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国家智能制造标准体系建设指南之建设内容(三)
2015-11-14

(三) 重点标准化方向和领域

1. 总体标准

智能制造总体标准主要包括基础、安全、管理、评价和可靠性等5 个方面的标准。

(1) 基础标准

        一是制定术语定义标准,用于统一智能制造相关概念,为其他各部分标准的制定提供支撑;二是制定参考模型标准,帮助各方认识和理解智能制造标准化的对象、边界、各部分的层级关系和内在联系;三是制定元数据、数据描述和数据字典标准,用于规定产品设计、生产、流通等环节涉及的元数据命名规则、数据格式和注册要求,公共基础数据描述方法,数据字典建立方法,为智能制造各环节产生的数据集成、交互共享奠定基础;四是制定标识标准,用于对智能制造中各类对象进行唯一标识与解析,建设既与制造企业已有的标识编码系统兼容,又能满足设备IP 化、智能化等智能制造发展要求的智能制造标识体系。

(2) 安全标准

         智能制造系统的安全包括机械安全、电气安全、功能安全和信息安全等。随着智能制造的快速发展,新技术、新应用在打破工业网络信息孤岛的同时,给工业企业带来了新的信息安全隐患,亟需建立智能制造信息安全标准体系。

        一是要制定智能制造信息安全管理标准,包括管理基础标准和安全监管标准等。其中,管理基础类标准明确工业企业的信息安全管理基本要求,并提供风险控制管理规范,是工业企业规范其信息安全管理的重要抓手。安全监管类标准是智能制造领域主管部门开展智能制造信息安全监管的科学依据,对规范制造业信息安全管理具有现实意义;二是制定技术与机制标准,包括软件安全、设备信息安全、网络安全、数据安全和信息安全防护技术。软件安全包括智能制造领域企业管理和生产过程控制软件的安全技术要求;设备信息安全标准包括智能制造系统架构中控制系统及安全防护系统的安全技术要求;网络安全标准包括工业互联网的安全技术与管理体系、工业传输网络的安全保障及关键技术、工业控制系统网络安全状态监测技术等;数据安全标准包括工业企业数据传输、存储、分级分类、脱敏等环节的安全要求;

       信息安全防护标准包括工控系统入侵检测、防火墙、安全隔离以及灾难恢复等技术要求;三是制定产品测评以及安全能力评估等第三方测评与服务类标准,助力工业企业提升信息安全防护能力。

(3) 管理标准

        管理标准是智能制造标准体系中总体标准的重要组成部分,这些标准与智能制造技术标准共同实施,有利于工业企业实施智能制造的过程中规范管理、降低产品不良品率和运营成本,提高生产效率和能源利用率。

        在推动企业贯彻执行ISO 9001 质量管理体系标准、ISO14001 环境管理体系标准、ISO27001 信息安全管理体系标准和ISO 50001 能源管理体系标准的基础上,大力推行两化融合管理体系标准在制造业企业的贯标。两化融合管理体系系列标准包括通用要求、基础和术语、实施指南以及在重点领域的应用指南等,可帮助企业依据其战略目标的需求,规定两化融合相关过程,并形成企业可持续竞争优势所要求的信息化环境下的新型能力。

(4) 评价标准

         智能制造各应用领域的实施水平参差不齐,因此需要对各智能制造应用领域、应用企业和应用项目开展评估诊断,为企业提升智能制造水平提供指导,为开展智能制造水平和效果评价提供依据。

        一是按照可测量、可量化、可核查的原则从不同维度选取指标,制定智能制造评价指标体系;二是针对评价指标体系确定评价方法;三是制定指导企业和行业开展智能制造水平评价的实施指南。

(5) 可靠性标准

         智能制造对可靠性工作提出更多更高的要求,亟需构建智能制造可靠性标准体系。

         一是制定可靠性过程标准指南,分别针对可靠性工程的某一方面或可靠性大纲规定的某一要素做出详细说明和要求,分为可靠性管理、风险管理、寿命周期费用、可靠性分析、可靠性设计、可靠性增长、维修性和保障性;二是制定可靠性技术方法标准。由直接提供应用的试验方法、评价技术或分析程序等标准组成,包括可靠性建模与分析、统计分析、试验技术、筛选技术、数据与记录等相关共性技术方法标准。

2. 智能装备/产品标准

         智能装备/产品中涉及到的重点标准化方向和领域有智能装备标准、智能产品标准、人机交互标准、增材制造标准、工业机器人标准和工业软件标准等。

(1) 智能装备标准

        智能装备是指具有感知、分析、推理、决策、控制功能,主要用于制造环节的产品,智能装备和产品在不同场景下是可以相互转化的。智能装备主要包括传感器、测量仪器仪表、控制系统和执行部件等。此外,通过智能化使能技术还可以使现有传统装备具备智能化能力,也是现阶段标准化工作的重点领域。

(2) 智能产品标准

        智能产品是具有环境和状态感知、计算执行、网络通信和数据存储等功能,以信息技术深度嵌入为特征的消费类产品。智能产品种类繁多,层出不穷,我们将其纳入智能制造标准体系,并注意做好与现有相关的其他智能产品标准体系的衔接,避免重复。现阶段重点研究基于智能产品,支撑生产企业为消费者提供增值服务等创新性应用,延伸制造业价值链的标准;以及通过智能产品产生的运行数据和用户使用习惯数据,对生产企业的设计和制造环节提供反馈和优化的标准。

(3) 人机交互标准

        智能制造时代,人机交互从过去人不断的适应机器发展到技术不断适应人,从键盘输入,手柄操作,屏幕仪表显示等传统模式发展到语音、手势、触摸、体感等新模式。目前,人机交互已经应用在产品设计、设备控制、现场控制、物流等与智能制造相关的方方面面,急需制定工控设备图形图标、语音命令和对象属性等标准。

(4) 增材制造标准

         增材制造技术是信息技术与材料技术、数字制造技术的融合。智能制造标准体系中的增材制造标准主要涉及三个领域。

        一是模型设计标准,包括文件格式、数据处理和设计规范等,是规范建模方法、统一模型数据处理方法的保障,是指导产品设计的基础;二是工艺和方法标准,包括工艺和材料分类以及各种加工工艺标准,为用户选择合适的增材制造工艺方法和指导实际生产提供依据;三是增材制造设备和关键部件标准。

(5) 工业机器人标准

         工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的智能装备。工业机器人标准主要包括四类。

         一是制定工业专用机器人技术条件,规范工业机器人各生产环节专用机器人的主要性能指标、技术要求、试验方法和检验规则等。主要包括点焊机器人、弧焊机器人、自动导引车、激光加工机器人、装配机器人、喷涂机器人、搬运机器人、装配机器人等;二是制定工业机器人性能和检测规范,规范各种用途工业机器人的检验项目、规则和方法,包括外观、功能、可靠性、安全、连续运行、噪声、电源适应能力、环境条件、动力源等;三是制定工业机器人通信控制标准,主要包括数据通信、通信接口、控制语义等内容。制定机器人系统中的通信总线的数据格式和程序规范,规范工业机器人编程和操作图形用户接口、编程系统和机器人控制间的接口等内容;对工业机器人编程基本指令、中间代码、工业机器人语言、编码和编制程序的方法进行规范;四是制定工业机器人设计平台标准,包括计算机辅助设计系统、计算机辅助工程系统、动力学仿真分析系统等系统集成体系结构和数据格式、存储方式及交换方式标准。

(6) 工业软件标准

        工业软件是指应用在工业生产过程中,为提高工业企业的研发、制造和生产管理水平并提高企业生产率的软件。工业软件的标准化工作可以提升工业软件产品的研发设计、管理和服务、度量和测评等环节的规范性,促进工业软件产品的互联互通性。

        一是工业软件的产品与系统标准,主要包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺规划(CAPP)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助制造(CAM)、产品数据管(PDM)、PLM、ERP、MES、办公自动化系统(OA)、分布式数控系统(DNC)、内容管理系统(CMS)等工业相关的软件产品标准和嵌入式操作系统标准,以及通过互联互通规范来明确工业软件产品在构成系统时需要遵守的接口规范。产品与系统规范明确了工业软件产品的基本要求,为工业软件产品和系统研发提供依据,加强集成环境下工业软件互联互通的能力;二是工业软件管理与服务标准,主要包括加强工业软件的知识产权和正版化管理的授权和标识标准,工业软件过程管理的实施指南标准和制定衡量工业软件的管理能力的成熟度模型标准;与工业软件集成过程中的组织、实施、验收有关的集成服务标准,以及指导工业软件可持续使用、实现应急处理的运维服务标准;三是工业软件的度量与测评标准,主要包括通过质量模型标准及相关特性标准明确工业软件的度量内容和依据的度量规范,和为工业软件开发过程的活动提供了测试和评价的过程、方法、工具和技术的测评规范。

3. 工业互联网/物联网标准

         工业互联网/物联网标准主要包括体系架构和关键技术标准。

         一是提出满足智能制造发展需求,体现工业互联、业务互联、产业互联的工业网络体系架构,包括企业内部不同层级网络互联,企业之间的网络互联,以及企业与设计/供应链/制造/服务/消费协作模式下的互联互操作技术要求等;二是制定工业互联网络关键技术标准,主要研究机器之间、机器与控制系统之间的低时延、高可靠连接与智能交互的网络组网技术标准。研究工业控制网络总线间接口互连、新型工业现场总线、数据服务接口、现场总线和工业以太网融合等标准。研究针对现场设备级、车间监测级及工厂管理级的不同需求的新型工业无线网络技术要求。研究工业网关通信协议和接口标准。研究IPv6 在工业互联网中的应用。研究制订适用于工业环境的4G 增强和5G 传输网络标准。

4. 智能工厂/数字化车间标准

         智能工厂/数字化车间实现了从产品设计到销售,从供应商到客户,从设备控制到企业资源管理的信息快速交换、传递、处理和集成,其标准体系从智能工厂/数字化车间建设规划标准、制造软/硬件系统集成标准、智能设计标准、智能生产标准和智能物流标准五个方面进行构建。

(1) 智能工厂/数字化车间建设规划标准

          智能工厂/数字化车间建设经常会出现投资超概、延误进度、实施成效不明显等问题,其原因是前期总体规划不到位,缺乏标准化的管理。

         智能工厂/数字化车间建设规划标准主要制定针对智能工厂/数字化车间进行建设或改造时的规划方法、实施指南、系统建模、集成框架以及技术条件要求等方面的标准。系统建模类标准包括基于智能工厂/数字车间的生产过程模型和组织模型等;集成框架类标准包括基于智能工厂/数字车间的集成体系架构、各组成部分及其功能、所采用的标准和协议等;通用技术条件类标准包括通用技术要求和评价方法标准,重点针对各子系统集成过程中的接口、信息交互、数据一致性和安全性等薄弱环节进行评价规范。

(2) 制造软/硬件系统集成标准

        制造软/硬件系统集成标准主要包括四类标准。一是互操作准则类标准,包括定义智能制造软件互操作能力描述及制造单元匹配准则等;二是集成能力标准,包括集成功能模块描述,集成能力评估等规范;三是测试应用服务接口类标准,包括用于智能制造软件能力描述的接口服务和协议及相关模板规范、访问/查找能力描述接口和按需进行匹配的过程定义等;四是现场设备集成标准,包括电子设备描述语言(EDDL)、现场设备工具技术(FDT)、现场总线仪器设备集成(FDI)、OPC 统一架构(OPC UA)等。

(3) 智能设计标准

        智能设计标准主要制定产品设计仿真、智能优化设计和协同设计等技术标准。一是产品设计仿真类标准,制定产品数字化定义、产品数字化样机、设计仿真、工艺仿真、数字化试验等规范;二是智能优化设计类标准,对产品仿真结果进行优化,描述优化模型,制定优化方法等技术规范;三是协同设计类标准,对协同设计环境、协同设计基础数据库、协同设计方法和异地协同设计要求等进行规范。

(4) 智能生产标准

        智能生产标准主要制定生产过程控制系统诊断、维护、优化以及人机协同领域标准。一是生产过程控制系统诊断、维护类标准,包括定义智能生产系统诊断、能力评估和维护的通用要求、应用领域矩阵元素描述与定义规范、应用集成描述表达方法等;二是生产过程系统先进控制与优化类标准,包括定义生产制造系统先进控制与优化软件的概念及术语、功能集成架构、功能模块、信息交互方式等标准规范;三是协同控制标准,包括协同控制技术、协同控制方法、协同通信等标准规范。

(5) 智能物流标准

         智能物流标准主要制定智能工厂/数字化车间内生产过程中存储、运送、装卸、包装等物流信息采集、传输、追踪等有关的技术标准。

5. 工业云和大数据标准

        根据工业云和大数据的技术特点以及在智能制造中发挥的作用,工业云和大数据标准体系包括数据、技术、服务、产业生态系统四大支撑领域。

        一是数据标准,主要包括数据质量、数据资产管理等标准。数据质量标准将提出企业在研发设计、生产制造和服务等环节生成数据的技术要求、指标体系和评价规范,确保数据在产生、存储、交换和使用等各个环节中的质量。数据资产管理标准则针对工业企业数据资产确权、评估、交易、处置以及所涉及的主体和活动进行规范,有效提高企业对数据资产的有效管理和利用;二是技术标准,主要包括虚拟化、数据管理等标准。虚拟化标准,主要包括虚拟资源管理要求、虚拟资源描述格式、虚拟资源监控要求等方面的标准,用于指导生产资源和生产能力的虚拟化技术和虚拟化产品/服务的开发。数据管理技术标准,主要包括工业大数据采集、准备、分析、可视化和访问等标准,用于对数据全生命周期管理的相关技术进行规范;三是服务标准,主要包括云服务、大数据服务、服务管理等标准,其中,云服务标准包括各类生产资源和信息技术基础设施接入工业云时所需要遵循的接口和协议的资源共享服务标准,以及企业生产能力的分类、匹配、组合和评价制定的能力服务标准。大数据服务标准包括针对开放共享工业大数据的分类和管理机制,交易工业大数据描述和交易要求,工业大数据服务平台的功能性、维护性和管理要求。服务管理标准包括服务目录、服务级别协议、服务计量计费、服务质量等,为工业云和大数据服务的设计、采购提供支撑。四是产业生态系统,包括工业互联网开放应用框架、制造资源云服务与协同平台技术、工业互联网应用开发及发布平台技术、工业互联网云操作系统及建模工具技术要求等。

6. 服务型制造标准

        目前,业内缺少对服务型制造的明确定义以及分类统计方法,这是标准化要解决的首要问题。其次,服务型制造涉及多种新业态、新模式,发展日新月异,在以下方面存在标准化需求。一是个性化定制标准,主要对个性化定制的管理和服务交付提出了要求。包括个性化定制设计、交互规范,以及为了满足大规模个性化生产,企业的生产管理流程规范;二是远程服务领域标准,包括远程服务平台接口规范、远程服务通用要求、远程服务安全规范、远程服务监控规范和应急管理规范等;三是网络众包领域标准。其中,包括众包管理规范、协同制造通用要求等标准;四是电子商务领域标准。包括业务操作、技术支撑和精准供应链管理方面的标准。

7. 行业应用标准

        依据基础共性标准,我们将在《中国制造2025》中提出的新一代信息技术产业、先进轨道交通装备和航空航天装备等十大重点领域,结合行业特点和需求,探索提出各行业实施智能制造的行业应用标准。

 
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