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智能制造国际标准化发展综述

发布时间:2020-8-19     来源: 中国仪器仪表

编者按

本文以国际视角综合论述了智能制造关键概念、核心国际标准化组织的主要工作和最新进展,以及各国在智能制造标准化方面的主要举措,供读者参考。


1 背景

随着新一轮科技革命和产业变革的不断演进,制造业呈现出数字化IM体育平台APP下载,网络化,智能化的发展趋势IM体育平台APP下载,智能制造作为支撑变革的源动力IM体育平台APP下载,正在不断突破新技术、催生新业态。为了在产业变革中占领有利位置,世界主要制造业发达国家纷纷提出各自的发展规划:美国继2012年提出先进制造业国家战略计划之后,于2019年发布了“美国先进制造业领导力战略”IM体育平台APP下载;德国在实施工业4.0的基础上IM体育平台APP下载,近期又出台了“国家工业战略2030”;日本提出“机器人新战略”和“社会5.0战略”,加紧在智能制造领域进行战略布局。

在智能制造落地实施过程中,标准作为必要支撑,在协调所有相关方的信息交互、指导新产品开发、保障生产安全、建立用户信心等方面发挥着至关重要的作用。


2 智能制造关键概念

2.1 智能制造的定义

我国工业和信息化部和财政部于2016年印发的《智能制造发展规划(2016-2020年)》中对智能制造概念给出了定义:智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,具有自感知、自学习、自决策IM体育平台APP下载、自执行、自适应等功能的新型生产方式。

IEC/TC65(工业过程测量控制和自动化技术委员会)正在制定中的IEC TR 63283-1 《智能制造 第1部分:术语和定义》(标准草案)对智能制造给出了初步定义:智能制造是以提升制造性能为目标,通过集成化和智能化手段,综合利用网络、物理实体和人员各维度的过程和资源来生成和提供产品与服务,促进企业价值链相关环节协作的制造业。

IEC/TC65与ISO/TC184(自动化系统与集成技术委员会)联合成立的JWG21智能制造参考模型联合工作组在标准草案中对智能制造的概念进行了定义:智能制造是制造业的扩展,其特征是独立的参与方通过利用共享的标准化信息IM体育平台APP下载,在策略层面或者运行层面主动地或者被动地在网络体系架构中动态地进行协作IM体育平台APP下载,为相关组织提供附加值IM体育平台APP下载。

ISO/SAG(工业4.0/智能制造战略顾问组)在研究报告中对智能制造的愿景进行了描述:智能制造引领敏捷性、实时优化、自组织价值链的实现,可以高度适应快速变化的社会技术环境。这种趋势需要适当的标准化接口和协调的业务流程来支持。

对于智能制造的定义,目前国内外还没有统一的结论。虽然在一些国际组织中已经取得了部分共识,然而随着技术的发展IM体育平台APP下载,大家对智能制造的认识还在不停的变化IM体育平台APP下载,它的定义和内涵也在不断延伸拓展。

2.2 数字工厂的定义

IEC词汇库(IEV)对数字工厂给出的定义是:数字工厂是通过连续、不间断的数据管理将数字化模型IM体育平台APP下载IM体育平台APP下载、方法和工具集成在一起的综合网络(包括仿真和3D虚拟现实可视化)。IEC/TC65制定的IEC 62832《数字工厂框架》(标准草案)中给出数字工厂的定义为:生产系统的数字表示。


图1 数字工厂框架


2.3 数字孪生的定义

IEC/TC65/JWG21在标准草案中给出的定义是:在一个统一信息架构下,通过建立物理个体和虚拟实体的数字表示,将相互分离的元素进行关联IM体育平台APP下载,提供整体生命周期的综合视图。


图2 数字孪生范围


3 智能制造核心国际标准化组织


3.1 IEC/SyC SM 智能制造系统委员会

鉴于智能制造跨技术领域的特点,国际电工委员会标准管理局(IEC/SMB)在2014年8月专门成立了IEC/SMB/SG8“工业4.0/智能制造战略工作组”,开展智能制造相关的标准体系架构研究工作。2016年该战略工作组改为SEG7“智能制造系统评估组”IM体育平台APP下载,开展智能制造相关的参考模型、体系架构、术语和定义、标准路线图、用例等方面的研究IM体育平台APP下载。

2018年9月转为IEC/SyC SM“智能制造系统委员会”,负责智能制造标准化的顶层设计和统筹协调,制定智能制造标准全局图,分析市场和行业需求,识别、收集和研究智能制造用例,分析新技术在智能制造中的作用和标准需求等。目前下设WG1“用例和IT工具”IM体育平台APP下载、WG2“智能制造术语”、WG3“智能制造成果(架构IM体育平台APP下载、用例和模型)的导航索引工具”、CAG“主席顾问组”,以及由IEC/SyC SM和ISO/SMCC共同成立的OF1“智能制造标准图”工作组IM体育平台APP下载,梳理智能制造相关国际标准和术语。

3.2 IEC/TC65工业测量控制和自动化技术委员会

IEC/TC65从2012年开始数字工厂国际标准的研制工作,是开展智能制造国际标准化的核心技术组织。下设TC65/WG23“智能制造框架和概念”、与ISO/TC184联合成立JWG21“智能制造参考模型”、SC65E/AHG1“智能制造信息模型”等智能制造专题工作组,以及TC65/WG16“数字工厂”、TC65/WG24“工业应用资产管理壳”IM体育平台APP下载、SC65E/WG12“预测性维护”等智能制造支撑技术工作组。下设4个分委员会:SC65A(系统方面)、SC65B(测量和控制设备)、SC65C(工业网络)和SC65E(企业系统中的设备和集成),共有60个工作组,已制定近400项工业自动化国际标准,特别是智能制造参考架构模型、数字工厂、系统集成IM体育平台APP下载、测控装置IM体育平台APP下载、通信网络、能效、功能安全、工业信息安全等国际标准已成为国际公认的智能制造核心支撑标准。

3.3 ISO/TMB/SMCC 智能制造协调委员会

为了更好的协调ISO在智能制造领域的国际标准化工作,2015年ISO/TMB(技术管理局)成立了ISO/TMB/SAG“工业4.0/智能制造”战略顾问组,开展工业4.0/智能制造标准战略研究,下设3个子任务组:AHG1标准梳理IM体育平台APP下载、AHG2参考模型、AHG3未来标准化需求IM体育平台APP下载。2017年,转为ISO/TMB/SMCC“智能制造协调委员会”。主要工作之一是编写智能制造用例,其目的是展示如何结合不同的技术、资源和领域IM体育平台APP下载,例如物联网如何满足供应链IM体育平台APP下载、人工智能和装备的需求,应提供用于测试的场景,以易于理解的用例形式组织相关内容IM体育平台APP下载,而不是创建一个全面的列表。SMCC将于2020年12月结束新延续的两年工作期IM体育平台APP下载,目前需要在结束前向TMB提交报告。

3.4 ISO/TC184自动化系统与集成技术委员会

ISO/TC184是ISO在智能制造领域最重要的技术委员会,其工作范围是信息系统、自动化和控制系统,以及集成技术IM体育平台APP下载。下设3个分委员会:SC1“物理设备控制”IM体育平台APP下载、SC4“工业数据”、SC5“企业系统和自动化应用的互操作、集成和体系结构”。TC184/SC4工业数据分委会中有若干智能制造相关工作组,例如AG1数字化制造、WG2产品特征和库、JWG8制造过程和管理信息IM体育平台APP下载、WG12产品数据表示和交换模型及资源、WG13工业数据质量等。SC5的研究内容涉及制造运行管理IM体育平台APP下载、制造环境和能效评估方法IM体育平台APP下载、企业控制系统集成、工业化和信息化融合评估等重要标准。

3.5 ISO/IEC JTC1 信息技术技术委员会

ISO/IEC JTC1工作内容主要包括:传感网络、大数据、物联网、云计算、IT信息安全等。其中SC41“物联网”分委会主要开展物联网架构IM体育平台APP下载、物联网互操作、物联网应用方面的标准化工作,SC42“人工智能”分委会下设WG1基础标准、WG2大数据、WG3可信度、WG4用例、WG5人工智能系统的计算方法和计算特性等5个工作组。2014年4月,ISO/IEC JTC1/SWG3 规划特别工作组成立了智能机器专题组IM体育平台APP下载,计划从虚拟个人助理IM体育平台APP下载、智能顾问和先进的全球工业系统等三个领域开展技术趋势及标准化研究IM体育平台APP下载,其中先进的全球工业系统源于“工业4.0”战略。

3.6 ITU

国际电信联盟(ITU)主要设置三个部门,即无线电通信部门(ITU-R)、标准化部门(ITU-T)和电信发展部门(ITU-D)。ITU-T成立了未来网络(与云)研究组(ITU-T SG13)和物联网及其应用研究组(ITU-T SG20),将智能制造的标准化作为重点工作内容。为了对新兴技术做出更快的响应,ITU还在研究组内设立智能制造相关技术的焦点组IM体育平台APP下载,包括“人工智能和其他新兴技术的环境效率”焦点组(FG-AI3EE)、“面向包括5G的未来网络的机器学习”焦点组(FG-ML5G)和“网络量子信息技术”焦点组(FG-QIT4N)IM体育平台APP下载。代表性成果为ITU-T Y.4003《智能制造在工业互联网语境中的概述》IM体育平台APP下载。

3.7 其它标准组织

IEEE标准协会(IEEE Standard Association,IEEE-SA)是世界领先的标准制定机构,隶属于美国电器工程师学会(IEEE),其标准制定内容涵盖信息技术、通信IM体育平台APP下载、电力和能源等多个领域。IEEE标准协会已经制定了900多个现行工业标准,同时还有500多项标准正在制定过程中IM体育平台APP下载。目前,IEEE-SA在智能制造领域制定的重点标准包括:IEEE 802.3《工业以太网网络架构》、IEEE 802.1《时间敏感网络(TSN)》IM体育平台APP下载、IEEE P2671《智能制造 基于机器视觉的在线检测 通用要求》IM体育平台APP下载,IEEE P2672《大规模个性化定制通用要求规范》和IEEE P2806《智能工厂物理实体的数字化表征》。

美国工业互联网联盟(IIC)成立于2014年3月,致力于构建涵盖工业界、ICT界和其他相关方的产业生态,推动传感、连接IM体育平台APP下载IM体育平台APP下载、大数据分析在工业领域的标准化。为加快工业互联网产业推广,IIC加快了推动工业互联网相关体系架构研究,并增强了与区域和国际组织间的协作。

目前,在ISO、IEC、ITU等国际组织都在开展智能制造相关工作,其中协调功能最强的IEC/SyC SM和ISO/SMCC,而ISO/SMCC只有协调作用IM体育平台APP下载,IEC/SyC SM除了协调还可以制定智能制造顶层指南或核心标准(如术语、用例模板等)。在技术委员会层面,IEC/TC65和ISO/TC184都非?;钤?,然而不管在ISO还是在IEC,以智能制造冠以工作组名称的IM体育平台APP下载,目前仅存在于IEC/TC65,可以看出IEC/TC65的重要位置。


4 智能制造核心国际标准


智能制造领域现行的国际标准包括智能制造参考模型IM体育平台APP下载、术语、用例等基础标准IM体育平台APP下载,以及数字工厂、语义和数据字典、安全与保障、能效、系统集成IM体育平台APP下载、现场总线等支撑技术,见表1IM体育平台APP下载。从表中数据可以看出,其中67%的标准(含系列标准)来自于IEC/TC65。

表1 智能制造现行核心国际标准


5 各国智能制造标准化现状

5.1 德国

为促进工业4.0的各利益相关方达成共识,德国工业协会BITKOMIM体育平台APP下载、VDMA和ZVEI,以及DIN和DKE等标准组织于2016年成立了工业4.0标准化理事会(SCI 4.0)。作为与工业4.0相关的所有标准化事宜的联络点,SCI 4.0负责组织标准化活动IM体育平台APP下载,把德国的利益相关方聚集在一起。德国工业自动化领域的特点是拥有多家全球知名企业和数量庞大的中小企业IM体育平台APP下载。全球标准化是德国标准化战略的一个关键要素。为此IM体育平台APP下载,德国标准化组织DIN和DKE制定了《德国标准化路线图4.0》IM体育平台APP下载,第4版已于2020年7月发布。

5.2 美国

美国依托工业互联网联盟(IIC)、国家标准与技术研究院(NIST)等机构,在智能制造国际标准化活动中开展了大量领跑工作。美国所提出的智能制造参考模型标准为“智能制造生态系统SMS”和“工业互联网参考架构IIRA”,其特点是充分发挥所擅长的软件和互联网的优势,围绕制造系统IM体育平台APP下载IM体育平台APP下载,从软件出发打通硬件,掌控跨领域资源与数据,实现各领域的技术生态应用。2016年2月份,NIST发布了《智能制造系统现行标准体系》的报告,总结了未来美国智能制造系统将依赖的标准体系。

5.3 日本

日本工业价值链促进会(IVI)是一个由制造业企业IM体育平台APP下载IM体育平台APP下载、设备厂商IM体育平台APP下载、系统集成企业等发起的组织,旨在推动“智能工厂”的实现IM体育平台APP下载。针对需要深入研究的领域,IVI成立了相应的先进研究小组委员会(ASG),形成例如物联网应用、欧洲工业5G趋势、日本战略研究IM体育平台APP下载、仿真与硬件的相互补充等标准化研究成果IM体育平台APP下载。

机器人革命和工业物联网倡议(RRI)是致力于智能制造系统的开发和标准化的工业联盟IM体育平台APP下载。在互联产业的五大焦点中,RRI被公认为日本“制造与机器人”的领先组织。RRI还承担了IEC/SyC SM的日本委员会秘书处IM体育平台APP下载,建立了多方面的国际合作关系,包括与德国工业4.0平台的合作,双方标准化专家共同发布了多份智能制造应用场景报告。

5.4 法国

未来工业联盟(AIF)是法国推进智能制造标准化的主要组织之一,在国家层面组织和协调促进法国工业现代化转型的倡议、项目和工作IM体育平台APP下载。AIF认为标准化是支持和传播创新的一种方式,参与标准化工作可以提高国家技术水平IM体育平台APP下载。AIF确定的具有标准研制优先战略重点包括:协作机器人系统、增材制造、数字孪生以及多材料组装。

5.5 中国

我国在工信部、国标委、科技部等部门的支持下IM体育平台APP下载,持续推进智能制造工作,取得了一系列成果。目前IM体育平台APP下载,我国初步建成国家智能制造标准体系,截至2019年底已发布智能制造国家标准232项,完成国标立项135项,形成标准草案500余项IM体育平台APP下载。

在国际标准化方面,我国参与智能制造国际标准化质量水平不断提高?;倒ひ狄瞧饕潜碜酆霞际蹙醚芯克魑狪EC/TC65和IEC/SyC SM的国内技术对口单位,共组织97名中国专家参与了IEC/TC65的52个工作组,承担了多个重要工作组召集人,牵头制定32项国际标准,其中已发布17项,积极将我国智能制造技术成果转化为国际标准。

此外,我国积极拓展双边、多边合作,例如成立了中德智能制造/工业4.0标准化工作组、中法现代产业合作伙伴等,加深了与有关国家的合作共识IM体育平台APP下载,为推动智能制造国际标准化营造协调一致的国际氛围。


6 结束语

在多方力量的不懈努力下,我国智能制造有关经验和研究成果在国际标准化舞台上扮演了重要角色,为智能制造国际标准发展贡献了“中国智慧”。我们将继续积极支持智能制造国际标准化活动,组织相关专家单位共同参与协同一致,不断完善国际标准体系和治理结构,更好发挥标准在国际贸易和全球治理中的作用,做出中国贡献。


作者简介

丁露,博士,机械工业仪器仪表综合技术经济研究所标准与检测中心副主任,教授级高级工程师。现任工业通信(现场总线)及系统分技术委员会(SAC/TC124/SC4)秘书长IM体育平台APP下载,科技部中德智能制造科技合作工作组秘书。主要从事测控系统、工业通信、可靠性等智能制造核心技术标准化和研究工作。长期负责国际标准化工作,担任IEC/SyC SM/WG1智能制造用例工作组召集人IM体育平台APP下载、IEC/TC65/WG22自动化设备及系统可靠性工作组召集人IM体育平台APP下载。2012年获IEC专家最高荣誉奖“IEC 1906奖”,2018年获“中国标准创新贡献奖”优秀青年奖。

汪烁IM体育平台APP下载,机械工业仪器仪表综合技术经济研究所标准与检测中心国际标准化专员,主要从事工业测控、自动化、智能制造等领域的技术研究及标准化工作。担任IEC/TC65/WG24工业应用的资产管理壳、IEC/SC65E/WG10智能设备管理、IEC/SC65B/PT61987-24公共数据字典等工作组中国专家IM体育平台APP下载。2019年代表中国青年专家成功当选全球仅3名的“IEC青年专家领袖”。2018年作为第1完成人荣获中国机械工业科学技术二等奖IM体育平台APP下载。

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