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智能制造数据知识标准数字化转型研究 时间:2022-12-31部门:高新技术标准化研究所

  中国标准化研究院承担了市场监管总局的科技计划项目《面向智能制造数据知识标准的数字化转型方法和一致性测试研究》,目标是针对智能制造领域数据、信息和知识类标准,调研我国的重点企业、重点产业、重点区域的数字化现状、问题和需求,开展智能制造数据知识标准的数字化转型以及标准一致性测试方法研究。为了摸清相关标准的现状和家底,开展了我国智能制造数据知识标准数字化的现状、问题和需求的调研分析。项目组调研范围包括研发设计、生产制造、数字商务等三个主要应用领域。

  研发设计:涵盖设计、试验、试制等内容,涉及到的系统包括计算机辅助设计(CAD),计算机辅助工艺规划(CAPP)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助测试(CAT)、实验室管理系统(LIMS)、产品数据管理(PDM)。

  生产制造:涵盖离散制造的工艺装备、加工、装配、检验等各环节,面向流程制造业的原材料、半成品、成品、检验各环节。涉及到生产制造用到的关键机器设备和工业自动化系统。例如计算机辅助制造(CAM)、数控机床、企业生产计划系统(ERP)、分布式控制系统(DCS)、制造执行系统(MES)、质量管理系统(QMS)、监控与数据采集系统(SCADA)等。

  数字商务:涵盖智能制造的采购、物流、销售、支付、配送、售后、消费者反馈等业务环节,包括采购系统、通关系统、电商平台、仓储物流系统、AGV小车、支付系统、运输车辆和工具等设备、平台和系统。

  项目组调研了国内外关于智能制造标准化的内涵和相关标准化技术组织。我国提出了智能制造标准体系建设的系列指南,将智能制造定义为:基于先进制造技术与新一代信息技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等产品全生命周期,具有自感知、自决策、自执行、自适应、自学习等特征,旨在提高制造业质量、效率效益和柔性的先进生产方式。智能制造系统架构从生命周期、系统层级和智能特征等3个维度对智能制造所涉及的要素、装备、活动等内容进行描述,主要用于明确智能制造的标准化对象和范围。ISO 在《智能制造白皮书》中,提到了四次工业革命,分别是蒸汽机和水力革命、电力革命和自动化革命,以及智能制造革命。创新性技术为第四次工业革命奠定了基础。白皮书中重点推介了ISO智能制造中标准化技术委员会,按推动技术、增强技术和效果相关列出了标准化技术委员会的名单。此外,ISO/IEC在《ISO/IEC JTC 1/AG 2 (JETI) – 数字制造白皮书草案》中,定义了数字制造的技术框架模型。认为制造过程由三种不同类别的系统构成,分别是加工、物流和信息等子系统。白皮书提出了数字制造标准化的范围,以及与智能制造的关系。智能制造利用物理、人类和网络领域的能力来实现其目标。数字化制造为智能制造提供制造系统和流程的数字化支持。

  明确调研的标准范围。标准数字化是一个大概念,涉及到各种类型的标准,涉及到标准元数据、内容数据;各种类型的标准,例如食品标准、空气质量标准、网络协议标准等。本项目研究的对象,主要定位于智能制造领域的数据标准和知识标准。数据和知识标准范围。数据标准是用于规范智能制造过程中数据的定义、分类、标识、描述、表达、交换、质量、测试等相关标准。数据的范围涵盖各类数据,例如产品数据、制造管理数据、主数据和业务数据、元数据和实例数据等。从标准类型来讲,涵盖数据的术语和词汇、数据分类代码、标识规则、元数据或数据元、数据接口、数据质量等标准。知识标准是数据标准的一种高级形式。在现有的标准中,已经存在很多相关知识标准。例如在新闻出版、图书馆和信息管理领域,制定了知识服务、知识组织等相关的标准,包括知识的标识符、知识对象、知识元、元知识。在GB/T 40989-2021 《新闻出版 知识服务 知识对象标识符(KOI)》规定知识对象标识符的相关要求。装备制造业领域也有很多知识表达标准,例如:GB/T 39469-2020 《通用制造工艺知识分类及编码方法》、GB/T 39475-2020 《通用制造工艺知识表示》、GB/T 41304.2-2022 《知识管理方法和工具 第2部分:设计理性知识建模》。此外,还有用于知识表达的技术规范,例如 ISO发布的ISO 18629过程规范语言系列标准主要用于实现工艺知识的形式化表达,以及OWL、RDF、知识图谱等本体建模规范。

  研发设计的标准数字化调研。在GB/T 34061.2-2017《知识管理体系 第2部分:研究开发》中提供了一般企业研发设计的通用框架,主要包含规划、设计、试验、试制等阶段。

  

研究开发过程知识管理示意图

  根据人民大学出版社出版的《企业标准化指南》中内容显示,设计标准可以分为初步设计、详细设计、设计方法、设计对象、设计文件等标准类别。围绕着这些典型设计标准化的场景,以及协同设计、型号研制、产品标准、标准审图、装备试验、实验等相关环节,开展了业务数字化体系建设和标准数字化转型需求分析。例如,工业设计软件系统是标准数字化的重要应用领域。设计环节的工业软件的标准包括应用接口标准、元数据标准(数据元类型、数据命名、数据格式、值域等)、图样和符号库、制图规则、数据质量(例如 CAD绘图过程中曲面质量)、应用协议等标准。这些标准以纸质文本文件存在,这就需要针对不同类型的标准,结合计算机实现技术,将标准文本中的内容数据,包括API接口库、数据字典、质量规则库、分类代码等进行统一数字化提取和加工整理,形成标准数据库,使其有利于CAD等软件的数字化读取和执行。

  此外,还分别从生产制造、物流、仓储、商务等环节开展了数据知识标准数字化转型方法和一致性测试研究。

 

  文章作者:岳高峰|中国标准化研究院高新技术标准化研究所

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