許客戶端調(diào)用并可以響應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備，并且具有輸入和輸出參數(shù)，但是OPCUA服務(wù)器中的方法節(jié)點僅可提供方法簽名。按照GB/T33863.5-2017中第9章的規(guī)定。對象節(jié)點也是OPCUA的單位之一，用來封裝對象實例的數(shù)據(jù)和活動，可擁有分組管理變量、方法或者其他對象，按照GB/T33863.5-2017中第6章的規(guī)定。引用描述兩個節(jié)點之間的關(guān)系。引用不包含任何屬性，但有相應(yīng)的類型和連接語義，因此引用本身也具有明確的語義。節(jié)點繼承關(guān)系節(jié)點屬性節(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，一般意義上的節(jié)點屬性可按照GB/T33863.5-2017中第5章的規(guī)定，見表3。節(jié)點的通用屬性屬性值顯示名稱客戶終端中標識的節(jié)點名稱描述對節(jié)點的描述說明瀏覽名稱建?；蜷_發(fā)人員可瀏覽到的節(jié)點名稱節(jié)點類型節(jié)點所屬的類型節(jié)點標識節(jié)點的標識，在服務(wù)器中具有唯一性寫掩碼節(jié)點的信息可寫性用戶寫掩碼當前用戶可改寫節(jié)點的屬性地址空間模型地址空間模型的管理邏輯應(yīng)涵蓋多個層次，將分散的設(shè)備抽象成統(tǒng)一的邏輯節(jié)點，并通過服務(wù)接口將節(jié)點提供給客戶端訪問。地址空間結(jié)構(gòu)如圖5所示，對于地址空間的管理，應(yīng)創(chuàng)建圖中五種管理容器，各部分功能和作用說明如下：節(jié)點管理：節(jié)點是地址空間的基本單元，應(yīng)包括變量節(jié)點、方法節(jié)點、對象節(jié)點等類型。節(jié)點管理負責維護節(jié)點的組織結(jié)構(gòu)及其關(guān)聯(lián)關(guān)系，如父子節(jié)點的層次關(guān)系和節(jié)點的引用。節(jié)點通過唯一的NodeID進行標識，NodeID在設(shè)備管理中起到唯一性和可識別性的作用，每個設(shè)備節(jié)點被抽象為一個邏輯單元，與物理設(shè)備形成映射；訪問管理：訪問管理模塊負責客戶端對節(jié)點的操作控制，包括讀取、寫入、訂閱等操作。通過OPCUA協(xié)議定義的服務(wù)接口，客戶端可以訪問節(jié)點的屬性、數(shù)據(jù)值及其狀態(tài)。訪問管理與數(shù)據(jù)管理模塊應(yīng)緊密耦合，確保設(shè)備數(shù)據(jù)能夠被實時訪問、監(jiān)控和更新；訂閱管理：為了支持動態(tài)信息的傳遞，訂閱管理模塊應(yīng)允許客戶端訂閱某些節(jié)點的變化。訂閱功能支持以數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式，及時向客戶端推送設(shè)備的實時狀態(tài)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)。在生產(chǎn)設(shè)備的管理中，訂閱管理應(yīng)支持監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，如運行異常時及時生成報警信息；數(shù)據(jù)管理：數(shù)據(jù)管理模塊負責存儲和處理節(jié)點數(shù)據(jù)，包括設(shè)備的靜態(tài)信息（如描述、型號）和動態(tài)數(shù)據(jù)（如運行狀態(tài)、傳感器值）。數(shù)據(jù)管理模塊應(yīng)與外部設(shè)備數(shù)據(jù)接口緊密結(jié)合，提供對數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理；視圖管理：視圖管理應(yīng)為客戶端提供可定制的邏輯視圖，允許根據(jù)不同需求訪問地址空間的一部分。例如，為不同類型的設(shè)備創(chuàng)建單獨的邏輯分組，使特定應(yīng)用可以專注于某些特定功能，并結(jié)合節(jié)點的分層結(jié)構(gòu)，為科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備提供多維度的信息訪問能力；服務(wù)整合：地址空間模型作為核心容器，連接節(jié)點管理、數(shù)據(jù)管理、訪問管理和訂閱管理，應(yīng)為外部系統(tǒng)和客戶端提供統(tǒng)一的接口服務(wù)。針對科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備，可以通過地址空間實現(xiàn)遠程監(jiān)控、預(yù)測性維護和數(shù)據(jù)分析。地址空間模型對象模型物理設(shè)備應(yīng)被抽象化為對象存儲在地址空間之中。對于相同類型的設(shè)備（如多臺光譜儀或多個焊接機器人），信息模型設(shè)計時應(yīng)通過類型定義復(fù)用，避免重復(fù)建模。對象、變量和方法的關(guān)系如圖6所示。對象、變量和方法的關(guān)系一致性映射統(tǒng)一本體資源建模根據(jù)本體的構(gòu)建原則、構(gòu)建本體模型的指導(dǎo)方法，本文件規(guī)定了科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備的統(tǒng)一本體模型，指導(dǎo)完成科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備的統(tǒng)一調(diào)度管理。如圖7所示，科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備資源分類統(tǒng)一模型的本體描述主要包括基本屬性類（Basis）、能力屬性類（Capacity）、狀態(tài)屬性類（Status）和配置屬性類（Configuration）。在此架構(gòu)的基礎(chǔ)上，應(yīng)對各個類的詳細屬性分析，細化模型。說明如下：Basis是科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備的基本屬性，包括科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備名稱、ID、IP地址等信息；Capacity是科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備可完成任務(wù)能力，對應(yīng)科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備功能，包括科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)信息structure，表示科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備的物理參數(shù)模型（例如科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備三維模型尺寸、機構(gòu)自由度等信息）。功能和結(jié)構(gòu)在任務(wù)規(guī)劃過程中是任務(wù)分配的依據(jù)；Status包括科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備的任務(wù)狀態(tài)、運行狀態(tài)和動作狀態(tài)等，在任務(wù)分配時作為科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備調(diào)度的參考信息；Configuration包括動力學(xué)模型、協(xié)作身份等配置信息，可對科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備進行配置，其中evaluate表示科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備的資源評價效率，為科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)度排序、運維檢測提供參考。科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備資源分類統(tǒng)一本體模型OPCUA服務(wù)器設(shè)計規(guī)則概述科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備的功能包括處理數(shù)據(jù)層組合OPCUA服務(wù)器的訪問請求與數(shù)據(jù)交互，連接HMI設(shè)備以進行現(xiàn)場設(shè)備可視化，以及將設(shè)備包括的子部件對象模型映射到OPCUA服務(wù)器的地址空間中。同時實現(xiàn)控制程序?qū)Φ刂房臻g節(jié)點的讀寫，訂閱等功能。本文件對OPCUA服務(wù)器的設(shè)計規(guī)則進行了詳細描述。OPUUA服務(wù)器初始化在設(shè)計OPCUA服務(wù)器時，應(yīng)初始化服務(wù)器的配置，并指定配置屬性，包括服務(wù)器創(chuàng)建、MDNS發(fā)現(xiàn)、節(jié)點存儲信息、網(wǎng)絡(luò)號和端口、節(jié)點調(diào)用生命周期、訪問控制、證書驗證等。服務(wù)器創(chuàng)建的流程如圖8所示。創(chuàng)建服務(wù)器流程OPCUA服務(wù)器運行服務(wù)器啟動的流程如圖9所示，服務(wù)器首先應(yīng)判斷狀態(tài)是否可以運行，然后啟動網(wǎng)絡(luò)層的監(jiān)聽，并記錄服務(wù)器啟動時間。服務(wù)器啟動流程本體模型與信息模型映射模型概念映射規(guī)則本文件定義了基于本體的信息模型向基于OPCUA的信息模型的轉(zhuǎn)化規(guī)則，模型概念映射規(guī)則如下：描述本體共同特征資源的類被抽象為OPCUA建模規(guī)則中的基節(jié)點；描述兩個類實例間的關(guān)系被抽象為OPCUA建模規(guī)則中的引用；所有本體類的屬性均轉(zhuǎn)化為OPCUA中的對象類型，所有屬性類型為變量的都轉(zhuǎn)化為OPCUA中的變量類型，所有屬性類型為方法的都轉(zhuǎn)化為OPCUA中的方法；所有本體中屬性的約束可轉(zhuǎn)化為OPCUA中的視圖；類中的一個特定實例的對象和變量分別為OPCUA中的對象和變量。本體資源模型通常通過OWL或RDF等格式表達，映射為OPCUA的信息模型應(yīng)執(zhí)行以下操作：語義轉(zhuǎn)換：將本體模型中的類與屬性轉(zhuǎn)換為OPCUA的節(jié)點及其特性。例如，類被映射為對象類型，類之間的關(guān)系被映射為引用；約束表達：本體中的約束關(guān)系，如屬性值范圍或依賴關(guān)系，映射為OPCUA中的視圖，以層次化表達相關(guān)資源；動態(tài)節(jié)點生成：根據(jù)本體中實例的動態(tài)變化，實時更新OPCUA地址空間中的節(jié)點對象和變量，確保設(shè)備資源狀態(tài)的同步。模型信息映射規(guī)則基于本體的信息模型可以對科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備資源屬性等信息進行語義表達，科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備OPCUA的信息模型映射到本體模型的ODIR模型參數(shù)說明如下：Server表示OPCUA某節(jié)點所在的服務(wù)器地址。在客戶端連接多個服務(wù)器的情況下，根據(jù)Server值，可以唯一確認屬性值歸屬的科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備；NodeID表示OPCUA服務(wù)器地址空間中的節(jié)點ID號。節(jié)點與NodeID一一對應(yīng),根據(jù)NodeID,可以確定服務(wù)器地址空間中的節(jié)點的位置；DisplayName表示地址空間中的節(jié)點在客戶端的展示名稱；DataType表示地址空間中節(jié)點變量值的數(shù)據(jù)類型；Value表示地址空間中節(jié)點變量的數(shù)據(jù)值；Time表示地址空間中節(jié)點值產(chǎn)生的時間；StatusCode表示地址空間中節(jié)點的狀態(tài)。在科學(xué)儀器/生產(chǎn)設(shè)備的運行過程中，基于OPCUA協(xié)議生成的數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)換為本體模型以支持語義推理，并需完成以下操作：數(shù)據(jù)語義化：將OPCUA的節(jié)點數(shù)據(jù)（如變量值和狀態(tài)信息）映射為本體中的屬性值，并根據(jù)NodeID及Server屬性，生成語義化資源描述；關(guān)系更新：依據(jù)OPCUA引用結(jié)構(gòu)更新本體模型中的實體關(guān)系，例如實時反映設(shè)備組件間的交互狀態(tài)；多源數(shù)據(jù)融合：從多個OPCUA服務(wù)器獲取的設(shè)備數(shù)據(jù)，通過本體模型整合為統(tǒng)一的語義圖譜，以支持跨系統(tǒng)資源的語義分析。OPCUA到本體的設(shè)備信息映射流程OPCUA模型信息映射為本體設(shè)備信息的流程框架如圖10所示，具體如下：設(shè)計OPCUA信息模型，首先應(yīng)基于科學(xué)儀器或生產(chǎn)設(shè)備的功能和資源特性，構(gòu)建一個層次化的模型，全面描述設(shè)備及其資源的屬性。設(shè)計過程包括：定義XML-Nodeset文件：該文件用于定義設(shè)備信息模型的結(jié)構(gòu)，并指定每臺設(shè)備的服務(wù)器地址（Server）以便唯一標識設(shè)備所屬的服務(wù)器；節(jié)點ID分配：為每個節(jié)點分配唯一的NodeID，確保節(jié)點在OPCUA服務(wù)器的地址空間中具有唯一標識；屬性名稱設(shè)置：為每個節(jié)點通過DisplayName指定直觀的屬性名稱；數(shù)據(jù)類型定義：根據(jù)設(shè)備特性設(shè)置節(jié)點的DataType，描述節(jié)點變量值的數(shù)據(jù)類型（如整數(shù)、浮點型、字符串等）。信息模型實例化，設(shè)計完成的OPCUA信息模型需加載到OPCUA服務(wù)器中實例化，服務(wù)器根據(jù)模型動態(tài)創(chuàng)建地址空間，并映射模型中各節(jié)點的層次關(guān)系。具體流程如下：創(chuàng)建服務(wù)器地址空間：服務(wù)器根據(jù)模型定義動態(tài)創(chuàng)建地址空間，并設(shè)置節(jié)點之間的層次關(guān)系；實時數(shù)據(jù)更新：在服務(wù)器運行時，節(jié)點的變量值（Value）應(yīng)實時更新，以反映設(shè)備的運行狀態(tài)；時間戳記錄：每次數(shù)據(jù)更新時，系統(tǒng)會自動記錄更新時間戳（Time），確保數(shù)據(jù)的時效性；狀態(tài)標識：每個節(jié)點的狀態(tài)（StatusCode）通過狀態(tài)碼標識（如“正?！?、“警告”或“故障”），為后續(xù)語義分析提供支持。從OPCUA服務(wù)器讀取地址空間并生成OWLFull，在實例化后的服務(wù)器中，客戶端通過OPCUA協(xié)議連接到服務(wù)器，讀取其地址空間中的所有節(jié)點及其相關(guān)屬性（如DisplayName、Value、Time、StatusCode等），讀取的節(jié)點信息將依據(jù)預(yù)定義的映射規(guī)則轉(zhuǎn)換為OWLFull格式；OWLFull存儲到QuadStore中，QuadStore中的條目包括Server和NodeID信息，這些信息幫助明確節(jié)點數(shù)據(jù)的來源，最終確保與原始OPCUA模型的映射關(guān)系明確且可追溯；定義并執(zhí)行SPARQL轉(zhuǎn)換規(guī)則，根據(jù)目標本體的結(jié)構(gòu)，定義SPARQL轉(zhuǎn)換規(guī)則，將QuadStore中的OWLFull表示轉(zhuǎn)換為目標本體模型（如ODIR模型）。過程包括：模型映射：根據(jù)OPCUA模型結(jié)構(gòu)和目標本體結(jié)構(gòu)的映射規(guī)則，將OPCUA節(jié)點與本體模型中的實體和關(guān)系對應(yīng)；語義轉(zhuǎn)換：將節(jié)點的DisplayName、Value、StatusCode等信息轉(zhuǎn)化為目標本體中的語義表達，以確保轉(zhuǎn)換后的模型精確反映領(lǐng)域特定信息；生成目標本體并存儲，執(zhí)行SPARQL轉(zhuǎn)換規(guī)則后，QuadStore中的目標本體模型將：保留OPCUA信息模型的語義結(jié)構(gòu)：生成的本體模型應(yīng)能夠保留OPCUA信息模型的原始語義結(jié)構(gòu)；擴展領(lǐng)域特定語義：本體模型應(yīng)加入如設(shè)備性能指標、故障診斷信息等領(lǐng)域特定的語義信息，以便于設(shè)備的智能管理和分析。訪問生成的本體并進行推理，用戶通過SPARQL查詢語言訪問生成的目標本體模型，并基于設(shè)備信息的語義描述獲取有價值的數(shù)據(jù)。過程包括：查詢本體數(shù)據(jù)：用戶通過查詢?nèi)鏒isplayName等屬性，獲取特定節(jié)點的當前值或設(shè)備狀態(tài)；結(jié)合時間與狀態(tài)分析：通過結(jié)合Time和StatusCode，用戶可以推斷設(shè)備是否需要維護或是否出現(xiàn)故障；推理和智能分析：利用推理引擎，可以根據(jù)本體模型推導(dǎo)新的語義關(guān)系，例如設(shè)備間的協(xié)作關(guān)系，或通過設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)潛在的故障模式。OPCUA到本體的模型信息映射本體到OPCUA的設(shè)備信息映射流程從本體信息模型映射回OPCUA信息模型的流程框架如圖11所示，具體如下：定義本體信息模型，本文件規(guī)定本體信息模型通過OWL語義格式描述，符合科學(xué)儀器和生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)特征的本體信息模型包括定義各類設(shè)備屬性、功能、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)信息等：模型定義：應(yīng)確定本體模型的類和屬性，并為每個類和屬性定義適當?shù)恼Z義關(guān)系（例如設(shè)備、傳感器、執(zhí)行器等類別，以及其屬性如狀態(tài)、控制參數(shù)等）；創(chuàng)建OWL模型：使用OWL表示設(shè)備和系統(tǒng)的本體結(jié)構(gòu)，明確每個組件的關(guān)系、功能和數(shù)據(jù)類型。本體模型實例化，本體模型定義后，需要實例化以形成具象的設(shè)備數(shù)據(jù)。本體實例化過程如下：實例化本體：加載本體信息并實例化，如根據(jù)設(shè)備的實際配置，填充設(shè)備、傳感器、執(zhí)行器等實體的實例數(shù)據(jù)；創(chuàng)建屬性實例：每個設(shè)備實例需要對應(yīng)其在本體中的屬性值，如狀態(tài)、任務(wù)、工作模式等。從本體模型到OPCUA模型的轉(zhuǎn)換，將本體中的設(shè)備和屬性信息轉(zhuǎn)化為OPCUA節(jié)點信息。映射規(guī)則的定義應(yīng)將本體模型中的類、屬性、實體等與OPCUA模型中的對象、變量和方法進行一一映射：節(jié)點創(chuàng)建：為每個本體實例創(chuàng)建OPCUA節(jié)點，節(jié)點應(yīng)根據(jù)本體模型的類和