ECL@SS学习笔记（3）-概念数据模型

ECL@SS 是产品，服务的分类和描述系统。本文介绍其内部的数据模型。

ECL@SS的作用

ECL@SS 标准的目标是为了实现工业界数据交换的标准化。这个标准主要作用是产品的分类和描述。

分类

为了有效地物料管理，供应链管理和电子商务，需要对物料进行分类和编号。有许多的标准化组织致力于物料分类。

美国通用规范标准（GS1）

联合国标准产品和服务代码（UNSPSC）

描述

仅仅是物品分类是不够的，物料管理和数据交换还需要对产品的描述加以规范和标准化，也就是所谓语义标准化。同样有一些国际标准规范产品描述中的语义，它们包括了产品的特性（技术参数），计量单位，概念进行标准化。形成了标准化的工业物料的字典（Dictionary）。

-IEC61360 -IEC Common Data Dictionary（CDD）

ECL@SS 中的分类码

ECL@SS 标准实现了物料的分类与描述。它包括了45000个产品分类。它们分成了四层：

段（Segment）

主群（Main Group）

群（Group）

子群（Sub-Group ，Commodity Class）

第四层（子群）包含了许多的特征（Property）：

分层结构

每个物品都有许多的特性，同样的一个特征可能在许多的物料中被应用（比如功耗，会在电机，电脑等多种物品中使用，在ECL@SS中定义了19000个特征可被引用。

分类的分层架构是使用编码名称（code name ，也称为类编码Class Code）来表示的。使用8位数字表示。每两位表示一层，层的编码名称中，底层编码填零。例如

16-00-00-00 -食品，饮料，烟草

16-04-00-00水果

16-04-03-00 草莓

16-04-03-01 黑莓

ECL@SS 的特征数据模型

ECLASS 的特征数据相对比较复杂一点，不同的物料可能具有相同的特征，比如电机和电脑同样具有功耗，重量等特征。

另外在特征描述中还会包含一些概念，比如计量单位（UNIT）。于是，ECLASS 的特性描述是一种结构化信息模型。它是一种面向对象设计的模型，在ECLASS 的文档中采用了UML 描述：

注：为了便于理解，我标注了类图的关系。

继承（泛化），它指定了子类如何特化父类的所有特征和行为。

关联，就是这个类有一个属性是其他类。

聚合 是一种has-a关联关系

从上面的类图表明：

字典是由各种版本构成的。

每个版本的字典由所谓的结构单元（Structure-Element） 构成。Ecl@ss 中的所有其它概念-数据类都是由结构类型派生出来的。

结构单元的基本特征是有一个唯一的标识符(IRDI),下一节我们将详细讨论IRDI，由于其它的类都继承了结构单元，因此，在ECL@SS 中，每一个数据类都具有一个IRDI。

IRDI 与CodeName 是不同的两种编码，物料使用CodeName 类编码，而属性由IRDI来编码。 每个物料有一个CodeName ，又有一个IRDI，例如27-24-22-19是PLC 的CodeName，而0173-1#01-BAA707#018 是PLC 的IRDI。

结构单元

结构单元是真实世界概念的表示，它关联了一个术语描述信息（Terminologicalinformation），它包含了名称，语言等。

IRDI

IRDI 的全称是国际注册数据标识(International RegistrationData Identifier).它基于 ISO/IEC 11179-6, ISO 29002, 和 ISO 6532国际标准。每一个注册的机构都有一个唯一的编号。ECLASS的编号是0173，它们称为 ICD (International Code Designator) 标识符。

IRDI 的编码方案

• ECLASS 的ICD 为0173

• Code Space Identifer (CSI) 标识对象的类型

• 概念编码为6位字符（图中为Item Code，ECLASS中称为Concept Code）例如AAA123

结构元素

特征（Property）

特征是一个表示一组值的结构单元，它使用一个数据类型或者指向一个枚举类型（例如 property: color, value: red）。

特征有下列几种

• 量特征（Quantitative Property ）

一个表示物理量的数值，数据类型包括s INTEGER_MEASURE, REAL_MEASURE or RATIONAL_MEASURE 。带一个单位（UNIT）。

• 依赖性特征（Undepending Property )

该特征依赖于另一个值（称为条件）

块（Block）

块是特性的子集。如果将所有特征排列在类的顶层，显然难以阅读，所以将特征加以分块。有点类似于“子目录”的作用。

引用特性（Reference Property）

引用特征指向一个子块（SubBlock）例如：一个引用属性 “环境条件”指向 “环境条件”特征块 。

单位（UNIT）

在ECLASS 7.0 版本之前，单位是一个简单的字符串类型，由此出现了许多问题，之后加以标准化，现在单位（UNIT） 是一个清晰的结构单元。

UNIT的属性

关键字keyword

关键字也是一种结构单元。是分类类（classification Class）的一部分（聚合）。

值（Value）

Value 是一种可能内容的特征，Value会赋予一个数据类型。

值列表（Value List）

一组可能的值的列表的属性。相当于程序设计语言中的枚举类型。

基于ECL@SS 数据模型的字典系统

构建ECLASS 数据工程浩大，给构建企业产品的分类和描述，企业之间的物料信息带来了便捷和标准化，它能够称为一个工业4.0 的字典。对于物料管理，供应链管理，电子商务，设备维护，备品备件库存管理都具有十分重要的意义。但是在笔者看来，ECLASS 也存在一些问题：

• ECLASS 是收费的数据。

• 即便购买了ECLASS 的数据，具体地实施ECLASS 落地也并非易事。国外大多数是通过第三方咨询机构实现的，或者购买相应的软件。

• 尽管可以参与ECL@SS 数据的开发，但是物料信息维护依赖国外的机构也是不方便的。

因此从长远看，开发国内的物料字典是需要的。当然可以吸取ECLASS 的架构思想，开发相关的软件工具。为企业提供相关的咨询服务。

在此我们研究如何构建ECL@SS 为基础数据字典。

物料模型数据库（Commodity Model Database）

有一点经常会混淆，就是类和对象的关系，类是对象的抽象，对象是类的实例化。类与模型，模板具有类似的含义。

ECLASS 数据字典是物料的数据模型集合，用户访问ECLASS 模型数据库，获取的是物料的模型，而非模型的实例。下面是示意图。

ECLASS 数据库的基本结构

数据库

国际文献上没有过多 ECL@SS 系统实现方案，我们只能自己构想一下：

• 使用数据库

EClass 系统存储物料和服务的模型，模板数据，因此需要使用数据库来实现ECLASS 字典系统。构建字典，知识图谱方法最好的是采用图数据库技术。但是考虑到系统的可移植性，建议采用NOSQL 文档数据库，例如mongoDB.

• 数据库包括数据表

• class

• property

• unit

• aspect

• 导出格式

• 物料模板

• 工业4.0 管理壳

• OPC UA 模型

结束语

理解一个标准最好的办法是尝试实现它。

构建物料分类和描述标准化是智能制造的基础工作，它与当下主张的工业品电商，工业4.0 管理壳，供应链管理是密不可分的。笔者认为这项工作不能完全依赖国外技术和服务。构建中国自己的字典系统是自主可控工业体系的十分重要。也具有商业价值。希望结识更多感兴趣的人共同探讨这个课题。