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深度 | 智能制造流派 全球11种智能制造参考模型大盘点!

发布日期:2018-04-25

深度 | 智能制造流派 全球11种智能制造参考模型大盘点!


深度 | 智能制造流派 全球11种智能制造参考模型大盘点!

本文由知识自动化(zhishipai)授权转载。

本文简介国际现有的十一种智能制造参考模型。

参考模型是智能制造的准星

智能制造涉及多企业、多领域、多地域信息集成、应用集成和价值集成。构建智能制造标准体系,首先需要建立智能制造参考模型,并且统一其术语定义。智能制造参考模型是一个通用模型,适用于智能制造全价值链所有合作伙伴公司的产品和服务,它将提供智能制造相关技术系统的构建、开发、集成和运行的一个框架,通过建立智能制造参考模型可以将现有标准(如工业通信、工程、建模、功能安全、信息安全、可靠性、设备集成、数字工厂等),和拟制定的新标准(如语义化描述和数据字典、互联互通、系统能效、大数据、工业互联网等)一起纳入一个新的全球制造参考体系。

在IEC(国际电工委员会)国际标准中确定了十几种关于“参考模型”的定义,经过梳理其中与智能制造参考模型相关的定义包括:提供正在处理的问题空间的可视化的抽象结构,提供描述和讨论解决方案的语言,定义术语并提供旨在获得被解决问题相互理解的其他类似的帮助。

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参考模型提供的是对关注问题的达成共识的、一致的、通用的模型,它以与实现(具体应用)无关的抽象的方式进行描述。通常会确定参考模型所需术语及其定义,以方便理解与交流。

智能制造参考模型建设的目标如下:

☆ 对智能制造概念及范围进行统一定义和描述;

☆ 对现有标准在智能制造中进行定位和分析,并梳理未来智能制造的标准化需求;

☆ 建立针对智能制造涉及的不同技术的验证平台(测试床),推进新技术的试验验证和标准制定;

☆ 建立不同领域、不同生命周期阶段、不同技术的应用案例,指导智能制造在企业中的应用和实现。

谁在局中定标准

智能制造相关国际组织如图1所示,其中最主要技术组织包括IEC/TC65(工业过程测量、控制和自动化技术委员会)、ISO/TC184(自动化系统与集成技术委员会)和ISO/IEC/JTC1(信息技术联合技术委员会)。

IEC/TC65主要负责工业测量、控制和自动化领域的国际标准化工作,现有4个分委会,涉及智能制造的工作组包括:TC65/WG10(工业信息安全)、WG16(数字工厂)、WG19(全生命周期管理)、AHG3(智能制造框架和系统架构)、JWG21(智能制造参考模型),SC65C/ WG16(工业无线),SC65E/JWG5(企业控制)、AHG1(智能制造信息模型)等。国内对口标委会为SAC/TC124,秘书处设在机械工业仪器仪表综合技术经济研究所。

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ISO/TC184主要负责自动化系统与集成领域的国际标准化工作,现有4个分委会,涉及智能制造的工作组包括:SC1(物理设备控制)、SC4/AG1(数字化制造)、WG2(产品特征和库)、JWG8(制造过程和管理信息)、WG12(产品数据表示和交换模型及资源)、WG13(工业数据质量)和SC5(企业系统和自动化应用的互操作、集成和架构)等。国内对口标委会为SAC/TC159,秘书处设在北京机械工业自动化研究所。

ISO/IEC/JTC1主要负责信息技术领域的国际标准化工作,现有21个分委会,涉及智能制造的工作组包括:WG7(传感网络)、WG7(大数据)、WG10(物联网)、SC25(信息技术设备互联)、SC27(IT信息安全技术)、SC31(自动识别和数据获取技术)、SC32(数据管理和交换)、SC38 (云计算和分布式平台)、S41(物联网和相关技术)等。国内对口标委会为SAC/TC28,秘书处设在中国电子技术标准化研究院。

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图1 智能制造相关国际组织

与智能制造相关参考模型

鉴于智能制造跨技术领域的特点,IEC专门成立了IEC/SMB/SG8(智能制造/工业4.0)战略工作组,并在2016年转化为SEG7(智能制造)系统评估组,开展智能制造相关的体系架构、标准路线图、用例等方面的研究。SEG7国内技术对口单位为机械工业仪器仪表综合技术经济研究所。

该工作组今年年初完成了智能制造相关的现有11种参考模型(见表1)的对比分析报告,本文根据该分析报告进行了进一步梳理、补充和分析总结。

表1 与智能制造相关的现有参考模型

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▎ 十一金刚之首:工业4.0 (RAMI4.0)参考架构模型

发布组织:德国工业4.0平台。

发布日期:2015年4月。

应用领域:制造。

特征:

☆ 基于CEN和CENELEC制定的智能电网架构模型(SGAM);

☆ 三个维度:层级结构、生命周期和价值链、类别;

☆ 强调三个集成:企业内网络化制造体系纵向集成、企业间横向集成、全生命周期端到端工程数字化集成;

☆ 智能工厂是实现RAMI4.0的最小单元;

☆ 嵌入式智能:所有制造单元都是带有本地软件的嵌入式设备或系统、所有制造单元都具有自组织的计算和通信功能、大量部署各类传感元件实现信息的大量采集、自动化技术实现智能制造单元间的集成;

☆ “智能”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、位置、状态、路线);

☆ “自治”制造系统:互联制造单元的自组织(自组织生产)、制造步骤根据订单情况灵活定制(自组织工艺)。

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图2 工业4.0 (RAMI4.0)参考架构模型

▎ 十一金刚之二:智能制造生态系统SMS

发布组织:美国国家标准与技术研究院NIST。

发布日期:2016年2月。

应用领域:制造。

特征:

☆ 三个维度:产品、制造系统、商业,每个维度表示独立的生命周期;

☆ 制造金字塔是其核心,三个生命周期在这里汇聚和交互;

☆ 强调在每个维度上制造软件的集成,这将有助于车间层的先进控制,以及工厂和企业层的优化决策;

☆ 三项优先考虑的变革制造技术:高级传感、控制和制造平台、虚拟化、信息化和数字化制造技术、先进材料制造;

☆ 八种制造范式:精益制造、柔性制造、绿色制造、数字化制造、云制造、分布式制造、智能制造、敏捷制造。

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图3 智能制造生态系统SMS

▎ 十一金刚之三:工业互联网参考架构IIRA

发布组织:工业互联网联盟IIC。

发布日期:2017年1月(V1.8)。

应用领域:能源、健康、制造、运输、公共部门。

特征:

☆ 按照工业互联网系统的关注点可分为四个视角:商业、使用、功能、实现;

☆ 功能视角表示系统功能元件间的相互关系、结构、接口、交互以及与外部的相互作用,该视角确定了五个功能域组成:商业、运营、信息、控制、应用;

☆ 正建立垂直领域应用案例分类表,在参考架构下体系化推进应用;

☆ 以工业互联网为基础,通过软件控制应用和软件定义机器的紧密联动,促进机器间、机器与控制平台间、企业上下游间的实时连接和智能交互,最终形成以信息数据链为驱动,以模型和高级分析为核心,以开放和智能为特征的工业系统;

☆ 九大系统特性,包括:系统安全、信息安全、弹性(容错、自修复、自组织等)、互操作性、连接性、数据管理、高级数据分析、智能控制、动态组合。

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图4 工业互联网参考架构IIRA

▎ 十一金刚之四:智能制造系统架构IMSA[5]

发布组织:中国国家智能制造标准化总体组.

发布日期:2015年12月。

应用领域:智能制造(重点十大领域)。

特征:

☆ 三个维度组成:生命周期、系统层级和智能功能;

☆ 生命周期是指包含一系列相互连接的价值创造活动的集成,不同行业有不同的生命周期;

☆ 相对于RAMI4.0系统层级维度做了简化,将产品和设备合并为设备层级;

☆ 生命周期维度细化为设计、生产、物流、销售和服务,但忽略了样品研制和产品生产的区别;

☆ 智能功能维度突出了各个层级的系统集成、数据集成、信息集成;

☆ 惟一地提出了标准体系架构(图6);

☆ 重点解决当前推进智能制造工作中遇到的数据集成、互联互通等基础瓶颈问题;

☆ 强调五种核心技术装备:高档数控机床与工业机器人、增材制造装备、智能传感与控制装备、智能检测与装配装备、智能物流与仓储装备;

☆ 强调五种新模式:离散制造、流程制造、网络协同制造、大规模个性化定制、远程运维服务。

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图5 智能制造系统架构IMSA

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