裝備制造業(yè)智能工廠標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建研究

摘要：標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建是實(shí)現(xiàn)智能制造及建設(shè)智能工廠的重要技術(shù)基礎(chǔ)。本文依據(jù)裝備制造業(yè)智能工廠狹義概念范圍，提出構(gòu)建智能工廠系統(tǒng)架構(gòu)、構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)體系框架、制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的“三步法”標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建方法，并給出了參考的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)于指導(dǎo)智能工廠建設(shè)具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：智能工廠，三步法，體系架構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)體系

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.18.004

0引言

裝備制造業(yè)不僅是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的支柱性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是提升我國(guó)綜合國(guó)力的基石。標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)業(yè)發(fā)展和質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)的核心要素，對(duì)裝備制造業(yè)行業(yè)管理具有重要作用。加快推進(jìn)智能制造是實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的主攻方向。“智能制造，標(biāo)準(zhǔn)先行”。智能工廠作為實(shí)現(xiàn)智能制造的重要載體，在其建設(shè)過程中，標(biāo)準(zhǔn)同樣起著指導(dǎo)、規(guī)范、引領(lǐng)和保障的重要作用。《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中明確指出，要深入實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，建設(shè)智能制造示范工廠完善智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系。

工業(yè)和信息化部、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)共同印發(fā)了《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》，緊密貼合智能制造技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，實(shí)施動(dòng)態(tài)更新，先后發(fā)布2015年版、2018年版及2021年版指南文件，有力有序指導(dǎo)智能制造標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施。指南按照“共性先立、急用先行”的原則，從基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（包括智能裝備、智能工廠、智能供應(yīng)鏈、智能服務(wù)、智能賦能技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）、行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)角度，逐步建立起了較為完善的智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系。

然而，對(duì)于具體裝備制造業(yè)企業(yè)而言，由于生產(chǎn)實(shí)際及生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性和獨(dú)立性，指南文件仍過于高階和繁雜，離具體實(shí)際業(yè)務(wù)仍有一定差距。個(gè)體企業(yè)本身在建設(shè)智能工廠時(shí)，仍需建立符合自身實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)體系，從而指導(dǎo)智能工廠的建設(shè)、評(píng)價(jià)及復(fù)制推廣。本文擬參考并基于國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系，簡(jiǎn)化并厘清裝備制造業(yè)企業(yè)智能工廠建設(shè)需制定的主要標(biāo)準(zhǔn)框架及標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)，有效指導(dǎo)智能工廠建設(shè)。

1主要思路

業(yè)界及學(xué)界對(duì)關(guān)于“智能工廠”的概念理解，有廣義及狹義兩種概念區(qū)分。廣義的概念包含智能設(shè)計(jì)、智能產(chǎn)品、智能經(jīng)營(yíng)、智能服務(wù)、智能生產(chǎn)、智能決策等多個(gè)方面；狹義的概念則主要聚焦構(gòu)建智能化生產(chǎn)系統(tǒng)，即實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的智能化。多數(shù)裝備制造業(yè)企業(yè)，在智能工廠建設(shè)過程中可分步實(shí)施，首先以狹義智能工廠作為建設(shè)目標(biāo)，然后逐步迭代優(yōu)化。

基于此，本文提出按照“三步法”進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建研究。第一步，充分調(diào)研目前國(guó)內(nèi)外智能制造標(biāo)桿企業(yè)及“燈塔工廠”建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃，確定適合于裝備制造業(yè)企業(yè)的智能工廠邊界范圍，即聚焦研發(fā)設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)協(xié)同一體化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程智能化。同時(shí)，通過研究德國(guó)工業(yè)4.0、美國(guó)智能制造生態(tài)系統(tǒng)、中國(guó)智能制造等各類智能制造應(yīng)用系統(tǒng)，構(gòu)建由系統(tǒng)層級(jí)、生產(chǎn)設(shè)施、產(chǎn)品生命周期三個(gè)維度組成的智能工廠體系架構(gòu)，從而明確智能工廠各對(duì)象及其邊界。第二步，在分析標(biāo)準(zhǔn)化需求的基礎(chǔ)上，依據(jù)智能工廠體系架構(gòu)，建立企業(yè)級(jí)智能工廠標(biāo)準(zhǔn)體系框架。第三步，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系框架及已發(fā)布的智能制造相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)完成智能工廠標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范文件等的制定。

2智能工廠體系架構(gòu)

智能工廠體系架構(gòu)由系統(tǒng)層級(jí)、生產(chǎn)設(shè)施、產(chǎn)品生命周期三個(gè)維度組成。其中，根據(jù)狹義智能工廠基本范圍，在產(chǎn)品生命周期維度中，僅關(guān)注產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)階段，無需將銷售及服務(wù)階段涵蓋在內(nèi)。具體見圖1。

2.1產(chǎn)品生命周期

生命周期是指從產(chǎn)品原型研發(fā)開始到產(chǎn)品回收再制造的各個(gè)階段，包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)等一系列相互聯(lián)系的價(jià)值創(chuàng)造活動(dòng)。同時(shí)，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段拆分為研發(fā)設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)兩部分，將生產(chǎn)過程表述為加工及組裝過程。物流階段的含義為工廠廠內(nèi)物流，不包含廠外供應(yīng)商物流及客戶物流階段。

2.2生產(chǎn)設(shè)施

生產(chǎn)設(shè)施維度關(guān)注整個(gè)生產(chǎn)設(shè)施及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、部署、運(yùn)行和退役。“生產(chǎn)系統(tǒng)”在這里指的是從各種集合的機(jī)器、設(shè)備和輔助系統(tǒng)組織和資源創(chuàng)建商品和服務(wù)，如生產(chǎn)專機(jī)，產(chǎn)線、加工系統(tǒng)等。

2.3系統(tǒng)層級(jí)

系統(tǒng)層級(jí)是指與企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)的層級(jí)劃分，包括設(shè)備層、單元層、車間層和企業(yè)層。本維度著眼于從數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)集成的角度，闡釋數(shù)據(jù)在各層級(jí)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。設(shè)備層是指企業(yè)利用傳感器、儀器儀表、機(jī)器、裝置等，實(shí)現(xiàn)實(shí)際物理流程并感知和操控物理流程的層級(jí)，如加工中心、檢驗(yàn)工裝、工業(yè)機(jī)器人等，定義其數(shù)字化過程中的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)通信內(nèi)容、通信接口等；單元層是指用于工廠內(nèi)處理信息、實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制物理流程的層級(jí)，如SCADA、DCS、DNC等，定義其數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)通信內(nèi)容、通信接口等；車間層是實(shí)現(xiàn)面向工廠或車間的生產(chǎn)管理的層級(jí)，如MES、QMS、APS、WMS等，定義其數(shù)據(jù)通信內(nèi)容、其同上下級(jí)關(guān)聯(lián)關(guān)系及約束機(jī)制等；企業(yè)層是實(shí)現(xiàn)面向企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的層級(jí)，如ERP、PLM等。

3標(biāo)準(zhǔn)體系框架

智能工廠標(biāo)準(zhǔn)體系框架是通過對(duì)智能工廠體系架構(gòu)各要素進(jìn)行豐富并向下映射而成，是形成智能工廠標(biāo)準(zhǔn)體系的基本組成單元，包括基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、生命周期、生產(chǎn)設(shè)施、系統(tǒng)層級(jí)共四個(gè)維度，各維度標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范清單見圖2。

（1）基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)明確建設(shè)智能工廠需遵循的系列通用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或管理規(guī)范。具體內(nèi)容見表1。

（2）生命周期維度

生命周期維度，從產(chǎn)品的研發(fā)、工藝、加工組裝、檢驗(yàn)、物流五個(gè)部分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃。具體內(nèi)容見表2。

（3）生產(chǎn)設(shè)施維度

該維度從生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)執(zhí)行過程中涉及的如生產(chǎn)線、生產(chǎn)專機(jī)/單元、工裝等的設(shè)計(jì)、部署、運(yùn)行和退役過程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃，具體內(nèi)容見表3。

（4）系統(tǒng)層級(jí)維度

系統(tǒng)層級(jí)是指與企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)的層級(jí)劃分，包括設(shè)備層、單元層、車間層和企業(yè)層。本維度著服于從數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)集成的角度，闡釋數(shù)據(jù)在各層級(jí)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。具體內(nèi)容見表4。

4結(jié)語

本文首先參考國(guó)內(nèi)外各類智能制造應(yīng)用系統(tǒng)，構(gòu)建了由系統(tǒng)層級(jí)、生產(chǎn)設(shè)施、產(chǎn)品生命周期三個(gè)維度組成的智能工廠系統(tǒng)架構(gòu)；其次，依據(jù)智能工廠系統(tǒng)架構(gòu)，建立智能工廠標(biāo)準(zhǔn)體系框架；最后，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系框架，給出了智能工廠標(biāo)準(zhǔn)體系參考的標(biāo)準(zhǔn)清單，從而指導(dǎo)完成智能工廠建設(shè)。

本項(xiàng)成果已成功應(yīng)用于中國(guó)煤炭科工集團(tuán)北京天瑪智控科技股份有限公司“智能開采高端裝備關(guān)鍵控制元部件智能工廠建設(shè)”項(xiàng)目，并助力企業(yè)獲評(píng)“北京市智能工廠”稱號(hào)，入選國(guó)家級(jí)智能制造示范工廠揭榜單位名單等多項(xiàng)榮譽(yù)。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)工作應(yīng)隨著企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展不斷更新、優(yōu)化，不應(yīng)僅僅局限于標(biāo)準(zhǔn)的制定與發(fā)布，標(biāo)準(zhǔn)的重要作用在于更大范圍的應(yīng)用實(shí)施，這樣才能真正發(fā)揮成效，真正促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介

魏冠偉，碩士，助理研究員，從事智能制造、智能工廠建設(shè)相關(guān)工作。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）