GBT 47860-2026《工业机器人集成应用 智能制造单元 成熟度评估方法》

工业机器人集成应用智能制造单元成熟度评估方法本文件规定了工业机器人集成应用领域的智能制造单元成熟度评估模型、评估内容、评估过程和成熟度等级判定方法。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/T14468.1工业机器人机械接口第1部分：板类GB/T20867.1机器人安全要求应用规范第1部分：工业机器人GB/T32197工业机器人控制器开放式通信接口规范GB/T38559工业机器人力控制技术规范GB/T39004工业机器人电磁兼容设计规范GB/T39005工业机器人视觉集成系统通用技术要求GB/T39117—2020智能制造能力成熟度评估方法GB/Z43065.1机器人工业机器人系统的安全设计第1部分：末端执行器GB/T45501工业机器人三维视觉引导系统通用技术要求3术语和定义周边设备peripheralequipment在工业机器人集成应用领域，辅助工业机器人完成生产任务所配套的装置或系统。示例：辅助工业机器人完成焊接任务所配套的周边设备包括地轨、龙门架、变位机、焊机、供气装置、焊接烟尘净化装置等。智能制造单元intelligentmanufacturingunit在工业机器人集成应用领域，以工业机器人为主体，通过标准化接口与周边设备集成，构成的工业生产智能化制造单元。示例：以工业机器人为主体的典型作业场景包括焊接、喷涂、打磨抛光、搬运、包装等。工24成熟度评估模型4.1成熟度评估模型构成智能制造单元成熟度评估模型由成熟度等级、能力要素、能力域和成熟度要求构成，如图1所示。成熟度等级成熟度等级能力要素装备硬件感知系统数据应用控制系统通信网络能力域成熟度要求通信网络云平台运动控制中控系统数据处理数据建模质量感知语音感知角度觉感知接近觉感知力觉感知触觉感知视觉感知末端执行器机器人周边设备图1成熟度评估模型构成4.2成熟度等级成熟度等级是指智能制造单元在不同阶段应达到的水平，如图2所示，成熟度等级分为四个等级。较高的成熟度等级要求涵盖了低成熟度等级的要求，各等级典型特征如下：b)二级(感知级):满足再现级要求并具备多模态感知功能，可借助感知系统实时收集视觉图像、接近距离等环境数据，将其转换为适配的信号，传输至装备硬件及控制系统，初步拥有环境感知与反馈调节的能力；c)三级(数字级):于感知级层面融合设备运行数据、工艺参数、质量检测等多源信息，构建物理实体与虚拟模型的动态映射机制，搭建时空同步的制造决策知识库，达成设备预测维护、制造质量监控等目标；d)四级(智能级):于数字级层面引入人工智能技术，整合工艺规则、设备参数、历史经验等多维度知识体系，达成语义化场景理解与因果关系推理，支撑工艺参数自动调整与制造流程重构，具备自主学习、自主优化及自主控制能力。能力成熟度提能力成熟度提升数字级能力成熟度智能级图2成熟度等级34.3能力要素能力要素包括装备硬件、通信网络、感知系统、控制系统和数据应用。装备硬件包括周边设备、机器人、末端执行器3个能力域。感知系统包括视觉感知、触觉感知、力觉感知、接近觉感知、角度觉感知、语音感知、质量感知7个能力域。数据应用包括数据建模、数据处理2个能力域。控制系统包括中控系统、运动控制、云平台3个能力域。通信网络包括通信网络1个能力域。4.4成熟度要求能力要素应满足相应的成熟度要求，按附录A的规定执行。5评估内容评估内容应包括4.3中规定的能力要素及能力域。企业可根据自身业务活动特点对评估内容进行裁剪，符合以下裁剪规则：a)装备硬件与通信网络能力要素中的能力域为必选，不可裁剪；c)感知系统能力要素中的视觉感知能力域成熟度要求为“/”时应予以裁剪，其余情况为必选，不可裁剪；d)感知系统能力要素中的接近觉感知能力域为必选，不可裁剪；e)感知系统能力要素中的触觉感知、力觉感知、角度觉感知、语音感知、质量感知等能力域可裁剪；f)控制系统能力要素中的中控系统与运动控制能力域为必选，不可裁剪；g)控制系统能力要素中的云平台能力域成熟度要求为“/”时应予以裁剪，其余情况可裁剪。6评估过程6.1.1智能制造单元成熟度等级应由低至高逐级评估。6.1.2除一级外，智能制造单元成熟度等级评估前，应满足低一级成熟度要求，并且每个能力要素低一级的得分不少于80分。6.2评估流程6.2.1应根据业务活动确定智能制造单元成熟度评估内容，按附录A中成熟度要求进行评估。6.2.2评估流程应按GB/T39117—2020第5章的规定执行。7成熟度等级判定7.1评分方法应将采集的证据与成熟度要求进行对照，按照满足程度对能力域要求进行打分。能力域成熟度要求满足程度与得分对应如表1所示。4表1能力域成熟度要求与得分对应能力域成熟度要求满足程度0智能制造单元主要评估内容及权重如表2所示。如能力域发生裁剪，其权重应分配到同一能力要素下的其他能力域，调整后的能力域权重比值保持不变。示例：云平台裁剪后，中控系统权重值调整为40%/72%×100%,运动控制权重值调整为32%/72%×100%。表2智能制造单元主要评估内容及权重能力要素力觉感知角度觉感知数据应用中控系统云平台7.3计算方法5式中：A——能力域得分；x;——第i个能力域要求得分；n——能力域要求个数。7.3.2能力要素的得分为该能力要素下能力域得分的加权求和，应按公式(2)进行计算。B=∑"(A;×a;)B——能力要素得分；A;——第j个能力域得分；a;——第j个能力域权重；m—能力域个数。7.3.3成熟度等级的得分为该等级下能力要素得分的加权求和，应按公式(3)进行计算。C=∑"B×β…式中：C——成熟度等级得分；B.——第k个能力要素得分；βA——第k个能力要素权重；h——能力要素个数。7.4成熟度等级判定方法成熟度等级得分≥80分，判定为满足该等级要求，成熟度等级评定示例见附录B。 (规范性)成熟度要求成熟度要求按表A.1的规定执行。表A.1成熟度要求能力要素四级应兼容工业实时以太网协议，以实现与机器人控制器、工控机的度等关键工艺参数，并转换为标准工业信号，实时传输至装备硬与设备状态数据，通过调用预构建的制造决策知识库，实现工艺艺结果，不断优化自身的运动控制模型、工艺参数库，实现自适应任的要求，且通过人工示教实现重复简单动作应通过离线编程或借助传感器、视觉技术实现作业动作，具备较先进的传感器技术和机器学习技术感知外部环境，对运行轨迹进应用人工智能、模糊控制、神经网口，应满足GB/Z43065.1和GB/T14468.1的要求，并集成数字I/O或现场总线从站接口，以将数据反馈至机器人控制系统，实现精准、柔顺的操作应基于实时感知的作业参数与目结果的成功/失败分析，利用机器学习算法持续优化其抓取模型、力件、新任务的自适应学习和自主性能提升表A.1成熟度要求(续)能力要素能力域四级a)应满足GB/T39005和GB/T45501的基本要征快速检测<5mm),应实现空间定位；<5mm),应实现几何特征件，应实现空间定位；(检测时间≤200ms)二进制接触检测器及信号处理技术，能够量化测现精确的物体定位与分类习、强化学习)对全局触觉信息流应地优化抓取姿态等操作策略力觉感知程中的力和力矩导执行复杂的力控制任务分析，实现智能制造单元对力控制任务自主调整和优化传感器，实现人机分离，保障人员单的接近传感器，实现安全检测和近距离感知应配备先进的激光测距传感器、视觉传感器等，获取精确的接近识别行数据融合的接近觉传感器，利用时调控，保障人员及设备安全00表A.1成熟度要求(续)能力要素四级角度觉感知基础角度传感器，实现对旋转轴的位姿检测测量单元，结合数字滤波算法等技术，实现对旋转轴的位姿精准行数据融合的角度觉传感器，利用简单操作制造单元可理解的机器信号，智能制造单元执行复杂的操作，并分析，实现高级的语音感知和应交互能力对产品的尺寸、形状、表面质量的传感器采集的信息，实现工件数据应用的一致性和完整性星型模型和雪花模型，优化数据现数据模型的快速构建和优化一数据的数据记录和计算复杂的数据查询和分析，实现数挖掘和机器学习功能表A.1成熟度要求(续)能力要素能力域四级中控系统应能实现简单信号传输和控制自动化控制功能应通过局域网或广域网与感知系统交互，实现远程管理和维护的数据处理和分析能力，自动识别用户需求，预测设备状态，实现智能决策和优化控制运动控制数执行任务，具备基本的运动控馈，实现更精确的运动控制划和路径优化应与云平台交互，具备自主学习和决策能力，实现自适应控制和智能任务调度云平台需求体化服务，提供模型训练、推理和点对点指令传输，网络拓扑固定应能同步传输控制指令(如关节角度)和传感器数据(如视觉点云、力觉反馈)应通过第五代移动通信技术(5G)(AGV)、制造执行系统(MES)等的无线协同网络故障根因，切换冗余链路(资料性)成熟度等级评定示例三级成熟度等级评定示例见表B.1。表B.1三级成熟度等级评定示例能力要素能力域能力域要求能力域成熟能力域得分能力域(a)能力要素得分(B)能力要素能性视觉感知<5mm),应实现空间定位；b)对形状不规则或者有细小特征工件(工<5mm),应实现几何特征快速检测(检测时间表B.1三级成熟度等级评定示例(续)能力要素能力域成熟(a)得分(B)能力要素应配备先进的电容、机械式编码器及信号处测量接触力、微变形，并初步识别物体表面纹理、刚度等物理力觉感知角度觉感知法等技术，实现对旋转轴的位姿精准检测号，智能制造单元执