GB T 19902.5-2011 工业自动化系统与集成.制造软件互操作性能力建规.第5部分：基于多能力类结构进行专规匹配的方法学.pdf

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1、ICS 25.040.01 N 10 远望国家标准和国+1: ./、中华人民GB/T 19902.5一2011/ISO16100-5: 2009 工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第5部分:基于多能力类结构进行专规匹配的方法学Industrial automation systems and integration-Manufacturing software capability profiling for interoperability-Part 5: Methodology for profile matching using multiple capability clas

2、ses structures (lSO 16100-5: 2009 , IDT) 2011-12-30发布数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会2012-05-01实施发布GB/T 19902.5-2011/ISO 16100-5:2009 目次前言.皿引言.N 1 范围2 规范性引用文件3 术语和定义4 缩略语-5 在MSU和制造应用中涉及到的多个CCS.5.1 专规匹配的概念.2 5.2 MSU的重用5.3 MSU的注册5.4 使用可重用的MSU来满足新的制造应用的需求45. 5 制造领域数据45. 6 把能力类映射到MDD6 能力建规的方法和规则.6.1

3、MSU能力建规模板6.2 CCS模板.6.3 能力专规模板.10 6.4 MDM模板206.5 MDD模板237 基于多能力类结构的专规匹配.M7.1 能力专规匹配过程.24 7.2 匹配报告278 一致性. . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 附录A(资料性附录)生成MDM和MDD的过程.附录B(资料性附录)基于多能力类进行专规匹配的样例.34 参考文献.48 I G/T 19902.5-20门/ISO16100-5: 2009 目U吕GB/T 19902(工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规已经或计划发布以下部分:一一第1部分:框架;一一第2部

4、分:建规方法论;一一第3部分:接口服务、协议与能力模板;一一第4部分:一致性测试方法、判则及报告;第5部分:基于多能力类结构进行专规匹配的方法学;一一第6部分:基于多能力类结构进行专规匹配的接口服务和协议。本部分为GB/T19902的第5部分。本部分按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本部分使用翻译法等同采用ISO16100-5: 2009(工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第5部分:基于多能力类结构进行专规匹配的方法学(英文版)与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:GB/T 19902.2-2005 工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第2

5、部分:建规方法论(lSO16100-2: 2003 , IDT) GB/T 19902.3-2006 工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第3部分z接口服务、协议及能力模板(lSO16100-3:2005 , IDT) GB/T 19902.4-2010 工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第4部分:一致性测试方法、判则及报告(lSO16100-4:2006 ,IDT) 本部分的技术内容和组成结构与ISO16100-5: 2009(工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第5部分:基于多能力类结构进行专规匹配的方法学(英文版)相一致，只在需要的地方，做了个别编辑性修改:a)

6、 大写的英文缩写保留英文原名，去掉ISO前言。b) 将本国际标准和ISO16100改为GB/T19902。将ISO16100-5改为GB/T19902的第5部分或GB/T19902.5 0 c) 将规范性引用文件中已转化为国家标准的国际标准编号改为国家标准编号，未转化的国际标准保留。d) 删去了原文中不符合我国标准编写的字句。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国自动化系统与集成标准化技术委员会(SAC/TC159)归口。本部分负责起草单位:北京机械工业自动化研究所、东南大学。本部分主要起草人:王茜、黎晓东、杨书评、高雪芹、远铮。皿GB/T 19902.5-2011/ISO 16100-

7、5:2009 51 本国家标准编写的动机源于ISO/TC184/SC 5的战略计划讨论中描述的工业和经济环境，特别是za) 日益增长的供应商特有的解决方案;b) 应用标准时用户遇到的困难;c) 需要向系统集成工具模块集迁移;d) 认识到应用软件及使用该软件的专业知识乃是企业的资产。GB/T 19902是用于对软件能力进行规范化描述的国家标准，这种描述是计算机可解释的并且是人可读的。它的目标是提供一个用于描述制造软件能力的方法，这些能力与其在整个制造业应用生命周期中的任务相关，不依赖于特定的系统体系结构或实现平台。这可以降低制造应用程序用户和供应商/提供商的生产和信息管理成本。GB/T 1990

8、2中本部分的某些图表是根据UML的约定构造的。因为并不是图表中包含的所有概念在文中都有解释，故假定读者对UML有一定的了解。凹附录A描述了产生制造领域模型(MDM)和制造领域数据(MDD)的过程。附录B给出了多能力类专规匹配的例子。GB/T 19902.5-2011/ISO 16100-5:2009 1 范围工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第5部分:基于多能力类结构进行专规匹配的方法学GB/T 19902的本部分描述了源自多个能力类结构的已有MSU能力专规和所需的能力专规匹配的方法和规则。这些方法和规则可以用来评估制造应用中的MSUs的互操作性以及某些情况下的互换性。以下内容不属于

9、GB/T19902本部分的范围:创建、注册和访问参考制造领域模型、制造领域数据以及能力类结构的各种模板的服务;一一GB/T19902.3中定义和指定的类型1服务的一致性测试表;一一在数据库或等同的对象库中管理这些模板所需要的其他服务。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是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。GB/T 19902.2一2005工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第2部分:建规方法论(ISO16100-2:2003 ,IDT) GB/T 19902.3-2006 工业自动化系

10、统与集成制造软件互操作性能力建规第3部分:接口服务、协议及能力模板(ISO16100-3: 2005 , IDT) GB/T 19902.4一2010工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第4部分:一致性测试方法、判则及报告CISO16100-4:2006 ,IDT) IS0 16100-1 工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第1部分z框架CIndustrialautomation systems and integration-Manufacturing software capability profiling for interoperability-Part 1: Fr

11、amework) 3 术语和定义IS0 16100-1、GB/T19902.2、GB/T19902.3和GB/T19902.4中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3. 1 能力类capability class 能力专规方法中的元素，描述了制造活动中与软件单元的任务相关的功能和行为。在能力继承结构中表示并且在能力聚集结构中部署。注1:在用于不同的制造活动中时MSU的角色会改变，然而MSU对应的能力类在继承结构中的位置是唯一的，但是可以认为在聚合结构中处于不同的位置，注2:在本部分中，能力类模板等同于能力模板(见GB/T19902.2-2005中6.3能力模板的要求)。根据GB/T19902

12、.2-2005中3.3改编1 GB/T 19902.5-2011 /ISO 16100-5: 2009 3.2 3.3 能力类结构摸板capability class structure template 表示能力类层次结构的XML模式。制造领域数据manufacturing domain data UML类表示的信息，这些信息包括:特定制造领域中的制造资源、制造活动或制造资源间交换的内容。3.4 3.5 3.6 制造领域数据模板manufacturing domain data template 表示制造领域数据的XML模式。制造领域模型manufacturing domain model

13、制造领域的一种特殊视图，由制造领域数据及它们之间的关系组成，并与该领域的应用相对应。制造领域模型模板manufacturing domain model template 表示制造领域模型的XML模式。4 缩略语下列缩略语适用于本文件。CCS:能力类结构CCapabilityClass Structure) C曰:实现的一致性声明CConormanceStatement for the Ir即lementation)MDD:制造领域数据CManufacturingDomain Data) MDM:制造领域模型CManufacturingDomain Model) MSU:制造软件单元CManu

14、facturingSoftware Unit) UML:统一建模语言CU nuied Modeling Language) XML:可扩展标记语言(eXtensibleMarkup Language) 5 在MSU和制造应用中涉及到的多个CCS5. 1 专规匹配的概念图1说明了基于多能力类结构来进行专规匹配的概念。注，:提供的MSU的能力类结构(图左)被认为是基于存在的通用的能力类继承树的。注2:实际的专规匹配过程使用和XML模式匹配相同的算法。5.2 MSU的重用为了提高制造应用开发的效率，己部署到类似的制造应用中的MSU应当能够被重用。MSU的用户只需考虑把如下的MSU做为候选:即那些其能

15、力专规(见图1的左边)能满足用户定义的能力专规(见图l的右边)匹配准则的MSUo本部分说明了当被匹配的能力类结构不同时的专规匹配的过程，因而带来更多的可供重用的MSU。Z GB/T 19902.5-2011/ISO 16100-5:2009 MSU供应者注册或者搜索能力类结构MDM#a g ( 瞄酬#N的都) 。分析建模(根据ISO16100) 。集成MSUs制造应用#N图1基于多能力类结构进行专规匹配的概念5.3 MSU的注册MSU提供方注册MSU以使得它们能够被众多的潜在用户获得。MSU提供方应该遵循以下步骤来准备和注册MSU:a) 分析MSU适用的活动。MSU可以适用于一个或多个活动。3

16、 GB/T 19902.5-2011/ISO 16100-5:2009 b) 确定与每一个活动对应的能力类并且搜索相关联的能力类所属的CCS。如果一个MSU能适用于两个或多个活动，那么那些活动可以属于相同的CCS或者不同的CCS。c) 为每一个己确定的能力类选择能力模板。d) 如果没有合适的CCS，就构建合适的CCS并且使用适当的数据库管理方法来注册它。然后，产生相应的模板并类似地注册它。e) 通过填写步骤c)中选中的模板或者步骤d)中新建的模板来创建MSU能力专规，并使用适当的数据库管理方法来注册模板。5.4 使用可重用的MSU来满足新的制造应用的需求当开发一个新的制造应用时，MSU的用户应

17、当遵循以下步骤:a) 分析制造应用的功能上的能力需求并且创建一棵活动树。b) 使用现有的或新的能力类来创建一个CCS，以匹配步骤a)中创建的活动树，或者使用GB/T 19902. 2中的方法学来选择一个已有的CCS。c) 对创建的或选择的CSS中的每一个能力类，填写相应的能力类模板以创建所需的能力专规。d) 使用在GB/T19902中描述的2型能力专规匹配器，比较可用的MSU的能力专规和所需的能力专规，以寻找匹配所需的能力专规的那些现有的MSU。e) 选择能满足新的制造应用需求的现有的MSU。f) 如果没有找到满足需求的MSU，就开发这些缺少的MSU。g) 结合步骤e)中重用的MSU和任何步骤

18、。中开发的MSU来满足新的制造应用的需求。图2说明了应用图l中的概念来开发一个新的制造应用。5.5 制造领域数据图3说明了MDD，MDM，CCS，能力类以及它们与其他制造领域元素的关联。MDD代表不同类型的制造信息，包括那些一个应用内或应用间的资源间所交换的信息。图4给出了一个有多个MDD的MDM的结构示例，在附录A中叙述了MDM创建者创建MDM和MDD需遵循的流程。在特定的制造领域内，MDM创建者可以把一个制造应用描绘成一组MDDoMDD提供关于制造应用诸多方面的信息，例如:a) 制造资源(例如，MSU，设备，自动化装置，人员，材料，在制品清单hb) 制造过程(例如，操作，活动hc) 交换的

19、制造信息(例如，产品数据，配方，制造数据，质量数据hd) 资源、过程以及交换的信息之间的关系(例如，数据流，网络配置，工作流)。图5中每一个特定制造领域内的MDD都由属性和一组与域中其他的MDD关联的关联类组成。关联类中的关联约束和关联类型属性描述了特定MDM中MDD之间可能的关联。MDM创建者应当描述性地为制造功能或制造活动间交换的MDD命名，以使得每一个MDD在目标制造领域内是唯一的。图5说明了MDM与特定的制造领域内至少2个MDD之间的关系。这些MDD能够典型地组成树形结构，而且它们之间有关联，关联受到图5中关联类的约束。还有这种可能性，那就是把特殊的类定义指定为外部的类，这些外部类来自

20、于某些相关的标准、可应用于一个特殊制造领域。4 注册现有的MSU的流程EEEEEEEBEBEE-,EEBEEtAEEBBEEE / / -才M 于用被板模种4素、川盯冗m下la吨以创构含字结包名类当的力;玩札应者能板板模模构砂建个模模MD板结巴多S力3D板DE模念时C在C能MmMSE模存盯书hb当uwdE1呵，nt严HM户HU8 GB/T 19902.5-2011/ISO 16100-5:2009 b) CCS ID; c) 每个能力类的ID;d) 每一个能力类的父节点ID(根结点的父节点ID值为空he) 每个能力类的子节点ID(s)。图7说明了CSS模板的概念结构。6.2.2 形式化结构CC

21、S Creator Name CCSIO CCS Root Node 10 Capability Class 10 Parent Node 10(s) Child Node 10(s) 图7CCS摸板的概念结构MSU提供方或MSU用户应当使用XML模式来描述CCS模板。CCS模板的形式化结构应当如下:(? xml version = 1. 0 encoding = UTF-S?) (xs: schema xmlns :xs = http:/www. w3. org/Z001/XMLSch四a)(xs:element name = CapabilityClassStructure) (xs:co

22、mplexType) (xs:sequence) (xs: element name = CCS_Creator_Name) (xs:complexType) (xs:attribute n皿e= name type = xs: string form = unqualified /) (/xs:complexType) (/xs: el田lent)(xs:element name = CCS_ID) (xs:complexType) (xs :attribute name = id type = xs: string form = unqualified /) (/xs:complexTyp

23、e) (/xs:element) (xs : element name = CCS_Root_Node_ID) (xs:complexType) (xs :attribute name = id type = xs: ID form = unqualified/) (/xs:complexType) (/xs: element) (xs:element name= Capability_Class type= RecursionType/) (/xs:sequence) (/xs:complexType) (/xs: el四ent)(xs :complexType name =咱ecursio

24、nType)(xs:se( lence) 9 GBjT 19902.5-2011jISO 16100-5 :2009 (MSU_Capability ID = MSU81-0001 (id = pilot_only / (/MSU_Capability (ReferenceCapabilityClassStructure/ (TemplateID id = A11 / (Capability_Class_Name name =且11_ReceiveOrder_且ctivity/(Reference_Capability_Class_Structure_Name n四e=阻SSW_Structu

25、re/(Version major= 1 minor= 1/ (Owner (nameMES Product Inc. (jname (cityTokyo(/city (countryJapan(/country (jOwner (ReferenceDictionaryName/ (NumberOfProfileAttributes/ (NumberOfMethods/ (NumberOfResources/ (NumberOfConstraints/ (NumberOfExtensions/ (NumberOfLowerLevels/ (NumberOfSubtemplatesAtNextL

26、owerLevel/ (jCommon (Specific ( MDD_Description_Format format_name =飞ist_Of_MDD_Objec时，/ ( MDD Description (List_Of_MDD_Objects 阻止Namen四e= product order (plan) action =飞et/(MDD_Name n皿e=operating instruction (plan) action= Get/ (MDD_N四ename = it四action = Get / (/List_of_MDD_Objects (/ MDD Descriptio

27、n (jSpecific (/CapabilityProfile (/CapabilityProfiling B.3 需求能力专规样例B. 3.1 系统请求说明的活动树样例图B.5给出了系统集成师所需的MES包的制造活动树的一个示例。提供应用图且1中的l1DM模型，这个所需的岛1ES包被分解为生产操作管理活动模型的6个活动。通过分析每一个活动的功能，这6个活动被进一步分解为子活动。表B.2列出了这些活动和子活动，以及每一个子活动的MDD和行为。40 调度管理B1 制造数据获取B6 制造定义管理B2 GB/T 19902.5-2011月SO16100-5:2009 制造安排B4 报告制造状态B1

28、3 圄B.5MES包B的活动树制造数据获取B6 41 GB/T 19902.5-2011/ISO 16100-5 :2009 表B.2MES包B(见图B.5)的分解ID 活动名涉及到的MDD行为Bl 调度管理产品订单(计划)Get Bll 接收制造说明操作说明(计划)Get 物品Get 操作说明(计划)Set 操作方法(计划)Set B12 调度分配计划)Set 设备Set 操作说明(计划)Set 操作方法(结果Get B121 根据制造状态重新调度操作方法(计划)Set 分配(结果)Set 设备Set 操作说明(计划)Set 操作方法(计划)Set 分配(结果)Set B122 根据制造性能

29、重新调度设备Set 产品订单(结果)Get 产出(结果)Get 物质Get 操作说明(结果)Set B13 报告制造状态操作方法结果)Set 产品订单(结果)Set 操作说明(结果)Set B14 报告制造性能投入结果Set 产出(结果)Set 物质Set B2 制造定义管理操作方法(计划)Set B21 获取操作配方配方(计划)Get B3 资源管理实际设备Set B31 获取制造资源的可用性状态(计划)Get 42 GB/T 19902.5-20门/ISO16100-5: 2009 表B.2(续)ID 活动名涉及到的MDD行为实际设备Get B32 接收状态改变的报告状态(结果)Get 操

30、作方法(结果Get 分配(结果)Get B321 接收操作完成的报告实际设备Get 状态(结果)Get 实际设备Get B322 接收警报的报告状态(结果)Get 产品订单(结果)Get 操作说明(结果)Get 操作方法(结果)Get B323 接收质量信息产出(结果Get 物质Get 质量值(结果)Get B4 制造安排操作方法(计划)Get 分C计划)Set B41 分配制造资源实际设备Set 配方(计划)Set B5 制造执行管理操作说明(计划)Get 操作方法(计划)Set B51 规定操作投入(计划tl)Set 产出(计划)Set 物品Set 操作方法(计划)Get B511 规定安

31、排投入(计划Set 物品Set 操作方法计划)Get 投入(结果)Set B512 规定操作产出(结果)Set 物质Set 43 GB/T 19902.5-20门/ISO16100-5: 2009 表B.2(续)ID 活动名涉及到的MDD行为操作方法(计划)Get 分配(结果)Set B513 规定运输实际设备Set 物质Set 产品订单(结果Get B52 接收操作完成操作说明(结果)Get 操作方法(结果)Get B6 制造数据获取产品订单(结果)Set 操作说明(结果)Set B61 收集操作性能操作方法(结果)Get 产出(结果)Get 成品Get B.3.2 请求能力专规样例以下XM

32、L描述给出了表B.2中活动Bll的能力专规。(?虹nlversion = 1.0 encod扛19= UTF-8? (CapabilityProfiling xmlns:xsi = http:/www. w3. org/2001/XMLSchema-instancexsi:noNaMESpac eSchemaLocation = C: IS0l6100Cap出ility_T四plate.xsd)(type id= Requirement Profile/) (CapabilityProfile date = 2006-02-10) (pkgtype version = VOl. Ol. 03

33、/) (Common) (Requirement ID = SYS-Req2006-0001) ( id = production_ready /) (/Requirement) (ReferenceCapabilityClassStructure/) (Template_ID id = B11 /) 44 (Capability_Class_Name name = B11_ReceiveOrder_Activity /) (Reference_Capability_Class_Structure_Name name = 阻止Structure/)(Version major= 1 minor

34、= 1/) (Owner) (name)MES User Inc. fname) (city)SoftCity(/city) GB/T 19902.5-2011/ISO 16100-5 :2009 (state)Alabama(jstate) (country)USA(jcountry) (jOwner) (ReferenceDictionaryNamej) (NumberOfProfileAttributesj) (NumberOfMethodsj) (NumberOfResourcesj) (NumberOfConstraintsj) (NumberOfExtensionsj) (Numb

35、erOfLowerLevelsj) (NumberOfSubtemplates且tNextLowerLevelj)(jCommon) (Specific) (Reference_MDM_Name domain_name = MESX Domain Conceputua:l Model j) (MDD_Description_Format format_name = List_of_MDD_Objects j) ( MDD Description ) (List_of_MDD_Objects) (MDD_Name name =平roductorder (plan) action = Get j)

36、 (MDD_Name n四e= operating instruction (plan) action Get j) (MDD_Name n四e= it四action = Get j) (jList_of_MDD_Objects) (j MDD Description ) (jSpecific) (jCapabilityProfile) (jCapabilityProfiling) B.4 使用2型E配器来E配的样例系统集成师基于第7章详述的过程来比较他所需的能力专规(见B.3中的示例)和现有的MSU能力专规(见B.2中的示例)0 2型比较器比较MDD名称以及同每一个子活动相关联的行为。然后，

37、对每一个匹配的子活动，2型匹配器评估击中率，即需求专规中的名称和行为与MSU的专规中的名称和行为相匹配的百分比。图B.6和表B.3给出了2型匹配器评估的一个示例。在图B.6中，2型匹配器己匹配了活动B61和活动A63，两者都有MDD名产品订单(结果)和行为名Set0 2型匹配器计算出击中率为80%，因为活动B61的5个MDD名称和行为名称中的4个也在需求能力专规中。匹配器计算出需求能力专规中与MSU描述的一个活动相匹配的所有活动的击中率，并且生成如表B.3所示的一个报告。匹配器也计算出需求能力专规中活动的匹配度(见7.2)，并且通过给报告单元格加底纹来指明得到了一个完全必须匹配。在活动B61的

38、示例中，尽管只有80%的击中率，但是这4个MDD名称和行为名称与必须功能相关。因此，匹配器给表B.3中的B61-A63单元格加了底纹。45 GB/T 19902.5-2011 /ISO 16100-5: 2009 活动861请求能力专规情况1情况2活动A63MSU能力专规产品订单(结果)Set 861 操作说明(结果)Set 收集操作性能操作方法(结果)Get 产出崎果)Get L.-. 成品Get 34 况一况情一情一一一一一一+产品订单(结果)Set 卜一一一一一一+操作说明(结果)Set 投入(结黠Get A63 产出(结果)Get 一一一一-一一+搜集产品完成的信息物质Get 卜-、-

39、同、飞圄B.6基于2型E配器进行专规述匹配的样例表B.3基于2型匹配器进行专规匹配的结果样例与MSU活动MSU活动(MES包A)相匹配的所需活动A11 A12 A21 A22 A31 A32 A33 A41 A42 A51 A511 A512 A61 A62 A63 B11 100 。B12 。50 100 B121 40 40 Bl22 28 42 B13 。50 B14 。100 B21 100 50 B31 。100 50 B32 50 50 50 B321 25 。50 B322 50 50 50 B323 。B41 25 50 B51 。B511 。B512 75 。B513 50

40、。B52 。B61 20 40 80 当系统集成师分析表B.3时，他将从加有底纹的报告单元格看出7个MSU已经达到了完全必须匹配的程度。因此，这7个MSU可作为被系统集成师使用(可能是重用)以实现其需求的候选，例如用于B.3中的MES包Bc图B.7给出了一个MES包B的制造活动树，该包用到了表B.3中给出的可用的MSU。46 制造数据获取B6 GB/T 19902.5-2011/ISO 16100-5 :2009 !O:酬的MSui iO:脆的MSUi 图B.7标明了重用的和新的MSU的系统请求说明的活动树样例47 GB/T 19902.5-2011/ISO 16100-5 :2009 参考文

41、献lJ 1SO 15745-1 1ndustrial automation systems and integration-Open systems application in tegration framework-Part 1: Generic reference description 2J 1SO/1EC 19501 1nformation technology-Open Distributed Processing-Unified Modeling Language (UML) Version 1. 4. 2 3J 1EC 62264-3 Enterprise-control sy

42、stem integration-Part 3: Activity models of manufac tunng operatlOns management 48 goNdtoo-SC白=ON|.NO白白户同阁。华人民共和国家标准工业自动化系统与集成制造软件互操作性能力建规第5部分:基于多能力类结构进行专规E配的方法学GB/T 19902. 5-2011/ISO 16100-5: 2009 国由l* 中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 印张3.5字数101千字2012年5月第一次印刷开本880X 1230 1/16 2012年5月第一版* 书号:155066. 1-44988 48.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107定价GB/T 19902.5-2011 打印日期:2012年5月30日F002