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智能制造标准体系研究 白皮书 （2015 年） 中国电子技术标准化研究院 2015 年 7 月 版权声明 本白皮书版权属于中国电子技术标准化研究院（工业和信息化部 电子工业标准化研究院），凡转载或引用本文的观点、数据，请注明 来源。 前言 新中国成立以来尤其是改革开放以来，我国制造业持续快速发展， 建成了门类齐全、独立完整的产业体系，规模跃居世界第一。然而， 与世界先进水平相比，我国制造业仍然大而不强，在自主创新能力、 资源利用效率、信息化程度、质量效益等方面差距明显，转型升级和 跨越发展的任务紧迫而艰巨。当前，新一轮科技革命和产业革命与我 国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，国际产业分工格局正在重 塑。紧紧抓住这一重大历史机遇，以智能制造为主攻方向，推进我国 工业化和信息化深度融合，成为实施制造强国战略的必然选择。 智能制造标准体系是智能制造工作的顶层设计和基础保障。按照 “统筹协调、标准引领、示范应用”的原则，构建暨符合我国国情， 又与国际接轨的智能制造标准体系，突破智能制造的关键技术，重点 研制基础通用标准、工业软件标准、工业大数据标准、工业云服务标 准、服务型制造标准、工业物联网标准和工控安全标准，是目前阶段 的首要任务。 本白皮书主要阐述了国内外智能制造的发展形势和标准化研究现 状，重点对我国智能制造标准化体系进行分析，依照不同的重点标准 化领域，梳理智能制造标准体系中已发布、制定中、待制定标准，重 点识别出一批亟需制定的基础、关键技术、测评类标准，为产业健康、 可持续发展提供参考。 目录 一、 智能制造发展形势 .....................................1 1.1 德国工业 4.0 .........................................1 1.2 美国工业互联网.......................................2 1.3 IEC 数字工厂 .........................................3 1.4 中国智能制造.........................................3 1.5 智能制造国内外发展差异和启示 .........................4 1.6 智能制造标准化的意义 .................................5 二、 智能制造标准体系建设内容 .............................7 2.1 智能制造标准化参考模型 ...............................7 2.1.1 系统架构.......................................8 2.1.2 价值链.........................................9 2.1.3 产品生命周期 ..................................10 2.2 智能制造标准体系框架 ................................10 2.3 重点标准化方向和领域 ................................12 2.3.1 总体标准......................................12 2.3.2 智能装备/产品标准 .............................16 2.3.3 工业互联网/物联网标准 .........................19 2.3.4 智能工厂/数字化车间标准 .......................21 2.3.5 工业XX大数据标准 ............................22 2.3.6 服务型制造标准 ................................24 2.4 智能制造标准体系 ....................................25 三、 保障措施............................................28 3.1 加强组织保障........................................28 3.2 建立新型高效标准化工作机制 ..........................28 3.3 加强标准的推广与实施 ................................29 3.4 加强国际合作........................................29 3.5 完善多层次人才培养体系 ..............................30 附件 1：智能制造重点技术领域 ...............................1 附件 2：智能制造国内外相关标准化组织 .......................1 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 一、 智能制造发展形势 智能制造是指将物联网、大数据、云计算等新一代信息 技术与设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节融合， 具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等 功能的先进制造过程、系统与模式的总称，具备以智能工厂 为载体，以关键制造环节智能化为核心，以端到端数据流为 基础、以网通互联为支撑的四大特征，可有效缩短产品研制 周期、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗， 对推动制造业转型升级具有重要意义。 德国提出的工业 4.0 和美国提出的工业互联网与我国提 出的智能制造“如出一辙、异曲同工、殊途同归”，其理念 和发展思路对我们有借鉴意义。 1.1 德国工业 4.0 德国工业 4.0 在德国工程院、弗劳恩霍夫协会等德国学 术界和产业界的建议和推动下形成,由德国联邦教研部与联 邦经济技术部联手支持,在 2013 年 4 月的汉诺威工业博览会 上正式推出并逐步上升为国家战略。其目的是为了提高德国 工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。德国工业 4.0 的核心内容可以总结为：建设一个网络（信息物理系统）、 研究两大主题（智能工厂、智能生产）、实现三大集成（纵 1 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 向集成、横向集成与端到端集成）、推进三大转变（生产由 集中向分散转变、产品由趋同向个性转变、用户由部分参与 向全程参与转变）。 2013 年 9 月，德国发布的《实施“工业 4.0”战略建议》 中识别出了实现工业 4.0 的八个优先行动领域，第一个就是 开展标准化工作。2013 年 12 月，德国电气电子和信息技术 协会与德国电工委员会联合发布《德国“工业 4.0”标准化 路某某》，明确了参考架构模型、用例、基础、非功能属性、 技术系统和流程的参考模型、仪器和控制功能的参考模型、 技术和组织流程的参考模型、人类在工业 4.0 中的功能和角 色的参考模型、开发流程和指标、工程、标准库、技术和解 决方案等 12 个重点方向，并提出了具体标准化建议。 1.2 美国工业互联网 美国“工业互联网”的愿景是在产品生命周期的整个价 值链中将人、数据和机器连接起来，形成开放的全球化工业 网络。实施的方式是通过通信、控制和计算技术的交叉应用， 建造一个信息物理系统，促进物理系统和数字系统的融合。 2014 年 4 月，美国工业互联网联盟成立，联盟目标是制 定通用标准，打破技术壁垒，实现不同厂商设备之间的数据 共享。联盟已开.经始起草工业互联网参考体系结构，定义工 业互联网的功能域、技术以及标准，同时着手开发用例和测 试床，助力软硬件厂商开发与工业互联网兼容的产品，实现 2 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 企业、云计算系统、计算机、网络、仪表、传感器等不同类 型的物理实体互联，提升工业生产效率。 1.3 IEC 数字工厂 2011 年 6 月，国际电工委员会成立了 IEC/TC65 WG16 数 字工厂标准制定工作组，专门从事数字工厂技术研究和标准 制定。数字工厂描述了包括基本元素、自动化资产及其行为 和关系的工厂通用模型。存储在数字工厂数据库中的相关信 息代表了数字工厂的各个方面。该信息可在整个工厂生命周 期中使用。 随后 IEC 又陆续成立了一系列专门工作组，包括： IEC/SMB/SG8 工业 4.0 战略研究组和 IEC/MSB“未来工厂” 白皮书项目组等，开展智能制造/工业 4.0 相关的战略研究、 体系构建和技术标准研制。 1.4 中国智能制造 当前，我国制造业已建成了门类齐全、独立完整的产业 体系，规模跃居世界第一。然而，与世界先进水平相比，我 国制造业仍然大而不强，在自主创新能力、资源利用效率、 信息化程度、质量效益等方面差距明显，转型升级和跨越发 展的任务紧迫而艰巨。在新一轮科技革命和产业革命与我国 加快转变经济发展方式形成历史性交汇的战略机遇期，以智 能制造为主攻方向，推进我国信息化和工业化深度融合，成 为实施制造强国战略的必然选择。 3 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 2015 年 3 月 9 日，工业和信息化部印发了《2015 年智能 制造试点示范专项行动实施方案》，决定自 2015 年启动实施 智能制造试点示范专项行动。明确要坚持立足国情、统筹规 划、分类施策、分步实施的方针，以企业为主体、市场为导 向、应用为切入点，分类开展并持续推进流程制造、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、智能服务等 6 方面试点示范。通过试点示范使关键智能 部件、装备和系统自主化能力大幅提升，产品、生产过程、 管理、服务等智能化水平显著提高，智能制造标准化体系初 步建立，智能制造体系和公共服务平台初步成形。 1.5 智能制造国内外发展差异和启示 对比中德美三国可以看出，德国基于其强大的工业基础， 自下而上积极推动工业 4.0 战略，希望通过新一代信息技术 在制造业中的应用，保卫其制造业的优势地位；而美国则基 于其领先的互联网创新能力，强调软件、网络和数据，注重 互联互通和互操作，自上而下打造工业互联网，期望重新夺 回制造业霸主地位。 而我国工业正处于由大变强、转型升级的关键时期，不 同规模、行业和区域的企业水平差异巨大，应基于我国工业 的实际情况，借鉴别国经验，制定出适合我国国情的标准化 战略。德国和美国对我国的启示可以归纳为： 1.各国均瞄准广泛互联的工业网络、贯穿产品全生命周 4 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 期的信息数据链和具备感知、控制与联网功能的智能装备等 重点技术领域。 2.各国均注重结合本国优势，战略重点略有差异又相互 学习借鉴。美国近期的行动更加注重对“硬制造”的部署， 德国也更加关注互联网所带来的产业生态系统和新模式。 3.各国均强调建立创新基础设施，推动统一标准的制定， 为智能制造的发展提供保障。 1.6 智能制造标准化的意义 标准引领创新、标准是国家利益在技术经济领域中的体 现，是国家实施技术和产业政策的重要手段，面对智能制造 发展的新形势、新机遇和新挑战，有必要在系统梳理现有相 关标准、明确智能制造标准化需求和重点领域的基础上，建 立智能制造标准体系并成套成体系的开展智能制造标准化 工作来引领智能制造产业健康有序发展。 1. 标准化是智能制造创新的驱动力 标准引领创新、标准保护创新。标准将为智能制造提供 一个可持续发展的基础环境，即系统的可靠性、市场的关联 性和投资的安全性，为实现技术创新以达到智能制造要求奠 定坚实的基础。 2. 标准化是智能制造系统互联互通的必要条件 实现智能制造需要构建庞大复杂的系统，信息系统、生 产制造系统、自动化系统在产品的设计、生产、物流、销售、 5 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 服务全生命周期中要协同互动，这就需要协商一致的标准作 为保障。此外，标准化的术语和定义可以帮助各参与方进行 沟通和交流，从而实现整个行业的紧密合作。 3. 智能制造对标准化提出了新的要求 产品的智能化、装备的智能化、生产的智能化、管理的 智能化以及服务的智能化要求数据信息能够在装备、人、企 业、产品之间实现实时交换、准确识别、智能处理以及快速 更新,必须通过制定并执行成体系的技术标准、服务标准、 管理标准和安全标准来完成。 4. 标准化是抢占产业竞争制高点的重要手段 标准能够体现国家的技术基础和产业基础，国际标准之 争本质是国与国之间产业实力的竞争和对国际市场话语权 的竞争。目前，智能制造标准已成为全球产业竞争的一个制 高点，核心的参考模型、数据接口和通信协议标准则是竞争 的重点。积极参与并争取主导制定智能制造关键领域的国际 标准，是我国争夺国际市场话语权的重要手段。 6 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 二、 智能制造标准体系建设内容 2.1 智能制造标准化参考模型 智能制造的本质是实现贯穿企业设备层、控制层、管理 层等不同层面的纵向集成，跨企业价值网络的横向集成，以 及从产品全生命周期的端到端集成，标准化是确保实现全方 位集成的关键途径。结合智能制造技术架构和产业结构，从 系统架构、价值链和产品生命周期等三个维度构建了智能制 造标准化参考模型，有助于认识和理解智能制造标准的对象、 边界、各部分的层级关系和内在联系。智能制造标准化参考 模型如图 1 所示。 7 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 图 1 智能制造标准化参考模型 2.1.1 系统架构 系统架构自下向上分为五层，其中： (1) 设备层：包括传感器、仪器仪表、条码、射频识别、 数控机床、机器人等感知和执行单元； (2) 控制层：包括可编程逻辑控制器（PLC）、数据采集 与监视控制系统（SCADA）、分布式控制系统（DCS）、现场总线 控制系统（FCS）、工业无线控制系统（WIA）等； (3) 管理层由控制车间/工厂进行生产的系统所构成，主 要包括制造执行系统（MES）、产品生命周期管理软件（PLM） 等； 8 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 (4) 企业层由企业的生产计划、采购管理、销售管理、 人员管理、财务管理等信息化系统所构成，实现企业生产的 整体管控，主要包括企业资源计划（ERP）系统、供应链管 理（SCM）系统和客户关系管理（CRM）系统等； (5) 网络层由产业链上不同企业通过互联网共享信息实 现协同研发、配套生产、物流配送、制造服务等。 2.1.2 价值链 价值链包括五层，其中： (1) 制造资源代表现实世界的物理实体，例如文件、图 纸、设备、车间、工厂等，人员也可视为制造资源的一个组 成部分。 (2) 系统集成代表通过二维码、射频识别、软件、网络 等信息技术集成原材料、零部件、能源、设备等各种制造资 源。由小到大实现从智能装备/产品到智能生产单元、智能 生产线、数字化车间、智能工厂，乃至智能制造系统的集成。 (3) 互联互通是指采用局域网、互联网、移动网、专线 等通信技术,实现制造资源间的连接及制造资源与企业管理 系统间的连接。 (4) 信息融合是指在系统集成和互联互通的基础上，利 用云计算、大数据等新一代信息技术，在保障信息安全的前 提下，实现企业内部、企业间乃至更大范围的信息协同共享。 (5) 新XX态包括个性化定制、网络协同开发、工业云 9 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 服务、电子商务等服务型制造模式。 2.1.3 产品生命周期 产品生命周期包括了设计、生产、物流、销售和服务等 5 个环节。在智能制造的大趋势下，企业从主要提供产品向 提供产品和服务转变，价值链得以延伸。 智能制造标准化参考模型通过三个维度展示了智能制 造的全貌，根据智能制造的定义和内涵，我们将智能装备/ 产品、工业互联网/物联网、智能工厂/数字化车间、工业云 和大数据以及服务型制造等智能制造重点技术领域在参考 模型中所处的位置进行了标识和说明，见附件 1。 2.2 智能制造标准体系框架 依据智能制造标准化参考模型和重点技术领域，构建智 能制造标准体系框架，包括“00 总体”、“01 智能装备/产 品”、“02 工业互联网/物联网”、“03 智能工厂/数字化 车间”、“04 工业XX大数据”、“05 服务型制造”和“06 行业应用”等 7 个部分，智能制造标准体系框架如图 2 所示。 10 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 图 2 智能制造标准体系框架 其中，总体标准包括基础、安全、管理、评价和可靠性 等五大类，位于智能制造标准体系框架的最底层，其研制的 基础共性标准支撑着标准体系框架上层虚线框内关键技术 标准的各个领域；智能装备/产品标准位于智能制造标准体 系框架的关键技术标准（虚线框内）的最底层，与智能制造 实际生产联系最为紧密；在智能装备/产品标准之上是智能 工厂/数字化车间标准，是对智能制造软装备和硬装备的综 合集成，该标准领域在智能制造标准体系框架中起着承上启 下的作用；工业XX大数据标准领域位于智能工厂标准领域 11 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 之上，集成了智能装备/产品领域和智能工厂/数字化车间领 域的核心数据，并与工业互联网/物联网标准领域相结合， 支撑生产型制造向服务型制造转型；服务型制造标准领域位 于关键技术标准（虚线框内）的最顶层，对智能制造的新模 式、新业态进行标准研究；工业互联网/物联网标准领域位 于智能制造标准体系框架的关键技术标准（虚线框内）的最 右侧，打通物理世界和信息世界，贯穿关键技术标准的 4 个 领域。行业应用标准位于智能制造标准体系框架的顶层，面 向行业具体需求，对总体标准和关键技术标准进行细化和落 地，用于指导各行业推进智能制造。 2.3 重点标准化方向和领域 2.3.1 总体标准 智能制造总体标准主要包括基础、安全、管理、评价和 可靠性等 5 个方面的标准。 (1) 基础标准 一是制定术语定义标准，用于统一智能制造相关概念， 为其他各部分标准的制定提供支撑；二是制定参考模型标准， 帮助各方认识和理解智能制造标准化的对象、边界、各部分 的层级关系和内在联系；三是制定元数据、数据描述和数据 字典标准，用于规定产品设计、生产、流通等环节涉及的元 数据命名规则、数据格式和注册要求，公共基础数据描述方 法，数据字典建立方法，为智能制造各环节产生的数据集成、 12 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 交互共享奠定基础；四是制定标识标准，用于对智能制造中 各类对象进行唯一标识，建设既与制造企业已有的标识编码 系统兼容，又能满足设备 IP 化、智能化等智能制造发展要 求的智能制造标识体系。 (2) 安全标准 智能制造系统的安全包括机械安全、电气安全、功能安 全和信息安全等。随着智能制造的快速发展，新技术、新应 用在打破工业网络信息孤岛的同时，给工业企业带来了新的 信息安全隐患，亟需建立智能制造信息安全标准体系。 一是要制定智能制造信息安全管理标 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 信性、可靠 性与可用性、可恢复性、维修性、维修保障和安全风险分析 等相关共性技术基础专业领域的全国标准化技术工作，是上 述领域的共性基础标委会，由国家标准化管理委员会与工业 和信息化部共同领导和管理。 (7) 全国技术产品文件标准化技术委员会 全国技术产品文件标准化技术委员会（TC146）是由国 家质检总局、国家标准化管理委员会领导的全国性标准化技 术工作组织，对口国际标准化组织 ISO/TC10“技术产品文 件”。TC146 主要负责与制造业有关技术产品文件及相关文 件管理的标准化研究，标委会长期致力于产品数字化定义、 数字样机构建、数字化工艺、数字化设计与仿真等与智能制 造密切相关的标准化工作。TC146 所在单位还承担了 9 中国电子技术标准化研究院 智能制造标准体系研究白皮书 ISO/TC10/SC6 机械工程文件分技术委员会主席和秘书处工 作，在紧跟本领域国际标准化最新动态的同时，积极推动以 我国技术标准为主体的机械工程文件国际标准体系的实施， 组织制定了《机械产品数字样机通用要求》等多项国际标准， 实质性参与了《数字化产品数据通则》等多项国际标准研制 工作。 10 [文章尾部最后500字内容到此结束,中间部分内容请查看底下的图片预览]请点击下方选择您需要的文档下载。

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