智能制造數(shù)字化車間建設(shè)指南

智能制造數(shù)字化車間建設(shè)指南范圍本文件提供了數(shù)字化車間的建設(shè)途徑、建設(shè)規(guī)劃和實(shí)施指南方面的指導(dǎo)。本文件適用于指導(dǎo)工業(yè)企業(yè)的數(shù)字化車間建設(shè)。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T37413—2019數(shù)字化車間術(shù)語和定義術(shù)語和定義GB/T37413—2019界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

數(shù)字化生產(chǎn)線digitalproductionline將數(shù)字化、自動化生產(chǎn)設(shè)備按照要求進(jìn)行集成，按規(guī)定的程序或指令對生產(chǎn)過程進(jìn)行操作或控制，自動完成產(chǎn)品全部或部分制造過程。包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)等。

數(shù)字化車間digitalfactory；digitalworkshop以生產(chǎn)對象所要求的工藝和設(shè)備為基礎(chǔ)，以信息技術(shù)、自動化、測控技術(shù)等為手段，用數(shù)據(jù)連接車間不同單元，對生產(chǎn)運(yùn)行過程進(jìn)行規(guī)劃、管理、診斷和優(yōu)化的實(shí)施單元。[來源：GB/T37413—2019，2.1]縮略語下列縮略語適用于本文件。CAD：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign）CAPP：計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)（ComputerAidedProcessPlanning）ERP：企業(yè)資源計(jì)劃（EnterpriseResourcePlanning）MES：制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem）SCM：供應(yīng)鏈管理（SupplyChainManagement）建設(shè)途徑工業(yè)企業(yè)宜從以下方面開展數(shù)字化車間建設(shè)：從系統(tǒng)層級和業(yè)務(wù)范圍開展建設(shè)；對其智能化能力進(jìn)行持續(xù)迭代優(yōu)化，逐級提升智能化能力；根據(jù)行業(yè)特性選擇合理的業(yè)務(wù)活動范圍。宜通過信息通訊、自動化、工業(yè)控制、數(shù)字孿生、AI算法等技術(shù)途徑，完成數(shù)字化車間標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。數(shù)字化設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。通過工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、無線網(wǎng)、5G等將設(shè)備、物料、環(huán)境、產(chǎn)品質(zhì)量等有關(guān)信息聯(lián)合，構(gòu)成數(shù)字化車間網(wǎng)絡(luò)體系。采集數(shù)據(jù)實(shí)時化。將涉及到數(shù)控設(shè)備的能耗、開關(guān)機(jī)、生產(chǎn)數(shù)量、加工進(jìn)程等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行及時的記錄和上傳。實(shí)時監(jiān)控制造設(shè)備的運(yùn)行。通過數(shù)字孿生、AR/VR等技術(shù)，實(shí)時展現(xiàn)車間設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)。分析數(shù)據(jù)。通過統(tǒng)計(jì)分析創(chuàng)建報表，將開關(guān)機(jī)時間、產(chǎn)品加工質(zhì)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的合理性分析，采用數(shù)字模型進(jìn)行把握和控制。設(shè)置自動報警裝置。通過系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行預(yù)警，對報警的次數(shù)和時間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。建設(shè)規(guī)劃總體規(guī)劃編制數(shù)字化車間建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)方案。在編制頂層設(shè)計(jì)方案時，宜包括以下內(nèi)容：組織的戰(zhàn)略定位；組織的戰(zhàn)略目標(biāo)；組織數(shù)字化、智能化發(fā)展路徑；數(shù)字化車間的總體布局和具體架構(gòu)。規(guī)劃設(shè)計(jì)建立數(shù)字化車間參考模型，在建立參考模型時宜從縱向集成、橫向集成及產(chǎn)品全生命周期的端到端三個方面進(jìn)行考慮。橫向集成宜從客戶需求、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、物料采購、生產(chǎn)制造、物流等方面進(jìn)行考慮?？v向集成宜從企業(yè)設(shè)備層、控制層兩個層面進(jìn)行考慮，包括組織內(nèi)部的設(shè)備與控制層、制造執(zhí)行層。產(chǎn)品全生命周期端到端的集成，宜從信息物理系統(tǒng)（CPS）角度進(jìn)行分析，包括感知執(zhí)行、適配控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸、認(rèn)知決策和服務(wù)平臺。系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述數(shù)字化車間的系統(tǒng)建設(shè)包括總體架構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)。組織在進(jìn)行數(shù)字化車間系統(tǒng)設(shè)計(jì)時考慮數(shù)字化生產(chǎn)線、數(shù)字化車間的遞進(jìn)關(guān)系。組織編制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案時，宜包括如下內(nèi)容：公司的總體戰(zhàn)略目標(biāo)及階段性目標(biāo)；信息化架構(gòu)設(shè)計(jì)；自動化架構(gòu)設(shè)計(jì)；系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)。信息化框架設(shè)計(jì)可采用以下方法對數(shù)字化車間建設(shè)的信息化框架進(jìn)行設(shè)計(jì)并建立數(shù)字化模型：計(jì)算機(jī)集成制造開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（CIM-OSA）方法；成的信息系統(tǒng)體系構(gòu)成（ARIS）方法；ICAM分析（IDEF）方法；決策活動關(guān)聯(lián)圖（GRAI）/GIM方法；集成化企業(yè)建模（IEM）方法；企業(yè)資產(chǎn)管理（EAM）方法。數(shù)字化車間的信息化架構(gòu)包括基礎(chǔ)平臺層、數(shù)據(jù)庫層、功能層、產(chǎn)品層，其中：基礎(chǔ)平臺層設(shè)計(jì)宜考慮如下因素：軟件，如：CAD、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）、ERP、CAPP、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、MES以及數(shù)據(jù)庫管理、操作系統(tǒng)等；硬件，如：計(jì)算機(jī)、存儲設(shè)備、輸入/輸出設(shè)備、傳感器、攝像頭等；公共服務(wù)，如：軟件接口、硬件接口、結(jié)構(gòu)模式及信息安全。數(shù)據(jù)庫層設(shè)計(jì)組織宜考慮以下因素：設(shè)計(jì)類，如：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)類數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)規(guī)范等；工藝類，如：工藝數(shù)據(jù)、工藝規(guī)程等；試驗(yàn)類，如：試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)規(guī)范等；制造類，如：生產(chǎn)計(jì)劃、運(yùn)行數(shù)據(jù)等；管理類，如：管理制度、管理標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系庫。功能層的設(shè)計(jì)組織宜考慮如下因素：工廠布局；產(chǎn)品設(shè)計(jì)；工藝規(guī)劃；生產(chǎn)仿真；虛擬裝配；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。自動化架構(gòu)設(shè)計(jì)宜從現(xiàn)場設(shè)備層、車間監(jiān)控層以及生產(chǎn)管理層三個層面對自動化架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場設(shè)備層宜包括但不限于：工業(yè)通信系統(tǒng)，如現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線、工業(yè)5G等；傳感器；驅(qū)動設(shè)備；執(zhí)行機(jī)構(gòu)和開關(guān)設(shè)備等。車間監(jiān)控層宜包括但不限于：生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)控；設(shè)備故障報警及維護(hù)等。生產(chǎn)管理層宜包括但不限于：生產(chǎn)任務(wù)管理；工序計(jì)劃與派工管理；領(lǐng)料與投料管理；生產(chǎn)過程管理；檢驗(yàn)過程管理；產(chǎn)品入庫管理。為執(zhí)行數(shù)字化車間現(xiàn)場設(shè)備層的工作任務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備與現(xiàn)場設(shè)備之間的通信，可采用如下通信方式：現(xiàn)場總線：可采用PROFIBUS、CC-LINK、MODBUS、CAN等協(xié)議；工業(yè)以太網(wǎng)通信：可采用PROFINET、Ethernet/IP、EtherCAT、POWERLINK等協(xié)議；無線通信：工業(yè)無線（WIA-FA、WIA-PA）、WIFI、藍(lán)牙、3G/4G/5G等協(xié)議。組織管理集成化設(shè)計(jì)利用信息化技術(shù)，對管理集成進(jìn)行設(shè)計(jì)。在進(jìn)行管理集成化設(shè)計(jì)時，宜考慮如下因素：經(jīng)營與決策能力；產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)能力；生產(chǎn)協(xié)同能力；設(shè)備互聯(lián)能力；綠色制造能力；安全管理能力；環(huán)境管理能力。設(shè)計(jì)過程的監(jiān)控組織宜對設(shè)計(jì)過程的關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，制定監(jiān)控方案或計(jì)劃，宜包括：監(jiān)控的責(zé)任人及責(zé)任部門；監(jiān)控的時機(jī)；監(jiān)控的方法：如采取評審、研討、專家座談會等方式進(jìn)行。實(shí)施指南車間設(shè)備互聯(lián)互通宜通過采用現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和分布式控制系統(tǒng)等信息技術(shù)和控制系統(tǒng)，建立車間內(nèi)互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)。支持異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集和存儲，通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。根據(jù)應(yīng)用場景的環(huán)境因數(shù)不同，選擇適用的通訊協(xié)議。生產(chǎn)線智能化改造生產(chǎn)線智能化改造包括：離散型企業(yè)宜應(yīng)用智能裝備、自動化成套裝備優(yōu)化工藝流程，建設(shè)柔性智能制造單元；流程型企業(yè)宜應(yīng)用智能儀表、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)替代人工記錄，關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)工藝數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動采集。生產(chǎn)過程實(shí)時調(diào)度生產(chǎn)過程宜根據(jù)生產(chǎn)模式進(jìn)行生產(chǎn)活動、生產(chǎn)過程跟蹤和控制。生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)宜實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控、故障自動報警和診斷分析，生產(chǎn)任務(wù)指揮調(diào)度實(shí)現(xiàn)可視化，關(guān)鍵設(shè)備可自動調(diào)試修復(fù)。車間作業(yè)計(jì)劃自動生成，生產(chǎn)制造過程中物料投放、產(chǎn)品產(chǎn)出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動采集、實(shí)時傳送，并可根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)實(shí)時調(diào)整。質(zhì)量管控宜采用規(guī)范的編碼機(jī)制對產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)識，并利用自動識別技術(shù)對產(chǎn)品信息進(jìn)行采集。宜在關(guān)鍵工序采用智能化質(zhì)量檢測設(shè)備，產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)現(xiàn)在線自動檢測、報警和診斷分析。宜在原輔料供應(yīng)、生產(chǎn)管理、倉儲物流等環(huán)節(jié)采用智能化技術(shù)設(shè)備實(shí)時記錄產(chǎn)品信息，每個批次產(chǎn)品均可通過產(chǎn)品檔案進(jìn)行生產(chǎn)過程和使用物料的追溯。物料配送自動化生產(chǎn)過程宜采用條碼、二維碼、電子標(biāo)簽、移動掃描終端等自動識別技術(shù)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對物品流動的定位、跟蹤、控制等功能，車間物流根據(jù)生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)自動挑選、實(shí)時配送和自動輸送。宜及時規(guī)劃物料搬運(yùn)路徑。對原材料、零部件實(shí)行數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理，實(shí)時了解車間物料數(shù)量。能源消耗智能管控利用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對車間進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)采集和全方位監(jiān)控，對能源系統(tǒng)進(jìn)行算法優(yōu)化和智能控制。根據(jù)車間需求建立水、電、氣等重點(diǎn)能源消耗的動態(tài)監(jiān)控和計(jì)量，對能耗設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)開展統(tǒng)計(jì)與分析，制定合理的能耗評價指標(biāo)。對設(shè)備進(jìn)行全生命周期管控。對于高能耗車間，宜建立產(chǎn)耗預(yù)測模型。車間環(huán)境智能管控通過在車間安裝環(huán)境采集設(shè)備，與控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境智能管控。根據(jù)車間生產(chǎn)制造特點(diǎn)和需求，宜配備車間環(huán)境（熱感、煙感、溫度、濕度、有害氣體、粉塵等）智能監(jiān)測、調(diào)節(jié)、處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對車間工業(yè)衛(wèi)生、環(huán)境自動監(jiān)控、自動檢測、自動報警等智能化控制。車間廢棄物處置納入信息系統(tǒng)統(tǒng)一管理。對于存在較高安全與環(huán)境風(fēng)險的車間，宜建立在線應(yīng)急指揮聯(lián)動系統(tǒng)。車間與車間外部聯(lián)動協(xié)同車間與車間外部信息系統(tǒng)宜實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)集成。宜應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及仿真系