基于全寿期的设备编码技术在数字化电站建设中的应用研究

摘 要随着大型电站的生产过程日趋复杂，对自动化水平的要求越来越高。同时，发电企业内部也面临着全新的企业管理变革，减员增效已势在必行。因此，数字化电站应运而生。数字化电站发展至今，已基本实现了管控一体化的模式。然而，新的问题随之产生。如何能从设计到基建再到运行，在电站的整个生命周期内对其进行管控，将成为数字化电站建设过程中新的研究目标，本文将对这一问题进行探讨。在了解了数字化电站建设的背景、意义及国内外研究现状之后，不难发现数字化电站有两个主要特征，一个是它所处理的信息量十分巨大，另一个是它所代表的全寿期理念。本文在研究的时候便从全寿期的概念入手，然后分别从设计期、移交期、运行期对数字化建设中包含的信息进行说明，之后结合KKS编码和ISO 15926标准探讨了数字化电站全生命周期中信息进行标识、分类、表达和交换的过程。本文最后根据在神皖安庆电厂和国华台山电厂实际调研的情况，为数字化电站今后的发展提出相关建议。关键词：数字化电站，全寿期，KKS编码，ISO 15926标准ABSTRACT As the production process of large-scale power plants increasingly complex, and demands of increasingly high level of automation. Power companies are also facing new internal enterprise change management, staff efficiency is imperative. Therefore, the digital power station came into being. Nowadays, digital power station development has been basically achieved the integrated management and control model. However, a new question arises. How then to run from design to infrastructure in the power station s entire life cycle of its control, will be the digitization process of building a new power station research goals , this article will discuss this issue . After understanding the background of the digital power station construction, the significance of research status at home and abroad, it is easily to find that there are two main features of the power station. One is the huge amount of information it processes, and the other is that it represents the lifecycle concept. In this paper, the concept of the whole life cycle began to study, and then described different digital stations information in the design period, the transfer period, the operation period, and then combined with KKS coding and ISO 15926 standards discussed digital station the information of the whole lifecycle identified, sorted, expression and exchange process. Finally, according to the actual research in Shenwan Anqing Power Plant, Guohua Taishan Power Plant, this article makes recommendations for the future development of digital stations.KEY WORDS： Digital power station， lifecycle， KKS coding， ISO 15926 standardsII目 录摘 要IABSTRACTII目 录1第1章 绪论11.1 研究背景和意义11.2 国内外研究现状11.3 数字化电站的定义21.4 本文的主要工作2第2章 数字化电站的全寿期信息32.1 全寿期概念32.2 信息孤岛32.3 数字化电站设计期42.3.1 三层网络结构42.3.2 四层网络结构52.3.3 五层网络结构52.4 数字化电站移交期62.4.1 移交期的信息及其存在形式62.4.2 移交过程72.4.3 移交方法82.5 数字化电站运行期8第3章 KKS编码技术93.1 现有各编码技术介绍93.2 KKS编码技术规则及特点93.3 KKS编码技术在数字化电站建设中的作用10第4章 ISO 15926标准124.1 ISO 15926标准介绍124.2 4D方法记录全寿期信息124.3 信息分类134.3.1 事物的分类134.3.2 可能个体的分类154.3.3 类的分类174.3.4 关系的分类184.4 信息表达234.4.1 本体244.4.2 资源描述框架（RDF）244.4.3 网络本体语言（OWL）254.5 信息交换264.5.1 模板264.5.2 对象信息模型（OIM）274.5.3 用户定义本体284.5.4 Faade284.5.5 映射304.5.6 基于ISO 15926的信息交换过程30第5章 数字化电站实例325.1 神皖安庆电厂325.2 国华台山电厂33第6章 结论和建议356.1 结论356.2 数字化电站建设思路356.3 数字化电站建设建议36参 考 文 献38致 谢402华北电力大学本科毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 研究背景和意义目前，发电企业已经全面进入“微利时代”，迫切需要改进原有的管理方式，创新发电企业管理模式，实现节能降耗减排、提高运营效率和盈利能力。各电力企业已逐渐认识到在信息化的大背景下，信息已成为管理企业、分析决策必不可少的内容，大力发展信息技术成为摆在所有企业面前的重要课题1 。数字化电站技术可以简化电站网络结构，统一自动化产品类型，可以推动发电设备智能化发展，便于电站的优化管理，深度挖掘数据功能，成为发电站的科学运营管理基础保障；同时，简化设计院设计难度，简化电站基建实施难度，简化电站运营管理技术难度。增加了电站整体自动化的可靠性、合理性2。使得发电企业在时间坐标、管理坐标、生产坐标、市场坐标几个维度，始终处于客观、真实、透明的状态，这也是流程工业自动化的发展方向。同时，数字化技术可以使电站在整个服役期内经济效益达到最大化3，据文献2计算，每年可为电站节省上千万元。1.2 国内外研究现状1975年至1985年，机组级的DCS经过多年的发展，已走向成熟，其设计思想、组态配置、功能匹配等十分完善，现已渗透到火电站控制系统的各个领域4，但是不同厂家的DCS互不兼容，无法相互通信，其接口数字化程度也不高5，所以DCS在技术层面的突破将成为数字化电站未来发展的重要保障6。1990年以后针对顺序逻辑控制发展起来电子设备可编程逻辑控制器（PLC），它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器逻辑管理，加强通信功能。1995年以后应用现场总线技术（FCS），形成了开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，其开放性数字化通信的特点为热工控制技术的发展做出了突出贡献7，它有望解决由传统的DCS是单向的、一对一的模拟量带来的种种弊端，能更好地满足数字化电站的需求8，因而，进一步发展FCS有利于电站数字化水平的提高9。2000年以后，SIS、MIS、DCS、辅助车间自动化系统及厂级SIS和MIS在内的全厂信息共享的计算机网络形成，实现了所谓的管控一体化。清华大学、西安交通大学等高校以及中国电力科学研究院、西安热工研究院都在SIS的研究上做了大量的工作，并取得了较好的成果10-12，国家电力规划部门的有关专家也对SIS的功能范围和网络设置进行了研究和分析13-15。目前的发展方向是在数据融合的基础上，实现全寿命期管理，达到减员增效和节能环保的目的。1.3 数字化电站的定义数字化电站是采用数字方式映射的物理电站，把庞大的电站通过数字0，1精确地表示在电脑的桌面上。广义上的理解是，从电站前期的可行性研究、设计、基建开始，到生产运营、企业管理的全过程，全部采用数字化描述和数字化存储。目前的数字化电站概念，更多是针对电站的生产过程，通过实时的数字化控制和管理，对电站的每个生产环节、管理环节用数据予以客观描述；存储、积累电站的历史生产数据；再通过一定的规律计算、归纳、提取，用动态数字来表达发电企业的生产状态16。其核心是围绕电站的生产运营过程进行数字化。鉴于不同电站的客观条件不同，可以有不同的数字化深度和范围的理解。只要在图1-1 的5个网络层次中，每个层面同时都有实时数字化功能和特征，或有数字深加工功能，就可以认为其实现了数字化电站。图1-1 数字化电站5个网络层次示意图1.4 本文的主要工作现代数字化电站发展过程中，内容逐渐发生变化，其中信息孤岛问题成为制约数字化电站发展的瓶颈，如何打通数字化电站中设计、运行和管理阶段的信息交换通道对于数字化电站建设具有重要意义。本文主要在了解当前数字化电站发展概况的基础上，研究数字化电站建设过程中，信息编码技术的发展，重点研究ISO15926标准和KKS编码技术，以实现ISO15926标准在数字化电站中的应用。第2章 数字化电站的全寿期信息2.1 全寿期概念关于数字化电站全寿期的概念，目前缺少一个统一的定义。本文在对数字化电站进行研究的时候，认为其全寿期的概念应该指的是数字化电站从无到有再到无的一个全过程，具体来说，如图2-1所示。即从电站的设计、制造、采购、安装、建设、调试、试验再到运行、监测、检修、维护直至最终被拆除的全过程。图2-1 数字化电站全寿期概念示意图2.2 信息孤岛信息孤岛指的是不同的系统间由于数字资源类型不同、相互间内容独立，导致这些系统间相互各自封闭，无法正常地进行不同系统间的信息交流的现象。因为上述的这些系统与分散、孤立的岛屿极为相似，所以称之为信息孤岛17。信息孤岛在数字化电站建设的过程中通常会带来以下影响：（1）信息的一致性无法保证。由于MIS系统数据的实时性差，可靠性不高；而DCS系统实时性强，可靠性强，二者数据直接对接会存在数据特性不同的矛盾，从而引起信息交流混乱。（2）信息连接困难。由于每个电厂均存在多个DCS系统，不同DCS系统含有数据相互孤立，测出的数据难以共享，进而导致信息很难相互连接。（3）信息交流困难。由于DCS和MIS间信息连接困难，导致运行数据难以及时反馈给管理层，管理层的指导意见也很难及时反馈给运行层人员，从而在运行层和管理层之间形成一面信息“阻隔墙”。（4）信息实时性难以得到统一，并且同一信息需要重复输入，增加了工作量的同时，也增大了人为输入误差，这还会带来数据失真等问题。所以，信息孤岛成为制约数字化电站发展的一个重要因素，如何能更好地解决这一问题也成为数字化电站建设中的关键环节。2.3 数字化电站设计期由于电站的规模不同，数字化电站在设计的时候，其层次结构往往也不尽相同，通常来说，数字化电站的网络层次结构被设计成35层，下面本文将结合具体实例对这三种常见的网络结构进行说明。2.3.1 三层网络结构三层网络结构主要适用于机组容量较小的电站，这三个层次通常是指直接控制层、管控一体化层、生产经营辅助决策层。山西平朔电厂就采用此结构进行数字化的建设，下面就以该电厂为例对三层网络结构进行说明。直接控制层是模型的第一层，完成生产过程的数据采集和直接控制工作。该层包括单元机组分散控制系统（DCS）、汽轮机数字电液控制系统（DEH）、脱硫控制系统、汽轮机数字管理系统及辅助设备。其控制系统采用的是以现场总线为基础的机炉辅电仿一体化的先进控制系统，该层直接与生产设备关联，随设备直接集成，主要提供设备的运行实时信息及状况，提供生产基础数据，是其他两层的基础。管控一体化层是模型的第二层，即为厂级监控信息系统（SIS）。它完成厂级生产过程的监控工作，结合生产经营辅助决策层的信息和直接控制层提供的生产基础数据，对控制系统和机组性能进行整体优化和分析。为直接控制层提供操作指导，同时为生产经营辅助决策层提供所需的分析、统计信息。该层是管理和控制之间联系的桥梁。生产经营辅助决策层是模型的第三层，主要是指生产经营辅助决策系统。该层以董事会经营计划为主线，以物资管理、燃料管理和设备运行检修管理为基础、以安全、经济运行管理为重点，通过事前预算计划的编制、事中计划实施过程的控制以及事后的总结分析和考核来实现生产经营的闭环管理。该层可确保电厂的运营规范化、科学化和效益化；优化电厂的生产计划和策略，协调各部门的运转，实现全厂的安全、高效、经济运行18。2.3.2 四层网络结构四层网络结构适用于机组容量较大的电站，这四个层次通常是指现场设备层、过程控制层、操作管理层、经营决策层。神皖安庆电厂就采用此结构进行数字化建设，下面就以该电厂为例对四层网络结构进行说明。现场设备层多采用FCS仪表设备，从发电设备上直接采集设备数据、工艺数据，利用智能化的现场总线技术实现发电机组的测控功能。过程控制层包括多对冗余的控制单元DPU、工业通讯网络等，DPU实现对机组的控制和协调，并提供与操作管理层与现场设备层的接口。操作管理层集成了SIS、MIS和ERP功能，可以实时监控整个机组的运行状况和设备的状态，能实现数据归档管理、设备状态检修管理、报表管理等。经营决策层根据之前三层提供的各类信息、实时数据，由电厂决策人员完成最终决策，实现数字化电站减员增效的目的。2.3.3 五层网络结构五层网络结构主要适用于机组容量很大的电站，这五个层次通常是指一次设备层、二次设备层、生产信息层、信息高端层、互联网络层。国华台山电厂就采用此结构进行数字化的建设，下面就以该电厂为例对五层网络结构进行说明。一次设备层主要利用现场总线技术，其核心内容是采集各测点的数据，包括主机、辅机中各部件的有关数据。二次设备层主要利用单元机组分散控制系统，实现数字化电站“机炉辅电仿”一体化生产控制平台。生产信息层主要利用运营优化技术，根据编码技术、结构标准等建立数据模型，并结合电站实际情况，进行科学管理，提高生产效率。信息高端层主要利用实时数据库，对设备资产、机组运行等信息进行实时管控。互联网络层利用万维网的互联特性及之前四层结构提供的各种信息，方便电站决策人员进行决策。它和三层结构中的生产经营辅助决策层、四层结构中的经营决策层相似，都是要实现减员增效的最终目的。2.4 数字化电站移交期2.4.1 移交期的信息及其存在形式电站的信息可分为两部分内容，第一部分是用来描述物理对象（如厂房、系统、设备、部件、材料、物资等）的信息；第二部分则是用来描述管理对象（如人员、财务等）的信息。移交期的数据大部分属于第一部分的内容。移交期的信息可以用文件的形式表示，也可以通过某个结构形式表示为数据。存储信息的方法也会对需求有影响，信息可以在物理介质上存储，也可以用电子方式存储，如果用电子方式存储，所用的软件将影响信息的形式。纸作为物理介质，在数字化电站全寿期信息管理的各个阶段使用都不方便。因此，在数字化电站中更多的采用的是计算机媒介，然后再结合RTF、ISO 15926、STEP等标准结构形式对各式各样的信息进行管理19。移交期的信息根据其存在形式可以分为以下四类，如图2-2所示。不同信息形式对应不同信息管理水平，水平越高交付越简单。图2-2 移交期信息存在形式（1）硬拷贝：硬拷贝是最原始的应用信息的一种方式。虽然如此，但是因为它仍是目前最为经济的一种信息存在形式，因此在工程建设中依旧有着不可替代的作用。（2）电子图像：电子图像主要针对的是以图像形式存储、表示的信息，这些信息在以其他形式存在时，往往只满足只读访问，并且在归档借阅时难度很大。所以，使用电子图像形式对这些信息进行表示，可以更好地实现信息的更新和提取。（3）应用文件：应用文件是指采用业主运行方自行使用的应用软件，按照业主运行方自定义的信息需求创建相关文件。信息采用这种形式存在时，局限性很大，往往只能在某个企业内部进行使用。（4）结构数据：结构数据有两个主要特征，一是其模型有着明确的定义，另一个是其信息的保存方式是采用结构化的形式。结构数据包括的信息内容繁多，这些信息有的是施工建设图纸、有的是元件信息。当这些信息采用结构数据形式存在时，对它们维护、编辑的成本将降到最低，所以这也是目前最流行的信息存在形式。2.4.2 移交过程新建电站数据移交的目的是要在电站全寿期内对信息进行管理，而不仅仅是在使用时才对其进行管理，设计阶段产生的信息（如指定和订购的设备信息）也会在移交和运行阶段用到。因此，创建和管理这些信息不仅为了满足设计阶段的需求，同时也会在运行、监测、检修、维护直至最终被拆除的全过程中起到其应有的作用。移交过程最重要的一个目的就是用最小的投入完成这一过程，为了达到这一目的，基建方、设计方、电站运行方在进行移交时应力求创造一个彼此兼容的信息环境。下面结合图2-3，对新建电站数据移交的主要工作过程进行简要介绍。图2-3 新建电站数据移交过程（1）制定移交策略：这里说的移交策略主要指的是工程信息策略，它为数据移交过程确定了移交目标，划分了移交范围，统筹规划了整个移交过程，为接下来的移交过程起到了铺垫作用。（2）确定移交需求：移交需求主要取决于电站运行方，电站运行方需要向设计院、基建方对所需的具体信息内容、格式、质量等因素进行明确说明。这就要求电站运行方在移交之前必须明晰电站各运行阶段的信息流向、操作状态等内容，以便移交过程能够顺利进行。（3）建立移交计划：移交计划需要电站运行方与基建方、设计方共同制定。一般来讲，移交计划都需要明确各方的职责、具体实施细则、移交过程中三方彼此的关系、移交时间等内容。完整的移交计划对接下来的具体实施工作有着积极的作用。（4）实施移交计划：实施移交计划的关键在于对参与人员的培训。数字化电站全寿期阶段的信息大部分都是以编码和三维模型形式表示的，因此参与人员自身素质的高低对移交计划实施的成败至关重要。为了能够保证移交计划的顺利实施，所有参与人员必须接受培训，以保证能够较好地理解移交过程中信息的内容。2.4.3 移交方法数字化电站数据移交的方法取决于图2-2中移交期信息存在的形式。当信息以硬拷贝的形式存在时，移交选用物理方法；当信息以电子图像、应用文件或者结构数据形式存在时，通常有三种移交方法可供选择：（1）当基建方、电站运行方都没有独立自主的信息系统时，电站运行方选择与基建方提前约定好的系统，用该系统承载移交期的信息。（2）当基建方拥有独立自主的信息系统，但电站运行方不具备时，基建方将移交期的信息加载到这套独立自主的信息系统中，在移交将要结束时，再把这套系统整体移交给电站运行方。（3）当基建方、电站运行方都拥有某套独立自主的信息系统时，基建期的信息可以直接通过万维网以提前约定好的格式（如信息必须符合ISO 15926标准、信息必须采用KKS进行编码等）在基建方和电站运行方之间进行传递。2.5 数字化电站运行期数字化电站在运行的时候，信息孤岛问题是限制其的主要因素，如何能更好地克服这一问题，成为运行期的关键技术。目前的信息孤岛主要指的是DCS和MIS之间的孤岛，为了建立一个二者之间的中间数据过渡系统，SIS系统在运行期发挥了至关重要的作用。在运行期，SIS系统通过对数字化电站生产过程的实时监测和分析，实现对电站生产过程的优化控制和负荷经济分配，在整个电站范围内充分发挥主辅机设备的潜力，达到整个电站生产系统运行在最佳工况的目的20。SIS系统内置的实时数据库可直接与DCS通过接口进行对接；同时SIS系统内的历史数据库可以长时间保存数据，并与MIS系统通过专用接口进行连接。SIS系统处理生产过程的数据时，其数据流远大于MIS。并且SIS系统更侧重数据分析，没有MIS中“管理流程”的概念。SIS系统涵盖历史数据库，每执行一次任务都需要大量的历史数据。这使得决策人员在进行决策时，可以利用更多的信息，从而提高决策的准确性。第3章 KKS编码技术3.1 现有各编码技术介绍目前国内电力行业常用的编码技术主要有：德国的KKS编码、英国的CCC编码、法国的EDF编码、美国的SDN编码。其中，华能大连电厂使用的英国CCC编码是用5位阿拉伯数字涵盖几乎所有系统的基本框架，每位数字编码的具体含义可由实施方自行定义。大亚湾核电厂使用的法国EDF编码主要由5个标识部分组成，包括机组标识、厂房标识、房间标识、系统标识、设备标识，但是EDF编码仅能应用在法国运行商承包的工程中。美国的SDN编码与德国的KKS编码很相似，但因为其编码体系过于复杂，编码内容繁多，国内电力行业较少使用。德国的KKS编码是目前国内使用较多的编码，KKS是德语Krartwerk-Kennzeichen System的缩写，其含义是电厂标识系统。KKS的标识分为三类：工艺标识、安装点标识、位置标识。从逻辑上说，工艺标识用来标识各工艺系统中的设备，为了标识某一设备，通常先对系统进行划分，再在各个系统中做具体的细化表示。安装点标识和位置标识都是指采用坐标或者顺序标号的方式对其进行标识。KKS作为一个系统性的工具，其各个部分是以英文字母或阿拉伯数字的形式来表示的，它的编码字母及编号的使用，已形成了系统性和规则性。KKS编码为国内和国际交流提供了一个统一的平台，是一种最先进合理、科学实用的编码技术。KKS标识系统可以明确地标识工艺设备、电气仪控设备的安装点，以及空间位置。3.2 KKS编码技术规则及特点KKS编码在进行工艺标识、安装点标识、位置标识时，为了保证标识格式统一，编码方便，其标识分级可分为4级，分别用序号“0级”、“1级”、“2级”、“3级”表示。各级所代表的实体范围是逐渐减小的，具体的标识规则如图3-1所示：图3-1 KKS编码标识规则图3-1中的“=”、“+”都是前缀符号的一种，在实际标识时，这种前缀符号可以省略。但是，当有两种以上标识同时出现时，前缀符号“=”和“+”不能省略。例如，对某水泵的标识如下：=10LAC10AP003KP01+11UMA00010其中，第一行编码表示的是相关工艺标识，即1号机给水系统003号水泵（其中KP01表示泵单元中的水泵部件）；第二行编码表示的是位置标识，即1号机0米层010号房间。因为相关工艺标识和位置标识是两种不同的标识，所以在这种情况下，前缀符号“=”和“+”不能省略。同时，还需要注意的是，安装点标识中的“”称为分级符号，分级符号在任何时候都不允许省略，必须标明。由KKS编码技术的规则不难看出，其具有以下几方面的特点：（1）对不同的系统、设备、部件等区分度较高；（2）不同的字母与不同的系统形成了固定的一一对应的关系，使得编码具有很高的辨识度；（3）该编码具有较大的扩展空间，可以适应日后电站规模扩大的情况；（4）层次分明、结构完整，不会出现重复编码或者遗漏编码的情况；（5）该编码几乎可以适应于所有电力企业，并且可以根据企业的自身情况进行适度的修改21。3.3 KKS编码技术在数字化电站建设中的作用在数字化电站的建设过程中，KKS编码技术主要在MIS系统中发挥了其作用。具体来说，KKS编码为系统中的各设备建立了其独有的身份认证系统，在此基础上建立起来的设备台账，其信息全面、内容丰富，同时可以更好地兼顾实时信息，不同系统之间的联系也变得更为紧密22。在检修方面，根据KKS编码的位置标识，可以快速有效地确定检修位置。同时，使用KKS编码可以将点检数据和设备自身的测点数据进行统一标准的比较，从而实现对测点数据的实时校验。在全寿期管理方面，由于电站设备的维修、拆装、更换等问题，有时很难实现对设备的实时跟踪管理。KKS编码通过位置标识，针对发生变化的设备，保留了其位置信息的数据，从而可以在逻辑层面和物理层面对电站整个生命周期里的所有设备进行跟踪管理。第4章 ISO 15926标准4.1 ISO 15926标准介绍ISO 15926标准是一套表达流程工业设备全寿期信息的国际标准。这种表达是通过在共享数据库或数据仓库中实现的通用型概念数据模型实现的。数据模型被设计为和参考数据一起使用，表达某一具体生命周期活动时需要将适当的参考数据与数据模型联合使用23。在数字化电站全寿期过程中，来自不同单位不同系统的信息要经常进行交换，以达到信息的共享和整合的目的。但是在这一过程中，由于涉及众多单位，各单位之间的标准不统一，信息交换很难落到实处。ISO 15926标准提出4D方法的理念进行相关标准的制订，其目的就是为了解决如电站等流程工厂在数字化过程中遇到的这一问题。本章将对ISO 15926标准在数字化电站中具体应用情况进行阐述。4.2 4D方法记录全寿期信息ISO 15926标准在记录信息时不仅可以记录静态的流程工厂，而且还可以采用4D的方法记录包括维修等过程在内的全寿期的流程工厂。这些需要记录的信息包括：流程工厂的物理对象，物理对象的标识、属性、分类、装配和连接24。4D方法认为物理对象具有时间和空间维度。此方法中的“4D”指的是空间（3D）和时间（1D）上的组成关系都以相似的方法处理，这种方法如图4-1所示。这里的空间（3D）指的是KKS编码中的三种标识，即相关工艺标识、安装点标识和位置标识。所以，4D方法可以理解为在原有的KKS编码的基础上（即空间维度）增加了一个时间维度，即图4-1中横坐标所表示的时间轴。物理对象是“全生命周期对象”。某一物理对象可以作为另外一个物理对象生命周期内的一部分，成为“临时部分”。因此二者间存在临时组成关系： 整个物理对象：全生命周期内的资产编号为4567泵的； 部分物理对象：存在于1990-10-02到2003-04-12间的资产编号为4567的泵。存在于1990-10-02到2003-04-12间的资产编号为4567的泵则由三部分组成： 存在于1990-10-02到2003-04-12间的泵壳； 存在于1990-10-02到1995-07-15间的叶轮1； 存在于1995-07-15到2003-04-12间的叶轮2。图4-1 泵的空间和时间分解泵叶轮的两个组成关系说明叶轮曾经更换过。在4D方法中，不需要通过开始时间和结束时间限定组成关系。因为此部分不是叶轮的整个生命期，而是其生命期中特定的一段。所以开始时间和结束时间是此部分的属性。4.3 信息分类事物是指考虑到、意识到或可能被考虑到、意识到的任何事物，包括物质和非物质对象、想法和活动。类是在了解事物本质的基础上，根据一条或多条准则，将事物分为属于类或不属于类的成员。ISO 15926标准通过EXPRESS语言将信息分类，并进行表达25。4.3.1 事物的分类事物是所有数据模型的根类，其分类如图4-2所示。图中箭头代表此数据模型还可以细分。图4-2 事物的分类事物是一切事物的类，是根父类，它只能被细分为可能个体和抽象对象两部分。采用EXPRESS语言对事物的分类进行的表达如下：EXPRESS specification:*) ENTITY thing ABSTRACT SUPERTYPE OF (ONE OF (possible_individual, abstract_object); Id: STRING;record_copy_created: OPTIONAL representation_of_Gregorian_date_and_UTC_time;record_created: OPTIONALrepresentation_of_Gregorian_date_and_UTC_time;record_creator: OPTIONAL possible_individual;record_logically_deleted: OPTIONAL representation_of_Gregorian_date_and_UTC_time;why_deleted: OPTIONAL class_of_information_representation;UNIQUE UR1: id;END_ENTITY; (*4.3.2 可能个体的分类可能个体是指存在于空间和时间中的事物，靠其在时空中的扩展来标识可能个体。两个个体不会具有完全相同的时空集。日常生活中的物理事物就是可能个体，例如，编号为#1234的泵就是一个可能个体。与之相反的是抽象对象，抽象对象是不存在于时空中的事物。类，关系和多维对象都是一类抽象对象。可能个体用EXPRESS语言表达如下：EXPRESS specification:*)ENTITY possible_individualSUBTYPE OF (thing);END_ENTITY;(*可能个体的分类如图4-3所示图4-3 可能个体的分类4.3.3 类的分类类是对事物本质的一种理解，类普遍没有时空扩展，但是类可以包含有涉及时间和空间的判据，例如，五月的耗煤量就是一个类。类用EXPRESS语言表达如下：EXPRESS specification:*)ENTITY classSUPERTYPE OF (role_and_domain ANDOR cardinality ANDORONE OF (class_of_individual,class_of_abstract_object)SUBTYPE OF (abstract_object);END_ENTITY;(*类的分类如图4-4所示：图4-4 类的分类4.3.4 关系的分类关系是事物之间相互作用、相互影响的状态，它指出一个事物与另一个事物有关。在ISO15926中，关系定义为对有序对的分类。有序对不断被重复以记录其他关系。同一分类的任何两个关系都不会包括具有相同次序的相关有序对。次序可以将某一角色分配给相关的事物。例如，以“泵”与“#1234”组成有序对，“泵”扮演该类的角色，“#1234”则为分类关系的成员。关系用EXPRESS语言表达如下：EXPRESS specification:*)ENTITY relationshipABSTRACT SUPERTYPE OF (ONEOF (approval, cause_of_event,class_of_relationship_with_signature,classification,comparison_of_property,composition_of_individual,connection_of_individual,functional_mapping,indirect_property,individual_used_in_connection,intended_role_and_domain,involvement_by_reference,lifecycle_stage,other_relationship,possible_role_and_domain,recognition,relative_location,representation_of_thing,responsibility_for_representation,specialization,temporal_sequence,usage_of_representation) SUBTYPE OF (abstract_object);END_ENTITY;(*关系的分类如图4-5所示：图4-5 关系的分类续图4-5 关系的分类续图4-5 关系的分类续图4-5 关系的分类4.4 信息表达信息，从其本质上来讲，就是已知事物间的关系。它可以从不同精确程度来表达。其中最不精确的表达方式就是使用自然语言中的词语进行表达。因为自然语言中同一词汇会表达多种含义，对同一事物也会存在多种表达，同时每个人习惯的表达方式也各不相同。这使得不同的人会对同一句话所表达的信息产生不同的认识。为了使得信息表达更为精确，ISO 15926为流程工厂提出了“本体”的概念，并基于此，由万维网联盟（World Wide Web Consortium，简称W3C）建议发布了RDF、OWL等语义Web（Semantic Web）。4.4.1 本体在信息科学领域，本体是指一种“形式化的，对于共享概念体系的明确而又详细的说明”。本体提供的是一种共享词表，也就是特定领域中那些存在着的对象类型或概念及其属性和相互关系26。本体是一种特殊类型的术语集，是对特定领域中某套概念及其相互间关系的形式化表达，具有结构化的特点，且更加适合在计算机系统中使用。人们以自己兴趣领域的知识为素材，运用信息科学的本体论原理而编写出来的作品就是本体27。本体一般可以用来针对该领域的属性进行推理，也可用于定义该领域（也就是对该领域进行建模）28。此外，有时人们也会将“本体”称为“本体论”。作为一种关于现实世界或其中某个组成部分的知识表达形式，本体目前的应用领域包括：人工智能、语义网、软件工程、生物医学信息学、图书馆学、信息架构等。4.4.2 资源描述框架（RDF）为了使信息交换中信息的表达更精确， W3C于2004年初发布了RDF，即资源描述框架（Resource Description Framework）。RDF采用“主体-属性-客体”这样的三元组对信息资源进行表达。因为表达信息的数据都可以看成元数据，所以RDF可以理解为一种普遍的元数据描述框架。RDF提供了针对数据的模型以及语法，这样独立的团体们就可以交换和使用它。同时RDF被设计为可被计算机阅读和理解，W3C推荐以XML形式表示RDF，但在应用中并不排除采用其它形式来表示。RDF提供了元数据描述的一种框架容器，为计算机进行语义理解提供了一种基础的描述结构，构成了W3C倡导的语义Web的基础。RDF是一种图形化的语言，同时也是本体的基本语言，它用来表达Web资源的信息，RDF用一种描述语言把Web资源信息刻画成属性与属性的值。即上文提到的“主体-属性-客体”的三元组。但是信息资源纷繁复杂，需要一个标识ID号，用以标识资源，确定资源的唯一性。RDF用URI，即通用资源标识符（Uniform Resource Identifier），来定位标识资源。但在实际应用中，RDF更多是使用URIRefs来标识资源的。URIRefs是由URI本身和一个可选的片段标识所组成，它们两者由#分开，如：/people#hasColleague需要注意的是，在RDF中，URIRefs仅用来标识资源，不具有推理关系，比如：/people.html#hasColleague/people.html上述两者没有任何关系，或许/people这个文档里面有hasColleague这个资源，但是RDF会将上述两者作为两个资源处理。具体来说就是，人们方便起见，会把很多资源定义在一个文档里面，这个时候就用这个文档URI加上#，再加上片段标识来表示。如果不按上述方式表达的话，就需要如下表达：/hasColleague.html/people.html这样就相当于定义了两个文档。但是在流程工厂领域内，可能有上万个词汇。如果将每个词汇都定义成单独的文件，那么将有上万个文件，这会造成极大的不方便。因此对在RDF中，通常采取第一种表示方式，即使用URIRefs来标识资源。一系列的URIRefs被称作一套词汇。由于RDF可被计算机阅读和理解，因此建立在同一套词汇基础上的RDF可以实现信息交换。4.4.3 网络本体语言（OWL）OWL，即网络本体语言（Web Ontology Language）旨在提供一种可用于描述网络文档和应用中固有的类及其之间关系的语言。它是一个Web本体语言和W3C建议的语义Web，是专为需要处理的应用程序使用的信息29。OWL语言是构建在RDF基础之上的，其实是对RDF(S)进行了语义上的扩展。OWL有非常丰富的建模方法。OWL语言，RDF语言以及XML语言的关系如图4-6所示。OWL语言处于第四层，RDF语言在第三层，XML在第二层。最基本的OWL本体由三个组件构成： 个体，就是面向对象编程中的对象； 属性，在RDF里面表现为资源之间的联系； 类。图4-6 OWL，RDF以及XML的关系4.5 信息交换流程工厂在其全寿命周期中，从设计到基建，从运行到维修，各个阶段都充斥着来自不同单位不同系统的信息。信息交换正是将这些来自不同独立信息源的信息从一个系统转移至另一个系统，从而实现信息共享和信息整合。在信息已进行分类和表达的基础上，ISO 15926-7和ISO 15926-8对信息交换的过程进行了说明。4.5.1 模板一个RDF三元组只能表示一种关系。根据RDF的三元组概念，将n种关系组合到一起使用三元组表达就得到了模板。因此可以定义模板为一组三元组组合，它可以表达比一个三元组更复杂的信息30。在表达信息时，模板还具有以下五个属性： record Copy Created （信息拷贝创建的日期时间） record Created （信息在原始系统中创建的日期时间） record Creator （信息创建原始记录的人或组织或系统标识） logically Deleted （信息被逻辑删除的日期时间。逻辑删除是指信息作为历史记录在系统中仍然可用，但是它不再被认为是有效的陈述，并被认为是非真的） why Deleted （信息被逻辑删除的原因）4.5.2 对象信息模型（OIM）上述的模板其定义是通用的，只要将n个三元组组合到一起就可以得到一个模板。因此模板具有表达随意性，模板所表达的信息严谨程度不高，无法满足流程工厂全生命周期信息集成或交换的需要。造成模板表达信息严谨程度不高的原因是三元组的元数据表达的随意性。使用ISO 15926-4定义的参考数据规范模板中三元组的元数据就得到了OIM，即对象信息模型（Object Information Model）31。离心泵为的对象信息模型（OIM）如图4-7所示。图4-7 离心泵类的对象信息模型离心泵在其生命周期内的所有信息以及关于离心泵的商业信息都通过一组特定的模板予以表达。在这组模板中，离心泵为核心。这组模板的另一个称呼就是这个类的“对象信息模型”。对象信息模型另一个更通用的名字是本体。由上文可知，本体是一个受控词汇表，它形式化的表达了对象和对象之间的关系，同时它具有一套在某一特定领域内使用词汇条目表达含义的语法体系。因此将对象信息模型和ISO 15926-4的参考数据分类合并使用就得到了一种较理想的本体。4.5.3 用户定义本体虽然上述将对象信息模型和ISO 15926-4的参考数据分类合并使用可以得到较理想的本体。但是在有情况下这还是不够的。比如，当离心泵提供商想要进一步描述其产品与众不同的特性时，上述本体可能无法满足其需求，因此离心泵提供商需要在上述本体的基础上进一步详细说明。这就是用户自定义本体。用户自定义下本体的扩展如图4-8所示：图4-8 本体的扩展4.5.4 Faade在流程工厂的信息表达后，为了使这些信息加入互联网，以实现信息的集成和交换，ISO 15926设计了Faade的概念。一个Faade就是一个可以存储三元组的Web服务器，它具有标准的组织形式以及应用程序接口（API）。所有的Faade都是标准化的，同时其逻辑结构也是一致的。虽然它们的技术实施可能不同（比如以不同的语言实现，如Java），但是其行为方式是一致的。因此所有的Faade间可以进行通信，其通信过程如图4-9所示。对于Faade最重要的一点就是在许可的条件下，它可以和其他Faade进行通信。出于信息安全考虑，这里的许可条件变得很重要。各个Faade可以进行何种活动是受CPF服务器控制的。CPF的是指参与Faade的集群（Confederation of Participating Faade）。一些大型集群会包括几百个Faade服务