标准规范下载简介
GBT 41255-2022 智能工厂 通用技术要求.pdfICS. 25.040 CCS N 10
GB/T 41255—2022
银川都市圈城乡东线供水工程-吴忠金积水厂改造工程国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会
范围 规范性引用文件 术语和定义 缩略语 总则 5.1 总体框架 5.2 基本要素 智能设计 6.1 关键要素 6.2 技术要求 智能生产 7.1 关键要素 7.2 技术要求 智能物流 8.1 关键要素 8.2 技术要求 智能管理 9.1 关键要素 9.2 技术要求 10系统集成与优化 10.1系统集成 10.2 优化 参考文献
范围 规范性引用文件 术语和定义 缩略语 总则 5.1 总体框架 5.2 基本要素 智能设计 6.1 关键要素 6.2 技术要求 智能生产 7.1 关键要素 7.2 技术要求 智能物流 8.1 关键要素 8.2 技术要求 智能管理 9.1 关键要素 9.2 技术要求 10系统集成与优化 10.1系统集成 10.2 优化 参考文献
GB/T412552022
本文件按照GB/T1.1一2020《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：上海工业自动化仪表研究院有限公司、南京优倍电气技术有限公司、东风设计研 究院有限公司、电力规划总院有限公司、重庆邮电大学、湖南科技大学、东莞理工学院、机械工业仪器仪 表综合技术经济研究所、中国电子技术标准化研究院、上海智能制造功能平台有限公司、上海智能制造 系统创新中心有限公司、沈机（上海）智能系统研发设计有限公司、南京大学、用友网络科技股份有限公 同、西门子（中国）有限公司、厦门宇电自动化科技有限公司、浙江中拓合控科技有限公司、广州能源检测 研究院、新特能源股份有限公司、上海计算机软件技术开发中心、西安陕鼓动力股份有限公司。 本文件主要起草人：主英、主嘉宁、董健、游和平、张普宾、黄庆卿、吴亮红、张兆云、主春喜、韦莎、 梅军、陈廷炯、黄云鹰、陈春林、吕晓锋、许斌、栗晓立、陈海东、刘雅杰、刘雄、汪瑞嵘、张璞、马传荣、张玲艳 邓钦元、王成城、何宏宏、马原野、张艾森、肖红练、董赢。
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本文件规定了智能工的总则、智能设计 、智能物流、智能管理以及系统集成优化等 内容。 本文件适用于离散制造领域智能工厂的运营以及管理
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/T 23331—2020 能源管理体系要求及使用指南 GB/T 24001—2016王 环境管理体系要求及使用指南 GB/T 37393—2019 数字化车间通用技术要求 GB/T38129—2019 智能工厂安全控制要求 GB/T45001—2020 职业健康安全管理体系要求及使用指南 ISO16792：2015技术产品文档数字产品定义数据标准（Technicalproductdocumentation Digital product definition data practices)
下列术语和定义适用于本文件。 3.1 智能工厂smartfactory 在数学化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理和服务，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。同时集智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、 节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。 ［来源:GB/T38129—2019,3.1.1 3.2 产品全生命周期productfulllifecycle 包括市场需求调研阶段、产品开发阶段、产品设计阶段、产品的制造阶段，销售阶段和售后服务阶段 等的全部时间的总称。 ［来源：GB/T18725—2008,3.206，有修改」 3.3 设备管理equipmentmanagement 以设备为对象，追求设备综合效率，应用理论、方法，通过技术、经济、组织措施，对设备的物理运动 和价值运动进行全过程管理
下列缩略语适用于本文件。 AR：增强现实（AugmentedReality) ERP：企业资源计划（EnterpriseResourcePlanning) ESB：企业服务总线（EnterpriseServiceBus） MES：制造执行系统（ManufacturingExecutionSystem） OPC：用于过程控制的对象连接与嵌入（ObjectLinkingandEmbeddingforProcessControl） OPCUA：OPC统一架构(OPCUnifiedArchitecture) VR：虚拟现实(VirtualReality) WMS:仓储管理系统(Warehouse Management System)
智能工厂实现了多个数字化车间的统一管理与协同生产，将车间的各类生产数据进行采集、分析与 快策，并整合设计信息与物流信息，再次传送到数字化车间，实现车间的精准、柔性、高效、节能的生产模 式。其中数字化车间要求见GB/T37393一2019。 本文件主要涵盖了智能设计、智能生产、智能管理、智能物流、集成优化等可实现智能工厂的关键技 术，其总体框架如图1所示。智能工厂建设、智能服务、安全等与智能工厂密切相关的技术要求不在本 文件范围内
图1智能工厂总体框架图
数据在智能工厂的智能设计、生产、管理与物流环节中，承载工厂内各个层次之间、以及同一层次的 各个功能模块和系统之间的信息。数据的交互通过连接各个功能模块的通信网络完成，其内容服从于 智能工厂系统集成建设和运营的需要。数据的格式和内容定义遵从通信网络和执行层、资源层的各应 用功能模块的协议。数据的一致性和连贯性将产品的智能设计、生产管理、物流、等环节组织成有机整 本。智能工厂关键技术之间形成的数据流如图2所示
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图2智能工厂关键技术和数据流示意图
智能工厂的基本要系如下。 ）数学化：数字化是智能工厂的基础。对工厂所有资产建立数字化描述和数字化模型，使所有资 产都可在整个生命周期中识别、交互、实施、验证和维护，同时能够实现数字化的产品开发和自 动测试，以适应工厂内外部的不确定性（部门协调、客户需求、供应链变化等）。 D 网络化：在数字化的基础上，建有相互连接的计算机网络、数控设备网络、生产物联/物流网络 和工厂网络，从而实现所有资产数据在整个生命周期上价值流的自由流动，打通物理世界与网 络世界的连接，实现基于网络的互联互通 智能化：具有能够感知和存储外部信息的能力，即整个制造系统在各种辅助设备的帮助下可以 自动地监控生产流程，并能够及时捕提到产品在整个生命周期中的各种状态信息，对信息进行 分析、计算、比较、判断与联想，实现感知、执行与控制决策的闭环
6. 1 关键要素
智能设计基于数字技术和智能技术，对产品和工艺进行设计，用数字模型和文档描述和传递设计输 出。智能设计包括： 产品的设计与仿真：产品的功能/性能定义、造型设计、功能设计、结构设计等； 工艺的设计与仿真：制造工艺设计、检验检测工艺设计等； 试验设计与仿真：产品试验仿真、试验测试工艺设计等。 智能设计宜考虑与智能制造技术、智能制造装备、智能制造服务的协同，宜做到研发、设计、生产、服 务协同一体化。智能设计的关键要素如下。 数字设计：应从概念设计阶段开始就采用协同数字设计平台，利用参数化对象建模等工具，进 行产品的造型设计、功能设计、结构设计、工艺设计等。应采用标准数据格式，输出基于开放标 准的设计品，便于产品生命周期各阶段的数据交互，实现信息的高效利用，满足产品生命周期 各阶段对信息的不同需求
虚拟设计：设计平台集成VR、AR等功能/工具，可实现沉浸式、交互式（如三维操作、语言指 令、手势等）三维实体建模和装配建模，快速生成产品虚拟样机。进而还可在虚拟环境下进行 产品虚拟样机的评审、优化、共享、应用培训，为虚拟制造创造条件， 仿真优化：在产品设计、工艺设计、试验设计等设计各阶段，结合产品生命周期各阶段反馈的信 息，基于包含精准造型、结构、功能/性能和数据的计算机虚拟模型，在协同数字设计平台上利 用仿真优化工具，针对不同目标开展计算机仿真优化，确保或提升产品对设计需求的符合性， 产品的可靠性、可制造性、经济性。确保产品的适应性、可扩充性。 面向产品生命周期的设计：在设计阶段，应充分考虑产品制造、使用、服务、维修、退役等后续各 阶段需求，实现产品设计的全局最优。在产品生命周期内，应采用同一计算机产品模型，各阶 段发生的任何变更均应实时更新到同一计算机产品模型，以确保产品数据在产品全生命周期 内的一致性和非允余性。 大数据分析/知识工程：采集产品生命周期各阶段的数据，建立产品大数据，形成并丰富知识工 程，在大数据分析和知识工程支撑下，实现对需求（如市场需求、功能需求等）的快速智能分析、 对产品的精准设计和仿真优化，提供功能、性能、质量、可靠性与成本方面全局最优产品。 智能设计示意图如图3所示
6.2.1基本设计要求
6.2.1.1数字设计和虚拟设计
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应按IS016792：2015开展产品数字设计，利用数字模型完整表达产品信息，并将其作为产品制造 过程中的依据。数字模型中还宜包括用于生成、沟通和分析模型等的相关过程集，用以满足产品全生命 周期管理的要求，实现产品功能设计、造型设计、结构设计、工艺设计、制造、检验检测、试验测试等的高 度集成和数据一致。可参照GB/T26100一2010和GB/T36457一2018规定的建模方法及其技术要 求，利用VR工具，建立产品虚拟样机，进而利用VR/AR工具，实现对虚拟样机的导航、浏览、评审和在 线交互。
6.2.1.2仿真优化
产品协同平台应支持在虚拟环境下对产品设计、产品制造/装配、产品应用等的仿真。 在产品设计和制造各个阶段，应提出针对性的优化目标，并确定优化变量、边界条件、优化策略等。 产品协同平台应支持设计阶段对产品的工程分析（如产品空间结构、重量特性、运动、人机工效、能效等 方面）和优化（如产品造形优化、机构优化、装配优化等），支持制造/装配阶段对产品的制造/装配工艺分 析评估和优化
6.2.1.3模块化设计
采用模块化设计，保持模块在功能及结构方面具有一定的独立性和完整性，考虑模块系列未来白 和向专用、变型产品的辐射，以满足不同需求和产品的升级
6.2. 1.4自上而下的设计
性能定义应由总体性能、部件/组件性能到零件性能自上而下逐层分解，应先确定总体性能参数，再 分解到部件、组件性能参数，直到分解到零件的性能参数 结构设计应由总体布局、总体结构、部件结构到部件零件的自上而下、逐步细化，应先确定整体基本 参数，然后是整体总布置、部件总布置，最后是零件设计。 工艺设计应由总体装配、部件装配、组件装配到零件制造逐层分解，应确定工艺分界面，逐级传递。
6.2.1.5面向制造和装配的设计
在产品设计中，宜考虑现有制造和装配能力， 保证产品具有良好的可制造性和可装配性。 应以特征技术为手段，建立面向制造和装配的结构模型，在特征模型基础上建立设计流程，实现特 征知识及工艺推理的集成，支持设计中的信息表达和智能决策
6.2.1.6设计标准化
应标准化、规范化设计流程、方法、产品定义、数据和知识，实现设计标准化和模型/工艺 递的定义。通过标准化、规范化的设计，实现产品生命周期内信息准确传递，提升设计效率。
6.2.2高级设计要求
1面向产品全生命周期的并行/协同设计
在产品设计阶段宜考虑到产品全生命周期/全寿命历程的所有环节，应将所有相关因素在产品设计 分阶段得到综合规划和优化。产品设计应以客户需求或/和技术推动为输人，设计产品的功能、性能、造 型和结构，设计应覆盖产品的规划、设计、零件制造、装配、销售、运行、使用、维修保养、直到回收再用处 置的全生命周期过程。 应将多学科数据和知识统一管理，实现边设计、边分析，设计、仿真、制造、试验的闭环。 考虑全生命周期的并行设计，宜考虑产品设计约束的同时引入后续相关过程约束，产品设计与其后 读相关过程在同一时间框架内并行处理，对产品设计及其后续相关过程进行统一协调和管理。 基于知识的、统一模型的分布式异步、同步协同设计，应有效控制设计界面和接口，缩短产品设计周 期，降低产品开发成本，提高个性化产品开发能力
6.2.2.2基于大数据分析/知识工程的设计与优化
宜建立产品全生命周期的、全流程的、系列化的大数据和知识工程，包括材料、设计、仿真、制造、装 配、检验检测、试验验证、使用维护、退役等数据和知识工程，以支持基于知识的智能设计。 除常规建模方法外（如几何建模），还可以特征技术（如管理特征、技术特征、材料特征、精度特征、形 伏特征、装配特征等）为手段，建立产品数字模型，在特征模型基础上建立设计流程，实现特征知识及推 理的集成，支持设计中的信息表达和智能决策。 利用制造和装配数据和知识、产品全生命周期数据和知识，开展产品仿真优化和再设计，持续提升 产品设计、可靠性、安全性、可制造性、可检测性，持续提升工艺设计、检验检测设计的成熟度，提升质量 稳定性，降低成本，
6.2.2.3动态优化设讯
根据客户需求的动态变化信息、 用的技术能力，开展产品仿真优化和再设计，持续优化产品设计、工艺设计、试验设计，提升产品 性能、可靠性、制造性，降低成本
智能生产是基于信息化、目动化、数据分析等技术和管理手段，实现柔性化、网络化、智能化、可预 测、协同生产模式，对产品质量、成本、能效、交期等进行闭环、持续的优化提升。 智能生产关键要素包括： 生产计划：计划仿真、多级计划协同、可视化排产、动态计划优化调度； 生产执行：生产准备、作业调度、协同生产； 质量管控：质量数据采集、质量档案和追溯、分析与改进； 设备管理：设备状态监测、设备运行分析、设备运行维护、设备故障管理。 智能生产示煮图如图4所示。
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应根据订单和项目要求制定生产计划，并监控计划完成状态以满足订单和项目的管理要求。 应根据订单和项目要求，形成多级计划并完成多级计划协同，应监控多级计划的过程反馈，形成数 据闭环，根据生产反馈信息进行动态调整优化。多级计划示例如下 示例： 一级计划关联项目合同。 二级计划关联付款节点。 三级计划关联PBOM（排产）SBOM（采购）并细化到部组件 应实现生产计划可视化，包括多级计划可视化、监控数据可视化、实时执行数据可视化、计划对比数 据可视化，计划完成进度可视化等
7.2.2.1数字化车间内的生产执行
7.2.2.2协同生产
7.2.2.2.1工厂生产动态反馈
生产车间应通过ESB，以实时、动态的方式向工厂信息中心提供计划达成率、生产进度、工艺及质 量、能耗、物料消耗、设备故障（预）诊断、设备利用率、人力资源等数据，提供给生产过程决策系统进行全 工厂生产过程及状态的分析优化
7.2.2.2.2车间协同生产
工厂生产工单应根据产品设计平合所提供的原材料、配件、外购零部件等物料数据，零部件、半成 品、成品等产品数据，成品目标、工艺特性等技术数据，结合ERP提供的客户订单，经过ERP的物料需 求计划（MRP)运算产生。以实现柔性化的生产流程为目的，向各车间自动分配生产任务及执行计划， 并监控、管理、调整各个车间的生产进度，同时对各类生产资源进行实时、动态的调配。从产品设计到工 艺分配，从客户订单到生产工单，从生产排产到生产执行，从分析反馈到设计改进，形成一个工厂级的闭 环的优化流程。
车间内部设备管理应满足GB/T37393一2019中10.6的规定。 应建立设备管理系统，系统应与ERP，MES等系统实现信息交互，应能配合其他系统实现排产和 生产调度。维修维护策略的形成和资源的优化。 应对关键生产设备、关系到多个车间或整个工厂的设备，如供源设备、安全设备等进行实时状态监 测。并对运行状态进行建模分析，给出设备运行趋势预测曲线。 应根据设备类型制定相应的周期性维护计划，并按计划对设备进行维护。应将维护信息以数字化 的方式进行归档。 宜根据设备运行趋势曲线制定有针对性的预测性维护方案，及时发现设备运行的潜在异常情况并 进行维护管理。 宜建立基于知识库的故障诊断系统，及时准确的发现诊断故障JJG(津) 3008-2019 行星式水泥胶砂搅拌机.pdf，并给出故障解决方案，宜提供专家 远程诊断功能以有效解决偶发的、系统不能正确诊断的复杂故障
智能物流是智能工厂中重要组成部分，其关键要素主要包括智能制造环境下厂内物流的智能仓储 和智能配送。智能物流的关键要素如下： 智能仓储：智能物流应部署智能仓储系统，在WMS系统的基础上，结合智能生产与智能管理 系统，优化仓储布局和策略； 智能配送：智能物流应充分利用自动化技术和路径优化方法，围绕物料智能分栋系统、配送路 径规划、配送状态跟踪等方面提升物料配送效率
智能工厂中的智能配送应满足以下技术要求：
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在智能工厂内，应用自动化配送设备，如自动导引车（AGV）、悬挂链、传输带等实现物料配送 自动化； 通过与智能管理与智能生产等业务的集成优化，根据生产计划实现智能配送，降低工位库存； 能结合生产线布局和物料需求，对物流配送路径和运输模式进行精益化规划CECS 554-2018-T标准下载，实现物流配送路 径与装载优化； 能实时监控物料和运输工具，利用传感器获取货物数据，实时定位和追踪原材料、半成品、成 品、运输工具的位置与动向
8.2.3厂级物流协同
在企业研发、生产、经营的数字化、信息化、网络化的基础上，应用虚拟仿真、人工智能、大数据分析， 云计算等技术，对企业的采购、销售、资产、能源、安全、环保和健康，以及产品设计、生产、物流等管理模 块进行信息化提升、系统化集成及精益化协同，并形成可迭代、可优化、具有智能特征、面向全局的管理 系统，以为企业各管理层的智能决策提供支撑， 智能管理示意图如图5所示