ГОСТ Р 71063-2023 Информационные технологии. Робототехнические комплексы. Интероперабельность. Общие положения

        ГОСТ Р 71063-2023

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Информационные технологии

РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ. ИНТЕРОПЕРАБЕЛЬНОСТЬ

Общие положения

Information technologies. Robotic complexes. Interoperability. General provisions

ОКС 35.240.50

Дата введения 2024-01-30

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "Информационно-аналитический вычислительный центр" (ООО ИАВЦ)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 022 "Информационные технологии"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 октября 2023 г. N 1297-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

Введение

Роботизация представляет одно из важнейших направлений цифровой трансформации промышленности, частью которых являются робототехнические комплексы (РТК).

В комплексе стандартов ГОСТ Р 60 целью является повышение интероперабельности роботов и их компонентов, а также снижение затрат на их разработку, производство и обслуживание за счет стандартизации и унификации процессов, интерфейсов и параметров. Однако в этом комплексе не приведены рекомендации по интероперабельности.

В условиях развивающейся цифровизации промышленных производств интероперабельность играет ключевую роль при создании, развитии и объединении роботов в РТК, ячейки и линии (см. [1] и [2]).

Обеспечение интероперабельности РТК является одной из главных основ формирования и развития информационного общества, цифровой трансформации промышленности, оборонно-промышленного комплекса.

Разнородные роботы, РТК, ячейки (с программным управлением (см. [3], [4]), искусственным интеллектом (см. [5]) и т.д.) должны взаимодействовать друг с другом, причем уровень гетерогенности среды, в которой они будут функционировать, будет постоянно расти.

Наличие стандартов является необходимым, но недостаточным условием обеспечения интероперабельности РТК, для которого необходим определенный подход (методика). В качестве такого подхода в настоящем стандарте используется подход, зафиксированный в ГОСТ Р 55062. Подход относится к информационным системам самого широкого класса, т.е. представляет собой метатехнологию и апробирован на различных объектах. ГОСТ Р 55062 не имеет прямых зарубежных аналогов, прошел апробацию и относится к стандартам двойного назначения.

Интероперабельность должна достигаться на трех уровнях: на нижнем - техническом, на среднем - семантическом и верхнем - организационном, где используют не стандарты (нормативно-технические документы), а нормативно-правовые документы, такие как соглашения, постановления, приказы и др.

Подход включает ряд этапов, ключевым из которых служит построение профиля интероперабельности. В основе построения профиля лежит использование согласованного рационального набора стандартов. Специфика применения подхода по обеспечению РТК проявляется в составе стандартов и других документов, входящих в профиль.

Таким образом, настоящий стандарт представляет собой адаптацию положений ГОСТ Р 55062 применительно к РТК.

1 Область применения

Областью применения настоящего стандарта являются робототехнические комплексы (РТК).

Целью настоящего стандарта является определение общих положений по обеспечению интероперабельности РТК, промышленных РТК, промышленных роботизированных ячеек в ходе их создания, развития и применения.

Настоящий стандарт определяет:

- основные понятия, связанные с понятием РТК и "интероперабельность";

- модель интероперабельности РТК;

- единый подход (методику) к обеспечению интероперабельности РТК и их компонентов в промышленных средах;

- основные этапы по достижению интероперабельности РТК.

Настоящий стандарт предназначен для заказчиков, поставщиков, разработчиков, потребителей, а также персонала, сопровождающего РТК в промышленных средах (см. [6]). Настоящий стандарт не относится к другим классам РТК, кроме промышленных.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 1.12 Стандартизация в Российской Федерации. Термины и определения

ГОСТ Р 60.0.0.2 Роботы и робототехнические устройства. Классификация

ГОСТ Р 55062 Информационные технологии. Интероперабельность. Основные положения

ГОСТ Р 70569 Информационные технологии. Сетецентрические информационнно-управляющие системы. Интероперабельность

ГОСТ Р ИСО/МЭК 25010 Информационные технологии. Системная и программная инженерия. Требования и оценка качества систем и программных средств (SQuaRE). Модели качества систем и программных продуктов

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 1.12, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1

3.2 адаптивные роботы (роботы 2-го поколения) (adaptive robots): Промышленные роботы, приспособленные к изменяющейся внешней среде и не требующие точного позиционирования деталей (могут включать в себя локационные и тактильные системы, системы технического зрения).

3.3

3.4

Примечание - Сущность в робототехнических комплексах: промышленные роботы, рабочие органы.

3.5

3.6

3.7 датчик робота (robot sensor): Измерительный преобразователь, предназначенный для получения внутренней и внешней информации о состоянии робота и окружающей среды для управления робототехническим комплексом.

3.8 интеграция робототехнического комплекса (integration of the robotic technological complexes): Процесс объединения робототехнического комплекса с другим оборудованием или с другой машиной (включая других роботов) с целью создания прикладной робототехнической системы, способной выполнять полезную работу.

3.9

3.10 интеллектуальные роботы (роботы 3-го поколения) (intelligent robots): Промышленные роботы, которые могут распознавать объекты и их состояние, и на основе этого распознавания автоматически определять действия, которые им следует выполнить.

3.11 интеллектуальная система управления транспортными средствами (intelligent vehicle management system): Система управления, интегрирующая современные информационные и телематические технологии и предназначенная для автоматизированного поиска и принятия к реализации максимально эффективных сценариев управления робототехническими комплексами.

Примечание - Экономический эффект как целевая функция автоматизации.

3.12

3.13

3.14 комплексирование датчиков (sensor fusion): Процесс получения обобщенной и улучшенной информации с помощью интеграции информации от нескольких датчиков.

3.15 карта [модель] внешней среды (environment map/environment model): Карта или модель, описывающая внешнюю среду и ее характерные особенности.

Пример - Карта с координатной сеткой, геометрическая карта, топологическая карта, семантическая карта.

3.16

3.17

3.18

3.19 наземный промышленный робот; НПР (ground-based industrial robot): Робот, находящийся в постоянном контакте с поверхностью.

3.20

3.21

3.22

3.23

Примечания

1 Данный тип программы обычно создается после установки робота и может модифицироваться под определенные условия обученным специалистом.

2 Задание определяет конкретные действия в рамках области применения, под которой понимается обобщенное поле деятельности.

3.24

Примечания

1 Промышленные роботы (ПР) подразделяют:

- на промышленные манипуляционные роботы, выполняющие основные технологические операции;

- промышленные транспортные роботы, осуществляющие внутрицеховые и межцеховые перемещения грузов.

2 В состав промышленного робота входят:

- манипулятор, включая приводы;

- контроллер, включая пульт обучения и любой коммуникационный интерфейс (аппаратный и программный).

3 Принято делить на ПР 1, 2 и 3-го поколения.

Роботы 1-го поколения имеют "жесткое" программное управление и требуют точного позиционирования деталей, с которыми работают (методы обучения).

3.25

Примечание - На транспортном роботе могут быть установлены манипуляционный робот или иное устройство для выполнения погрузо-разгрузочных операций.

3.26

Примечание - По способу установки на рабочем месте промышленные роботы подразделяют на:

- напольные промышленные роботы;

- подвесные промышленные роботы;

- встроенные промышленные роботы.

3.27 промышленная роботизированная ячейка (industrial robot cell): Один или несколько промышленных робототехнических комплексов, включая связанные с ними машины и оборудование, а также соответствующее защищенное пространство и защитные меры.

3.28

3.29

3.30

3.31 робототехнический комплекс; РТК (robotic technological complexes): Автономно действующее средство производства, состоящее из одной или группы единиц производственного оборудования и взаимодействующее с одним промышленным роботом, включающее набор вспомогательного оборудования, для обеспечения автоматического цикла работы внутри комплекса.

Примечание - Состав РТК: манипулятор, исполнительное устройство (программа выполнения задания, управляющая программа, искусственный интеллект, АСУ, промышленный робот, рабочий орган), измерительные устройства (датчики и т.д), вспомогательное оборудование (например, контроля параметров безопасности функционирования РТК).

3.32

3.33

3.34

3.35

Примечание - Данный тип программы обычно создается до установки и впоследствии может модифицироваться изготовителем.

3.36

3.37

3.38

4 Сокращения

В настоящем стандарте использованы следующие сокращения:

5 Общие положения

Для обеспечения соответствия настоящему стандарту любое конкретное решение по достижению интероперабельности РТК должно быть получено разработчиком РТК на основе единого подхода, содержащего ряд основных и вспомогательных этапов, определенных в ГОСТ Р 55062 и адаптированных к РТК настоящим стандартом.

К основным этапам такой адаптации относятся:

- разработка концепции интероперабельности РТК;

- построение архитектуры интероперабельности РТК;

- построение проблемно-ориентированной модели интероперабельности РТК;

- построение профиля интероперабельности РТК;

- программно-аппаратная реализация РТК в соответствии со стандартами, входящими в профиль;

- аттестационное тестирование.

К вспомогательным этапам относятся:

- разработка документа, содержащего план (дорожную карту) разработки стандартов;

- разработка необходимых национальных стандартов;

- разработка терминов и определений (глоссария).

6 Методика обеспечения интероперабельности робототехнических комплексов

Рисунок 1 - Методика обеспечения интероперабельности робототехнических комплексов

6.1 Создание концепции интероперабельности РТК

6.1.1 Концепция интероперабельности РТК, включая промышленные РТК, должна представлять собой нормативный документ, отражающий все возможные точки зрения и все аспекты обеспечения интероперабельности РТК, учитывать карту внешней среды, особенности интеллектуальной системы управления транспортными средствами, комплексирование датчиков робота, общую целостность.

6.1.2 В концепции интероперабельности конкретных РТК должно быть конкретизировано определение понятий "интероперабельность" и "робототехнические комплексы", данное официальной организацией по стандартизации. Наряду с понятием "интероперабельность" допустимо использовать еще целый ряд родственных понятий, такие как совместимость на уровне протоколов передачи данных (coexistent), способность к соединению (interconnectable), способность к взаимодействию (interworkable).

6.1.3 В концепции необходимо отметить также разницу между интегрированными системами и интероперабельными системами РТК (см. [7], [8]). Интегрированная система предполагает, что входящие в нее подсистемы работают по согласованному алгоритму или, другими словами, имеют единую точку управления. В интероперабельной системе РТК входящие в нее подсистемы работают по независимым алгоритмам, не имеют единой точки управления, все управление определяется единым набором используемых стандартов - профилем.

6.1.4 Концепция интероперабельности РТК должна содержать краткое описание всех этапов обеспечения интероперабельности РТК.

6.1.5 Концепция должна содержать оценку экономического эффекта от достижения интероперабельности РТК. Основной источник экономии при создании интероперабельных систем РТК - отсутствие необходимости разрабатывать дополнительные интерфейсы (переходные модули, шлюзы).

6.1.6 В концепции указывают барьеры, препятствующие достижению интероперабельности РТК, и подходы к их преодолению (см. ГОСТ Р 55062).

6.1.7 В концепции должно быть указано, что интероперабельность РТК не является абсолютным понятием и имеются возможности количественной оценки степени интероперабельности. Для количественной оценки интероперабельности целесообразно использовать положения ГОСТ Р ИСО/МЭК 25010.

При необходимости в концепцию интероперабельности РТК могут быть включены дополнительные положения, например положения о защите информации при внедрении РТК и др.

6.1.8 В концепции следует подчеркнуть требования о необходимости достижения интероперабельности РТК на трех уровнях: техническом, семантическом и организационном.

6.1.9 Концепция может быть оформлена как самостоятельный нормативный документ.

6.2 Построение архитектуры

6.2.1 Архитектура - это фундаментальная организация РТК, реализованная в компонентах, их взаимосвязях друг с другом и с окружающей средой, и руководящие правила проектирования и развития РТК. Следует учитывать мировую тенденцию к переходу от "классической" иерархической архитектуры к сетецентрической (см. ГОСТ Р 70569).

6.2.2 Роботы, а также РТК, представляют весьма широкий класс объектов, имеющих свои подклассы, к которым относятся адаптивные роботы, интеллектуальные роботы, наземные промышленные роботы, сервисные роботы и др. С точки зрения решения проблемы интероперабельности каждый РТК класс объекта следует представить в рациональном наборе принятых стандартов - профилях.

6.3 Построение проблемно-ориентированной модели интероперабельности

Проблемно-ориентированная модель может иметь ряд уровней интероперабельности за счет "расщепления" уровней эталонной модели в зависимости от вида интероперабельности. К этим видам могут относиться: динамическая, концептуальная, интеграционная интероперабельность (см. ГОСТ Р 55062).

Для обеспечения интероперабельности РТК окончательные технические решения должны выбираться с учетом (см. ГОСТ Р 55062) проблемно-ориентированной модели интероперабельности (этап 3 на рисунке 1). Проблемно-ориентированная модель интероперабельности РТК представлена на рисунке 2.

Данная проблемно-ориентированная модель интероперабельности РТК построена с применением перечня ключевых компонентов, приведенных в ГОСТ Р 60.0.0.2.

Рисунок 2 - Проблемно-ориентированная модель интероперабельности робототехнических комплексов

6.4 Построение профиля интероперабельности РТК

Профиль интероперабельности РТК - это согласованный рациональный набор стандартов, расположенных по уровням проблемно-ориентированной модели интероперабельности РТК. Процесс построения профиля интероперабельности РТК, в сущности, такой же, как при построении профиля организации-пользователя, описанного в ГОСТ Р 55062. Этот процесс состоит в последовательной идентификации требований к РТК, требований к процессам и службам, необходимым для выполнения этих требований. Его можно представить в виде ряда этапов. На заключительном этапе и происходит построение профиля. В профиль интероперабельности РТК должны входить ГОСТ Р и другие документы национальной системы стандартизации в области интероперабельности, стандарты серии Р 60, предназначенные для повышения интероперабельности роботов и их комплексов. Кроме стандартов технического уровня в профиль могут входить стандарты и нормативно-правовые документы верхних уровней модели.

Примечание - На семантическом уровне в профиль должны быть включены стандарты о качестве данных, синтаксисе, семантическом кодировании и соответствии спецификации данных. На организационном уровне в профиль должны быть включены нормативно-правовые документы (см. [5]).

6.5 Реализация

В концепции на этапе реализации должны определяться принципы компоновки программно-аппаратных средств РТК в соответствии со стандартами, вошедшими в профиль интероперабельности РТК.

6.6 Аттестационное тестирование

Концепция должна учитывать, что аттестационное тестирование технической, семантической (включая синтаксическую) и организационной интероперабельности РТК необходимо проводить регулярно, на каждой итерации создания (модернизации) системы РТК.

6.7 Вспомогательные этапы

Для успешной реализации процесса достижения интероперабельности РТК необходимо создание "Дорожной карты" (план разработки стандартов) (этап 7) и разработка необходимых национальных стандартов (этап 8), которые следует постоянно актуализировать.

Кроме того, необходима разработка глоссария (термины и определения) (этап 9) в целях обеспечения взаимопонимания всех участников (разработчики РТК, поставщики операционных систем и программно-аппаратных средств для роботов, пользователи) на каждом этапе достижения интероперабельности РТК.

Библиография