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工信部 國家標準委:《國家智能制造標準體系建設指南(2018年版)》(征求意見稿)
發布時間:2021-12-17 05:32:41 來源:蘇州三開電氣有限公司 【返回】
本站獲悉,近日,工業和信息化部辦公廳和國家標準化管理委員會辦公室聯合發布了關于征求《國家智能制造標準體系建設指南(2018年版)》(征求意見稿)意見的通知。
前 言
制造業是國民經濟的主體,是立國之本、興國之器、強國之基。智能制造是落實我國制造強國戰略的重要舉措,也是中國制造 2025 的主攻方向。加快推進智能制造,是加速我國工業化和信息化深度融合、推動制造業供給側結構性改革的重要舉措,對重塑我國制造業競爭新優勢具有重要意義,"智能制造、標準先行",標準化工作是實現智能制造的重要技術基礎。為指導當前和未來一段時間智能制造標準化工作,解決標準缺失、滯后、交叉重復等問題,根據《中國制造 2025》的戰略部署,工業和信息化部、國家標準化管理委員會在 2015 年共同組織制定了《國家智能制造標準體系建設指南(2015 年版)》并建立動態更新機制。按照標準體系動態更新機制,扎實構建滿足產業發展需求、適用的智能制造標準體系,推動裝備質量水平的整體提升,工業和信息化部、國家標準化管理委員會共同組織制定了《國家智能制造標準體系建設指南(2018 年版)》。
一、總體要求
(一)指導思想
進一步貫徹落實《智能制造發展規劃(2016-2020 年)》(工信部聯規〔2016〕349 號)和《裝備制造業標準化和質量提升規劃》(國質檢標聯〔2016〕396 號)的工作部署,充分發揮標準在推進智能制造產業健康有序發展中的支撐和引領作用,針對智能制造標準跨行業、跨、跨領域的特點,立足國內需求,兼顧體系,建立涵蓋基礎共性、關鍵技術和行業應用等三類標準的國家智能制造標準體系。加強標準的統籌規劃與宏觀指導,加快創新技術成果向標準轉化,強化標準的實施與監督,深化智能制造標準交流與合作,提升標準對制造業的整體支撐作用,為產業發展保駕護航。
(二)基本原則
按照《國家智能制造標準體系建設指南(2015 年版)》中提出的"統籌規劃,分類施策,跨界融合,急用先行,立足國情,開放合作"原則,進一步完善智能制造標準體系,全面開展基礎共性標準、關鍵技術標準、行業應用標準研究,加快標準制(修)訂,在制造業各個領域全面推廣。同時,加強標準的創新發展與化,積參與標準化組織活動,加強與發達國家和地區間的技術標準交流與合作,開展標準互認,共同制定標準。
(三)建設目標
按照"共性先立、急用先行"的原則,制定安全、可靠性、檢測、評價等基礎共性標準,識別與傳感、控制系統、工業機器人等智能裝備標準,智能工廠設計、智能工廠交付、智能生產等智能工廠標準,大規模個性化定制、運維服務等智能服務標準,人工智能應用、邊緣計算等智能使能技術標準,體系架構、網聯技術等工業互聯網標準,和機床制造、航天復雜裝備云端協同制造、大型船舶設計工藝仿真與信息集成、軌道交通網絡控制系統、新能源汽車智能工廠運行系統等行業應用標準,帶動行業應用標準的研制工作。推動智能制造國家標準上升成為標準。
到 2018 年,累計制修訂 150 項以上智能制造標準,基本覆蓋基礎共性標準和關鍵技術標準。
到 2019 年,累計制修訂 300 項以上智能制造標準,全面覆蓋基礎共性標準和關鍵技術標準,逐步建立起較為完善的智能制造標準體系。建設智能制造標準試驗驗證平臺,提升公共服務能力,標準應用水平和化水平明顯提高。
二、建設思路
國家智能制造標準體系按照"三步法"原則建設完成。步,通過研究各類智能制造應用系統,提取其共性抽象特征,構建由生命周期、系統層級和智能特征組成的三維智能制造系統架構,從而明確智能制造對象和邊界,識別智能制造現有和缺失的標準,認知現有標準間的交叉重疊關系;第二步,在深入分析標準化需求的基礎上,綜合智能制造系統架構各維度邏輯關系,將智能制造系統架構的生命周期維度和系統層級維度組成的平面自上而下依次映射到智能特征維度的五個層級,形成智能裝備、工業互聯網、智能使能技術、智能工廠、智能服務等五類關鍵技術標準,與基礎共性標準和行業應用標準共同構成智能制造標準體系結構;第三步,對智能制造標準體系結構分解細化,進而建立智能制造標準體系框架,指導智能制造標準體系建設及相關標準立項工作。
(一)智能制造系統架構
《智能制造發展規劃(2016-2020 年)》(工信部聯規〔2016〕349 號)指出,智能制造是基于信息通信技術與制造技術深度融合,貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節,具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的生產方式。
智能制造系統架構從生命周期、系統層級和智能特征三個維度對智能制造所涉及的活動、裝備、特征等內容進行描述,主要用于明確智能制造的標準化需求、對象和范圍,指導國家智能制造標準體系建設。智能制造系統架構如圖 1 所示。
1. 生命周期
生命周期是指從產品原型研發開始到產品回收再制造的各個階段,包括設計、生產、物流、銷售、服務等一系列相互聯系的價值創造活動。生命周期的各項活動可進行迭代優化,具有可持續性發展等特點,不同行業的生命周期構成不盡相同。
(1)設計是指根據企業的約束條件以及所選擇的技術來對需求進行構造、仿真、驗證、優化等研發活動過程;
(2)生產是指通過勞動創造所需要的物質資料的過程;
(3)物流是指物品從供應地向接收地的實體流動過程;
(4)銷售是指產品或商品等從企業轉移到客戶手中的經營活動;
(5)服務是指提供者與客戶接觸過程中所產生的一系列活動的過程及其結果,包括回收等。
2. 系統層級
系統層級是指與企業生產活動相關的組織結構的層級劃分,包括設備層、單元層、車間層、企業層和協同層。
(1)設備層是指企業利用傳感器、儀器儀表、機器、裝置等,實現實際物理流程并感知和操控物理流程的層級;
(2)單元層是指用于工廠內處理信息、實現監測和控制物理流程的層級;
(3)車間層是實現面向工廠或車間的生產管理的層級;
(4)企業層是實現面向企業經營管理的層級;
(5)協同層是企業實現其內部和外部信息互聯和共享過程的層級。
3. 智能特征
智能特征是指基于信息通信技術使制造活動具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等一個或多個功能的層級劃分,包括資源要素、互聯互通、融合共享、系統集成和新興業態等五層智能化要求。
(1)資源要素是指企業對生產時所需要使用的資源或工具進行數字化過程的層級;
(2)互聯互通是指通過有線、無線等通信技術,實現裝備之間、裝備與控制系統之間,企業之間相互連接功能的層級;
(3)融合共享是指在互聯互通的基礎上,利用云計算、大數據等信息通信技術,在保障信息安全的前提下,實現信息協同共享的層級;
(4)系統集成是指企業實現智能裝備到智能生產單元、智能生產線、數字化車間、智能工廠,乃至智能制造系統集成過程的層級;
(5)新興業態是企業為形成產業形態進行企業間價值鏈整合的層級。
智能制造的關鍵是實現貫穿企業設備層、單元層、車間層、工廠層、協同層不同層面的縱向集成,跨資源要素、互聯互通、融合共享、系統集成和新興業態不同級別的橫向集成,以及覆蓋設計、生產、物流、銷售、服務的端到端集成。
(二)智能制造標準體系結構
智能制造標準體系結構包括"A 基礎共性"、"B 關鍵技術"、"C 行業應用"等三個部分,主要反映標準體系各部分的組成關系。智能制造標準體系結構圖如圖 2 所示。
具體而言,A 基礎共性標準包括通用、安全、可靠性、檢測、評價等五大類,位于智能制造標準體系結構圖的底層,其研制的基礎共性標準支撐著標準體系結構圖上層虛線框內 B 關鍵技術標準和 C 行業應用標準。B 關鍵技術標準是智能制造系統架構智能特征維度在生命周期維度和系統層級維度所組成的制造平面的投影,其中 BA 智能裝備對應智能特征維度的資源要素,BB 智能工廠對應智能特征維度的系統集成,BC 智能服務對應智能特征維度的新興業態,BD 智能使能技術對應智能特征維度的融合共享,BE 工業互聯網對應智能特征維度的互聯互通。C 行業應用標準位于智能制造標準體系結構圖的頂層,面向行業具體需求,對 A 基礎共性標準和 B 關鍵技術標準進行細化和落地,指導各行業推進智能制造。
智能制造標準體系結構中明確了智能制造的標準化需求,與智能制造系統架構具有映射關系。以大規模個性化定制模塊化設計規范為例,它屬于智能制造標準體系結構中 B 關鍵技術-BC 智能服務中的大規模個性化定制標準。在智能制造系統架構中,它位于生命周期維度設計環節,系統層級維度的企業層和協同層,以及智能特征維度的新興業態。其中,智能制造系統架構三個維度與智能制造標準體系的映射關系及示例解析詳見附件 2。
(三)智能制造標準體系框架
智能制造標準體系框架由智能制造標準體系結構向下映射而成,是形成智能制造標準體系的基本組成單元。智能制造標準體系框架包括"A 基礎共性"、"B 關鍵技術"、"C 行業應用"三個部分,如圖 3 所示。
三、建設內容
(一)基礎共性標準
基礎共性標準用于統一智能制造相關概念,解決智能制造基礎共性關鍵問題,包括通用、安全、可靠性、檢測、評價等五個部分,如圖 4 所示。
1. 通用標準
通用標準主要包括術語定義、參考模型、元數據與數據字典、標識等四個部分。術語定義標準用于統一智能制造相關概念,為其他各部分標準的制定提供支撐。參考模型標準用于幫助各方認識和理解智能制造標準化的對象、邊界、各部分的層級關系和內在聯系。元數據和數據字典標準用于規定智能制造產品設計、生產、流通等環節涉及的元數據命名規則、數據格式、數據模型、數據元素和注冊要求、數據字典建立方法,為智能制造各環節產生的數據集成、交互共享奠定基礎。標識標準用于對智能制造中各類對象進行唯一標識與解析,建設既與制造企業已有的標識編碼系統兼容,又能滿足設備互聯網協議(IP)化、智能化等智能制造發展要求的智能制造標識體系。
2. 安全標準
安全標準主要包括功能安全、信息安全和人因安全三個部分。功能安全標準用于保證控制系統在危險發生時正確地執行其安全功能,從而避免因設備故障或系統功能失效而導致生產事故,包括面向智能制造的功能安全要求、功能安全系統設計和實施、功能安全測試和評估、功能安全管理等標準。信息安全標準用于保證智能制造領域相關信息系統及其數據不被破壞、更改、泄露,從而系統能連續可靠地運行,包括軟件安全、設備信息安全、網絡信息安全、數據安全、信息安全防護及評估等標準。人因安全標準用于避免在智能制造各環節中因人的行為造成的隱患或威脅,通過合理分配任務,調節工作環境,提高人員能力,以保證人身安全,預防誤操作等,包括工作任務、環境、設備、人員能力、管理支持等標準。
3. 可靠性標準
可靠性標準主要包括工程管理、技術方法兩個部分。工程管理標準主要對智能制造系統的可靠性活動進行規劃、組織、協調與監督,包括智能制造系統及其各系統層級對象的可靠性要求、可靠性管理、綜合保障管理、壽命周期成本管理等標準。技術方法標準主要用于指導智能制造系統及其各系統層級開展具體的可靠性保證與驗證工作,包括可靠性設計、可靠性試驗、可靠性分析、可靠性評價等標準。
4. 檢測標準
檢測標準主要包括測試項目、測試方法等兩個部分。測試項目標準用于指導智能制造裝備和系統在測試過程中的科學排序和有效管理,包括不同類型的智能制造裝備和系統一致性和互操作、集成和互聯互通、系統能效、電磁兼容等測試項目標準。測試方法標準用于針對不同類型的智能制造裝備和系統,包括試驗內容、方式、步驟、過程、計算分析等內容的標準,以及性能、環境適應性等測試標準。
5. 評價標準
評價標準主要包括指標體系、能力成熟度、評價方法、實施指南等四個部分。指標體系標準用于對各智能制造應用領域、應用企業和應用項目開展評估,促進企業不斷提升智能制造水平。能力成熟度標準用于企業識別智能制造現狀、規劃智能制造框架與提升智能制造能力水平提供過程方法論,為企業識別差距、確立目標、實施改進提供參考。評價方法標準用于為相關方提供一致的方法和依據,規范評價過程,指導相關方開展智能制造評價。實施指南標準用于指導企業提升制造能力,為企業開展智能化建設、提高生產力提供參考。
(二)關鍵技術標準
關鍵技術標準主要包括智能裝備、智能工廠、智能服務、智能使能技術和工業互聯網等五個部分。
1. 智能裝備標準
智能裝備標準用于規定智能傳感器、自動識別系統、工業機器人等智能裝備的信息模型、數據字典、通信協議、接口、集成和互聯互通、優化等技術要求,解決智能生產過程中智能裝備之間,以及智能裝備與智能化產品、物流系統、檢測系統、工業軟件、工業云平臺之間數據共享和互聯互通的問題。智能裝備標準主要包括識別與傳感、人機交互系統、控制系統、增材制造、工業機器人、數控機床及設備等六個部分,如圖 5 所示,其中重點標準是識別與傳感標準、控制系統標準和工業機器人標準。
(1)識別與傳感標準
識別與傳感標準用于測量、分析、控制等工業生產過程,以及非接觸式感知設備自動識別目標對象、采集并分析相關數據的過程,解決數據采集與交換過程中數據格式、程序接口不統一的問題,編碼的一致性。識別與傳感標準包括標識及解析、數據編碼與交換、系統性能評估等通用技術標準;信息集成、接口規范和互操作等設備集成標準;通信協議、安全通信、協議符合性等通信標準;智能設備管理、產品全生命周期管理等管理標準。
(2)人機交互系統標準
人機交互系統標準用于規范人與信息系統多通道、多模式和多維度的交互途徑、模式、方法和技術要求,解決包括工控鍵盤、操作屏等高可靠性和安全性交互模式,語音、手勢、體感、虛擬現實/增強現實(VR/AR)設備等多維度交互的融合協調和高效應用的問題。人機交互系統標準包括工控鍵盤布局等文字標準;智能制造圖形符號分類和定義等圖形標準;語音交互系統、語義庫等語音語義標準;單點、多點等觸摸體感標準;情感數據等情感交互標準;虛擬顯示軟件、數據等 VR/AR 設備標準。
(3)控制系統標準
控制系統標準用于規定生產過程及裝置自動化、數字化的信息控制系統,如可編程邏輯控制器(PLC)、可編程自動控制器(PAC)、分布式控制系統(DCS)、現場總線控制系統(FCS)、數據采集與監控系統(SCADA)等相關標準,解決控制系統數據采集、控制方法、通信、集成等問題。控制系統標準包括控制方法、數據采集及存儲、人機界面及可視化、通信、柔性化、智能化等通用技術標準;控制設備集成、時鐘同步、系統互聯等集成標準。
(4)增材制造標準
增材制造標準用于規范智能制造系統中增材制造相關技術、方法,增材制造與智能制造各環節、要素的協調一致及效能優。增材制造標準包括典型增材制造工藝和方法標準;設計規范、文件格式、數據質量保障、文件存儲和數據處理等模型設計標準;增材制造設備接口標準;增材制造材料、設備和零部件性能的測試方法標準;增材制造服務架構、服務模式等服務標準。
(5)工業機器人標準
工業機器人標準用于規定工業機器人的系統集成、人機協同等通用要求,工業機器人系統集成的規范性、協同作業的安全性、通信接口的通用性。工業機器人標準包括集成安全要求、統一標識及互聯互通、信息安全等通用技術標準;數據格式、通信協議、通信接口、通信架構、控制語義、信息模型、對象字典等通信標準;編程和用戶接口、編程系統和機器人控制間的接口、機器人云服務平臺等接口標準;制造過程機器人與人、機器人與機器人、機器人與生產線、機器人與生產環境間的協同標準。
(6)數控機床及設備標準
數控機床及設備標準用于規范數字程序控制進行運動軌跡和邏輯控制的機床及設備,解決其過程、集成與協同以及在智能制造應用中的標準化問題。數控機床及設備標準包括智能化要求、語言與格式、故障信息字典等通用技術標準;互聯互通及互操作、物理映射模型、遠程診斷及維護、優化與狀態監控、能效管理、接口、安全通信等集成與協同標準;智能功能部件、分類與特性、智能特征評價、智能控制要求等制造單元標準。
2. 智能工廠標準
智能工廠標準用于規定智能工廠設計、建造和交付等建設過程和工廠內設計、生產、管理、物流及其系統集成等業務活動,針對流程、工具、系統、接口等應滿足的要求,智能工廠建設過程規范化、系統集成規范化、產品制造過程智能化,指導系統與業務的優化。包括智能工廠設計、智能工廠建造、智能工廠交付、智能設計、智能生產、智能管理、智能物流、集成優化等八個部分,如圖 6 所示,其中重點標準是智能工廠設計標準、智能工廠交付標準、智能生產標準和集成優化標準。
(1)智能工廠設計標準
智能工廠設計標準用于規定智能工廠的規劃設計,工廠的數字化、網絡化和智能化水平。包括智能工廠的基本功能、設計要求、設計模型標準等總體規劃標準;智能工廠物聯網系統設計、信息化應用系統設計等工廠智能化系統設計標準;虛擬工廠參考架構、工藝流程及布局模型、生產過程模型和組織模型等系統建模標準;達成智能工廠規劃設計要求所需的工藝優化、協同設計、仿真分析、設計文件深度要求、工廠信息標識編碼等實施指南標準。
(2)智能工廠建造標準
智能工廠建造標準用于規定智能工廠建設和技術改造過程,通過智能工廠建造過程的控制與約束,智能工廠建設質量、建設周期、建設成本等預定目標的實現。包括建造過程數據采集范圍、流程、信息載體、系統平臺要求等建造過程數據采集標準;滿足集成性、創新性要求、促進智能工廠建設項目管理科學化、規范化的建造過程項目管理標準。
(3)智能工廠交付標準
智能工廠交付標準用于規定智能工廠建設完成后的驗收與交付,建成的智能工廠達到預定建設目標,交付數據資料滿足智能工廠運營維護要求。包括交付內容、深度要求、流程要求等數字化交付標準;智能工廠各環節、各系統及系統集成等竣工驗收標準。
(4)智能設計標準
智能設計標準用于規定產品的數字化設計和仿真,以及產品試驗驗證過程仿真的方法和要求,產品的功能、性能、易裝配性、易維修性,縮短新產品研制和制造周期,降低成本。包括基于數據驅動的參數化設計、化并行/協同設計、基于模型的產品生命周期(定義 MBD、制造和檢驗)標準以及產品設計全過程的標準化管理;試驗方法設計、試驗數據與流程的管理、試驗結果的分析與驗證、試驗結果反饋等試驗仿真標準。
(5)智能生產標準
智能生產標準用于規定智能制造環境下生產過程中計劃調度、生產執行、質量管控、設備運維等應滿足的要求,制造過程的智能化、柔性化和敏捷化。包括計劃仿真、多級計劃協同、可視化排產、動態優化調度等計劃調度標準;作業文件自動下發、協同生產、生產過程管理與優化、可視化監控與反饋、生產績效分析、異常管理等生產執行標準;質量數據采集、在線質量監測和預警、質量檔案及質量追溯、質量分析與改進等質量管控標準;設備運行狀態監控、設備維修維護、基于知識的設備故障管理、設備運行分析與優化等設備運維標準。
(6)智能管理標準
智能管理標準用于規定企業生產經營中采購、銷售、能源、工廠安全、環保和健康等方面的知識模型和管理要求等,指導智能管理系統的設計與開發,管理過程的規范化和精益化。包括供貨商評價、質量檢驗分析等采購管理標準;銷售預測、客戶關系管理、個性化客戶服務等銷售管理標準;設備可靠性管理等資產管理標準;能流管理、能效評估等能源管理標準;作業過程管控、應急管理、危化品管理等安全管理標準;職業病危害因素監測、職業危害項目指標等健康管理標準;環保實時監測和預測預警能力描述、環保閉環管理等環保管理標準;基于模型的企業戰略、生產組織與服務保障等 MBE 標準。
(7)智能物流標準
智能物流標準用于規定智能制造環境下廠內物流關鍵技術應滿足的要求,指導智能物流系統的設計與開發,物料倉儲配送準確高效和運輸精益化管控。包括物料標識、物流信息采集、物料貨位分配、出入庫輸送系統、作業調度、信息處理、作業狀態及裝備狀態的管控、貨物實時監控等智能倉儲標準;物料智能分揀系統、配送路徑規劃、配送狀態跟蹤等智能配送標準。
(8)集成優化標準
集成優化標準用于規定一致的語法和語義,滿足通用接口中應用特定的功能關系,協調使能技術和業務應用之間的關系,信息的共享和交換。包括虛擬工廠與物理工廠的集成、業務間集成架構與功能、集成的活動模型和工作流、信息交互、集成接口和性能、現場設備與系統集成、系統之間集成、系統互操作等集成與互操作標準;各業務流程的優化、操作與控制的優化、銷售與生產協同優化、設計與制造協同優化、生產管控協同優化、供應鏈協同優化等系統與業務優化標準。
3. 智能服務標準
智能服務標準用于實現產品與服務的融合、分散化制造資源的有機整合和各自核心競爭力的高度協同,解決了綜合利用企業內部和外部的各類資源,提供各類規范、可靠的服務的問題。智能服務標準主要包括大規模個性化定制、運維服務和網絡協同制造等三個部分,如圖 7 所示,其中重點標準是大規模個性化定制標準和運維服務標準。
(1)大規模個性化定制標準
大規模個性化定制標準用于指導企業實現以客戶需求為核心的大規模個性化定制服務模式,通過信息技術和柔性制造技術,以模塊化設計為基礎,以接近大批量生產的效率和成本滿足客戶個性化需求。大規模個性化定制標準包括通用要求、需求交互規范、模塊化設計規范和生產規范等標準。
(2)運維服務標準
運維服務標準用于指導企業開展遠程運維和預測性維護系統建設和管理,通過對設備的狀態遠程監測和健康診斷,實現對復雜系統快速、及時、正確診斷和維護,進而基于采集到的設備運行數據,全面分析設備現場實際使用運行狀況,從而為設備設計及制造工藝改進等后續產品的持續優化提供支撐。運維服務標準包括基礎通用、數據采集與處理、知識庫、狀態監測、故障診斷、壽命預測等標準。
(3)網絡協同制造標準
網絡協同制造標準用于指導企業持續改進和不斷優化網絡化制造資源協同云平臺,通過高度集成企業間、部門間創新資源、生產能力和服務能力的相關技術方法,實現生產制造與服務運維信息高度共享、資源和服務的動態分析與柔性配置水平增強。網絡協同制造標準包括資源協同平臺、需求交互、協同設計、協同生產、保障體系等標準。
4. 智能使能技術標準
智能使能技術標準用于構建智能制造信息技術生態體系,制造領域的信息技術和智能水平。智能使能技術標準主要包括人工智能應用、工業大數據、工業軟件、工業云、邊緣計算等部分,如所示,其中重點標準為人工智能應用標準和邊緣計算標準。
(1)人工智能應用標準
人工智能應用標準用于滿足制造全生命周期活動的智能化發展需求,通過人工智能技術、信息技術、制造新技術在智能制造領域的深度融合,指導人工智能技術在設計、生產、物流、銷售、服務等生命周期環節中的應用,并人工智能技術在應用中的可靠性與安全性。人工智能應用標準包括場景描述與定義標準,知識庫標準,性能評估標準,以及智能在線檢測、基于群體智能的個性化創新設計、協同研發群智空間、智能云生產、智能協同保障與供應營銷服務鏈等應用標準。
(2)工業大數據標準
工業大數據標準圍繞典型智能制造模式,用于提高產品全生命周期各個環節所產生的各類數據的處理技術和應用。工業大數據標準包括平臺建設的要求、運維和檢測評估等工業大數據平臺標準;工業大數據采集、預處理、分析、可視化和訪問等數據處理標準;數據質量、數據管理能力等數據管理標準;工廠內部數據共享、工廠外部數據交換等數據流通標準。
(3)工業軟件標準
工業軟件標準用于促進軟件成為工業領域的知識、技術和管理的載體,提高軟件在工業領域的研發設計、生產制造、經營管理以及營銷服務活動中發揮的作用;工業軟件標準可以有效提高軟件企業在軟件開發、測試、集成等方面的整體水平,指導工業企業對研發、制造、生產管理等工業軟件的集成和選型,幫助工業企業開展工業技術軟件化,對工業知識進行有效積累,為工業軟件的開發、測試、集成和選型以及工業技術軟件化提供理論依據。工業軟件標準包括產品、工具、嵌入式軟件、系統和平臺的功能定義、業務模型、技術要求等軟件產品與系統標準;工業軟件接口規范、集成規程、產品線工程等軟件系統集成和接口標準;生存周期管理、質量管理、資產管理、配置管理、可靠性要求等服務與管理標準;工業技術軟件化方法、參考架構、工業 APP 封裝等工業技術軟件化標準。
(4)工業云標準
工業云標準用于構建工業云生態體系,指導工業云平臺的設計和建設,規范不同工業云服務的業務能力,提升工業云服務的設計、實現、部署、供應和運營管理水平,指導開展各類工業云服務的采購、審計、監管和評價活動。工業云標準主要包括平臺建設與應用,工業云資源和服務能力的接入與管理等資源標準;能力測評規范、計量計費、服務級別協議(SLA)等服務標準。
(5)邊緣計算標準
邊緣計算標準用于指導智能制造行業數字化轉型、數字化創新,解決制造業數字化在敏捷連接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求,用于智能制造中邊緣計算技術、設備或產品的研發和應用。邊緣計算標準包括架構與技術要求、計算及存儲、安全、應用等標準。
5. 工業互聯網標準
工業互聯網以泛在互聯、低成本計算、安全可信、可互操作的工業信息基礎設施為著眼點,構建貫穿工廠內全層級、工廠外全價值鏈的高可靠、高帶寬、高連接數、低時延的工廠內網絡和工廠外網絡,實現產品全生命周期的信息追蹤和管理,滿足工廠內部智能化、網絡化以及與外部交換需求。從廣義上來看,工業互聯網是互聯網和信息技術與全球工業系統深度融合集成所形成的產業和應用生態,是工業智能化發展的關鍵綜合信息基礎設施,包括網絡、數據、安全等部分;在本文件中,工業互聯網主要是指網絡部分。
工業互聯網標準用于工廠內網和工廠外網建設與組網,指導企業的工業互聯網網絡規劃、設計與建設優化,主要包括體系架構、網聯技術、資源管理和網絡設備等四個部分,如所示,重點標準為體系架構和網聯技術。
(1)體系架構標準
體系架構標準用于工業互聯網的整體規劃和建設,工業互聯網的建設滿足智能制造的需求。體系架構標準包括用于明確和界定工業互聯網的對象、邊界、各部分的層級關系和內在聯系以及通用分層模型、總體架構、核心功能的總體框架標準;工業無線網、工業無源光網絡(PON)、工業軟件定義網絡、低功耗無線網絡等用于體現企業內部不同層級網絡互聯以及企業與設計、生產、物流、銷售、服務協作模式下的互聯互操作技術的工廠內網絡標準;工廠外部網絡架構、工業虛擬專網(VPN)等用于體現企業間互聯、業務互聯、產業互聯等的工廠外網絡標準;時間敏感網絡(TSN)、工業 5G 推進、扁平化網絡發展等針對新技術引入和工業網絡改造的網絡增強演進標準。
(2)網聯技術標準
網聯技術標準用于規范工廠內網和外網的各種設備和系統之間的互連互通與組網以及整體網絡建設的實施,機器之間、機器與控制系統之間、企業上下游之間建立符合智能制造要求的低時延、高可靠與智能交互的工業互聯網。網聯技術標準包括工廠內部不同層級的組網技術標準,工廠與設計、制造、供應鏈、用戶等產業鏈各環節之間的互聯技術標準;針對現場設備級、車間監測級及工廠管理級的不同需求的各種局域和廣域工業無線網絡標準;針對工業現場總線、工業以太網、工業布纜的工業有線網絡標準。
(3)資源管理標準
資源管理標準用于工業互聯網中頻譜資源和 IPv6 地址資源的管理、應用和實施,頻譜資源和 IPv6 地址資源在工業互聯網中得到有效合理的應用。資源管理標準包括在工業互聯網中 IPv6 總體技術要求、IPv6 地址管理、輕量級 IPv6 技術要求無線 IPv6 技術要求等 IPv6 標準;適用于工業環境的無線頻譜規劃的頻譜標準。
(4)網絡設備標準
網絡設備標準用于規范工業互聯網中設備和產品聯網所涉及的功能、接口、通信協議、數據交換、時鐘同步等方面的要求,工業互聯網中設備和產品符合相關標準要求并指導產品的研發和應用,使產品能夠順利接入工業互聯網。網絡設備標準包括涉及工業無線網關、工業有線網關等多種網關的工業網關設備標準;與工業路由器、工業以太網交換機等相關的工業網絡設備標準;與工業無線通信數據終端、工業手持終端等相關的工業終端設備標準;與工業設備相關的工業設備智能化改造等其他標準。
(三)行業應用標準
依據基礎共性標準和關鍵技術標準,圍繞《中國制造 2025》中提出的十大重點領域,同時兼顧傳統制造業轉型升級的需求,優先在十大重點領域率先實現突破,并逐步覆蓋智能制造全應用領域,各行業結合自身發展需求和智能制造水平,制定重點行業的智能制造標準。行業應用標準體系如圖 10 所示。
發揮基礎共性標準和關鍵技術標準在行業應用標準制定中的指導作用,優先制定各行業均有需求的設備互聯互通、智能工廠建設指南、數字化車間、數據字典、運維服務等重點標準。在此基礎上,發揮各行業特點,制定行業亟需的重點標準。其中,信息技術領域重點標準有平板顯示器接口標準、射頻識別標準等。高檔數控機床和機器人領域重點標準有機床制造標準、機床測試標準等。航空航天裝備領域重點標準有航空符合材料標準、航天復雜裝備云端協同制造標準、航天裝備數字化雙胞胎制造標準等。海洋工程裝備及高技術船舶領域重點標準有大型船舶設計工藝仿真與信息集成標準、海洋石油裝備互聯互通和運維服務標準等。軌道交通裝備領域重點標準有軌道交通網絡控制系統標準、車載信號系統標準、高速動車組智能工廠運行管理標準等。節能與新能源汽車領域重點標準有新能源汽車智能工廠運行系統標準等。電力裝備領域重點標準有存儲管理標準、數據智能采集標準、監測診斷服務標準等。農業機械裝備領域重點標準有農機裝備智能工廠平臺化制造運行管理系統標準等。生物醫藥及高性能醫療器械領域重點標準有醫療設備質量追溯標準等。其他領域重點標準有家電行業空調產品信息集成數據接口標準、石油石化行業智能設備互聯互通標準、紡織行業針織機械網絡通信接口標準等。
智能制造標準體系與航空、船舶、石化、鋼鐵等制造業領域標準體系之間不是從屬關系,內容存在交集。交集部分是智能制造標準體系中的行業應用標準。例如,船舶工業標準體系用于指導船舶相關產品設計、制造、試驗、修理管理和工程建設等,智能制造標準體系中的船舶行業重點標準涉及到船舶制造環節中的互聯互通等智能制造相關內容。
四、組織實施
加強統籌協調。在工業和信息化部、國家標準化管理委員會的指導下,依托國家智能制造標準化協調推進組、總體組和專家咨詢組,開展智能制造標準體系建設及規劃。充分利用現有多部門協調、多標委會協作的工作機制,形成合力,凝聚國內外標準化資源,扎實構建滿足產業發展需求、適用的智能制造標準體系。
實施動態更新。實施動態更新完善機制,隨著智能制造發展水平和行業認識水平的不斷提高,根據智能制造發展的不同階段,每兩年滾動修訂《國家智能制造標準體系建設指南》。
加快標準研制。基于"共性先立,急用先行"的原則,依托智能制造標準綠色通道,加快國家和行業標準的制定和貫徹實施;推動標準試驗驗證平臺和公共服務平臺建設,為標準的制定和實施提供技術支撐和保障。已發布、制定中的智能制造基礎共性標準和關鍵技術標準可在國家智能制造標準化總體組的官方網站(www.imsg.org.cn)上查詢。
加強宣貫培訓。充分發揮地方主管部門、行業協會和學會的作用,進一步加強標準的培訓、宣貫工作,通過培訓、咨詢等手段推進標準宣貫與實施。用標準引領行業實現智能轉型。
加強交流與合作。加強與標準化組織的交流與合作,定期舉辦智能制造標準論壇,組織中外企業和標準化組織開展交流合作,通過參與標準化組織(ISO)、電工技術委員會(IEC)等相關標準化組織的標準化工作,積向標準化組織輸出我國智能制造標準化研究成果,爭取標準話語權。
附件 1:
智能制造相關名詞術語和縮略語
5G: 第五代移動通信技術 (the 5th Generation mobile communication technology)
APP: 應用程序(Application)
AR: 增強現實 (Augmented Reality)
CAD: 計算機輔助設計 (Computer Aided Design)
CAM: 計算機輔助制造 (Computer Aided Manufacturing)
DCS: 分布式控制系統 (Distributed Control System)
EPA: 工廠自動化用以太網 (Ethernet in Plant Automation)
FCS: 現場總線控制系統 (Fieldbus Control System)
IP: 互聯網協議 (Internet Protocol)
IPv6: 互聯網協議第六版 (Internet Protocol Version 6)
IEC: 電工技術委員會 (International Electrotechnical Committee)
ISO: 標準化組織 (International Organization for Standardization)
MBD: 基于模型定義 (Model Based Definition)
MBM: 基于模型生產 (Model Based Manufacturing)
MES: 制造執行系統 (Manufacturing Execution System)
PAC: 可編程自動控制器 (Programmable Automation Controller)
PLC: 可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller)
PON: 無源光纖網絡 (Passive Optical Network)
SCADA: 監控與數據采集系統 (Supervisory Control And Data Acquisition)
TSN: 時間敏感網絡 (Time Sensitive Network)
VR: 虛擬現實 (Virtual Reality)
VPN: 虛擬專用網絡 (Virtual Private Network)
WIA: 工業自動化用無線網絡 (Wireless Networks for Industrial Automation)
附件 2:智能制造系統架構映射及示例解析
通過具體的映射圖展示了智能制造系統架構三個維度與智能制造標準體系的映射關系。由于智能制造標準體系結構中 A 基礎共性及 C 行業應用涉及到整個智能制造系統架構,映射圖中對 B 關鍵技術進行了分別映射。
B 關鍵技術中包括 BA 智能裝備、BB 智能工廠、BC 智能服務、BD 智能使能技術、BE 工業互聯網等五大類標準。其中 BA 智能裝備主要對應生命周期維度的設計、生產 和物流,系統層級維度的設備和單元,以及智能特征維度中的資源要素;BB 智能工廠主要對生命周期維度的設計、生產和物流,系統層級維度的車間和企業,以及智能特征維度的資源要素和系統集成;BC 智能服務對應生命周期維度的銷售和服務,系統層級維度的協同,以及智能特征維度的新興業態;BD 智能使能技術對應生命周期維度的全過程,系統層級維度的企業和協同,以及智能特征維度的環節; BE 工業互聯網對應生命周期維度的全過程,系統層級維度的設備、單元、車間和企業,以及智能特征維度的互聯互通和系統集成。
智能制造系統架構通過三個維度展示了智能制造的全貌。為更好的解讀和理解系統架構,以計算機輔助設計(CAD)、工業機器人和工業互聯網為例,詮釋智能制造重點領域在系統架構中所處的位置及其相關標準。
1. 計算機輔助設計(CAD)
CAD 位于智能制造系統架構生命周期維度的生產環節、系統層級的企業層,以及智能特征維度的融合共享,如圖 12a 所示。已發布的 CAD 標準主要包括:
GB/T 14665-2012 機械工程 CAD 制圖規則
GB/T 17304-2009 CAD 通用技術規范
GB/T 18784-2002 CAD/CAM 數據質量
GB/T 18784.2-2005 CAD/CAM 數據質量保證方法
GB/T 24734-2009 技術產品文件 數字化產品定義數據通則
目前,CAD 正逐漸從傳統的桌面軟件向云服務平臺過渡。下一步,結合 CAD 的云端化、基于模型定義(MBD)以及基于模型生產(MBM)等技術發展趨勢,將制定新的 CAD 標準。CAD 在智能制造系統架構中的位置相應會發生變化,如圖 12b 所示。
2. 工業機器人
工業機器人位于智能制造系統架構生命周期的生產和物流環節、系統層級的設備層級和單元層級,以及智能特征的資源要素,如圖 13 所示。已發布的工業機器人標準主要包括:
GB 11291.1-2011 工業環境用機器人 安全要求 第 1 部分:機器人
GB 11291.2-2013 機器人與機器人裝備 工業機器人的安全要求 第 2 部分:機器人系統與集成
GB/T 19399-2003 工業機器人 編程和操作圖形用戶接口
GB/Z 20869-2007 工業機器人 用于機器人的中間代碼
GB/T 29825-2013 機器人通信總線協議
GB/T 32197-2015 開放式機器人控制器通訊接口規范
GB/T 33267-2016 機器人仿真開發環境接口
GB/T 33266-2016 模塊化機器人高速通用通信總線性能
正在制定的工業機器人標準主要包括:
20170041-T-604 工業機器人力控制技術規范
20170049-T-604 工業機器人的通用驅動模塊接口
20170052-T-604 工業機器人生命周期風險評價方法
20170987-T-604 工業機器人 生命周期對環境影響評價方法
20170989-T-604 工業機器人機器視覺集成技術條件
3. 工業互聯網
工業互聯網位于智能制造系統架構生命周期的環節、系統層級的設備、單元、工廠、企業和協同五個層級,以及智能特征的互聯互通,如圖 14 所示。已發布的工業互聯網標準主要包括:
GB/T 19582-2008 基于 Modbus 協議的工業自動化網絡規范
GB/T 19760-2008 CC-Link 控制與通信網絡規范
GB/T 20171-2006 用于工業測量與控制系統的 EPA 系統結構與通信規范
GB/T 25105-2014 工業通信網絡 現場總線規范 類型 10:PROFINET IO 規范
GB/Z 26157-2010 測量和控制數字數據通信 工業控制系統用現場總線 類型 2:ControlNet 和 EtherNet/IP 規范
GB/T 26790.1-2011 工業無線網絡 WIA 規范 第 1 部分:用于過程自動化的 WIA 系統結構與通信規范
GB/T 29910-2013 工業通信網絡 現場總線規范 類型 20:HART 規范
GB/T 27960-2011 以太網 POWERLINK 通信行規規范
GB/T 31230-2014 工業以太網現場總線 EtherCAT
正在制定的標準包括:
20170053-T-339 工業互聯網 總體網絡架構
20170054-T-339 智能制造 標識解析體系要求
2017-0960T-YD 工業互聯網網絡安全總體要求
2016-1860T-YD 支持石化行業智能工廠的移動網絡技術要求
附件 3:已發布、制定中的智能制造基礎共性標準和關鍵技術標準