工 业 互 联 网 产 业 联 盟 标 准
A II/013-2023
工业互联网电子装联设备交互信息
模型
Electronic assemble’ s production
equipment informat ion mode l of data
exchange for industr ial Internet
工业互联网产业联盟
(2023 年 12 月)
目 次
附 录 A(资料性) 34
前 言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》 的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
随着技术的发展,本文件会作适当的修订。
本文件起草单位：华为技术有限公司、中国信息通信研究院、中国科学院沈阳自动化研究所、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、北京邮电大学、台达电子企业管理(上海)有限公司、施耐德电气(中国)有限公司、美云智数科技有限公司、卡奥斯创智物联科技有限公司、湖北坤盈数字科技有限公司、中兴通讯股份有限公司、中电科普天科技股份有限公司、格力电器股份有限公司、北京航天航空大学、联合智造北京科技发展有限公司、北京思谋智能科技有限公司。
本文件主要起草人：孔超、余思聪、郭小龙、乔冰、王莹东、杨德波、谢胜平、黄颖、刘阳、赵艳领、李栋、滕颖蕾、王挺、庄育林、邝启康、毛平、王逢春、宋奕能、赵东方、王振、刘斌、公彦杰、张誉、夏豪、高峰、任涛林、刘宗勇、张海城、张俊杰、张驰、田力、文武、张振、 曾军、杜韬、路东。
工业互联网 电子装联设备交互信息模型
1 范围
本文件规定了电子装联行业生产设备与上层制造应用系统的交互信息模型。
本文件适用于电子装联行业生产制造设备的平台化管理和集中监控，并为生产设备设计、开发和采购提供物联数字化参考。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
ANSI/ISA-S88.01- 1995 Batch Control Part 1: Models and Terminology
GB/T 20720. 1-2006 企业控制系统集成 第1部分:模型和术语
T/CCSA 449-2023 工业互联网信息模型 物模型描述规范
YD/T 4097-2022 物联网信息模型总体框架
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
信息模型 information model
信息的标准化组织和表达技术，通过对工业互联网对象、对象属性和对象间的关系等进行建模，实现对象信息的互通和共享。
3.2
电子装联 electronic assemble
依据设计方案将电子元器件通过插装、表面贴装、微组装等方式实现装配和电气连通的制造过程，并通过功能及可靠性测试，形成模块、整机或系统级组件。
3.3
配方 Recipe
设备生产配方，一组唯一定义产品生产要求的必要信息集合。
4 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
ERP 企业资源计划系统 (Enterprise Resource Planning)
I/O 输入/输出(Input/Output)
JSON JS 键值对数据(JavaScript Object Notation)
MES 制造执行系统(Manufacturing Execution System)
PLC 可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)
SCADA 数据采集与监视控制系统(Supervisory Control And Data Acquisition)
XML 可扩展标记语言 (Extensible Markup Language)
YAML 另一种标记语言(YAML Ain't a Markup Language)
5 设备信息建模范围
5.1 设备信息交互架构
依据GB/T 20720. 1-2006 ，结合电子装联行业数字化需求，本文件给出如下信息交互架构，定位设备交互信息模型场景及建模对象。
图 1 设备信息交互架构图
1) 主机
本文件的主机指具备数字化应用和服务功能的制造系统或组件。
2) 设备
本文件的设备具体指工厂用在生产经营过程中的一类生产要素，站在物联交互角度看， 以独立实体与应用系统交互的对象，包括生产制程设备、辅助设备、物流设备、测试设备等。
3) 设备交互信息
依据ANSI/ISA-S88.01- 1995 ，设备交互信息包括制造控制系统处理的数量(重量、单位等) 、参数(比率、温度等等)等流程信息，以及控制器、传感器和执行器的状态、事件、操作、行为等信息。
5.2 设备信息建模对象
在电子产品加工过程中，一个加工周期覆盖被加工对象进到被加工对象出，共包括10个环节，见图2。
图 2 设备交互过程信息建模
本文件信息模型建模架构应符合YD/T 4097-2022相关规定，信息模型描述方法应符合T/CCSA 449- 2023相关规定，针对电子装联设备与主机交互的10个环节，涉及10类信息交互模型：
—设备联机状态模型：定义设备与主机各种可能的联机状态及各状态间相互转换过程的模型;
—设备控制状态模型：定义设备与主机各种可能的控制状态(OFFLINE/ONLINE-LOCAL/ONLINE- REMOTE)及各种状态间相互转换过程的模型;
—设备生产状态模型：定义设备各种可能的生产状态(RUN/DOWN/IDLE/PM)及各状态相互转换过程的模型;
—设备登录状态模型：定义各种可能的登录状态(LOGIN/LOGOUT)及各状态相互转换过程的模型;
—产品生产状态模型：定义产品被设备加工时，各种可能的加工状态及各状态间相互转换过程的模型;
—物料管理模型：物料搬运、加载到设备，从设备卸载、搬离的各场景;
—工具管理模型：工具搬运、加载到设备，从设备卸载、搬离的控制过程;
—Recipe管理模型：用户在设备创建、修改、选中、删除、修改程序参数的控制过程;
—警报管理模型：设备警报状态机模型定义了设备警报产生和清除两种状态;
—设备数据上报模型：定义设备上报生产过程数据到主机的各种方式的模型。
6 设备信息交互模型
6.1 设备联机状态模型
6.1.1 主机请求设备联机
主机向设备发起联机控制请求，当主机试图与设备通讯时，需要通过此请求与设备建立联机关系。
表1 请求联机信息模型
6.1.2 设备上报联机状态
当设备的生产条件发生变化时 ，包括由COMMUNICATING切换成NOT COMMUNICATING ，或者由NOT COMMUNICATING切换成COMMUNICATING，设备可以主动切换与主机的联机状态，设备联机状态切换成功后，需要向主机上报变更后的状态。
表2 上报联机信息模型
6.1.3 设备|主机请求心跳
设备和主机建立联机后，需要立即启动心跳， 以探测联机链路的状态。
设备与主机心跳机制有如下特征：
1. 心跳建议由设备主动发起，或者由主机主动发起，但不建议设备与主机同时发起心跳请求;
2. 心跳的周期由设备供应商与工厂线下约定，不在此规范中定义，缺省心跳周期为1分钟;
3. 心跳丢失后，链路判故障的规则由设备供应商与工厂约定，不在此规范中定义。
表3 请求心跳信息模型
6.2 设备控制状态模型
6.2.1 主机请求设备切换控制状态
当主机试图切换与设备的控制状态时，主机向设备发起切换设备控制状态请求。
表4 请求状态切换信息模型
6.2.2 设备上报控制状态
当设备的生产条件发生变化时，包括由OFFLINE切换成ONLINE，或者由ONLINE切换成OFFLINE， 设备宜主动切换与主机的控制状态。设备控制状态切换成功后，需要向主机上报变更后的状态。
表5 上报控制状态信息模型
6.3 设备生产状态模型
6.3.1 设备生产状态定义
本规范中设备生产状态定义见表6。
表6 生产状态定义
6.3.2 设备上报生产状态
当设备的生产状态发生变化或者设备由OFFLINE控制模式转换成ONLINE模式时，需要向主机上报生产状态。
表7 上报生产状态信息模型
6.4 设备登录管理模型
6.4.1 登录状态定义
登录场景指操作员在设备上登录和登出过程，登录状态切换见图3。
图 3 登录状态切换示意图
6.4.2 登录状态上报
当设备上登录状态发生变化或者设备由OFFLINE控制模式转换成ONLINE模式时，需要向主机上报登录状态。
表8 登录管理模型
6.5 产品生产状态模型
6.5.1 产品生产状态定义
产品制造过程指设备加工产品的全过程，从产品加载到设备开始加工，产品离开设备结束加工，对应的产品生产状态切换如下图所示。
图 4 生产状态切换示意图各状态定义见表9。
表9 生产状态定义
6.5.2 产品生产状态上报
产品在设备生产过程中的产品生产状态发生变更时，设备需要向主机上报变更后的状态，包括但不限于： 产品/载具编号，Recipe名称、Recipe版本，工装编号等信息。
表10 产品生产状态模型
6.6 物料管理模型
6.6.1 物料状态定义
物料状态切换见图5。
图 5 物料状态切换示意图各状态定义见表11。
表11 物料状态定义
6.6.2 物料状态上报
当设备执行与物料搬运、上载有关的操作时，设备可以上报物料的状态给主机，并根据主机下发的控制指令决定下一步处理。
表12 物料状态上报模型
6.6.3 物料消耗信息上报
产品生产过程中，如果产生了物料消耗，设备需要上报物料的消耗信息。
一般情况下，设备每加工一个产品，上报一次物料消耗信息，特殊情况下允许上报多次。物料消耗需要在设备上报“产品开始生产 ”之后，上报“产品结束生产 ”前上报。
表13 物料消耗信息上报模型
6.7 工具管理模型
6.7.1 工具状态定义
工具管理状态机切换如下图所示。
图 6 工具管理状态切换示意图各状态定义见表14。
表14 工具管理状态定义
6.7.2 工具管理状态上报
当设备执行与工具搬运、上载有关的操作时，设备可以上报工具的状态给主机， 并根据主机下发的控制指令决定下一步的处理。
表15 工具管理状态上报模型
6.7.3 工具使用状态上报
产品生产过程中，如果产生了工具消耗(如使用次数、QTime等要求)，设备需要上报工具的消耗信息。
一般情况下，设备每加工一个产品，上报一次工具消耗信息，特殊情况下允许上报多次。工具消耗需要在设备上报“产品开始生产 ”之后，上报“产品结束生产 ”前上报。
表16 工具使用状态模型
6.8 Recipe 管理
6.8.1 Recipe 状态定义
Recipe管理状态切换见图7。
图 7 Recipe管理状态切换示意图各状态定义见表17。
表17 Recipe管理状态定义
6.8.2 Recipe 状态上报
当操作员在在设备上创建、修改(重命名或修改程序参数)、删除、选择程序时，设备需要上报RECIPE状态变更的事件。
表18 Recipe状态上报模型
6.8.3 主机查询设备 Recipe信息
主机向设备发起Recipe参数查询请求，获取设备上指定Recipe的参数信息，主机获取到的Recipe参数信息通常有如下用途：
1)Recipe应用管系统对设备Recipe参数进行校验，校验其合法性;
2)Recipe应用管理系统在主机侧保存Recipe参数信息，供设备下载。
表19 主机向设备查询Recipe参数模型
6.8.4 设备查询主机 Recipe信息
设备向主机发起Recipe参数查询请求，获取主机上指定Recipe的参数信息(俗称Recipe下载)，设备获取到的Recipe参数信息通常会被用作产品加工处理。
表20 设备向主机查询Recipe参数模型
6.8.5 主机请求设备选择 Recipe
主机向设备发送Recipe选择请求，请求设备采用主机下发的Recipe作为产品生产使用的Recipe。
表21 主机向设备发送Recipe选择请求模型
6.8.6 主机请求设备修改 Recipe参数
主机向设备发送Recipe参数修改请求，请求设备采用主机下发的Recipe参数来生产产品。
表22 主机向设备发送Recipe修改请求模型
6.9 警报管理
6.9.1 警报状态上报
当设备上产生或者清除警报时，需要上报警报状态变更事件。
表23 警报状态上报模型
6.10 设备数据上报
6.10.1 场景说明
设备数据上报的业务场景包括：
a) 主机查询设备数据;
b) 主机下发设备数据采集任务;
c) 设备周期性上报设备数据。
6.10.2 设备数据查询
主机可以根据北向数字化应用的需要，临时向设备发起数据查询请求，获取设备数据。
表24 设备数据查询模型
6.10.3 设备采集任务下发
主机可以根据北向数字化应用的需要，向设备发起数据采集任务，请求设备周期性上报设备数据。任务请求中包含采集频率、采集次数、数据项列表等关键信息。
表25 设备采集任务下发模型
6.10.4 设备数据周期性上报
在以下两种情况下，设备需要周期性地向主机上报设备数据。
a) 主机下发了设备数据采集任务且设备响应了成功;
b) 设备跟主机线下约定了设备数据上报的频率、次数、数据项列表。
表26 设备数据周期性上报模型
6.10.5 产品制程数据上报
设备在加工完某个产品后，在上报PRODUCT-COMPLETED状态前，可以向主机上报产品的制程数据。产品制程数据的详细信息跟设备类型以及设备加工的产品相关，需要跟设备单独约定，不在本规范定义范围内。
表27 产品制程数据上报模型
7 设备信息交互数据字典
7.1 数据类型
本规范中引用的参数数据类型，可用JSON、XML、YAML语法进行定义。
7.2 参数类别
本规范中使用的参数有如下类别。
设备参数：设备的固有属性;
交互参数：设备信息交互过程涉及的参数信息;
产品参数：设备生产过程中，加工产品的基本属性，加工状态等;
程序参数：设备生产产品使用的程序名，版本、状态、程序体等;
物料参数：产品生产过程中所需要的物料清单、物料上载位置、物料类型、物料状态等;
工具参数：产品生产过程中所需要的工具清单、工具的上载位置、状态等;
操作员参数：操作员登录的账号及登录状态;
告警参数：设备产生的告警信息;
设备数据上报参数：设备根据主机要求上报的数据信息。
7.3 设备参数
7.3.1 communicationState 设备通信状态
设备通信状态见表28。
表28 设备通信状态
7.3.2 equipmentSn 设备 SN
设备SN见表29。
表29 设备SN
7.3.3 dataClass 设备数据类型
设备数据类型见表30。
表30 设备数据类型
7.3.4 equipmentModelName 设备型号名称
设备型号名称见表31。
表31 设备型号名称
7.3.5 softwareVersion 软件版本
软件版本见表32。
表32 软件版本
7.3.6 controlState 设备控制状态
设备控制状态见表33。
表33 设备控制状态
7.3.7 processState 设备生产状态
设备生产状态见表34。
表34 设备生产状态
7.3.7.1 state 设备生产主状态
设备生产主状态见表35。
表35 设备生产主状态
7.3.7.2 subState 设备生产子状态
设备生产子状态见表36。
表36 设备生产子状态
7.3.8 preProcessState 设备前置生产状态
当有设备生产状态变更时，变更前的设备生产状态;具体定义参见7.3.7。
7.3.9 curProcessState 设备当前生产状态
当有设备生产状态变更时，变更前的设备生产状态;具体定义参见7.3.7。
7.3.10 eventList 设备事件数组
设备事件数组见表37。
表37 设备事件数组
7.3.10.1 eventType 事件类型
事件类型见表38。
表38 事件类型
7.3.10.2 eventName 事件名称
事件名称见表39。
表39 事件名称
7.3.11 workspaceNo 工作区编号
工作区编号见表40。
表40 工作区编号
7.4 交互参数
7.4.1 messageId 消息 ID
消息ID见表41。
表41 消息ID
7.4.2 siteId 站点 ID
站点ID见表42。
表42 站点ID
7.4.3 monitorMode 监控方式
监控方式见表43。
表43 监控方式
7.4.4 cause 终止原因
终止原因见表44。
表44 终止原因
7.4.5 rawExceptionInfo 原始异常信息
原始异常信息见表45。
表45 原始异常信息
7.4.6 protocalVersion 协议版本号
协议版本号见表46。
表46 协议版本号
7.4.7 textMessage 文本信息
文本信息见表47。
表47 文本信息
7.4.8 replyCode 响应码
响应码见表48。
表48 响应码
7.4.9 time 时间
时间见表49。
表49 时间
7.5 产品制程参数
7.5.1 productSn 产品或者产品批次 SN
产品或者产品批次SN见表50。
表50 产品或者产品批次SN
7.5.1.1 Type
Type见表51。
7.5.1.2 Value
Value见表52。
表52 Value
7.5.1.3 Pos it ion
Position见表53。
表53 Position
7.5.2 productLayer 产品加工面标识
产品加工面标识见表54。
表54 产品加工面标识
7.5.3 productState 产品制程状态
产品制程状态见表55。
表55 产品制程状态
7.5.4 processData 产品制程数据
产品制程数据见表56。
表56 产品制程数据
7.5.5 contextData 生产上下文信息
生产上下文信息见表57。
表57 生产上下文信息
7.5.6 processResult 产品制程结果
产品制程结果见表58。
表58 产品制程结果
7.6 程序参数
7.6.1 Recipe 程序
Recipe程序见表59。
表59 Recipe程序
7.6.2 RecipeState 程序状态
程序状态见表60。
表60 程序状态
7.6.3 RecipeBody 程序体
程序体见表61。
表61 程序体
7.7 物料参数
7.7.1 materialList 物料清单
物料清单见表62。
表62 物料清单
7.7.2 materialSn 物料 SN
物料SN见表63。
表63 物料SN
7.7.3 portNo 上料口编号
上料口编号见表64。
表64 上料口编号
7.7.4 materialState 物料状态
物料状态见表65。
表65 物料状态
7.7.5 materialComsuptionList 物料消耗清单
物料消耗清单见表66。
表66 物料消耗清单
7.8 工具参数
7.8.1 toolList 工具清单
工具清单见表67。
表67 工具清单
7.8.2 toolSn 工具编号
工具编号见表68。
表68 工具编号
7.8.3 portNo 上载口编号
上载口编号见表69。
表69 上载口编号
7.8.4 toolState 工具状态
工具状态见表70。
表70 工具状态
7.9 操作员参数
7.9.1 operatorAccount 操作员账号
操作员账号见表71。
表71 操作员账号
7.9.2 loginState 登录状态
登录状态见表72。
7.10 告警参数
7.10.1 alarmId 告警 ID
告警ID见表73。
表73 告警ID
7.10.2 alarmCategory 告警类别
告警类别见表74。
表74 告警类别
7.10.3 alarmSeverity 告警严重程度
告警严重程度见表75。
表75 告警严重程度
7.10.4 alarmState 告警状态
告警状态见表76。
表76 告警状态
7.10.5 alarmText 告警描述
告警描述见表77。
表77 告警描述
7.10.6 alarmInstanceId 告警实例标识
告警实例标识见表78。
表78 告警实例标识
7.11 设备数据上报参数
7.11.1 traceId 跟踪任务 ID
跟踪任务ID见表79。
表79 跟踪任务ID
7.11.2 totalSample 采样数量(计划)
采样数量(计划)见表80。
表80 采样数量(计划)
7.11.3 samplePeriod 采样周期
采样周期见表81。
表81 采样周期
7.11.4 reportGroupSize 采样数据包大小
采样数据包大小见表82。
表82 采样数据包大小
7.11.5 sampleNumber 采样数量(实际)
采样数量(实际)见表83。
表83 采样数量(实际)
7.11.6 sampleTime 采样时间
采样时间见表84。
表84 采样时间
7.11.7 equipmentDataNameList 设备数据项名称列表
设备数据项名称列表见表85。
表85 设备数据项名称列表
7.11.8 equipmentDataValueList 设备数据项值列表
设备数据项值列表见表86。
表86 设备数据项值列表
附 录 A
(资料性)
XX设备上报心跳样例
【场景】
设备在联机状态下，需要周期性上报心跳请求，心跳周期可配置，缺省1分钟。如果设备接收心跳响应连续超时N次，则设备判定与主机的连接已断开。最大超时次数“N ”可以配置，缺省为3次。
【交互逻辑】
【交互信息模型】
A) 前置条件
设备联机状态为“联机 ”(COMMUNICATING)。
B) 交互过程
C) 后置处理
设备和主机根据心跳的丢失情况，判断设备与主机的链路是否故障。如果判断链路故障，需要通知到应用层执行相应的处理，如上实例中出现超时后进行三次尝试仍然超时，在主机侧将设备联机状态置为“脱机 ”(NOT COMMUNICATING)。
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