科技部网络协同制造及智能制造度重大专项申报指南议定稿版

为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》、《国家创和进“互联网+”行动的指导意见》等提出的要求，国家重点研发计划启动实施“网络协同制造和智能工厂”重点专项。根据本重点专项实施方案基于“互联网+”思维，以实现制造业创新发展与转型升级为主题，以推进工业化等3类任务以及基础前沿技术、研发设计技术、智能生产技术、制造服务技术、集成平台与系统等5个方向。专项实施周期为5年(2018—2022年)。1.基础前沿与关键技术1.1智能工厂工业互联网系统理论与技术(基础前沿类)研究内容：针对工业互复杂大系统，支持网络资源配置和多网络集成。研究智能工厂工业互联网复杂大互联网复杂大系统的优化设计技术，研发智能工厂工业互联网系统验证平台，包型行业解决方案，实现对工业互联网复杂大系统理论验证。C、设备监控和网络感知等组成的工业互联网验证平台。针对典型行业，形成以工业互联网系统组成的行业解决方案，对网络系统进行理论1.2工业互联网边缘计算节点设计方法与技术(基础前沿类)和工业应构建方法，以及控制网络智能互联方法。制定智能感知、边缘计算、实时控制以上智能算法功能块，实现IEC61158定义的20种以上主流工业以太网或现场 成的工业互联网系统验证平台，包括现场总线、控制总线以及互联网等网络体1.3制造企业制造大数据分析方法与系统(基础前沿类)研究内容：为了满足个模式需求，研究智慧制全类型制造大数据考核指标：开发不少于50种算法的智慧企业制造大数据分析算法库。研制具有分析算法库。研发流程行业和离散行业的典型行业验证数据集，提供流程行业智能化或离散行业个性化的制造大数据解决方案。出版专著1部及以上，申请发明专利或取得著作权不少于10项，制定1项及以上国家、行业或核心企业相1.4制造企业数据空间构建方法与技术(基础前沿类)研究内容：针对制造企业管理流成、更据治理考核指标：构建制造大数据体系结构，建立设计资源、管理流程、制造过程、制1.5智能生产线信息物理系统理论与技术(基础前沿类)研究内容：围绕个性化定制生产管控，研究智能工厂信息物理系统自组织运行方法，建立覆盖生产线感一计算框架的标准接口规范，实现信息物理系统的灵活扩展功能。研在1.6智能生产线虚拟重构理论与技术(基础前沿类)研究内容：针对制造企业物理资源与数字世界之间存在交互数字鸿沟，研究智能工厂虚拟重构设计方法，提升智能工厂设计与构建能力。研究面向制造过程的部件、资源和系统等智能生产线的镜像理论。研发智能生产线在虚拟空间的同步重组方法，建立多任务虚拟场景中生产单元分层动态重构、物理仿真和可信性度量系统。构建大数据驱动的制造过程数字孪生仿真平台，实现生产设备离线虚拟组合设计仿真、智能生产线在线实时虚拟运行、生产工艺离线和在线仿真与优化等考核指标：建立智能生产线虚拟动态重构方法，实现制造过程的部件、资源和系统等虚拟与物理实体的映射。研制物理实体与虚拟场景动态同步重建技术，孪生产线数字孪生平台，实现生产设备离线虚拟组合设计仿真、智能生产线在线实时虚拟运行、生产工艺离线和在线仿真与优化等功能。形成离散行业智能生产线虚研究内容：针对用户深度精确求解与设计可配置性方法、产品定制功能虚拟体验、性能可信预测与强化设性化设计模式、理论和方法体“互联网+”定制设计资源库和案例分析库，完成“互联网+”产品定制设计原型系及以上国家、行业或核心企业相关标准。1.8支持个性化设计的众包平台研发(基础前沿类)偏低、设计工具标准和在线流程管理规范缺失等问题，探索“互技术、设计资源匹配与共享技术、个性化需与异构数据集成技术、基于大数据的设计资源关联挖掘、动态更新、状态智能推送技术等；构建众包产品设计、制造与服务的资源案例库、设计服使能工具集；研发支持个性化设计的众包平台；形成面向模具、家电、家考核指标：提出不少于2类众包产品个性化设计模式与运行机制，形成以“众包设计”为主要模式的新型研发设计体系，突破不少于5项众包个性化设计关键技术，研发不少于30项支持众包个性化设计的资源案例库、设计服务库和使能工具，研发完成支持个性化设计的众包平台，突破时间、空间、成本对制造业创新设计活动的限制，实现网络众包、异地协同下的设计要素资源共享，在模具、家电、家具等典型行业的众包设计中得到应用验证。出版专著1部及以1.9产品全生命周期模型管理技术与系统(基础前沿类)研究内容：针对复杂产取、多领域协同建模、产品全生命，研发支持设计、分析、制造规划出基于模型面向产品全生命周期的命周期型产品开展应用验证，产品数字化关标模和性能仿真；研究面向智能工厂数字化设计的虚拟仿真系统与物理系统数据实时交互及融合接口，建立基于数据驱动的数字模型与物理实考核指标：1)开发智能工厂设计与可视化虚拟仿真工具软件1套，支持3D组态建模和空间运动性能仿真；2)构建制造系统多层次知识模型，支持智能工厂的概念设计和物化设计；3)建立智能工厂关键要素的知识模型库不少于100个；4)开发底层控制系统和仿真系统数据交互融合接口设备，实现中等规模智能工厂控制系统和仿真系统的指令转换和交互设计仿真，支持3种以上工业控1.11面向智能工厂动态生产的实时优化运行技术与系统(基础前沿类)生产运行与底层控制在线联动优化等难题，研究基于在线学习/优化与大数据的动态生产多目标/多任务实时优化运行与协同控制一体化技术，建立智能工厂实时运行优化平台，及时响应智能工厂柔性生产和管控一体化优化的要求。具体研究发装置实时优化运行与协同控制一体化技术与工具软件，研究装置实时优化与车间实时调控的智能联动方法，研发多目标/多任务协同的智能车间实时调控与运行优化工具软件与平台。考核指标：形成结合在线学习/优化和大数据的多目标/多任务实时优化混合智能算法库，算法种类超过10种；开发装置实时优化运行与协同控制一体化工具软件1套；突破装置实时优化与车间实时调控的智能联动方法，智能车间运行优化单次耗时小于2小时；开发多目标/多任务协同的智能车间实时运行优化平1.12智能加工产线的工艺感知与产品加工精度控制技术(基础前沿类)收集和孤立导致的加工质量建模与溯源困难等问题，开展零件加工生产线数据多时数据采集与分析技术，开发面向批量零件加工的产线工艺参数与状态的数据采集系统；研究上下游加工工艺参数的耦合机制分析方法，建立智能产线零件加工精度预测模型；研究制造装备加工精度演变与退化机理，开发智能产线加工设备动态误差自学习建模与在线补偿技术，研制加工产线关键设备精度自愈控制平考核指标：1)提出面向复杂零件批量加工的基于大数据学习的工艺控制与建模方法；2)研发4套以上适应批量零件加工的制造数据同步采集装置；3)开发1套用于复杂零件批量加工过程数据采集与预测系统；4)开发1套用于智能产线的适应6种以上国内外主流数控系统加工设备的动态误差建模与精度自愈服务平台；5)研发1套设备加工精度及工艺优化软件系统；6)在装备制造和汽1.13制造系统在线工艺规划与产线重构软件工具(基础前沿类)研究内容：围绕产品加工、装配等场景的个性化定制、多品种混线制造等柔性生产需求，提出面向工艺变更、场景感知和产线重构的生产系统智能重组方法。研究个性化定制类产品装配工艺自主规划和工序自主编排技术，研究典型离散制造步运行；研究制造系统场景在线感知技术，开发基于深度学习的多场融合智能感自主规划和工序自主编排；2)提供柔性制造系统工艺过程场景智能感知硬件设，航天等离散制造业进行应用验证；5)制定标准不少于6项，出版专著不少于2 (基础前沿类)向价值链高端转移缺少平台支撑的突出问题，围绕产品三包期内外的制造核心企，研究互联网+环境下基于业务驱动与资源共享的服务生命周期价值链协同模式与优化机理，重构产品服务生命周期价值网络。研究核心企业主导的制造服务生命周期价值网络协同理论、方法与技术，内保外业务协同技术，基于故障诊断与质量改进的服务全生命周期闭环质量控制及基于售后配件多级管理的配件链协同技术等。形成制造服务生命周期价值网协同优化解决方案，研发相关软件构件，实现基于价值链协同的制造与服务业务流程融合、信息系统互联互通，为加速我国制造服务生命周期价值链协同考核指标：提出面向服务全生命周期的跨主体/跨流程制造和服务价值链融合模式、技术与方法，突破制造与服务融合的不少于3项价值网融合使能技术，开发支持产品三包期内外服务生命周期的制造服务云平台，形成基于云平台的服务生命周期价值网协同优化解决方案，服务价值链协作企业数累计不少于1000家。成果在复杂装备制造等典型行业得到应用。申请发明专利或取得软件著作1.15基于第三方平台的多价值链协同技术与方法(基础前沿类)同模式创新不足等问题，研究基于第三方云平台及业务驱动的多价值链协同模式与协同机制，包括多制造企业为核心的多价值链协同形态与运行机理。研究多价值链业务协同与优化方法，多价值链企业群业务重构与组织方法，跨企业价值链的业务流程，开发面向典型行业的多价值链协同与优化构件，研发支持多价值链协同的第三方云服务平台。形成基于第三方平台的多价值链协同解决方案，基于第项多价值链及链间协同优化技术。研发供应/营销/服务等多价值链协同与优化构件，形成支持多价值链协同的第三方云服务平台原型及解决方案，申请发明专利或取得软件著作权不少于20项，制定国家、行业(联盟)或企业标准不少于22.装备/系统与平台2.1复杂产品建模与仿真系统(共性关键技术类)集成技术、基于模型的混合现实技术、多仿真目标机模型自动划分、协同仿真计开发基于开放式架构的多学科复杂产品建模与仿真系统，实现仿真、混合现实、知识库/模型库等在航空、航天、海洋工程等重点领域复杂考核指标：突破复杂产品信息物理模型互联集成技术，研发1套基于多领域统一建模的复杂产品建模与仿真系统，实现复杂产品全系统统一建模、基于模型自动划分与部署的多机协同仿真，支持复杂产品全系统仿真和综合验证，针对不少于3个仿真目标机实现仿真模型自动划分与协同仿真计算，行业功能模型少于5个，基础模型组件不少于4000个，在不少于2个国家重大工程总体院所、不少于20个工业单位开展应用验证，提升产品设计研制与仿真验证效率不低于30%。申请发明专利或取得著作权不少于25项，制定国家、行业或核心2.2产品自适应在线设计技术平台研发(共性关键技术类)研究内容：针对产品设计适应性差、在线交互能力弱、协同响应速度慢等问题，研究环境及制造大数据驱动的产品自适应设计系统架构，研究自适应与在线交互知识组织管理技术，研究涵盖产品自适应在线设计主要环节的多源异构大数据分析/融合/冲突消解及协同自适应控制等技术；构建产品在线设计、制造、应用与迭代反馈过程的设计知识库、构件库与工具集；开发数据驱动的产品自适应在线设计制造集成技术平台并开展应用。考核指标：提出大数据驱动的产品自适应在线设计集成方法、模型与系统架构，突破自适应决策与控制等关键技术不少于5项，研发产品自适应在线设计适应在线设计知识库，开发不少于2套产品自适应在线设计技术平台，建立产品自适应在线少于2个行业开展应用。申请发明专利或取得著作权不少于25项，制定国家、行业或核心企业相关标准不少于2项。2.3集团企业研发设计资源集成共享平台研发(共性关键技术类)源共享和集成管理的需求，开展集团企业设计资源共享与集成模式研究。研究集团企业研发设计流程及平台化/模块化/并行化/柔性化重组技术、研发设计资源聚理技术等。研发支持产品全生命周期研发设计资源共享集成以研发设计资源空间构建的软件构件和工具集；研发形成集团企业研发设成共享平台。在航空航天、轨道交通、海洋工程、地下工程、能源电力业大型集团制造企业开展应用，实现覆盖全集团范围的研发设计全流程聚集/共享/反馈/追溯与管理等成共享比例不2.4智能加工产线工艺全流程智能决策技术与系统(共性关键技术类) (共性关键技术类)考核指标：1)研发无线/有线网络毫秒级协议转换装置及并行处理单元；2)研发软件定义的工业异构网络管理器；3)研发支持三种以上工业实时以太网的SDNIPv车间级的工业异构网络融合架构及系统；5)支撑采集类、交互类和控制类混合业务流的信息融合与跨网传输，控制类数据传输时延达到毫秒级，在制造车间实现现场级技术验证；6)形成标准7项以上，申请发明专利不少于10项，取得软件2.6面向智能工厂的现场级工业物联网关键设备(共性关键技术类)开发网络性能可视化分析监控平台，设计易于操作的网络配置软件及标准数据调用接口，实现相关性能信息在终端平台上的图形化显示和网络的远程配置。研究新一代双线以太网正交频分复用技术、时间同步技术，实现工业现场网络高带宽大数据传输；支持SDN和IPV6技术，实现对时间敏感网络和非时间敏感网络的统一，支持实时操作系统和通用操作系统；2)支持不少于4个实时千兆以太网端口；平均故障间隔时间(MTBF)大于10万小时；3)双线以太网设备支持现场数据延时小于1毫秒，可同时承载测控数据和图片视觉数据；4)形成标2.7基于机器学习的智能控制器及编程工具(共性关键技术类)控制器的需求，研究支持智能工厂“认知—决策—控制”多功能一体化的智能控制模式和网络协同技术，实现控制器无边界网络化的动态仿真、全分布式控制以及多种控制器的协作运行、无缝集成。研究融合边缘智能的高性能实时计算硬件平台和多线程实时调度方法，研发智能控制器实时多任务控制引擎。研发满足工业习、推理的控制器功能块动态自组及代码生成。系统平台，含PLC控制器、周软件2.8智能工厂管控平台通用架构及开发工具(共性关键技术类)研究内容：针对智能生产中的加工制造过程管控平台需求，研究支持云平台的智能工厂管控平台系统的参考模型、集成方法、业务要素与软件架构，开发通用的适应智能加工制造过程二次开发的智能工厂通用管控平台架构及开发工具，研究通用的、开放的、面向对象的工厂管控二次开发语言标准。研究平台的业务功能指标：1)支持大批量和多品种加工制造过程的管控平台架构及开发工具，具有跨主流操作系统(Windows，Linux，Android等)的通用性，软件框架提供源；2)平台支持公有云部署以及关键业务私有云部署，具备网络容灾能力，发以上；4)开发面向航空航天、汽车制造或者电5)申请发明专利不少于10项，取得软件著作权不少于7项。 (共性关键技术类)究复杂产品服务生命周期数据挖掘与知识发现技2.10典型行业装备运行服务平台及智能终端研制(共性关键技术类)内容：针对高端装备远程诊断与运维服务的实际需求，重点发展装备实时状装备智能运维服务的规模化应用，开创我国高端装备远程智能运维服务新模值决策等实时状态感知与智能互联关键技术，研制基于蜂窝的窄带物联网 理服务。申请发明专利或取2.11产品服务生命周期集成平台研发(共性关键技术类)务流程及集成管理、产品服务生命周期设计/制造/服务资源共享、产品全生命周期闭环质量控制、服务生命周期配件管理与精准服务、服务服务集成管理系统与服务价值链业务协同系统等，面向制造核心企业构建产品服务生命周期集成管理平台。在离散制造行业遴选制造企业及协作企业群开展应价值链业务协同系统，构建形成典型行业产品三包期内外服务生命周期集成管理2.12基于开放架构的云制造关键技术与平台研发(共性关键技术类)现场设备、产线上云及制造全产业链业务上云，制造资源/能合新一代人工智能、边缘计算和区块链等技术的云制造平台开放架于开放架构+边缘计算的云制造平台，提供工业设备/产线接入、制造资源/能力接入、工业应用APP开发和面算的算法与模型、系统集成标准。研发产品设计/制造/运维服务一体化的支撑软定制生产模式下的智能供应链/营销链/服务链协同支撑软件，开放式资源管理、多主体多目标智能调度、全流程可视化管控等软件与工具，企业数据空间构建及产品数据链/制造数据链/服务数据链/资源数据链集成支撑软件；数据驱动的制造企业战略管控、智能决策与预测运营支撑系统，构建支持大定制生产的网络协同制造平台。在汽车制造、家用电子电器、工程机械、轻考核指标：提出支持大规模定制生产方式的网络协同制造发展模式。突破产品设计/制造/运维服务一体化、智能供应链/营销链/服务链协同以及多源异构数据集成等不少于5类关键技术，制定不少于7项国家、行业或核心企业的网络协式架构与支撑软件构件库，构建形成支持大规模定制生产的典型行业网络协同定制生产方式的网络协同制造技术解决方案。2.15支持复杂产品定制生产的网络协同制造平台研发 (共性关键技术类)研究内容：开展支持复杂产品定制生产的制造企业网络协同制造发展模式研究。研究支持复杂产品定制生产的网络协同制造平台开放式架构，模型驱动的链协同优化技术，产品、设计、制造、管理、供应、营销和服务等多源异构数据建模、集成技术与标准，用户参与创新与开放式资源管理等关键技术以及网产品定制生产模式下的智能供应链/营销链/服务链协同支撑软件，开放式制造资源管理、多主体多目标智能调度、全流程可视化管控等软件与工具，企业数据空间构建及产品数据链/制造数据链/服务数据链/资源数据链集成等支撑软件；研发数据驱动的制造企业战略管控、智能决策与预测运营支撑系统，构建支持能源电力等开展复杂产品定制生产的典型离散制造行业标：提出支持复杂产品定制生产的网络协同制造发展模式；突破模型驱动的产品设计/制造/运维服务一体化、智能供应链/营销链/服务链协同以及多源异构产的网络协同制造开放式架构与支撑软件构件库，构建形成支持复杂产品定制生升。形成支持复杂产品定制生产方式的网络协同制造技术解决方案。3.集成技术与应用示范3.1多品种大批量混线加工智能工厂集成技术研究和应用示范(应用示范类)混线生产的智能工厂的设计仿真、运行优化和动态重构解决方案，研究新型工业能工厂高效运行，以国产高端数控装备为基础、以自主知识产权管控系统为核心，以汽车动力总成关键零部件混线制造为背景建立应用示范。3.2多品种小批量复杂构件加工智能工厂集成技术研究和应用示范(应用示范多品种小批量复杂构件加工的柔性化混线生产的智能工厂的设计仿真、运行优化和动态重构解决方案，研究工业网络、多品种加工智能工厂管控平台的纵向集成种小批量加工智能工厂高效运行，以国产础、以自主知识产权管控系统为核心，以航空航天复杂结构件考核指标：1)以复杂结构件的加工生产为背景建立智能工厂应用示范，具备完2)开发适应4种以上国内外主流数控系统的加工装备精度建模和精度自愈软件1套；3)开发复杂构件加工精度与工艺过程优化决策软件1套；4)支持主流工业监控；5)支持多品种小批量复杂零件加工大数据驱动全流程生产运行优化与决台。制生产的网络协同制造集成技术研究与应用示范(应用示范定制生产的制造企业实现战略管控、智能决策与预测运营的需求，研究大规模定和软件研发成果，研发产品研发设计、生产制造、运维服务一体化集成技术与接营销和服务价值链协同技术与接口，构建市场拉动和数据驱动的从企业管理到供成支持大规模定制生产的制造企业网络协同制造平台，实现数据驱动的企业战略策与预测运营。链/营销链/服务链协同、产品数据链/制造数据链/服务数据链/资源数据链集成等不网络协同制造平台及整体解决方案，推进数据驱动与预测运营为特征的资源优化配置、流程精细化管理以及企业智能化决策的和精准化服务；实现对年产20万台套以上规模的多品种混流