智能制造的系统标准化建设
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智能制造的系统标准化建设标准化是智能制造的重要基础
当前,智能制造已经成为世界各国发展制造业的重点,在《中国制造2025》中也明确指出,智能制造是主攻方向。值得注意的是各国在制定发展
智能制造的政策时,都不约而同地把标准化作为发展智能制造的重要工作和
优先行动。李克强总理在视察工信部时,也强调“当前智能制造最重要的工
作是标准制订”。因此,智能制造的标准化引起了普遍的关注。本文就智能制造
标准化谈谈自己的一些想法和思考。
一、迫切性
智能制造作为发展制造业的技术方向,时间并不长。因此,在技术上它
还处于正在发展的阶段,它的技术体系还不清晰,很多具体的技术问题也在
研究之中。一般情况下,标准是对科学技术成果和生产经验的总结,应该是
在技术和生产都已经比较成熟的情况下才可能制定的。为什么智能制造的标
准化现在就要提到日程上来呢?这是由智能制造本身的特点决定的。
智能制造最核心和最基础的问题是信息集成,也就是工业4.0 中提出的:
通过价值网络实现的横向集成、贯穿整个价值链的端到端工程数字化集成、
从生产现场到生产执行系统(MES)、企业资源规划系统(ERP)之间的垂直
集成。真正实现这些信息集成的系统是一个极其复杂的系统!它涉及产品设计
信息、工艺信息和制造信息之间的数据统一,生产现场各种制造装备之间的互
联互通,制造系统与物流系统的信息互通,生产现场与生产执行系统之间的信
息交换,MES 的生产信息与ERP 的经营信息之间的集成,乃至企业与供应方、外协方的企业之间的信息集成……。其中的任何一个环节,本身就是一个系统。例如生产现场使用的数控机床,它们自身就是一个复杂的系统。经过多年的发展,已经形成了自己完整的技术体系。而智能制造是要在各领域的既有的各类
体系上实现更高水平的整合,所以工业4.0 把智能制造称为“由系统组成的系统”。
各国也都看到这个问题是发展智能制造的关键。2014 年10 月美国“先进制造计划AMP2.0”提出“在3 到5 年内,要使不同供应商提供的制造自动化设备能够无缝地进行互操作,实现即插即组态”;今年6 月9 日,日本经济产业省公布的《2015 年制造白皮书》中提出“工厂使用的制造设备的通信标准繁多,许多标准并存,没有得到统一……发展标准化面临诸多障碍……跨越企业和行业的壁垒,强化‘横向合作’,对于日本制造业提高竞争力,具有非常重要的意义”。
在实际实施智能制造工程时,制造过程的互联互通也是系统集成过程中最困难、耗时最多、费用最大的工作。大部分的用户最大的反应就是缺少互联互通的标准。为了实现生产现场信息的集成,必须要与每一台设备的供应商进行协商,要求其开放设备的相关协议,然后根据该协议开发针对这台设备的接口软件,才能实现设备与企业网络的连接。管理软件也遇到类似的问题,也需要针对一个一个软件开发中间接口。而且,以后企业每购入一种新的设备,系统集成商就得再开发一种新的接口软件。这些接口软件完全是专用的一次性产品,对技术进步没有任何作用,还大幅度增加了系统集成的成本,是巨大的浪费。
因此,要想实现信息集成的目标,必须要使制造过程各个环节在全球标准化的基础上实行统一的标准。如果现在不开始智能制造的标准化工作,任凭制造商自由发展,将来标准问题必将成为智能制造发展的极大障碍!这一点我们是有经验教训的。例如现场总线标准,由于在一开始对现场总线协议没有开展国际标准的研究和制定工作,各大企业自行开发的协议都逐步成为事实上的标准,难以再进行整合,以致现在现场总线的国际标准有几十种,最终受到损失的还是用户。而工业无线通信协议吸取了现场总线的经验教训,比较早开展了国际标准工作,目前仅有四种协议成为国际标准。所以,在涉及通信、数据格式等领域,需要尽早开展标准的研究。
另外,标准问题涉及技术话语权问题,这关系到各国的巨大利益。工业4.0的标准化路线图中提出了两个观点。其一是建议在国际标准的制定过程中,可以在某一个国家先试行一些标准,然后再把这些标准纳入为国际标准;其二是要求德国各标准化组织派更多的专家到国际标准组织的工作组中参
与工作。这两点都是希望把德国的技术写入国际标准中,将德国的技术成果在全球推广应用。所以,我国也需要积极开展智能制造的标准化工作,在国际标准中争取有我们的话语权。
二、智能制造标准化的范围
智能制造涉及的范围非常广,与产品、通信、信息、管理、质量、物流等都有关系。这些领域都已经有自己的标准体系,那么智能制造的标准化工作应该界定在什么样的范围内呢?这一点仍然要根据智能制造的特点来确定。智能制造是信息技术与制造技术的深度融合。之前,无论是制造技术还是信息技术都已经有很多年的发展历史,制定了自己完整的标准体系。智能制造标准并不是要再制定一系列制造技术标准或者信息技术标准,而是要在智能制造新的技术要求下,制定与两种技术融合有关的标准(见图5-1)。
图 5-1 智能制造标准化的范围
以数控机床为例,智能制造的标准不是去关注数控机床本身的各项技术要求,即便未来的数控机床会有更多智能功能,成为智能机床,它的标准也不属于智能制造标准的范围。智能制造的标准关注的是当一台数控机床被放置在智能制造系统中时,它应该具有哪些技术特性。例如应该具备哪些通信协议,能够给制造系统提供哪些机床的加工信息和设备状态信息,能够接受系统哪些信息并能执行以及这些信息应该以什么样的数据格式提供。对于信
息技术也是一样。智能制造标准不会去关注5G 的技术标准,而是关注5G 技术被用于智能制造系统时它所应该具备的技术性能。
三、智能制造标准化工作面临的挑战
智能制造的特点对标准化工作提出了新的要求和挑战。总结起来有以下五点:
⏹⏹综合性
智能制造标准关注的是两类技术的融合,标准的内容必然包含了多种技术,包括设计技术、工艺技术、制造技术、通信技术、管理技术等。这样综合性的标准与过去以行业为服务对象的标准有很大的区别。以行业为服务对象的标准,其标准的内容、审定标准的专家结构都是围绕一个行业的,涉及的技术内容比较专,不适应制定多种技术综合标准的要求。往往一项智能制造标准的内容会涉及多个行业的标准化技术委员会(以下简称标委会),因此标准的制定必然是多个相关标委会合作的结果。在工业4.0 的标准化路线图中也特别强调不同标委会之间必须进行跨领域的紧密合作。
智能制造标准的综合性,给现有的标准化工作提出了新的要求和挑战。
多个标委会应该以什么样的工作方式来合作制定一项标准,标准如何申报立项,应该组织什么样的专家团队来进行审核,如何认可这个专家团队等,都是需要研究的新问题,也是对标准化工作的创新。