智能制造正成為未來制造業(yè)發(fā)展的重大趨勢和核心內(nèi)容，是加快發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，促進工業(yè)向中高端邁進、建設(shè)制造強國的重要舉措，也是新常態(tài)下打造新的國際競爭優(yōu)勢的必然選擇?！秶抑悄苤圃鞓藴鼠w系建設(shè)指南(2015版)》(以下簡稱“《建設(shè)指南》”)的制定以建立既符合我國國情，又與國際接軌的智能制造標準體系為目標，以跨行業(yè)、跨領(lǐng)域融合創(chuàng)新為手段，統(tǒng)籌標準資源，優(yōu)化體系結(jié)構(gòu)，聚焦重點領(lǐng)域，從基礎(chǔ)共性、關(guān)鍵技術(shù)、重點行業(yè)三個方面，構(gòu)建由5+5+10類標準組成的智能制造標準體系框架，為實施智能制造提供強有力的標準支撐。

 

　　2014年12月，工信部印發(fā)了《工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于成立智能制造綜合標準化工作組的函》，成立了由工信部部內(nèi)司局牽頭，國內(nèi)智能制造相關(guān)標委會、科研機構(gòu)、企業(yè)以及行業(yè)專家共同參加的智能制造綜合標準化工作組，正式啟動了《建設(shè)指南》編制工作。

 

　　《建設(shè)指南》編制歷時一年，工作組系統(tǒng)研究了德國工業(yè)4.0標準化路線圖和RAMI4.0模型、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考體系結(jié)構(gòu)等國外先進成果，先后召開4次工作會，調(diào)研了近百家智能制造相關(guān)企業(yè)，組織全國信息技術(shù)標準化技術(shù)委員會(TC28)、全國自動化系統(tǒng)與集成標準化技術(shù)委員會(TC159)、全國工業(yè)過程測量和控制標準化技術(shù)委員會(TC124)、全國信息安全標準化技術(shù)委員會(TC260)等標準化技術(shù)委員會梳理了1000余項與智能制造相關(guān)的已發(fā)布、制定中的標準，確定了“統(tǒng)籌規(guī)劃，分類施策”、“跨界融合，急用先行”、“立足國情，開放合作”的建設(shè)原則，按照“三步法”思路構(gòu)建智能制造標準體系。

 

　　第一步，構(gòu)建智能制造系統(tǒng)架構(gòu)，界定智能制造標準化的對象、內(nèi)涵和外延，識別智能制造現(xiàn)有和缺失的標準，認知現(xiàn)有標準間的交叉重疊關(guān)系。在充分調(diào)研和學(xué)習(xí)借鑒國外先進成果的基礎(chǔ)上，通過研究各類智能制造應(yīng)用系統(tǒng)，提取其共性抽象特征，構(gòu)建出由系統(tǒng)層級、智能功能和生命周期組成的三維智能制造系統(tǒng)架構(gòu)，展示了智能制造的全貌。智能制造的關(guān)鍵是實現(xiàn)貫穿企業(yè)設(shè)備層、控制層、車間層、工廠層、協(xié)同層不同層面的縱向集成，跨智能功能不同級別的橫向集成，以及覆蓋產(chǎn)品全生命周期的端到端集成，體現(xiàn)在智能制造系統(tǒng)架構(gòu)里就是系統(tǒng)層級、智能功能和生命周期三個坐標軸。標準化是確保實現(xiàn)全方位集成的關(guān)鍵途徑。

 

　　智能制造系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖 1 智能制造系統(tǒng)架構(gòu)
 

　　系統(tǒng)層級坐標軸自下而上共五層，分別為設(shè)備層、控制層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層，其中：

 

　　第一層設(shè)備層級是感知和執(zhí)行單元，包括傳感器、儀器儀表、條碼、射頻識別、機器等，是企業(yè)進行生產(chǎn)活動的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)；

 

　　第二層控制層級包括可編程邏輯控制器(PLC)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)、分布式控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)等；

 

　　第三層車間層級由控制車間/工廠進行生產(chǎn)的系統(tǒng)所構(gòu)成，包括制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)等；

 

　　第四層企業(yè)層級實現(xiàn)面向企業(yè)的經(jīng)營管理，包括企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(ERP)、產(chǎn)品生命周期管理(PLM)、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)(SCM)和客戶關(guān)系管理系統(tǒng)(CRM)等；

 

　　第五層協(xié)同層級代表產(chǎn)業(yè)鏈上不同企業(yè)通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)共享信息，實現(xiàn)協(xié)同研發(fā)、智能生產(chǎn)、精準物流和智能服務(wù)等。

 

　　智能制造的系統(tǒng)層級體現(xiàn)了裝備智能化和管理信息化，以及產(chǎn)業(yè)鏈網(wǎng)絡(luò)化的趨勢。

 

　　智能功能坐標軸包括資源要素、系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通、信息融合和新興業(yè)態(tài)等五層，其中：

 

　　第一層資源要素代表制造資源物理實體，包括設(shè)計施工圖紙、產(chǎn)品工藝文件、原材料、制造設(shè)備、生產(chǎn)車間和工廠等物理實體，也包括電力、燃氣等能源。此外，人員也可視為資源的一個組成部分。

 

　　第二層系統(tǒng)集成是指通過信息技術(shù)集成原材料、零部件、能源、設(shè)備等各種制造資源。由小到大實現(xiàn)從智能裝備到智能生產(chǎn)單元、智能生產(chǎn)線、數(shù)字化車間、智能工廠，乃至智能制造系統(tǒng)的集成。

 

　　第三層互聯(lián)互通是指通過有線、無線等通信技術(shù)，實現(xiàn)機器之間、機器與控制系統(tǒng)之間、企業(yè)之間的互聯(lián)互通。

 

　　第四層信息融合是指在系統(tǒng)集成和通信的基礎(chǔ)上，利用云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，在保障信息安全的前提下，實現(xiàn)信息協(xié)同共享。

 

　　第五層新興業(yè)態(tài)包括個性化定制、遠程運維和工業(yè)云等服務(wù)型制造模式。

 

　　生命周期坐標軸是由設(shè)計、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)等一系列相互聯(lián)系的價值創(chuàng)造活動組成的鏈式集。生命周期中各項活動相互關(guān)聯(lián)、相互影響。在智能制造的大趨勢下，企業(yè)從主要提供產(chǎn)品向提供產(chǎn)品和服務(wù)轉(zhuǎn)變，價值鏈得以延伸。

 

　　第二步，將智能制造系統(tǒng)架構(gòu)映射為五類關(guān)鍵技術(shù)標準，與基礎(chǔ)共性標準和重點行業(yè)標準共同構(gòu)成智能制造標準體系結(jié)構(gòu)。在深入分析標準化需求的基礎(chǔ)上，綜合智能制造系統(tǒng)架構(gòu)各維度邏輯關(guān)系，智能制造系統(tǒng)架構(gòu)中的生命周期維度、系統(tǒng)層級維度和智能功能維度的節(jié)點之間相互映射，描繪出了智能制造標準的完整需求，并可以歸納為由關(guān)鍵技術(shù)標準、基礎(chǔ)共性標準和重點行業(yè)標準構(gòu)成的智能制造標準體系結(jié)構(gòu)來表示，如圖2所示。

圖2 智能制造標準體系結(jié)構(gòu)
 

　　基礎(chǔ)共性標準作為關(guān)鍵技術(shù)標準和重點行業(yè)標準的基礎(chǔ)支撐，位于智能制造標準體系結(jié)構(gòu)圖的最底層；關(guān)鍵技術(shù)標準中，“智能裝備”標準與智能制造實際生產(chǎn)聯(lián)系最為緊密，位于關(guān)鍵技術(shù)這一類標準的最底層；“智能工廠”標準，是對智能制造裝備、軟件、數(shù)據(jù)的綜合集成，位于“智能裝備”和“智能服務(wù)”標準之間，在智能制造標準體系中起著承上啟下的作用；“智能服務(wù)”涉及到對智能制造新模式和新業(yè)態(tài)的標準研究，位于關(guān)鍵技術(shù)類標準的頂層；“工業(yè)軟件和大數(shù)據(jù)”標準與“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”標準貫穿關(guān)鍵技術(shù)標準的其它3個領(lǐng)域，分別位于智能制造標準體系結(jié)構(gòu)圖的關(guān)鍵技術(shù)標準的最左側(cè)和最右側(cè)，打通物理世界和信息世界，推動生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型；重點行業(yè)標準位于智能制造標準體系結(jié)構(gòu)圖的最頂層，面向行業(yè)具體需求，對基礎(chǔ)共性標準和關(guān)鍵技術(shù)標準進行細化和落地，指導(dǎo)各行業(yè)推進智能制造。

 

　　第三步，建立智能制造標準體系框架，指導(dǎo)智能制造標準制修訂工作。根據(jù)智能制造標準體系結(jié)構(gòu)圖，對各領(lǐng)域進行進一步細化，形成智能制造標準體系框架，在此基礎(chǔ)上，梳理標準體系中各領(lǐng)域的相關(guān)標準，確定標準之間的相互關(guān)系，并明確待立項重點標準，力爭在2016年立項20項以上智能制造標準體系中的基礎(chǔ)通用標準和關(guān)鍵技術(shù)標準。智能制造標準體系框架如圖3所示。

 

　　圖3智能制造標準體系框架

圖3智能制造標準體系框架
 

　　智能制造系統(tǒng)架構(gòu)是《建設(shè)指南》的亮點和創(chuàng)新點，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。智能制造標準體系結(jié)構(gòu)和標準體系框架的建立都是基于智能制造系統(tǒng)架構(gòu)衍生而來。為了更好的理解系統(tǒng)架構(gòu)，下面將為更好的解讀和理解系統(tǒng)架構(gòu)，以可編程邏輯控制器(PLC)、工業(yè)機器人和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為例，分別從點、線、面三個方面詮釋智能制造重點領(lǐng)域在系統(tǒng)架構(gòu)中所處的位置。

 

　　PLC位于智能制造系統(tǒng)架構(gòu)生命周期的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、系統(tǒng)層級的控制層級，以及智能功能的系統(tǒng)集成層，如圖4所示。

 

圖 4 PLC在智能制造系統(tǒng)架構(gòu)中的位置

 

　　工業(yè)機器人位于智能制造系統(tǒng)架構(gòu)生命周期的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、系統(tǒng)層級的設(shè)備層級和控制層級，以及智能功能的資源要素，如圖5所示。

        圖 5 工業(yè)機器人在智能制造系統(tǒng)架構(gòu)中的位置

 

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)位于智能制造系統(tǒng)架構(gòu)生命周期的所有環(huán)節(jié)、系統(tǒng)層級的設(shè)備、控制、工廠、企業(yè)和協(xié)同五個層級，以及智能功能的互聯(lián)互通，如圖6所示。

 

圖 6 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在智能制造系統(tǒng)架構(gòu)中的位置

 

　　在解讀《建設(shè)指南》時應(yīng)特別注意以下幾個問題：

 

　　一是智能制造標準體系面向跨領(lǐng)域、跨行業(yè)的系統(tǒng)集成，聚焦數(shù)據(jù)交換、互聯(lián)互通，與行業(yè)標準體系存在交集，但非包含關(guān)系。智能制造標準化的對象是具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行等功能的先進制造過程、系統(tǒng)與模式。智能制造標準體系與船舶、航空等行業(yè)標準體系之間有交集，相互之間不是覆蓋關(guān)系。智能制造標準體系不是一個大而全的體系，而是一個聚焦在數(shù)據(jù)、通訊和信息等方面的有限目標體系。

 

　　二是智能制造標準體系包含工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準子體系。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是智能制造的基礎(chǔ)設(shè)施，包括工廠內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)，是工業(yè)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)那溃菍崿F(xiàn)智能制造各單元互聯(lián)互通的支撐技術(shù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準子體系是智能制造標準體系的一個重要組成部分。

 

　　三是隨著智能制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新模式新業(yè)態(tài)的不斷涌現(xiàn)，智能制造標準體系將進行動態(tài)調(diào)整和完善。智能制造是一個動態(tài)發(fā)展的龐大系統(tǒng)，產(chǎn)業(yè)界對智能制造的認識將是一個不斷深入的過程。智能制造標準體系也必然是一個動態(tài)調(diào)整更新的過程。我們力圖通過本版《建設(shè)指南》打造一個基礎(chǔ)框架，并建立起動態(tài)更新完善機制，以2—3年為周期及時開展標準體系更新、標準復(fù)審和維護更新工作。