智能制造專用技術標準體系建設及其應用研究

南京晨光集團有限責任公司 蘇超

一、智能制造發(fā)展背景與標準化研究需求

21 世紀以來，世界各主要工業(yè)國家都加快了制造業(yè)的發(fā)展步伐，美國、德國、日本紛紛提出通過發(fā)展智能制造來振興制造業(yè)：美國啟動“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”；德國實施以智能制造為主體的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略；日本提出加快發(fā)展協(xié)同式機器人、無人化工廠以提升制造業(yè)競爭力；我國也提出了加強工業(yè)化和信息化深度融合、打造制造強國的一系列戰(zhàn)略舉措。隨著制造業(yè)再次成為全球經濟穩(wěn)定發(fā)展的驅動力，制造業(yè)數字化、智能化成為制造技術創(chuàng)新的共性使能技術，數字化、網絡化、智能化已成為當前制造業(yè)發(fā)展的大趨勢。

世界最大的多元工業(yè)集團美國GE 公司，歐洲最大的工業(yè)集團、德國工業(yè)自動化的排頭兵西門子公司，全球領先的工業(yè)自動化成套設備供應商日本三菱電機公司等紛紛提出各自的智能制造解決方案。在國內，上汽集團、海爾集團、華為公司、徐工集團等企業(yè)均憑借自身良好的數字化及自動化基礎，也已開始著手建立智能車間，以推動企業(yè)制造技術的發(fā)展。在智能制造的大背景下，承接航天制造技術發(fā)展業(yè)務的南京晨光集團有限責任公司（以下簡稱“南京晨光集團”）也抓住此契機，開展智能裝備的研發(fā)、智能工藝技術應用、智能數據分析、智能系統(tǒng)集成等方面的能力建設工作。

智能制造產業(yè)發(fā)展最基本的特征是多項技術的“系統(tǒng)集成”，而標準化工作則是系統(tǒng)集成的重要基礎。通過建立相應的技術標準，可以實現統(tǒng)一術語定義、統(tǒng)一設計與實施、統(tǒng)一體系結構、統(tǒng)一數據交換方式、統(tǒng)一信息分類編碼、統(tǒng)一接口規(guī)范、統(tǒng)一支撐環(huán)境等目標，從而便于系統(tǒng)集成和資源共享，規(guī)范和指導產業(yè)的發(fā)展。但同時不難發(fā)現，當前國內外的通用標準體系雖然可以為航天行業(yè)高可靠性、離散性制造企業(yè)及智能制造產業(yè)的發(fā)展提供相應的參考，但卻難以全面支撐產業(yè)發(fā)展的需求，難以滿足持續(xù)性的應用需求。

目前，能夠為航天行業(yè)智能制造產業(yè)發(fā)展提供支撐依據的標準包括：國家已發(fā)布和正在制定的涉及基礎術語定義、安全網絡、管理、檢測評價、可靠度等內容的基礎共性標準，以及有關智能裝備、智能工廠、智能服務、工業(yè)軟件和大數據等智能制造相關技術標準。而產品特性、制造模式、生產組織等相關標準的缺失，限制了航天行業(yè)智能制造水平的提升及相關技術成果的推廣轉化。為此，有必要盡快結合智能制造產業(yè)特點，開展相應的標準研究工作。

二、國家智能制造標準體系建設情況

工業(yè)和信息化部、國家標準化管理委員會分別于2015 年和2018 年聯(lián)合發(fā)布了《國家智能制造標準體系建設指南》（以下簡稱《指南》），旨在指導有關智能制造的標準化體系建設工作。

《指南》中明確了智能制造系統(tǒng)架構，如圖1 所示，從生命周期、系統(tǒng)層級和智能特征3 個維度對智能制造涉及的活動、裝備、特征等內容進行了描述，主要用于明確智能制造的標準化需求、對象和范圍，指導國家智能制造標準體系建設。同時，《指南》還明確了智能制造標準體系的結構，如圖2 所示，智能制造標準體系結構包括“A 基礎共性”“B 關鍵技術”“C 行業(yè)應用”等三大部分，主要反映了標準體系各部分的組成關系，并在此基礎上向下映射形成智能制造標準體系的基本組成單元——智能制造標準體系框架，如圖3 所示。《指南》還對建設重點和具體的建設內容進行了詳細的解讀。

經過分析可以發(fā)現，國家智能制造系統(tǒng)架構及智能制造標準體系主要從我國工業(yè)體系角度進行描述，系統(tǒng)規(guī)劃和體系構建大而全，同時更多關注智能制造中的基礎共性與關鍵技術。

圖1 《指南》中的智能制造系統(tǒng)架構

圖2 《指南》中的智能制造標準體系結構

據了解，中國航天科技集團有限公司、中國航天科工集團有限公司、中國航空工業(yè)集團有限公司等企業(yè)也都曾經開展過智能制造相關標準體系的研究工作，且均采用的是類似《指南》中的系統(tǒng)架構形式和標準體系分類方法。例如，圍繞航天裝備智能制造平臺產業(yè)，從智能裝備/單元、智能生產線、智能工廠到智慧云制造等不同層面，研究航天裝備智能制造的標準體系、業(yè)務模式、服務模式、運營模式、商業(yè)模式等頂層設計內容，規(guī)范或規(guī)定了研發(fā)設計、工藝規(guī)劃、資源計劃、制造執(zhí)行、數據采集、信息集成、物聯(lián)網、公有云互聯(lián)互通等標準規(guī)范，逐步向基于武器裝備智能制造的總體標準、平臺共性支撐標準、智能設計分析標準、智能實驗驗證標準、智能生產標準、智能綜保標準、智能管控決策標準等領域延伸，建立了航天裝備智能制造標準體系，以指導航天裝備智能制造系統(tǒng)的建設與應用實施，從多維度開展全生命周期標準化工作。

圖3 《指南》中的智能制造標準體系框架（示意圖）

三、智能制造專用技術標準體系建設的應用嘗試

《指南》中提出了“發(fā)揮基礎共性標準和關鍵技術標準在行業(yè)應用標準制定中的指導和支撐作用”的要求，但對“C 行業(yè)應用”方向的指導相對較少。南京晨光集團在智能制造模式中主要以承接總體部和研究所的設計輸入、開展相關任務的工藝設計和生產組織等工作為主，正是基于這樣一種工作模式，本研究對智能制造相關標準的需求主要集中在工藝端和生產端，不對整體智能制造標準體系進行研究，也不再對“基礎共性”和“關鍵技術”方向繼續(xù)展開討論，以此作為行業(yè)應用標準子體系中“CC 航空航天裝備應用”的一個延伸。

本文對應用端的研究主要集中在公司的優(yōu)勢專業(yè)方面，用離散形態(tài)構建的各專業(yè)專用技術“標準池”來取代整體標準體系。在離散型“標準池”的構建方面，以實際業(yè)務應用端的需求為主體，把“自動化”和“數字化”作為“智能化”的外延，將相關需求也納入研究范圍。在離散型“標準池”研究領域的選取方面，首先將涉及科研生產活動主線的“工藝設計”“生產管理”“質量管理”幾個方面列入其中，將承擔智能制造、產線搭建任務的“裝備研制”也進行識別并納入其中，同時選取了在智能制造環(huán)境下開展相關業(yè)務工作都必不可少的“數據處理”“系統(tǒng)集成”“信息安全”等幾個信息化技術領域，并進一步對各專業(yè)間的交互關系進行分析，以確保智能制造技術基礎類的標準能夠為后端智能制造技術應用提供支撐，如圖4 所示。

圖4 智能制造專用技術標準體系的七大領域

針對確定的離散型“標準池”七大領域，本文根據實際的科研生產應用需求，并結合智能制造產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，開展各具體研究方向的分析研究，各領域的細分研究方向見表1。在各研究方向內，主要通過“標準查新—知識點分析—標準需求梳理”的方式開展研究。一是開展標準查新工作，對各專業(yè)技術領域相關的已有標準進行查詢；二是消化學習標準內容，進行知識點分析，分析其中關鍵技術能否用于指導相應業(yè)務工作的開展，將具有指導性的上級標準納入智能制造專用技術標準體系表中；三是對各專業(yè)技術人員開展訪談調研，以業(yè)務端為牽引，了解業(yè)務端實際的、急需的應用需求，對于研究方向中缺少直接指導的項目，提出技術標準制定需求，并作為規(guī)劃項目納入智能制造專用技術標準體系表中。

表1 分類框架及技術標準需求匯總表

在智能制造專用技術標準池分類框架及標準體系表構建完成后，以此為牽引，進一步開展標準體系的應用工作。本研究對公司各專業(yè)領域和具體研究方向的技術成熟度進行了分析，并結合具體的業(yè)務開展情況，根據對標準制定需求迫切程度的評估結果，以及對專業(yè)技術人員標準編制能力的識別結果，初步規(guī)劃了智能制造專用技術標準體系中需求標準的中期規(guī)劃。后續(xù)還將逐步開展上級標準申報論證和廠級企業(yè)標準的制定工作。

四、智能制造專用技術標準體系建設的應用總結

本研究通過對照《指南》中規(guī)定的智能制造標準體系框架，梳理了涉及公司智能制造產業(yè)應用的專業(yè)領域，開展了智能制造專用技術標準體系的構建研究工作，并根據公司實際情況，最終選擇以離散型“標準池”的形式開展，通過重新梳理審視相關技術專業(yè)工作的開展情況，以保證急用標準優(yōu)先編制為原則，分析形成了智能制造專用技術標準池分類和框架。

本文未針對整體智能制造標準體系開展研究，主要依托公司實際業(yè)務范圍和專業(yè)分工進行研究，暫不具備普適性，但本文提出的以離散形式研究智能制造專用技術標準池的方法能夠提升工作的實用性，以問題為導向來滿足制造型企業(yè)在智能制造工作中的實際業(yè)務需求，可供相關廠所參考。希望通過標準化的管理手段推動智能制造專業(yè)技術工作取得進展，以實現標準對工廠智能制造業(yè)務工作的支撐和指導作用。