(高清版)GBT 43780-2024 制造装备智能化 技术要求

制造装备智能化通用技术要求2024-03-15发布2024-10-01实施国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会前言 I l2规范性引用文件 3术语和定义 4技术要求 4.1通则 4.2智能感知 4.3监控与诊断 34.4适应与优化 44.5交互与协同 4.6互联与集成 4.7数字建模与仿真 4.8数据与信息服务 5评估要求 7附录A(资料性)智能化评估方法 9参考文献 I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国机械工业联合会提出。本文件由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会(SAC/TC124)归口。本文件起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、中国船舶集团有限公司第七一六研究所、苏州赛腾精密电子股份有限公司、迈得医疗工业设备股份有限公司、北京和利时智能技术股份有限公司、中国科学院沈阳自动化研究所、吴忠仪表有限责任公司、华为技术有限公司、北京和利时系统工程有限公司、北京东土科技股份有限公司、中车青岛四方机车车辆股份有限公司、东方电气集团科学技术研究院有限公司、贵州航天电器股份有限公司、北京航天计量测试技术研究所、秦川机床集团有限公司、中兴通讯股份有限公司、北京航空航天大学、北京精雕科技集团有限公司、西门子(中国)有限公司、施耐德电气(中国)有限公司、重庆盟讯电子科技有限公司、山东博识鹏程智能科技有限公司、湖南科技大学。张帆。1制造装备智能化通用技术要求本文件规定了制造装备智能化的技术要求和评估要求。本文件适用于制造装备智能化的设计、优化、改造与评估。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T17178.1—1997信息技术开放系统互连一致性测试方法和框架第1部分：基本概念GB/T30976.2工业控制系统信息安全第2部分：验收规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。应用于设计、生产/制造、管理和服务等过程中，完成具体的制造工艺(工序)作业的装备。注：包括制造装备硬件、嵌入式软件和智能化软件等。对象(器件、设备或终端)具有对客观事物进行合理分析、判断及有目的的行动和有效地处理周围环境事宜等能力的状态或过程。注：制造装备智能化能力由智能特征来表示，通过具体的智能功能实际体现。能完成预定功能和任务，且能表现出与人类智能(如推理和学习)相类似的各种特征。注：智能特征分为智能感知、监控与诊断、适应与优化、交互与协同、互联与集成、数字建模与仿真以及数据与信息服务等。制造装备(3.1)在智能特征(3.3)下实现的具体功能。注：包括装备本体的功能，或借助智能化技术及其智能辅助系统实现的功能。2应用于设计、生产/制造、管理和服务等过程中，能实现装备的预期功能，并具备一项或多项智能功能的制造装备(3.1)。注：智能化制造装备是经过智能化设计、优化或改造的，具有智能功能(3.4)的制造装备4技术要求4.1通则智能化制造装备应具有以下一项或多项智能特征：——智能感知；——监控与诊断；——适应与优化；——交互与协同；——互联与集成；——数字建模与仿真；——数据与信息服务。制造装备智能化不应对装备基本能力造成不可接受的影响，这些基本能力包括：功能、性能、可靠4.2智能感知智能化制造装备感知数据类型包括但不限于以下三类数据。——化学量数据：如二氧化碳浓度、氧含量和pH等。——生物量数据：如酶活性、抗体浓度、微生物菌落总数和细胞数量等。智能化制造装备数据采集包括以下要求。——时效性：智能化制造装备应在可接受或被允许的时间范围内完成数据采集活动。——完整性：智能化制造装备采集的数据应覆盖需感知的时间、空间或过程。——准确性：智能化制造装备应在可接受或被允许的范围内准确反映感知对象的真实状态。——可信性：智能化制造装备应满足数据来源可信、数据特征提取可信等。——自适应：智能化制造装备应具备自适应感知能力，能实现根据采集需求变化自动调整采集数据——稳定性：在规定时间内，智能化制造装备数据采集性能应在允许范围内保持稳定。——宜考虑数据采集的分辨力、灵敏度、复现性等要求。智能化制造装备数据处理包括以下基本要求。——及时性：智能化制造装备对采集数据进行处理的时间应在可接受或被允许的范围内。3——一致性：智能化制造装备在采集数据进行处理和传输的过程中，应保持数据的实体、属性等量——可靠性：智能化制造装备应在规定时间和规定条件下完成规定数据处理的任务。智能化制造装备采集数据预处理活动应包括但不限于以下内容。——数据清洗：包括识别和处理缺失值、异常值等。——数据标准化：通过数据集成、数据变换和数据规约使数据标准化，以便多设备数据共享和远程传输。4.3监控与诊断4.3.1.1抗干扰性智能化制造装备在存在振动、噪声、温度、湿度和电磁等干扰情况下，应具备完成多工况下监测任务，同时保持低误报率和漏报率的能力。智能化制造装备宜具备对预测维护、计划维护和故障维护准确提示维护时间、维护部位和维护措施的能力。智能化制造装备宜具有网络通信功能，可通过网络进行远程协作维护或维护提示。智能化制造装备故障监测具备以下能力。——灵敏度：装备应具备对其内外部状态在需求范围内监测的能力。——误报率：装备宜具备通过对现状和历史数据的采集和分析，有效降低误报率的能力。 漏报率；装备宜具备通过采集和分析数据有效降低漏报率的能力。——时效性：发生故障后，装备宜具备在允许时间内检测到故障的能力。——辨识能力：制造装备宜具备辨识故障和其时变特性的能力。智能化制造装备宜根据测量信号(如音频信号、振动信号、温度信号或功率信号等)的当前值及历史数据，采用专家模型或分析算法等方式，预测设备有无状态异常或故障趋势。智能化制造装备宜采用一种或多种方式(如视觉、听觉、触觉等)预测故障和对故障进行及时准确的预警或报警。4智能化制造装备宜能持续接收装备运行的状态和报警信息，进行故障模式识别、故障定位、故障评价和故障决策，具体方法见GB/T41397—2022的附录C。智能化制造装备宜采用适当的维护保养方法，实现装备对自诊断的故障及预测故障进行维护提示。维护提示一般包括预测维护自动提示、计划维护自动提示和故障维护自动提示等。4.4适应与优化智能化制造装备对外部环境和内部状态的适应与优化包括以下基本要求。——鲁棒性：装备在复杂的应用环境中应保持预设功能的能力，依靠优化与控制，使装备在多维条件下稳定运行。——快速性：应在可接受或被允许的时间范围内通过信息收集、环境监测和任务分析等，快速调整自身状态，在当前状态下保持自身功能稳定。智能化制造装备宜在可接受或被允许的范围内对外部环境(温度、湿度、灰尘和静电等环境因素以及工艺变化等)以及内部状态变化自动进行补偿，以保证性能的稳定性与可靠性。补偿措施包括但不限于温度补偿、功率补偿、压力补偿和误差补偿等。自动补偿包括以下两种补偿方式。——外部补偿：根据对外部环境自动测量的结果，发出指令自动进行的补偿。——内部补偿：根据对自身运行状态监测的结果自动进行的补偿。针对外部环境和内部状态的变化而引发的硬件故障与软件错误，智能化制造装备宜采用容错技术进行预防和调整，以保持正常的运行与使用。宜具有以下功能。——预防硬件故障与软件错误的功能，如冗余、故障屏蔽和故障限制等。——从硬件故障与软件错误中恢复的功能，如系统重构和修复重启等。在适应外部环境(环境状态和订单变化等)的基础之上，智能化制造装备宜利用现实数据与知识进行分析和优化，实现外部环境变化趋势预测，增加装备的适应能力。智能化制造装备宜基于制造装备故障物理模型或感知监测的数据信息，通过建模和推理，预测对象设备运行健康状态和任务的可靠性，并预测设备发生故障的模式和发生时间。4.5交互与协同智能化制造装备交互宜符合GB/T18978.400—2012、GB/T19246—2003、ISO/IEC13066-1:2011、5ISO/IECTR30109:2015中关于人机交互的技术规定。智能化制造装备交互技术宜满足以下要求。——有效性：智能化制造装备具备与用户或其他设备进行有效信息交互的功能。——易用性：智能化制造设备的交互方式及界面能提供直观的操作指引或操作辅助，易于学习和——友好性：智能化制造装备的交互方式保证操作人员能平等、方便、无障碍地进行人机交互。——移动性：智能化制造装备能满足移动设备与网络环境的人机交互需求。智能化制造装备应满足以下协同技术要求。——安全性：装备具备一定的安全防护等级，不会对协作区域内的人或机器造成损害。——同步性：装备具备一定的同步机制，能准确地按照固定的节拍和时间与其他产品、装备进行协同。——实时性：装备通信及响应具备一定的实时性，通信及信息交互的时间在可接受或被允许的范围内。4.6互联与集成智能化制造装备通过标准数据结构和开放数据接口等，实现装备与(子)系统、零部件之间、装备之间、装备与上位系统之间的数据传送。互联互通包括协议互联互通、数据互联互通、语义互联互通、功能互联互通，具体要求如下：——协议互联互通：传输层通信协议应能实现智能装备之间的数据交互；——数据互联互通：表示层数据应符合统一的数据格式规范，使智能装备之间能实现数据的兼容；——语义互联互通：应用层程序应遵守统一的信息模型与语法规则，使智能装备之间能实现全部信息的交互；——功能互联互通：装备或子系统功能应满足统一的功能需求模型和接口规范，使智能装备与其他系统能实现集成与交互。智能化制造装备在通信过程中应符合可用协议规范的一致性要求，包括静态通信一致性与动态通信一致性的要求。具体应符合GB/T17178.1—1997中关于通信一致性的要求。4.6.3.1硬件兼容宜考虑以下方面。——装备支持通用的机械和电气接口。——装备具有为上层应用提供接口的控制单元。——同类的装备在相同应用环境下具备互换性，如在不更改控制软件逻辑的情况下，可实现不同控制器的替换。4.6.3.2通信协议兼容性应符合IEC61158-1:2023的规定。4.6.3.3软件兼容包括以下要求。——应用层软件应具有开放性。——应能访问不同数据结构或数据类型。6智能化制造装备应与装备、上位系统实现允许范围内的有效协同运行。智能化制造装备宜提供互操作性的接口。互操作性包括但不限于以下要求。——不同装备、系统的功能应相互验证，实现功能的互操作性。——不同装备、系统之间的数据、信息应相互交换与验证，实现实体的互操作性。——不同装备、系统在集成环境下的数据、功能应相互验证，实现集成的互操作性。4.7数字建模与仿真4.7.1数字模型类型对制造装备静态属性、配置属性和过程(动态)属性等数据进行数据字典统一的定义，建立支持装备设计、制造、集成、运维的信息模型，实现装备系统内部不同单元(或组成)、装备系统之间的数据交互。示例：信息模型包括实体关系、数据字典、数据流和采用包括二维和三维仿真模型等方式，建立反映制造装备机械、结构、电气和动力等方面的物理实体模型，支持制造装备物理实体结构的仿真。示例：物理模型包括装备的二维、三维仿真设计模型文件。根据装备的实际制造用途和关键状态参数建立制造装备的功能模型，在集成制造装备的工艺过程设计验证中输出对应状态的装备关键参数及制造结果。示例：功能模型包括装备的行为模型、作业流程、交互逻辑和应用场景等。围绕制造装备的全生命周期，结合实际生产制造过程，建立制造装备符合物理规律、运行机理、工艺特性以及场景需求的机理模型，通过理论推导、模型训练、离线仿真或在线仿真，实现支持装备系统分析优化、智能控制和智能运维等。示例：机理模型包括通过理论公式、机器学习模型、仿真模型得到的机械、电气、流体、热力学、动力学和能量场等模型。4.7.2数字建模与仿真性能智能化制造装备的信息模型、物理模型、功能模型、机理模型的多次输出结果的平均值应能准确反映制造装备物理实体属性及运行状态。智能化制造装备的信息模型、物理模型、功能模型、机理模型的多次输出结果应保持较高一致性，满足任务场景稳定性需求。智能化制造装备的数据结构、算法插件、软件模块等组件宜具备可重复编辑、调整、维护和优化的能7力，宜具备可复用组件的管理工具。智能化制造装备的信息模型、物理模型、功能模型和机理模型在保证模型精确度要求的基础上，还应满足任务对时间限制的要求。4.8数据与信息服务4.8.1基本要求面向产品全生命周期，智能化制造装备应采集生产、使用各环节关键流程节点、环节的数据，实现基础零件配件、部件到成品和服务每个环节的信息可溯源、深度挖掘等增值管理。智能化制造装备的数据与信息服务基本要求包括但不限于以下方面。——数据量：应通过一定时间的积累，使数据量能用于支撑分析与处理需求。——可获取性：智能化制造装备应具备便捷、迅速地获取所需的数据与信息的能力。——安全性：智能化制造装备信息安全与网络安全应符合GB/T30976.2的规定。——可信性：针对不同业务和场景，智能化制造装备在设计、生产和使用等全生命周期中，宜考虑其输出数据的可信性。4.8.2基于数据与信息的增值服务4.8.2.1模块化设计智能化制造装备宜通过模块化、参数或要素可配置等数据或信息，实现材料、部件、配件和功能的个性化定制。4.8.2.2远程维护智能化制造装备宜支持远程维护，可在远程对现场智能化制造装备系统提供安装、配置、维护、监控、管理以及软件更新等功能或服务。4.8.2.3远程在线诊断智能化制造装备宜具备支持制造装备故障预测及故障的远程协作在线诊断功能。智能化制造装备宜通过能力资源的合理匹配和共享，实现制造资源跨企业、跨区域匹配与优化配置。4.8.2.5反馈设计优化智能化制造装备宜具备装备运行数据分析和反馈功能，在产品设计和开发过程中通过改进设计、模块化重用与知识验证，提升设计效率与产品性能。5评估要求制造装备智能化评估应在装备完成具体智能功能的过程中进行。装备智能化评估过程宜包括以下8个步骤：明确范围与目标、明确测评的智能特征和功能指标、生成测试用例、检查条件、共性检查、设计审查、执行测试以及测评结论，如图1所示。81.明确范围与目标(结合应用要求)2.明确测评的智能特征和功能指标(选择对应测试功能的测评用例)4.检查条件(检查并配置测试设备和管理程序)8.测评结论6.设计中查(设计软硬件结构5.共性检查(一般要求检查、文档检查)图1智能化评估流程制造装备智能化评估的参考方法见附录A。9GB/T43780—2024(资料性)智能化评估方法结合具体智能化制造装备及其应用场景的特性需求，确定至少1项一级智能特征X;及所包含的二级智能特征X;.n,按照各项智能特征的重要程度，设置对应的一级和二级智能特征权重，智能化评估总分为各项智能特征的得分加总。具体见表A.1。表A.1智能化评分表一级智能特征X;一级智能特征重要程度α;一级智能特征二级智能特征X;.n二级智能特征重要程度β;.n二级智能特征得分Si.ni智能感知X₁监控与诊断X₂X₂.I适应与优化X₃S₃,i交互与协同X₄S₄,i互联与集成XsXs.ISs.iS₆X₆.ISs.I数据与信息服务X₇X₇.iS₇,i注1:制造装备的单项智能特征重要程度取值范围为[0,100%],同级智能特征的重要程度之和为100%。注2:单项智能特征的评价X;.v;项分值为[0,100]。注3:单项智能特征得分之和为智能化评估总分，分值为[0,100]。一级智能特征单项得分按公式(A.1)计算：…………(A.1)式中：β..v——第i项一级智能特征下第Ni项二级智能特征的重要程度权重；S;y——第i项一级智能特征下第Ni项二级智能特征的评估得分。智能化评估总得分S按公式(A.2)计算：式中：…………a;——第i项一级智能特征的重要程度权重，i∈{1,2,3,…,7};S;——第i项一级智能特征