智能工廠信息化指的是將先進的管理思想與技術(shù)手段相結(jié)合，以工廠信息基礎(chǔ)設施互聯(lián)互通為基礎(chǔ)，將企業(yè)內(nèi)部與外部的信息資源進行匯聚與整合，實現(xiàn)研發(fā)、采購、生產(chǎn)、銷售等各個環(huán)節(jié)的信息集成與共享，為企業(yè)管理提供決策依據(jù)，提高決策的準確度和有效性，從而提升企業(yè)的管理效率和管理水平。智能工廠信息化包含信息收集、信息交互、信息存儲、信息應用、信息系統(tǒng)維護等內(nèi)容。標準貫穿于智能工廠信息化建設與實施的整個過程，是信息化建設與實施的依據(jù)和準繩。一方面，標準能夠為企業(yè)開展智能工廠信息化建設活動提供指導、指明路徑，避免各企業(yè)各行其是而走了彎路；另一方面，標準能夠為企業(yè)開展智能工廠信息化建設活動提供規(guī)范和準則，保證企業(yè)的信息安全和信息系統(tǒng)的可靠性等。

       自“中國制造2025”戰(zhàn)略提出以來，我國開展了各項智能制造標準化工作，工信部、國標委聯(lián)合發(fā)布了《國家智能制造標準體系建設指南》，提出了智能制造標準體系[1]。但當前智能工廠標準化工作仍處于“摸著石頭過河”的狀態(tài)，無法有計劃、有重點地開展工作。我國制定了系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通等一系列與智能工廠信息化相關(guān)的標準，但目前還沒有完整意義上可以借鑒的智能工廠信息化標準體系，導致這些標準仍處于“孤立”狀態(tài)，標準協(xié)調(diào)性不足。此外，企業(yè)對智能工廠信息化的認知程度不同，都以各自的理解開展智能工廠信息化建設活動，建設水平參差不齊。因此，急需開展智能工廠信息化標準體系研究，為智能工廠信息化標準的研究與制定提供指導，更好地發(fā)揮標準在推進智能工廠信息化建設中的基礎(chǔ)性和引導性作用。

02 智能工廠信息化架構(gòu)

       通過分析智能工廠信息化關(guān)鍵技術(shù)，圍繞智能工廠價值鏈的全生命周期，搭建了“現(xiàn)場層—管控層—企業(yè)層—平臺層—協(xié)同層”的智能工廠信息化架構(gòu)，如圖1所示，每層分工不同，但緊密聯(lián)系、上下交互，通過應用各類智能工廠信息化技術(shù)、標準與規(guī)范，實現(xiàn)智能工廠的全面信息化管理。智能工廠的全面信息化管理集中體現(xiàn)在人機料法環(huán)五個方面，“人”指制造產(chǎn)品的人員，“機”指制造產(chǎn)品所用的設備，“料”指制造產(chǎn)品所使用的材料，“法”指制造產(chǎn)品所使用的方法，“環(huán)”指產(chǎn)品制造過程中所處的環(huán)境。

圖1 智能工廠信息化架構(gòu)

       1）現(xiàn)場層。通過網(wǎng)絡服務器、網(wǎng)絡通信鏈路等基礎(chǔ)設施實現(xiàn)車間網(wǎng)絡布局，進而支持現(xiàn)場設備的通訊功能。現(xiàn)場工控設備與系統(tǒng)包含DCS（集散控制系統(tǒng)）、PLC（可編程邏輯控制器）、SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）、AGV（自動導引運輸車）、傳感器、數(shù)控機床、智能儀表、工業(yè)機器人等。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與顯示設備包含移動終端（手機、平板電腦等）、條碼掃描槍、FRID采集機、電子看板（機臺看板、產(chǎn)線看板、車間看板）、大屏監(jiān)控中心等。

       2）管控層。利用MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、PLM（產(chǎn)品全生命周期管理）、WMS（倉儲管理系統(tǒng)）等信息系統(tǒng)，加強對車間信息的智能管控，連接現(xiàn)場層和企業(yè)層兩個層級，實現(xiàn)整體架構(gòu)的互聯(lián)互通。該層級主要包含工廠建模、生產(chǎn)物流管理和倉儲管理等內(nèi)容，其中，工廠建模包含流水線、流轉(zhuǎn)卡、工序工步、設備機臺、工藝參數(shù)、工裝模具等信息；生產(chǎn)物流管理包含監(jiān)控物流運行狀況、規(guī)劃運輸路線、集貨揀貨等；倉儲管理包含貨位編碼、精確定位、流轉(zhuǎn)標簽、儲區(qū)規(guī)劃、貨品上架、貨品出庫等。

       3）企業(yè)層。整合企業(yè)信息管理系統(tǒng)，利用ERP（企業(yè)資源計劃）、CRM（客戶關(guān)系管理）、SCM（供應鏈管理）、CAD（計算機輔助設計）、CAE（計算機輔助工程）、CAM（計算機輔助制造）、CAPP（計算機輔助工藝過程設計）、OA（辦公自動化）等軟件系統(tǒng)，加強對技術(shù)、采購、銷售、人員、資金的管理，同時，實現(xiàn)企業(yè)各部門間的協(xié)同辦公[2]。其中，技術(shù)管理包含對設計圖紙、工藝文件、標準規(guī)范等方面的管理；采購管理包含供應鏈管理、制定采購計劃、訂貨管理等；銷售管理包含客戶管理、制定銷售計劃、訂單管理等；人員管理包含對人員資質(zhì)、績效考核、崗位職責等方面的管理；資金管理包含預算管理、應收應付賬單管理、成本核算等；協(xié)同辦公包含工作流引擎、流轉(zhuǎn)審批、電子文控等。

       4）平臺層。平臺層主要指利用云計算、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)，構(gòu)建云平臺、大數(shù)據(jù)分析平臺、電子商務平臺等網(wǎng)絡平臺，加強企業(yè)信息化管理的集中性、靈活性和同一性，提高企業(yè)整體運作效率，幫助企業(yè)快速掌握市場需求、加快產(chǎn)品更新速率，加強企業(yè)與用戶之間的商業(yè)聯(lián)系，提升企業(yè)創(chuàng)新能力和服務水平。

       5）協(xié)同層。打通供應商、客戶、經(jīng)銷商、外協(xié)加工商、第三方物流公司間的信息化渠道，優(yōu)化配置產(chǎn)業(yè)鏈中不同環(huán)節(jié)的資源要素，加強供應鏈協(xié)同、研發(fā)協(xié)同、生產(chǎn)協(xié)同和服務協(xié)同，在產(chǎn)業(yè)鏈中的上下游間形成提質(zhì)、增效、降本的多贏局面。

03 國內(nèi)外智能工廠信息化標準研制現(xiàn)狀

        3.1 國際智能工廠信息化標準研制現(xiàn)狀

       在國際標準化組織（ISO）中，智能工廠信息化相關(guān)標準主要由自動化系統(tǒng)和集成技術(shù)委員會（ISO/TC184）、技術(shù)產(chǎn)品文件技術(shù)委員會（ISO/TC10）、產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（ISO/TC213）等研究制定，涉及基礎(chǔ)共性、技術(shù)產(chǎn)品文件、信息系統(tǒng)與自動化系統(tǒng)集成等領(lǐng)域。截止目前，ISO已制定了ISO 15746《自動化系統(tǒng)和集成制造系統(tǒng)的高級過程控制和優(yōu)化能力的集成》、ISO16300《自動化系統(tǒng)和集成制造應用解決方案的能力單元的互操作性》等系列標準。近幾年，ISO在信息技術(shù)評價、企業(yè)評估、新一代信息技術(shù)等方面，研制了一批標準，如ISO/IEC/IEEE 42030-2019《軟件、系統(tǒng)和企業(yè)架構(gòu)評估框架》標準、ISO/IEC TR 20547《信息技術(shù)大數(shù)據(jù)參考架構(gòu)》系列標準、ISO/DIS 22549《自動化系統(tǒng)和集成工業(yè)企業(yè)信息化和工業(yè)化融合的評估》系列標準、ISO/CD 23247《數(shù)字孿生制造框架》系列標準。

       ISO和IEC聯(lián)合的信息技術(shù)委員會（ISO/IEC JTC1），主要開展信息技術(shù)領(lǐng)域的國際標準化工作，包括信息采集、標識、處理、安全、傳輸、交換、顯示、管理、組織、存儲和檢索技術(shù)，以及系統(tǒng)及工具規(guī)范方面的國際標準化。IEC/TC65與ISO/TC184于2017年聯(lián)合成立了“智能制造參考模型”聯(lián)合工作組（JWG21），旨在制定在世界范圍內(nèi)推行的智能制造統(tǒng)一參考模型[3]。

       在國際電信聯(lián)盟（ITU）中，智能工廠信息化相關(guān)標準主要由信令要求、協(xié)議和測試規(guī)范研究組（ITU-TSG11）、包括移動和下一代網(wǎng)絡（NGN）在內(nèi)的未來網(wǎng)絡研究組（ITU-TSG13）、安全研究組（ITU-TSG17）等研究制定，涉及網(wǎng)絡安全、通信協(xié)議等領(lǐng)域。

       3.2 我國智能工廠信息化標準研制現(xiàn)狀

       在國家標準化管理委員會中，智能工廠信息化相關(guān)標準主要由全國信息技術(shù)標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 28）、全國工業(yè)過程測量和控制標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 124）、全國技術(shù)產(chǎn)品文件標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 146）、全國自動化系統(tǒng)與集成標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 159）、全國信息安全標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 260）、全國通信標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 485）等研究制定。

       在2010年之前，我國在開展智能工廠信息化相關(guān)標準研制過程中，較多地是將國際標準轉(zhuǎn)化為國家標準，之后，我國自主研制的相關(guān)標準比重逐漸增加。《國家智能制造標準體系建設指南（2015年版）》的實施，推進了智能制造標準化工作的有序開展，提升了我國相關(guān)標準的研制水平，推動了我國智能工廠信息化建設進程。同時，我國抓住了新一代信息技術(shù)的發(fā)展機遇，研制了GB/T 37700-2019《信息技術(shù)工業(yè)云參考模型》、GB/T 34068-2017《物聯(lián)網(wǎng)總體技術(shù)智能傳感器接口規(guī)范》、20182047-T-339《智能制造虛擬工廠信息模型》（研制中）等一批先進適用的標準，并努力將部分國家標準上升為國際標準，大幅提升了我國國際標準競爭力。此外，我國相關(guān)標準化組織根據(jù)智能工廠定制化特點，結(jié)合行業(yè)需求，制定了SJ/T 11666.9-2016《制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）規(guī)范第9部分：機械加工行業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)軟件功能》、YD/T 3597-2019《支持石化行業(yè)智能工廠的移動網(wǎng)絡技術(shù)要求》等行業(yè)標準，為不同行業(yè)智能工廠信息化建設提供了規(guī)范和指導。

04 智能工廠信息化標準體系架構(gòu)

       4.1 智能工廠信息化標準體系架構(gòu)建設原則

       基于智能工廠信息化架構(gòu)，結(jié)合智能工廠相關(guān)標準研制現(xiàn)狀，提出適用于我國的智能工廠信息化標準體系架構(gòu)，并遵循以下原則：

       1）與國際接軌

       標準體系架構(gòu)構(gòu)建過程中應具有國際視角，充分吸取與借鑒國際相關(guān)標準的成果與經(jīng)驗，積極采用國際標準，實現(xiàn)國內(nèi)標準與國際標準接軌。

       2）適度前瞻

       智能工廠信息化標準體系架構(gòu)應能反映信息化技術(shù)的發(fā)展水平，在包容智能工廠信息化技術(shù)應用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用適度前瞻的思路，充分考慮智能工廠信息化技術(shù)發(fā)展趨勢，在為我國步入智能工廠信息化建設的企業(yè)提供實施指南的同時，為我國智能工廠信息化程度較高的企業(yè)提出發(fā)展方向。

       3）要素齊全

       充分考慮智能工廠信息化建設中的各有關(guān)環(huán)節(jié)，全面涵蓋設計、生產(chǎn)、物流等過程中涉及的信息要素，提升智能工廠信息化標準的協(xié)調(diào)統(tǒng)一性。

       4）動態(tài)管理

       智能工廠信息化技術(shù)發(fā)展迅速，提出的標準體系架構(gòu)應體現(xiàn)開放性，采取動態(tài)管理的方式，持續(xù)優(yōu)化完善體系結(jié)構(gòu)，保證標準體系與智能工廠信息化技術(shù)發(fā)展相協(xié)調(diào)。

       4.2 智能工廠信息化標準體系架構(gòu)及組成說明

       如圖2所示，智能工廠信息化標準體系架構(gòu)由基礎(chǔ)共性、關(guān)鍵技術(shù)和行業(yè)應用三部分組成。

圖2 智能工廠信息化標準體系架構(gòu)

       1）基礎(chǔ)共性標準

       基礎(chǔ)共性標準包括術(shù)語和定義、符號和編碼、參考模型、指標體系和實施指南等標準，用于解決智能工廠信息化相關(guān)的基礎(chǔ)共性關(guān)鍵問題。術(shù)語和定義標準用于統(tǒng)一智能工廠信息化相關(guān)概念，為其他各部分標準的研制提供支撐；符號和編碼標準用于規(guī)范智能工廠生產(chǎn)和管理各環(huán)節(jié)的產(chǎn)品表達，為智能工廠的數(shù)據(jù)集成、交互共享等奠定基礎(chǔ)；參考模型標準用于幫助各方認識和理解智能工廠信息化的標準化對象、邊界、各部分的層級關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系；指標體系標準用于針對各行業(yè)、企業(yè)和項目等開展智能工廠信息化方面的評估；實施指南標準為企業(yè)開展各項智能工廠信息化建設活動提供指導建議。

圖3 關(guān)鍵技術(shù)標準子體系

       2）關(guān)鍵技術(shù)標準

       如圖3所示，關(guān)鍵技術(shù)標準包括智能設計、智能生產(chǎn)、智能物流、硬件系統(tǒng)集成、工業(yè)軟件與APP、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)云、商務服務等標準。

       智能設計標準包括產(chǎn)品設計與仿真標準、工藝設計與仿真標準和試驗仿真標準，用于規(guī)范產(chǎn)品和工藝的設計、仿真、優(yōu)化等方面的技術(shù)要求，確保產(chǎn)品設計全過程的標準化管理。

       智能生產(chǎn)標準包括生產(chǎn)計劃標準、生產(chǎn)執(zhí)行標準、質(zhì)量管控標準和設備運維標準，用于規(guī)定智能工廠生產(chǎn)過程中應滿足的要求，確保制造過程的智能化、柔性化和敏捷化。生產(chǎn)計劃標準包括計劃協(xié)同、計劃排產(chǎn)、優(yōu)化調(diào)度等標準；生產(chǎn)執(zhí)行標準包括協(xié)同生產(chǎn)、生產(chǎn)過程監(jiān)視、生產(chǎn)過程優(yōu)化、生產(chǎn)績效分析等標準；質(zhì)量管控標準包括質(zhì)量監(jiān)控、質(zhì)量判定、質(zhì)量追溯、質(zhì)量優(yōu)化等標準；設備運維標準包括設備運行、設備監(jiān)控、設備維護等標準。

       智能物流標準包括智能倉儲標準和智能配送標準，用于指導智能工廠內(nèi)部物流系統(tǒng)的設計、建設與管理。智能倉儲標準包括物料標識、儲位編碼、出庫入庫等標準，確保倉儲物流的高效管控；智能配送標準包括配送路徑規(guī)劃、配送設備監(jiān)控、配送狀態(tài)跟蹤等標準，確保運輸物流的精益化 管控。

       硬件系統(tǒng)集成標準包括識別與傳感設備集成標準、數(shù)控機床與設備集成標準、人機交互設備集成標準、工業(yè)機器人集成標準和控制系統(tǒng)集成標準等。硬件系統(tǒng)集成標準用于規(guī)范工廠的硬件設備及相應控制系統(tǒng)的集成與互操作性要求，符合通用接口中特定的功能關(guān)系，確保硬件系統(tǒng)間的信息共享與交互。

       工業(yè)軟件與APP標準包括產(chǎn)品與系統(tǒng)開發(fā)標準、系統(tǒng)集成標準、服務與管理標準、測試與評價標準等。產(chǎn)品與系統(tǒng)開發(fā)標準用于規(guī)范軟件功能、軟件性能、軟件開發(fā)環(huán)境等要求；系統(tǒng)集成標準用于規(guī)范軟件與硬件之間、軟件與軟件之間的集成與互操作性要求，確保智能工廠不同層級的信息交互；服務與管理標準用于規(guī)范軟件供應商的服務要求，并指導軟件應用企業(yè)進行工業(yè)軟件的選型與管理；測試與評價標準用于規(guī)范智能工廠相關(guān)軟件的測試和評價過程，指導相關(guān)方開展軟件測試和評價流程。

       工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準包括網(wǎng)絡互聯(lián)標準、標識解析標準、網(wǎng)絡設備標準、網(wǎng)絡安全標準、測試與評價標準等，用于指導企業(yè)進行網(wǎng)絡環(huán)境的搭建與運維。網(wǎng)絡互聯(lián)標準用于規(guī)范企業(yè)內(nèi)外網(wǎng)絡互聯(lián)涉及的協(xié)議、接口等要求；標識解析標準用于規(guī)范標識數(shù)據(jù)采集、解析、存儲等方面的要求；網(wǎng)絡設備標準用于規(guī)范企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡設備（如工業(yè)網(wǎng)關(guān)、工業(yè)交換機、工業(yè)路由器等）的功能、性能和管理等方面的要求；網(wǎng)絡安全標準用于規(guī)范智能工廠的通信網(wǎng)絡和標識解析系統(tǒng)的安全監(jiān)控、防護、檢測等方面的技術(shù)要求，以及相關(guān)網(wǎng)絡安全產(chǎn)品的技術(shù)要求；測試與評價標準為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的測試和評價過程提供指導和依據(jù)。

       工業(yè)大數(shù)據(jù)標準包括數(shù)據(jù)采集標準、數(shù)據(jù)處理標準、數(shù)據(jù)服務與管理標準、數(shù)據(jù)安全標準，用于規(guī)范產(chǎn)品全生命周期各個環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)的獲取、處理和應用過程。數(shù)據(jù)采集標準用于規(guī)范數(shù)據(jù)采集范圍、流程、信息載體等要求；數(shù)據(jù)處理標準包括數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等標準；數(shù)據(jù)服務與管理標準包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)訪問等標準；數(shù)據(jù)安全標準用于規(guī)范數(shù)據(jù)采集、處理、管理過程中采用的安全保護技術(shù)，防止數(shù)據(jù)遭到破壞、惡意更改和泄露。

       工業(yè)云標準包括資源標準和服務標準，用于指導工業(yè)云平臺的設計、搭建與運維，規(guī)范工業(yè)云服務的部署、供應和管理等方面的要求。資源標準包括工業(yè)云平臺建設、運行與維護等標準；服務標準包括工業(yè)云服務要求、工業(yè)云服務評估等標準。

       商務服務標準包括電子商務標準、物流服務標準和評價標準，保障制造企業(yè)的服務質(zhì)量。電子商務標準用于規(guī)范利用電子信息技術(shù)開展商務活動的過程；物流服務標準用于規(guī)范制造企業(yè)與客戶之間利用信息化技術(shù)開展商品流通的過程，這里要和智能物標準流予以區(qū)分，智能物流標準側(cè)重于企業(yè)內(nèi)部材料、產(chǎn)品等的流通；評價標準用于規(guī)范制造企業(yè)利用信息化技術(shù)開展商務服務的過程，指導相關(guān)方開展服務評價活動。

       3）行業(yè)應用標準

       行業(yè)應用標準包括機械行業(yè)標準、航空行業(yè)標準、航天行業(yè)標準、石化行業(yè)標準、汽車行業(yè)標準、電子行業(yè)標準和其他。該部分標準主要指針對不同行業(yè)專門制定的智能工廠信息化標準，這些標準不具有通用性，只適合在特定行業(yè)中應用。

05 結(jié)語

       智能工廠信息化標準研制工作涉及的標準化組織較多，建議在國家層面成立智能制造信息化標準聯(lián)合工作組，整合標準資源，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)相關(guān)工作，加強跨組織、跨地區(qū)之間的合作，加快建立具有科學性、系統(tǒng)性、適用性和前瞻性的智能工廠信息化標準體系，確保標準體系與國際對接，按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實施”的原則，推進標準體系實施，避免相關(guān)標準的重復、交叉、滯后，保證相關(guān)標準化工作的有序開展，提升相關(guān)標準的有效供給。此外，我國要積極參與相關(guān)國際標準化工作，將更多的我國標準提交為國際標準提案，深度參與智能工廠信息化國際標準的研制，進一步提升我國在國際標準化領(lǐng)域的話語權(quán)和競爭力。

參考文獻

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[2] 王映川.中國制造業(yè)空間格局與信息化研究[M].北京:水利水電出版社,2019:151-152.

[3] IEC/TC65/JWG21智能制造參考模型工作組會議在德國召開[J].儀器儀表標準化與計量,2017(04):6.

作者丨機械科學研究總院集團有限公司 高京 王德成；中機生產(chǎn)力促進中心 張?zhí)O 李海斌

來源丨《制造業(yè)自動化》2020年第42卷第5期