智能制造标准体系及国内外标准化进展(王春喜)-印刷版.pdf

1、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 1 1 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所（ITEI）全国工业过程测量控制和自动化标委会（SAC/TC124）王春喜 副总工/教高/博士 2016年9月 智能制造标准体系及智能制造标准体系及 国内外标准化进展国内外标准化进展 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 2 2 ITEI智能制造相关基础智能制造相关基础 ITEI：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所（仪综所），国资委下属：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所（仪综所），国资委下属事业单位事业单位 “十三五”重点研发计划“制造基础技术与关键部件”主要编写单位“十三五”重点研发计划“制造基础技术与关键部件”主

2、要编写单位 “国家智能制造标准化总体组”副组长单位“国家智能制造标准化总体组”副组长单位 科技部“中德智能制造国际合作”秘书处单位科技部“中德智能制造国际合作”秘书处单位 “中德智能制造“中德智能制造/工业工业4.0标准化工作组”秘书处单位标准化工作组”秘书处单位 IEC/TC65/WG16“数字工厂国际标准工作组”、“数字工厂国际标准工作组”、IEC/SMB/SEG8“智“智能制造能制造/工业工业4.0战略工作组”、战略工作组”、IEC/MSB“未来工厂白皮书”、“未来工厂白皮书”、ISO/TMB/SAG“工业“工业4.0战略咨询组”、战略咨询组”、IEC/TC65/AHG3“智能制造“智能

3、制造框架和系统架构”、框架和系统架构”、IEC/SC65E/AHG1“智能制造信息模型”国内对口“智能制造信息模型”国内对口单位，分别派专家参加了上述国际标准化工作单位，分别派专家参加了上述国际标准化工作 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 3 3 一、智能制造产生背景和技术发展趋势一、智能制造产生背景和技术发展趋势 二、从数字工厂、工业二、从数字工厂、工业4.0到智能制造的演变到智能制造的演变 三、国际智能制造标准化研究进展三、国际智能制造标准化研究进展 四、我国智能制造标准化相关工作四、我国智能制造标准化相关工作 五、五、国家智能制造标准体系建设指南国家智能制造标准体系建设指南解读解读 六

4、、仪综所承担智能制造专项情况介绍六、仪综所承担智能制造专项情况介绍 七、智能制造专项和智能制造标准计划申报建议七、智能制造专项和智能制造标准计划申报建议 八、智能制造下一步标准化工作重点八、智能制造下一步标准化工作重点 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 4 4 一、智能制造产生背景和技术发展趋势一、智能制造产生背景和技术发展趋势 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 5 5 制造业的概念制造业的概念 制造业：是指对原材料(采掘业的产品和农产品)进行加工或再加工，以及对零部件进行装配的工业的总称。机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 6 6 制造业的范围制造业的范围 根据我国现行标准GB/T 47

5、54-2002划分，制造业包括31个行业：注：十二亓规划纲要新增建筑业，共包括约175个中类，530个小类。食品工业 农副食品加工业；饮料制造业；烟草制品业等 纺织服装工业 纺织服装、鞋、帽制造业；皮革、毛皮、羽毛(绒)及其制品业等 造纸印刷业 造纸及纸制品业；印刷业和记录媒介的复制等 石油和化学工业 石油加工工业；化学原料及化学制品制造业；化学纤维、橡胶、塑料制品业等 冶金工业 黑色金属冶炼及压延加工业；有色金属冶炼及压延加工业 非金属制品业 水泥、玱璃制品、砖瓦石材、陶瓷制品等 金属制品业 集装箱、金属容器、金属工具制造；金属表面处理及热处理加工 机械制造业 通用设备制造业（锅炉、内燃机、

6、机床、泵阀、轰承、齿轮、通用零部件）；与用设备制造业（拖拉机、医疗设备、邮政信件分拣）等 运输设备 交通运输设备制造业（汽车、摩托车、船舶、航空航天器、铁路机车等）电器设备 电气机械及器材制造业（电劢机、发劢机、微电机、电线电缆、家用电器）电子设备 通信设备、计算机及其他电子设备制造业 仦器仦表 仦器仦表及文化、办公用机械制造业 其他制造 家具制造业；木材加工及制品业；文教体育用品制造业；工艺品及其他制造业等 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 7 7 制造业面临全球化挑战制造业面临全球化挑战 全球化、高效、高质、创新、低消耗、个性化是其特征全球化、高效、高质、创新、低消耗、个性化是其特征 机

7、械工业仪器仪表综合技术经济研究所 8 8 第四次工业革命第四次工业革命 以智能制造为主导的第四次工业革命（革命性的生产方法）以智能制造为主导的第四次工业革命（革命性的生产方法）机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 9 9 世界制造业面临新的竞争世界制造业面临新的竞争 保持制造领先地位保持制造领先地位 可持续性创新投资 高出口水平 将“工业工业 4.0”作为新战略“制造业复兴制造业复兴 设立“全美制造业创新机制”工业互联网 德国德国 美国美国 中国中国 中国制造中国制造2025 我国经济发展进入新常态 经济发展方式转向集约增长 经济结构转向深度调整 经济发展动力转向新的增长点 机械工业仪器仪表综合

8、技术经济研究所 10 10 二、从数字工厂、工业二、从数字工厂、工业4.0、CIM到到 智能制造的演变智能制造的演变 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 11 11 数字工厂数字工厂 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 12 12 数字工厂概念数字工厂概念 什么是数字工厂？什么是数字工厂？IEC词汇库给出的定义是：数字工厂是数字模型、方法和工具的综合网络（包括仿真和3D虚拟现实可视化），通过连续的没有中断的数据管理集成在一起。它是以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，幵进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式，是现代数字制造技术不计算机

9、仿真技术相结合的产物。机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 13 13 前期研究基础前期研究基础 数字工厂的研究开始已超过数字工厂的研究开始已超过10年，最初的思想是使用电子描述（如属性年，最初的思想是使用电子描述（如属性列表）来替代纸质文件，并在软件工具中使用它进行电子布线和安装。列表）来替代纸质文件，并在软件工具中使用它进行电子布线和安装。随着信息技术和数据库技术的发展，数字工厂的概念有了很大的扩展，随着信息技术和数据库技术的发展，数字工厂的概念有了很大的扩展，包括了自动化资产及其关系，被广泛用于过程工厂、制造工厂中的电子包括了自动化资产及其关系，被广泛用于过程工厂、制造工厂中的电子表示。在

10、工厂全生命周期内，与数字化工厂相关的活动（如工程、组态表示。在工厂全生命周期内，与数字化工厂相关的活动（如工程、组态和维护）将访问、更新和使用数据库中的主数据。这使得所有相关过程和维护）将访问、更新和使用数据库中的主数据。这使得所有相关过程间可以一致地进行信息交换。间可以一致地进行信息交换。机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 14 14 数字工厂国际标准数字工厂国际标准 2012年IEC/TR 62794 工业过程测量、控制和自动化 生产过程表示用参考模型（数字工厂）（GB/Z 32235-2015）Program/Software views of automation assets d d

11、 d 生产生产 制造制造 虚虚拟拟工厂工厂 实际实际工厂工厂 工程工程 组态组态 运行运行 信息安全信息安全 维护维护 基基础础数据数据库库（主数据）（主数据）Assets with classified properties 基础数据库基础数据库 具有属性及其关系具有属性及其关系 相关分相关分类类属性属性 （连连接列表）接列表）过程工具过程工具 在基础数据库上运行在基础数据库上运行 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 15 15 产品设计与生产过程无缝集成产品设计与生产过程无缝集成 PDM，PLM等；CAPP，CAE等；ICS/MES/ERP等 集 成 产品设计 生产过程 机械工业仪器仪表综

12、合技术经济研究所 16 16 打造数字工厂打造数字工厂 数字工厂的设计数字工厂的设计 数字工厂的优势数字工厂的优势 数字工厂的特点数字工厂的特点 数字工厂的关键技术数字工厂的关键技术 数字工厂是一个全新的工厂设计理念；最大限度应用数字化、仿真及互联网技术；代表对工厂的建设、运行、维护的最高水平。硬件的全集成；软件的全集成；统一的数据库；无纸化；数据贯穿整个产品生产过程。数字工厂数字工厂 自动化、互联网；能效管理；Safety与Security；通信协议；接口、一致性和互操作；大数据、云计算 提高盈利能力；提高规划质量；缩短产品投产时间；交流透明化数据；规划过程标准化。机械工业仪器仪表综合技术经

13、济研究所 17 17 工业工业4.0 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 18 18 工业工业4.0正式推出正式推出 2013年年4月在汉诺威工业博览会正式推出月在汉诺威工业博览会正式推出 2013年年4月成立工业月成立工业4.0平台，秘书处包括：德国信息技术、通信、新媒平台，秘书处包括：德国信息技术、通信、新媒体协会（体协会（BITKOM）、德国机械设备制造业联合会（）、德国机械设备制造业联合会（VDMA）和德国电）和德国电气和电子工业联合会（气和电子工业联合会（ZVEI），为关键的优先主题制定研发路线图），为关键的优先主题制定研发路线图 科学咨科学咨询组询组 总体推进组总体推进组 管理委管

14、理委员会员会 秘书处秘书处 技术工作组技术工作组 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 19 19 工业工业4.04.0概念概念 什么是工业4.0？工业4.0：以智能制造为主导的第四次工业革命（革命性的生产方法）。通过信息物理系统CPS实现全生命周期中制造单元间相互独立地自劢交换信息、触发劢作和实现控制，将制造业向智能化转型。德国政府实施工业4.0的原因 将信息和通信技术集成到传统的制造业，以维持其全球市场领导地位 为CPS技术和产品建立和培育新的市场，成为智能制造技术的主要供应商 工业4.0 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 20 20 工业工业4.0特点特点智能工厂智能工厂 智能工厂智能工

15、厂 构成工业构成工业4.0的关键特征，通过的关键特征，通过物联网和服务网与智能移动、智物联网和服务网与智能移动、智能物流、智能建筑、智能产品、能物流、智能建筑、智能产品、智能电网等相关联智能电网等相关联 通过价值链及网络实现企业间横向集成通过价值链及网络实现企业间横向集成 贯穿整个价值链的端到端工程数字化集成贯穿整个价值链的端到端工程数字化集成 企业内部灵活且可重组的网络化制造体系纵向集成企业内部灵活且可重组的网络化制造体系纵向集成 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 21 21 工业工业4.0特点特点智能制造过程智能制造过程 智能制造系统智能制造系统 互联制造单元的自组织（自组织生产）互联制

16、造单元的自组织（自组织生产）制造步骤根据订单情况灵活定制（自组织工艺）制造步骤根据订单情况灵活定制（自组织工艺）机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 22 22 工业工业4.0特点特点智能装备智能装备/产品产品 智能装备智能装备/产品产品 被制造的产品具有制造过程中各阶段所必须的全部信息（标识被制造的产品具有制造过程中各阶段所必须的全部信息（标识、位置、状态、路线）。、位置、状态、路线）。机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 23 23 工业工业4.0特点特点人的作用人的作用 人的作用仍至关重要人的作用仍至关重要 人，是具有创造性的规划者、管理者和决策者 第 2 步：由人确定生产规则和参数 第 1

17、 步：由人提出产品构思不设计 第 3 步：信息物理融合系统(CPS)根据指令仿真，幵对比各种生产选项 第 4 步：信息物理融合系统(CPS)给出符合要求的“最佳”生产路径建议 第 5 步：由人选择最佳生产路径，实现生产 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 24 24 工业工业4.04.0参考架构模型（参考架构模型（RAMI4.0RAMI4.0）机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 25 25 八个优先行劢计划 1.标准化和参考架构 2.为工业建立宽频的基础设施 3.安全和保障（物理安全、功能安全、信息安全）4.管理复杂系统 5.工作的组织和设计 6.培训和持续的与业发展 7.监管框架 8.资源利

18、用效率 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 26 26 智能制造智能制造 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 27 27 2014年，由工信部牵头，会同国家发改委、科技部、财政部、质检总局、工程院等20多个国务院有关部门，组织50多名院士、100多位与家来编制中国制造2025规划，加快从制造大国转向制造强国的顶层设计，提出了制造强国建设三个十年“三步走”的战略。这“三个十年”最终在建国一百周年的时候，要实现中国成为制造强国。第一个十年，到2025年，我仧要进入世界强国乊列。第二个十年，到2035年，我仧要进入世界强国的中位。第三个十年，到2045年，我仧要进入世界强国的领先地位。“中国制造20

19、25”机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 28 28 共同点：两个战略都是为了迎接新一轮科技和产业革命的到来，着眼于以数字化和网络化为支持的智能化生产。不同点：一、两国的制造业基础不一样，德国是制造业强国，中国是制造业大国。中国制造占世界制造的20%，但有点“虚胖”，不强。比如质量、基础数据。二、发展阶段不一样，德国已完成工业3.0，而中国工业化发展历史不长，大部分还没有自动化和数字化，尚处在工业2.0阶段，部分达到3.0水平。所以，中国发展工业，要2.0、3.0和4.0齐头并进。“中国制造“中国制造2025”与“工业”与“工业4.0”差异”差异 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 29 29

20、 中国制造2025 新一代信息技术不制造业深度融合 九大仸务 提高国家制造业创新能力 推进信息化不工业化深度融合 强化工业基础能力 加强质量品牌建设 全面推行绿色制造 大力推劢重点领域突破发展 深入推进制造业结构调整 积极发展服务型制造和生产性服务业 提高制造业国际化水平 十大领域 新材料 农机装备 电力装备 节能不新能源汽车 先进轨道交通装备 海洋工程装备及高技术船舶 航空航天装备 高档数控机床和机器人 新一代信息技术产业 生物医药及高性能医疗器械 亓大工程 制造业创新中心建设工程 工业强基工程 智能制造工程 绿色制造工程 高端装备工程 八项政策 健全组织实施机制 进一步扩大制造业对外开放

21、完善中小微企业政策 健全多层次人才培养体系 加大财税政策支持力度 完善金融扶持政策 营造公平竞争市场环境 深化体制机制改革 创新驱劢 质量为先 绿色发展 结构优化 人才为本 制 造 强 国 主攻方向 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 30 30 三、国际智能制造标准化研究进展三、国际智能制造标准化研究进展 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 31 31 智能制造国际标准化工作智能制造国际标准化工作 IEC/TC65/WG16：数字工厂 IEC/TC65/WG19：生命周期管理 IEC/TC65/AHG1：安全和信息安全协调框架 IEC/TC65/AHG2：自动化设备和系统可靠性 IEC/TC

22、65/AHG3：智能制造框架和系统架构 IEC/SC65E/WG10：智能设备管理 IEC/SC65E/AHG1：智能制造信息模型 IEC/SMB/SG8（SEG7）：智能制造/工业4.0 IEC/MSB：“未来工厂”白皮书 ISO/TMB/SAG：工业4.0 ITU/SG20：IoT及其应用 工业4.0标准化路线图 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 32 32 Others IIC OGC 地理数据 车联网 中国 智能电网 ETSI M2M IEC TC3 通用数据字典和规则 IEC 61360-CDD TC65 主要的工业4.0参不方 TC57 智能电网 TC 121 低压开关 ISO/

23、IEC JTC1 SWG 7 传感器网络 NP IoT IEEE P2413 物联网架构框架 ISO TC 184 SC1/SC2 数控和机器人 SC4 关系知识 SC4 STEP SC4 eOTD ISA 不IEC的 联合工作 工业4.0.?ITU IoT (医疗)IETF 通信 W3C 语义网 智能制造相关标准化组织智能制造相关标准化组织 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 33 33 IEC智能制造智能制造/工业工业4.0国际标准国际标准 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 34 34 IEC/SMB、MSB、TC间关系间关系 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 35 35 RAMI 4

24、.0RAMI 4.0标准映射标准映射 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 36 36 ISO智能制造智能制造/工业工业4.0国际标准国际标准 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 37 37 ISO/TMB/SAG 工业工业4.0战略咨询组战略咨询组 2015年年6月月ISO/TMB提议成立该工作组：提议成立该工作组：主席：主席：DIN（德国）（德国）秘书处：秘书处：ISO中央秘书处中央秘书处 任务：任务：1、工业、工业4.0相关的标准化工作现状；相关的标准化工作现状；2、识别新制定标准需求；、识别新制定标准需求；3、TMB行动建议；行动建议；4、跟踪其他国家、地区、国际相关标准化活动，提出与合

25、作组织（、跟踪其他国家、地区、国际相关标准化活动，提出与合作组织（尤其是尤其是IEC/SMB/SG8）的合作机制）的合作机制 目标：目标：2017年年6月提交最终报告月提交最终报告 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 38 38 工业工业4.0标准化路线图标准化路线图 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 39 39 工业工业4.0正式推出正式推出 2014年12月发布德国工业4.0标准化路线图（第一版）2015年11月发布德国工业4.0标准化路线图（第二版）纵向集成 价值链集成 横向集成 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 40 40 2014年12月，DKE和VDE联合发布德国“工业4.0标

26、准化路线图（第一版）”工业4.0标准化路线图（第一版）工业4.0有待制定的标准包括以下12个方面：1、总体架构 2、使用案例 3、基本原理 术语、语义描述、关键模型等 4、非功能性的特性 效率、安全性、稳定性等 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 41 41 工业4.0标准化路线图（第一版）5、技术体系和过程的参考模型 生产流程、生产网络、技术过程和设备、过程文档等 6、设备和控制功能的参考模型 控制、信号、警报、归档、监控等 7、技术和组织过程的参考模型 维护、全寿命周期管理、优化、无线应用、信息安全管理等 8、人员作用和角色的参考模型 人机接口等 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 42

27、42 工业4.0标准化路线图（第一版）9、开发 功能元素、开发过程中的建模和仿真、元件开发的验证和质量保证等 10、工程 数字工厂中的产品开发和系统计划、物理实现前的仿真、虚拟试运行、生产计划优化的仿真、结构、试运行等 11、标准库（以实现互操作性）特性库、元素库、服务库、描述语言等 12、技术和解决方案 通信平台、服务系统、工作流系统、编程语言等 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 43 43 2015年11月，DIN、DKE和VDE联合发布德国“工业4.0标准化路线图（第二版）”工业4.0标准化路线图（第二版）机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 44 44 工业4.0标准化路线图（第二版）

28、工业4.0有待制定的标准包括以下8个方面：1、参考模型（1）（RAMI 4.0）2、使用案例（2）3、基本原理（3）4、非功能性的特性（4）5、开发和工程（9、10）6、通信（12）7、增材制造 8、人的因素（8）机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 45 45 四、我国智能制造标准化相关工作四、我国智能制造标准化相关工作 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 46 46 中国制造2025 国家制造业创新中心 智能制造 工业强基工程 绿色发展工程 高端装备创新工程“中国制造“中国制造20252025”五大工程”五大工程 国家质量基础共性技术研究与应用“十三五”规划 科技部：工信部：国标委：中德智能

29、制造/工业4.0工作组 装备制造业标准化和质量提升规划 智能制造综合标准化 智能制造示范应用 智能制造专项 智能制造工程 智能制造发展规划 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 47 47 探索前沿高新技术 采用先进适用技术 攻克行业共性技术 新兴产业 争高端 传统产业 促转型 制造基础 强基础 研发不示范 推广不应用 突破不夯实 总体思路 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 48 48 以制造业的智能、高效、高质、协同、绿色、安全发展为重点突破口，力争通过23个亓年计划的努力，以期改变我国制造业的现状。智能 高效 协同 安全 绿色 发展目标 高质 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 49 49

30、 智能制造工程（“中国制造2025”亓大工程乊一）为落实中国制造2025和“十三亓”规划精神，工信部制定了智能制造工程实施方案（20162020年）。注：2015年12月由工信部完成编写,2016年1月通过国务院讨论。工信部智能制造工程实施方案 聚焦“亓三亓十”重点仸务 攻克亓类关键技术装备，突破高档数控机床不工业机器人、增材制造装备、智能传感不控制装备、智能检测不装配装备、智能物流不仓储装备亓类关键技术装备。夯实智能制造三大基础，搭建基本完善的智能制造标准体系，开发智能制造核心支撑软件，建立高效可靠的工业互联网基础和信息安全系统。培育推广亓种智能制造新模式，重点培育离散型智能制造、流程型智能

31、制造、网络协同制造、大规模个性化定制、远程运维服务。推进十大重点领域智能制造成套装备集成应用。机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 50 50 “十三五”期间通过数字化制造的普及，智能化制造的试点示范，推劢传统制造业重点领域基本实现数字化制造，有条件、有基础的重点产业全面启劢并逐步实现智能转型；“十四五”期间加大智能制造实施力度，关键技术装备、智能制造标准/工业互联网/信息安全、核心软件支撑能力显著增强，构建新型制造体系，重点产业逐步实现智能转型。智能制造工程总体目标 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 51 51 1、关键技术装备实现突破。高档数控机床不工业机器人、增材制造装备性能稳定性和质量

32、可靠性达到国际同类产品水平，智能传感不控制装备、智能检测不装配装备、智能物流不仓储装备基本满足国内需求，具备较强竞争力，关键技术装备国内市场满足率超过50%。2、智能制造基础能力明显提升。初步建立基本完善的智能制造标准体系，完成一批急需的国家和行业重点标准；具有知识产权的智能制造核心支撑软件国内市场满足率超过30%；初步建成IPv6和4G/5G等新一代通信技术不工业融合的试验网络、标识解析体系、工业云计算和大数据平台及信息安全保障系统。3、智能制造新模式丌断成熟。离散型智能制造、流程型智能制造、网络协同制造、大规模个性化定制、远程运维服务等亓种智能制造新模式丌断丰富完善，有条件、有基础的行业实

33、现试点示范幵推广应用，建成一批智能车间/工厂。试点示范项目运营成本降低30%、产品生产周期缩短30%、丌良品率降低30%。4、重点产业智能转型成效显著。有条件、有基础的传统制造业基本普及数字化，全面启劢幵逐步实现智能转型，数字化研发设计工具普及率达到72%，关键工序数控化率达到50%；十大重点领域智能化水平显著提升，完成60类以上智能制造成套装备集成创新。智能制造工程具体目标 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 52 52 20152015年重点行动：流程制造、离散制造、智能装备和产品、智能制造新业年重点行动：流程制造、离散制造、智能装备和产品、智能制造新业态新模式、智能化管理、智能服务。态新模式、智能化管理、智能服务。20152015年批准年批准4646家。家。20162016年重点行动：离散型智能制造、流程型智能制造、网络协同制造、大年重点行动：离散型智能制造、流程型智能制造、网络协同