工业互联网 智能化生产技术要求

1工业互联网智能化生产技术要求本标准规定了工业互联网智能化生产的术语和定义、总体要求、架构组成与运行机制要求、系统构成与关键技术要求、智能化生产分阶段规划要求、智能化生产信息化规划要求、智能化生产数字化要求、运行管理要求、智能检测及质量控制要求、能效检测要求、信息安全要求等内容。本标准适用于工业企业的互联网智能化生产需求，并且可以创建新的业务模式。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。T/TMAC012.1-2019混凝土预制构件智能工厂通则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1工业互联网IndustrialInternet以机器、原材料、控制系统、信息系统、产品以及人之间的网络互联为基础，通过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组织方式变革，是互联网和新一代信息技术与工业系统全方位深度融合所形成的产业和应用生态。3.2智能化生产Intelligentproduction通过智能化、自动化设备，利用物联网、云计算、大数据、机器视觉、仿真数字双胞胎、故障预测与健康管理（PHM）等新一代信息技术，提高生产过程可控性，减少生产线人工干预，以及合理计划排程，实现生产、管理和决策的智能优化的生产活动。4总体要求4.1基本要求及要素条件4.1.1智能化生产的核心是互联互通和信息集成，其基本要求包括设施互联、系统互通、数据互换，应符合T/TMAC012.1-2019中4.1—4.4规定的要求。4.1.2应用数字化三维设计与工艺技术进行产品、工艺设计及仿真，并通过物理检测与试2验进行验证与优化。4.1.3制造装备数控化率超过70%，并实现高档数控机床与工业机器人、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等关键技术装备之间的信息互联互通与集成。4.1.4实现对物流、能流、物性、资产的全流程监控，生产工艺数据自动数采率达到90%4.1.5采用先进控制系统，工厂自控投用率达到90%以上，关键生产环节实现基于模型的先进控制和在线优化。4.1.6生产计划、调度应建立模型、实现生产模型化分析决策、过程量化管理、成本和质量动态跟踪，以及从原材料到成品的一体化协同优化。4.2信息集成应实现生产企业与供应方、外协方，及用户之间的信息集成。5架构组成与运行机制要求5.1工业互联网架构工业互联网通过系统构建网络、平台、安全三大功能体系，打造人、机、物全面互联的新型网络基础设施，形成智能化发展的新兴业态和应用模式。工业互联网的架构组成如图1所示。图1工业互联网的架构35.2智能化生产结构组成智能化生产结构组成如图2所示。图2智能化生产结构组成5.3工业互联网智能化生产平台业务架构基于工业互联网的智能化生产平台的业务架构如图3所示。图3智能化生产平台业务架构45.4运行机制要求工业互联网智能化生产的运行机制要求为，在智能服务平台上建设智能生产系统，并构建智能产品、智能设备与用户间的互联互通。其运行机制如图4所示。图4工业互联网智能化生产运行机制6系统构成与关键技术要求6.1智能化生产系统构成6.1.1智能化生产系统应由中央控制系统、动力提供系统、生产执行系统、原料供应系统、生产监控系统、质量控制系统、信息采集系统、文档管理系统组成。6.1.2中央控制系统应包括制造企业生产过程执行系统（MES）、企业资源计划（ERP）系统、产品数据管理（PDM）系统、供应链管理（SCM）系统、经营管理信息系统、组态系统、仓库管理系统（WMS）。6.1.3动力提供系统应包括电力系统、热力系统、气动系统。6.1.4生产执行系统应包括产品设计系统、产品生产系统、物流系统、传输系统、焊接系统、组装系统。6.1.5原料供应系统应包括自动叫料系统。6.1.6生产监控系统应包括生产过程数据采集与监视控制（SCADA）系统、分布式控制系统（DCS）、全生命周期管理系统、故障预测与健康管理（PHM）系统。6.1.7质量控制系统应包括来料复检系统、半成品检测系统、成品检测系统、设备自检系统、质量保证系统。6.1.8信息采集系统应包括人员信息采集系统、设备信息采集系统、物料信息采集系统、检测记录采集系统、环境信息采集系统、工艺信息采集系统。6.1.9文档管理系统应包括操作指导管理系统、设备维护管理系统、技术文件管理系统。56.2核心系统构成6.2.1制造企业生产过程执行系统（MES）是制造企业非常核心的生产过程执行管理系统，可为企业智能化生产提供协同管理。6.2.2企业资源计划（ERP）系统针对物资资源管理（物流）、人力资源管理（人流）、财务资源管理（财流）、信息资源管理（信息流）进行集成一体化，具有整合性、系统性、灵活性、实时控制性等特点。6.2.3产品生命周期管理（PLM）系统对产品整个生命周期进行全面管理，包括投入期、成长期、成熟期、衰退期、结束期管理，通过投入期的研发成本最小化和成长期至结束期的企业利润最大化来达到降低成本和增加利润的目标。6.2.4供应链管理（SCM）系统主要通过信息手段，对供应的各个环节中的各种物料、资金、信息等资源进行计划、调度、调配、控制与利用，形成用户、零售商、分销商、采购供应商的全部供应过程的功能整体。6.3关键技术要求6.3.1车间信息规范：智能化生产的各数字化车间所使用的设备通讯接口必须使用标准化协议，应建立基于产品模型、制造模型的数据流。6.3.2生产优化：包括仿真可视化、仿真优化、数据分析、能效管理。6.3.3协同生产：包括生产动态反馈、厂级物流协同、车间协同生产。6.3.4智能化生产关键技术的组成关系如图5所示。图5智能化生产关键技术的组成关系67智能化生产分阶段规划要求7.1第一阶段：全工厂数据采集与链接7.1.1以品质追溯和设备管理为核心，生产管理为纽带，实现设备互联和数据统一。7.1.2建设MES、SCADA、ERP系统，实现数据采集、数据建模、工艺建模、系统集成。7.1.3进行MES基本功能建设，包括基础信息、生产计划、质量管理、设备管理、系统管理、生产追溯等。7.1.4进行信息化系统体系规划，统一规划工厂生产信息化实施蓝图、各信息系统数据流、服务器与存储方案、网络体系等。7.2第二阶段：提升生产数据分析能力7.2.1以品质分析和成本管控为核心，实现生产的精益化管理。7.2.2继续建设并优化MES、SCADA、ERP、PLM系统，实现数据接口标准化、数据链接优化、特征数据挖掘、管理建模等。7.2.3进行MES核心功能建设，包括自动排程，质量分析、物流管理、设备效能、管理KPI、系统管理、生产过程追溯等。7.2.4进行信息化系统主干设计，理顺工厂的数据流，统一进行信息资源规划，通过集成平台实现系统应用的集成，建立数据自动化管理体系。7.3第三阶段：构建基于数据的决策流程7.3.1以生产运营效益产出为核心，提升工厂生产投资的科学决策。7.3.2继续建设并完善MES、SCADA、ERP、PLM、BI系统，实现绩效管理PDM集成、SRM集成等。7.3.3建设包括生产预警、生产决策预测性维护的PHM系统。7.3.4实现大数据系统建设、供-企-客数据链、数据自动挖掘、自动化管理模型等。7.3.5进行信息化系统价值挖掘，实现物流自动调度、生产预警系统、KPI自动管理、质量关键数据链等。8智能化生产信息化规划要求8.1信息化总体框架智能化生产信息化总体要求应符合T/TMAC012.1-2019中6.2.1规定的要求。8.2MES管理系统要求8.2.1通过MES系统建设，实现生产运作部门在计划排产、生产调度、过程管控、产品工艺路线、设备、物料、质量和人员安排等各生产环节的全面管理与控制功能，为企业搭建一个可扩展的生产管理信息化平台，使得生产过程透明化、高效化、柔性化、可追溯化。8.2.2MES管理系统信息化建设包括生产建模、生产计划、生产制度、生产物流管理、设7备管理、质量管理、绩效管理等模块。8.2.3生产建模模块应包括组织人员管理、产品数据、工艺建模、生产班组、系统管理等功能。8.2.4生产计划模块应包括主生产计划、作业计划编制、作业计划管理等功能。8.2.5生产制度模块应包括生产工序管理、生产进度管理等功能。8.2.6生产物流管理模块应包括基础配置、出入库管理、AGV监控、物料防错、物料追溯、物料处置等功能。8.2.7设备管理模块应包括设备台账、基础设定、设备维护管理、设备维修管理、设备状态监控等功能。8.2.8质量管理模块应包括基础配置、过程品检、品质首检、品质巡检、成品检验、异常处理、质量追溯等功能。8.2.9绩效管理模块应包括生产绩效管理、质量绩效管理、维护绩效管理等功能。8.3目视化管理系统要求8.3.1目视化管理系统信息化建设包括数据要求、生产调度室、看板管理、三维集成展示系统、安灯系统等模块。8.3.2看板管理模块应包括设备看板、品质看板、生产管理看板、工序管理看板、在制品看板等功能。8.3.3三维集成展示系统模块应包括数据分类、展示方式等功能。8.3.4安灯系统模块应包括设备安灯、防错安灯等功能。8.4能源管理系统要求8.4.1能源管理系统信息化建设包括能源信息采集、能源数据分析、能源数据使用及管控等模块。8.4.2能源信息采集模块应包括电能计量、用水计量、用气计量、用热计量、采集系统指标等功能。8.4.3能源数据分析模块应包括能耗在线监测、能耗统计分析、能耗权限管理、对标分析管理等功能。8.4.4能源数据使用及管控模块应包括节能目标考核监管、节能预测预警等功能。9智能化生产数字化要求9.1生产设备数字化要求9.1.1生产设备应具备完善的编号、描述、模型及参数的数字化描述等档案信息。9.1.2应具备通信接口，能够与其他设备、装置及执行层实现信息互通。9.1.3应能够接收执行层下达的活动定义信息，包括为了满足各项生产活动的参数定义和操作指令等。9.1.4应能向执行层提供生产的活动反馈信息，包括产品的加工信息、设备状态信息及故8障信息等。9.1.5应具备一定的可视化能力和人机交互能力，能在车间现场显示设备的实时信息，并满足操作的授权和处理相关的人机交互。9.2生产资源数字化要求9.2.1生产资源在条码及电子标签等编码技术的基础上满足生产资源可识别性，包括生产资源编号、参数及使用对象等属性定义。9.2.2生产资源的上述信息应采用自动或半自动方式读取，并自动上传到相应设备或执行层，便于生产过程的控制与信息追溯。9.2.3生产资源的识别信息可具备一定的扩展性，如利用RFID进行设备及执行层的数据写入。9.3工艺设计数字化要求9.3.1根据生产过程需求，智能化生产车间的工艺设计应采用数字化设计方法，应采用三维工艺设计。9.3.2应能进行工艺路线、工艺布局、加工过程、装配过程的仿真。9.3.3应提供电子化的工艺文件，并可下达到生产现场指导生产。9.3.4可向制造执行系统输出工艺BOM。9.3.5应建立工艺知识库，包括工艺相关规范、工艺设计案例、专家知识库等。9.4信息交互要求9.4.1为执行智能化生产的基础层工作任务，实现控制设备与现场设备之间的通信，可采用如下通信方式：a)现场总线可采用PROFIBUS、CC-LINK、MODBUS、CAN等协议；b)工业以太网通信可采用PROFINET、Ethernet/IP、EtherCAT、POWERLINK等协议；c)无线通信可采用工业无线（WIA-FA、WIA-PA）、WIFI、蓝牙、3G/4G/5G等协议；9.4.2智能化生产车间应在企业数据字典定义的数据采集内容基础上，结合数据的实时性要求，利用合理的网络通信方式与数据存储方式进行数据的采集与存储，并与企业级数据中心实现对接。a)应能对车间所需数据进行采集、存储和管理，并支持异构数据之间的格式转换，实现数据互通；b)可采用实时数据库与历史数据库相结合的存储方式。实时数据库采集和储存生产现场实时性较高的数据，支持执行层的各项应用；历史数据库可采用关系数据库，采集和储存工艺设计和制造过程所需的相关主数据及过程数据；c)应具备信息安全策略，并支持更新和升级，如访问与权限管理、入侵防范、数据容灾备份与恢复等。9.4.3智能化生产车间应建立数据字典，具体要求如下：a)应包括车间制造过程中需要交互的全部信息，如设备状态信息、生产过程信息、物9流与仓储信息、检验与质量信息、生产计划调度信息等；b)应描述各类数据基本信息，如数据名称、来源、语义、结构及数据类型等；c)应支持定制化，各行业可根据各自特点制定本行业的数据字典。10运行管理要求10.1运行管理基本要求10.1.1智能化生产制造运行管理各功能模块应能与数据中心进行信息双向交换。10.1.2应具有信息集成模型，通过对所有相关信息进行集成，实现自决策。10.1.3模块间应能进行数据直接调用。10.1.4模块应能与ERP、PDM等企业其他管理系统实现信息双向交互。10.2车间计划与调度要求10.2.1应根据产品生产工艺制定工序计划，考虑车间设备管理、生产物流管理中设备、人员、物料等资源的可用性进行计划排产，形成作业计划发送给生产调度。10.2.2应能实时获取生产进度、各生产要素运行状态，以及生产现场各种异常信息，具备快速反应能力。10.2.3及时处理详细排产中无法预知的各种情况，及时协调人员、设备和物料等生产资源，保证生产作业有序按计划完成。10.2.4获取生产现场状况的方式包括设备实时数据，通过数字化工位、可视化管理系统获取的各种生产过程信息。10.2.5车间的生产跟踪应能自动获取生产相关数据，统计产品生产中各种资源消耗，并反馈给相关功能、系统或部门。10.2.6生产相关数据的获取来源包括从数字化设备或工位的数字化接口直接采集到的，或经过其他功能模块加工过的信息。10.3工艺执行与管理要求10.3.1通过工艺数字化与车间系统的网络化，实现作业文件、作业程序的自动下发和标准工艺精准执行。10.3.2通过生产和质检数据、现场求助信息采集，反馈工艺执行实时状态和现场求助信息，实现产品生产工艺的可追溯与现场求助的快速响应。10.3.3包括物料清单生成、派工单生成、作业文件下发、标准工艺参数、作业程序下传、数据采集等。10.3.4应实现以工艺信息数字化为基础，借助一体化网络与车间作业工位终端实现无纸化的工艺信息化管理。10.3.5应以可视化工作流技术，实现制造流程再造、工序流转和调度的数字化管控及工艺纪律管理。10.3.6包括工艺权限管理、工艺变更管理、可视化工艺流程管理、作业文件管理、作业程序管理、工艺优化管理、生产求助管理等。10.4车间设备管理要求10.4.1应能自动在线采集反映设备状态所需的关键数据。10.4.2设备状态信息应采用图形化、可视化的展示方式。10.4.3根据设备运行标准和要求，应能分析和判定指标参数的监控结果，对有异常变化的情况进行预警，对发生异常或故障的情况进行报警。10.4.4应建立以设备维护维修计划制定、工单分配、下发、执行、反馈为流程的标准化维护维修体系，以计划工单为主要管理形式，利用智能移动终端完成维护维修的执行和反馈。10.4.5应针对典型故障提供维护维修经验库，能够基于采集的设备状态进行自诊断。10.4.6对于维修过程应能提供图文和视频等标准作业指导，确保设备安全稳定运行。10.4.7设备维护维修应包括周期性维护、预测性维护和设备故障管理。10.4.8基于设备实时状态采集和维护维修过程中搜集的过程数据，自动统计分析与设备相关的指标。10.5生产物流管理要求10.5.1应对进入物流计划的物料进行编码，并在物料上添加数字化标识。10.5.2物流规划应输出相应的信息文件。10.5.3物流方案应使物流批量与工艺指令相匹配，合理安排转序时间间隔，用准确的物料流量来满足工艺执行操作需要。10.5.4应建立事前调度、事中调度和事后调度的物流调度机制，充分利用物联感知技术，获取物流调度作业执行过程中的现场实时数据。10.5.5应积累生产过程运行管理经验，逐步形成基于制造执行系统指令的最佳物流方案。10.5.6车间物料请求应通过设备、现场执行层或制造执行系统提交给车间物流管理系统。10.5.7借助于自动化物流设备和车间物流布局，车间物流管理系统产生相应的物流配送作业，并将指令发送给对应的车间物流设备，指导物流设备完成物流作业任务并反馈给车间物流管理系统。必要时应有一定的防错措施。10.5.8应基于不同库存活动对车间物料形态、数量、状态等属性变化进行记录、追溯与分析等活动。可借助于信息化手段与自动化技术，使其变得更加精确和透明。10.5.9车间库存管理应包括库存数据采集与追溯、库存分析等。11智能检测及质量控制要求11.1智能检测要求智能化生产智能检测应符合T/TMAC012.1-2019中8.1规定的要求。11.2质量保证措施11.2.1应提供质量数据的全面采集，对质量控制所需的关键数据应能够自动在线采集，以保证产品质量档案的详细与完整，同时尽可能提高数据采集的实时性，为质量数据的实时分析创造条件。11.2.