汪松松

摘要：針對國家智能制造綜合標準化項目與標準的撰寫和互聯(lián)互通互操作的驗證，分析了智能制造的發(fā)展方向與技術思路，在基礎共性標準草案上，結合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術體系，形成具體行業(yè)領域標準，并需要符合國家驗收要求。針對驗證方案，研究了互聯(lián)互通互操作驗證方案的內(nèi)容與方法。以紡織行業(yè)為例，設計了針織裝備間互聯(lián)互通互操作驗證平臺。

關鍵詞：智能制造；互聯(lián)互通；標準驗證；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）25-0290-03

工業(yè)和信息化部、國家標準化管理委員會共同組織制訂了《國家智能制造標準體系建設指南（2018年版）》，要實現(xiàn)智能制造，首先需要從底層生產(chǎn)裝備的信息標準化、裝備間互聯(lián)互通為著力點，“智能制造、標準先行”。從工信部智能制造項目計劃來看，到2018年，累計制修訂150項以上智能制造標準，到2019年，累計制修訂300項以上智能制造標準，主要方向是基礎共性標準、關鍵技術標準、行業(yè)應用標準，其中綜合標準化項目近三年來占一半左右，涉及行業(yè)廣泛，目前大部分處理互聯(lián)互通驗證階段。

智能制造互聯(lián)互通互操作驗證已經(jīng)被提升到標準草案是否可行的位置，決定標準是否可在企業(yè)生產(chǎn)中推廣，這是項目成敗的關鍵。建設智能制造標準互聯(lián)互通互操作試驗驗證平臺，對標準條款逐條驗證，并以外提供互聯(lián)互通驗證公共服務。通過實驗室與企業(yè)現(xiàn)場驗證以提高智能制造互聯(lián)互通互操作標準的質(zhì)量。

紡織行業(yè)作為國計民生的重要行業(yè)，為響應“中國制造2025”號召，我國在紡織機械標準領域相繼制訂和修訂了一批行業(yè)標準，并積極申報了國家智能制造項目，并已經(jīng)列入國家智能制造標準體系建設指南中十大重點行業(yè)領域。論文以紡織行業(yè)互聯(lián)互通為例，闡述驗證平臺建設方案。

1 智能制造綜合標準化

智能制造系統(tǒng)架構具有系統(tǒng)層級、智能特征、生命周期三個維度。在系統(tǒng)層級的設備、單元、車間與智能維的互聯(lián)互通、融合共享、系統(tǒng)集成交叉結合，為行業(yè)互聯(lián)互通互操作提供了詳細的標準定位與技術思路。

1.1 智能制造發(fā)展方向

根據(jù)2015-2017年工信部批準的項目來看，主要依據(jù)基礎共性項目到行業(yè)綜合標準化項目，再到智能制造新模式，項目的信息化智能化層級越來越高，互聯(lián)互通互操作的層次向行業(yè)應用和信息技術領域縱深發(fā)展。如表1所示，工信部智能制造項目互聯(lián)互通互操作行業(yè)標準覆蓋單類設備到行業(yè)綜合系統(tǒng)，基于互聯(lián)互通、信息共享與集成貫穿于智能制造行業(yè)項目。

另一方面，國家智能制造標準體系首先通過研究各類行業(yè)信息化智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)，提取其共性抽象特征，建立標準化信息模型通用結構，構建智能制造系統(tǒng)維度與層級，認知現(xiàn)有標準間的交叉重疊關系，形成智能制造標準化建設體系。通過對系統(tǒng)層級和維度自上向下的分解，形成以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎、以智能化信息處理與應用為關鍵技術的行業(yè)標準建設。

從重點支持的行業(yè)角度來看，以新一代信息技術、高等數(shù)控與機器人、航空航天裝備、海洋裝備、交通裝備、電力裝備、農(nóng)機裝備等信息化基礎好、投入大、影響力強的行業(yè)為主，并逐步向家電、石油石化、紡織行業(yè)等廣泛應用領域展開，逐步覆蓋智能制造各行業(yè)領域，促使傳統(tǒng)行業(yè)改造升級。

1.2 智能制造的技術思路

實現(xiàn)智能制造首先要對參與的生產(chǎn)元素進行信息化建模[1]。制造裝備是由若干部件、物理屬性以及各類操作組成的，每個部件又可以包含其他子部件和物理屬性，通過對制造裝備進行抽象和描述，準定義制造裝備的屬性元素、屬性、屬性集、組件、組件集、設備、方法、方法集等信息模型元素，從下自上集成制造裝備信息化模型。OPC UA是目前在工業(yè)信息化領域中非常成熟建模方法，它既能夠解決建模問題，同時OPC UA還可用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕y(tǒng)一通信協(xié)議，能夠很好地解決互聯(lián)互通問題。

智能制造生產(chǎn)裝備標準除了研究標準化的信息模型外，研究數(shù)據(jù)字典、通信協(xié)議、接口、集成和互聯(lián)互通技術要求是解決智能生產(chǎn)裝備間、裝備與系統(tǒng)間、系統(tǒng)與工業(yè)云平臺間數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通的問題的主要思路。由于各企業(yè)生產(chǎn)車間的異構性、各生產(chǎn)裝備種類配置、自身的性能各不相同，需要在異構網(wǎng)絡中研究信息交互、文件傳輸標準，在網(wǎng)絡方面，時間敏感網(wǎng)絡（TSN）OPC UA的結合，形成符合工業(yè)性能需求的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，以符合智能工廠/數(shù)字化車間集成標準要求。

生產(chǎn)裝備聯(lián)網(wǎng)需要一定的物聯(lián)功能，即生產(chǎn)裝備的物聯(lián)網(wǎng)的物品相關能力、自主操作能力。邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)則智能制造生產(chǎn)裝備上的信息處理提供了技術思路，以解決制造業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實時業(yè)務的關鍵需求。

要實現(xiàn)車間內(nèi)各生產(chǎn)制造裝備能接入企業(yè)管理系統(tǒng)，就需要各生產(chǎn)制造裝備在規(guī)范的信息模型下，采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，以覆蓋各類不同通信基礎的生產(chǎn)制造裝備，獲得車間最低改造成本。

2 互聯(lián)互通互操作標準要求

互聯(lián)互通互操作要求生產(chǎn)裝備間、生產(chǎn)系統(tǒng)間通過聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)兩個以上的實體（設備、系統(tǒng)軟件軟件、企業(yè)等）相互交換信息，以便能互相協(xié)作，共同完成任務。

2.1 與基礎標準對接

基礎標準主要包括數(shù)字化車間標準、工業(yè)控制網(wǎng)絡/工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術標準、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構標準、工業(yè)云服務模型標準、智能制造評價指標體系及成熟度模型標準、智能工廠（車間）通用技術標準、智能制造工業(yè)云、大數(shù)據(jù)標準試驗驗證等，是行業(yè)標準的共性基礎，最先立項并由各標準化研究院開展研究。由于標準草案從立項到發(fā)布的時間較長，各行業(yè)標準制定單位目前無法從國家標準全文公開系統(tǒng)中獲得具體內(nèi)容，則需要與各基礎標準指定單位進行技術對接，中國電子技術標準化研究院、機械工業(yè)儀器儀表綜合技術經(jīng)濟研究所、中國信息通信研究院、上海工業(yè)自動化儀表研究院等都是智能制造總體組單位，通過對接，對行業(yè)標準的指定與驗證進行指導，或直接參與到行業(yè)標準項目中。

2.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式

隨著《國務院關于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見》政策的出臺，《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書（2017）》對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)層級結構的全面闡述，并全面對接物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新興信息技術，給智能制造體系提出了詳細的技術指導。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化需求，通過對企業(yè)生產(chǎn)中各軟硬件海量數(shù)據(jù)采集、處理、分析，對上層的屬于應用、工業(yè)APP、人工智能等提供基礎數(shù)據(jù)平臺，引入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式能讓制造業(yè)真正跨入智能時代。

2.3 行業(yè)標準要求

開展智能制造行業(yè)標準制定，需要通過至少三次專家審查的標準草案，包括標準編制說明、標準研究告等。標準研究報告包括標準目的、范圍、設計思想和框架結構、國內(nèi)外相關技術與相關標準的發(fā)展情況、對標準內(nèi)容概述、關鍵技術與創(chuàng)新點、驗證方案的總體評價等內(nèi)容。

開展試驗驗證，包括標準試驗驗證所需的設施和設備與測試軟件，編制驗證條款與驗證的方法，并給出驗證的結論。標準草案必須在試驗驗證平臺和至少三個企業(yè)中，對標準全部內(nèi)容進行試驗驗證。

3 互聯(lián)互通驗證方案

智能制造綜合標準化項目不僅僅是標準草案的制訂，更重要的是對標準的每一條款進行詳細的驗證。整個驗證方案主要涉及驗證的內(nèi)容、驗證方法等驗證平臺建設內(nèi)容。

3.1 驗證內(nèi)容

對標準的驗證主要包括一致性驗證、互操作性驗證、性能驗證、魯棒性驗證等內(nèi)容[2-4]，通過對標準草案內(nèi)容整理成詳細驗證條款，列出各條款的驗證方法、測試步驟、判定準則，確保能驗證標準草案的所有內(nèi)容。

驗證的條款一致性驗證主要是測試智能制造裝備在試驗室平臺互聯(lián)互通標準否與標準規(guī)定一致，通常預先設計一組測試案例序列，在試驗室的網(wǎng)絡環(huán)境下，對互聯(lián)互通的裝備間、服務系統(tǒng)間進行通信，通過測試儀器與分析軟件對實際通信數(shù)據(jù)比對，從而判定標準草的正確性?；ゲ僮餍则炞C主要測試互聯(lián)互通雙方在網(wǎng)絡操作環(huán)境中能否實現(xiàn)標準草案中規(guī)定的功能，如數(shù)據(jù)查詢、遠程控制、文件傳輸?shù)然A功能，從而判定標準草案的功能可行性。性能驗證是針對工業(yè)領域各行業(yè)的實際要求而對互聯(lián)互通的性能要求，如實時性、并發(fā)性等，涉及標準草案的可用性，魯棒性則是關注特殊裝備采用標準草案后的可靠性。

3.2 驗證方法

互聯(lián)互通的驗證方法主要分為實驗室驗證與工廠現(xiàn)場驗證。實驗室驗證主要是對標準草案所涉及的智能制造互聯(lián)互通結構進行演示、對定量的數(shù)據(jù)部分進行詳細對比分析，工廠現(xiàn)場驗證主要考查企業(yè)對標準草案實施情況、工廠環(huán)境下的適應度等，總體上主要有專家論證、定量檢測、現(xiàn)場考查等方法。

采用OPC UA來演示行業(yè)標準草案的互聯(lián)互通互操作性具有數(shù)據(jù)直觀、與世界接軌等特點，在驗證方法中研發(fā)標準的OPC UA server與client，并獲得OPC UA測試中心的認證，則讓行業(yè)標準草案能獲得更多社會認可。

4 紡織互聯(lián)互通驗證試驗平臺建設方案

紡織行業(yè)屬于典型的離散型制造行業(yè)，紡織裝備電控系統(tǒng)部分是負責互聯(lián)互通的典型部件單元[5]。電控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)絡、WIFI等接入實驗室/工廠局域網(wǎng)，并與企業(yè)服務器、互聯(lián)網(wǎng)云服務等平臺進行數(shù)據(jù)交互。紡織裝備互聯(lián)互通互操作驗證實驗室可和數(shù)據(jù)分析平臺，在企業(yè)監(jiān)視紡織生產(chǎn)線。

數(shù)據(jù)分析平臺則主要對通信協(xié)議數(shù)據(jù)的結構、業(yè)務功能、通信性能等進行詳細的分析，包括采用網(wǎng)絡測試儀、無線網(wǎng)絡分析儀、OPC UA接口等硬軟件。還包括數(shù)據(jù)分析演示系統(tǒng)、工廠現(xiàn)場驗證遠程演示平臺等標準驗證展示系統(tǒng)。

紡織生產(chǎn)線主要包括針織機械電控系統(tǒng)、網(wǎng)絡設備、手持網(wǎng)絡檢測儀器、數(shù)據(jù)服務中心等，以實現(xiàn)紡織電控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳入實驗室數(shù)據(jù)分析平臺。

5 結論

國家智能制造項目的實施促進了制造行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，讓制造業(yè)向信息化、智能化、精細化發(fā)展，指定與驗證行業(yè)互聯(lián)互通標準是實現(xiàn)生產(chǎn)制造的基礎，采用使用適應行業(yè)的基礎共性標準與新興信息技術將是提高項目的建設效率的主要途徑。

參考文獻：

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