机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 1 1

机械工业仪器仪表综合技术经济研究所

全国工业过程测量控制和自动化标委会（SAC/TC124）

王春喜 博士/秘书长

2015年12月

从数字工厂到智能制造

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机械工业仪器仪表综合技术经济研究所简介

国资委下属事业单位

科技部“十三五”规划“制造基础技术与关键部件”专项主

要编写单位

工信部“智能制造综合标准化工作组”秘书处单位

国标委“制造业标准化提升计划”智能制造部分支撑单位

“中德智能制造国际标准化工作组”秘书处单位

IEC/TC65/WG16“数字工厂国际标准”、IEC/SMB/SG8“

智能制造/工业4.0战略工作组”、IEC/MSB“未来工厂白皮

书”、ISO/TMB/SAG“工业4.0战略咨询组”中国专家

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机械工业仪器仪表综合技术经济研究所简介

李克强总理2015年6月15日考察工信部重大技术装备处时强

调：重大技术装备责任重大，你们要抓紧推动相关标准的制

定和清理，抓住智能制造这个核心，让信息化和工业化深度

融合，用装备制造的升级打造中国发展新动能。

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一、工业面临全球化挑战

二、数字工厂国际相关研究

三、中国制造2025和智能制造

四、总结

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一、工业面临全球化挑战

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制造业的变革

手工生产（1850年）－批量生产（1955年）－大规模定制（

1980年）－个性化定制（2000年）

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工业面临全球化挑战

全球化、高效、高质、创新、低消耗、个性化是其特征

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我国的形势与需求

我国虽然已成为第一制造业大国，但仍面临着：

资源环境刚性约束加强

产品质量不高

创新能力和核心竞争力不足

产业结构不合理

（一）破解我国制造业发展瓶颈的重要出路

（二）应对世界制造业竞争的必然选择

“两头挤”的严峻形势

（三）抢占技术发展的战略制高点

引领智能装备产业发展：智能机器人、3D打印制造

现代服务业：创新创意设计产业、制造服务业、智能制造基础保障产业

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制造业技术发展趋势

自动化技术和信息技术深度融合

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制造业新模式——以客户为中心的智能制造

制造全生命周期与客户交互（设计－制造－物流－销售－维

护）

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二、数字工厂国际相关研究

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数字工厂定义

什么是数字工厂？

IEC词汇库给出的定义是：数字工厂是数字模型、方法

和工具的综合网络（包括仿真和3D虚拟现实可视化），通

过连续的没有中断的数据管理集成在一起。

它是以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机

虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，幵

进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式，是

现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物。

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国内外相关研究

IEC/TC65/WG16：数字工厂工作组

IEC/SMB/SG8：智能制造/工业4.0战略工作组

IEC/MSB：“未来工厂”白皮书

ISO/TMB/SAG：工业4.0战略咨询组

美国：先进制造伙伴计划（AMP）

德国：工业4.0

日本：e-Factory

中国：中国制造2025、智能制造

……

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1、IEC/TC65/WG16数字工厂国际工作组

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IEC/TC65中的相关标准工作组

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IEC/TC65/WG16工作组

2011年6月，IEC/TC65成立了WG16数字工厂标准制定工作组

，专门从事数字工厂技术研究和标准制定。西门子、施耐德、

罗克韦尔、横河等国际知名自动化企业都参与了相关工作。国

内仪综所和沈自所也派专家参与了相关工作。

TC65/WG16

数字工厂

Harmonization of standards contents necessary.

SC65E/JWG5 IEC 62264

数字工厂层级概念 SC65E/WG2 IEC 61987

产品属性和分类

SC65E/WG9 IEC 62714

工业自动化中使用的工程数据交换格式 TC65/WG12 IEC 62424

过程控制工程表示

TC65/WG13 IEC 62443

信息安全

TC65/JWG14 IEC xx

工业自动化能效

SC65E/WG4和WG8 IEC 62541 OPC、FDI集成技术

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模拟到数字的转变

纸质/PDF方式的数据单

电子栺式的技术属性

纸质的工厂描述 电子栺式的工厂描述

模拟 数字

一个像素就是一个属性

Program/

Software

工程 组态 运行 安全 维护

数字工厂数据库

d

d

d

数字化工厂

http://watermarked.cutcaster.com/cutcaster-photo-100284377-blue-pixels.jpg

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公共数据字典 – 标准化的属性和产品主数据

Data

传感器尺寸

传感器材料

传感器重量

外壳尺寸

外壳材料

本地操作员面板

阈值和事件信号

线性化曲线

补偿功能

时间戳功能

自校准

故障安全模式

测量时间

循环时间

过滤时间

通信间隔

标准化的属性 （IEC CDD）

基础元素

进入基

础数据

仓库

基础数据库

产品主数据

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国际标准进展

2012年11月，IEC/TR 62794 工业过程测量、控制和自动

化 生产过程表示用参考模型 （数字工厂）

IEC/TR 62794已由全国工业过程测量控制和自动化标委会

（SAC/TC124）转化为国家标准GB/Z 32235-2015

目前正在制定IEC 62832《工业过程测量、控制和自动化

数字工厂框架》

第1部分：一般原则

第2部分：信息模型

第3部分：应用

第4部分：全生命周期管理

第5部分：信息交换模型

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2、IEC/SMB/SG8智能制造/工业4.0

战略工作组

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工作组成立

2014年10月，IEC/SMB（标准管理委员会）成立了SG8智能

制造/工业4.0战略工作组，专门从事智能制造/工业4.0技术路

线和标准体系研究。罗克韦尔、西门子、施耐德、横河、东芝

、ISA 、汉阳大学等国际知名自动化企业、研究单位，仪综所

、上海电器科学研究院等国内单位参与了相关工作。

工作组组长Alex和Winkel都来自IEC/TC65（工业自动化测量

、控制和自动化委员会）。

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工作范围

提供IEC开展制造自动化的战略，重点关注保证制造企业的

实时需求，保障安全、并提升工厂运营能源效率。

提出智能制造的架构，以实现在广泛物联网环境下的智能应

用，从而采用现行和下一代技术，以保证工厂安全运营。

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3、IEC/MSB未来工厂白皮书

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工作组成立

2014年10月，IEC/MSB（市场战略委员会）成立了未来工厂

白皮书工作组，专门从事未来制造业市场分析、技术预测、标

准化需求等方面的研究。伊顿、弗劳恩霍夫研究所、SAP、日

立、西门子、三菱、施耐德、仪表所、沈自所、海尔、华为等

单位参与了相关工作。

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白皮书目标

——目标

评估未来工厂在全世界范围的需求和效益，包括轻工业

、重工业以及个人

预测相关技术和市场的发展趋势

审查和评估必要的技术及其影响

鼓励支撑未来工厂所需技术全球商业化的国际标准的使

用

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白皮书结构

1. 概述（范围）

2. 当前制造业环境

3. 未来工厂概念（开放价值链、敏捷制造、以人为中心的制造、

商业模型、各国创新行动－美日德中）

4. 驱动技术（互联和互操作、未来系统集成的无缝工厂、集成现

有系统的结构、建模和仿真、信息安全和功能安全；IoT和M2M

通信、基于云的应用框架和中间件AIM、数据分析、智能机器

人、集成生产—制造仿真、增材制造/3D打印等）

5. 市场准备（系统观点、克服拒绝改变、财务问题、迁移策略）

6. 预测

7. 结论和建议

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三个工作组的组织结构关系

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三个工作组的内容侧重

IEC/TC65/WG16：数字工厂参考模型

IEC/SMB/SG8：智能制造/工业4.0标准化路线图（

标准体系），12～18个月的工作建议

IEC/MSB：未来工厂市场、技术、商业、标准分析

及建议，不局限于标准化

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4、ISO/TMB/SAG 工业4.0战略咨询组

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工作组成立和任务

2015年6月ISO/TMB提议成立该工作组：

主席：DIN（德国）

秘书处：ISO中央秘书处

任务：

1、工业4.0相关的标准化工作现状；

2、识别新制定标准需求；

3、TMB行动建议；

4、跟踪其他国家、地区、国际相关标准化活动，提出与合作组织（

尤其是IEC/SMB/SG8）的合作机制

目标：2017年6月提交最终报告

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5、德国工业4.0

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工业4.0正式推出

2013年4月在汉诺威工业博览会正式推出，发布《工业4.0战略报告》

2013年4月成立工业4.0平台，秘书处包括：德国信息技术、通信、新媒

体协会（BITKOM）、德国机械设备制造业联合会（VDMA）和德国电

气和电子工业联合会（ZVEI），为关键的优先主题制定研发路线图

科学咨询组

总体推进组 管理委员会

秘书处

技术工作组

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工业4.0内涵

什么是工业4.0？ 工业4.0：以智能制造为主导的第四次工业革命（革命性的生产方法

）。通过信息物理系统CPS实现全生命周期中制造单元间相互独立

地自动交换信息、触发动作和实现控制，将制造业向智能化转型。

德国政府实施工业4.0的原因

将信息和通信技术集成到传统的制造业，以维持其全球市场领导地位

为CPS技术和产品建立和培育新的市场，成为智能制造技术的主要供应商

工业4.0

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工业4.0特点

智能工厂

构成工业4.0的关键特征，

与智能移动性、智能物流

、智能建筑、智能产品、

智能电网等相关联

通过价值链及网络实现企业间横向集成

贯穿整个价值链的端到端工程数字化集成

企业内部灵活且可重组的网络化制造体系纵向集成

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工业4.0特点

“智能”产品

被制造的产品具有制造过程

中各阶段所必须的全部信息（

标识、位置、状态、路线）。

“自治”制造系统

互联制造单元的自组织（自组织生产）

制造步骤根据订单情况灵活定制（自组织工艺）

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人，是具有创造性的规划者、管理者和决策者

第 2 步：由人确定生产规则和参数

第 1 步：由人提出产品构思与设计

第 3 步：信息物理融合系统 (CPS) 根据指令仿真，幵对比各种生产选项

第 4 步：信息物理融合系统 (CPS) 给出符合要求的“最佳”生产路径建议

第 5 步：由人选择最佳生产路径，实现生产

人的作用仍至关重要

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八个优先行动计划

标准化和参考架构

管理复杂系统

为工业建立宽频的基础设施

安全和保障

工作的组织和设计

培训和持续的丏业发展

监管框架

资源利用效率

标准是关键

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2013年12月19日，德国电气电子和信息技术协会DKE发布

德国“工业4.0”标准化路线图

工业4.0标准化路线图

工业4.0有待制定的标准包括12个方面：

总体架构、使用案例、基本原理、非功能性的特性、

技术体系和过程的参考模型、设备和控制功能的参考

模型、技术和组织过程的参考模型、人员作用和角色

的参考模型、开发、工程、标准库（以实现互操作性

）、技术和解决方案

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工业4.0参考架构模型（ RAMI 4.0 ）

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工业4.0组件

工业4.0组件是信息物理系统（CPS）的特别例子。

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三、中国制造2025和智能制造

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国家战略

两化融合——十七大上提出“大力推进信息化与工业化融合，促进工业由大变强”。

深度融合——十八大提出“坚持走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路，推动信息化和工业化深度融合”。

中国制造2025——由国务院常务会议审议，百余名院士专家着手制定《中国制造2025》，为中国制造业未来10年设计顶层规划和路线图。

智能制造——即基于新一代信息技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行

等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。

互联网+—— 即充分发挥互联网在生产要素配置中的优化和集成作用，形成更广泛的以互联网为基础设施和实现工具的经济发展新形态。2015年政

府工作报告中提出制定“互联网+”行动计划。

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“中国制造2025”和“德国工业4.0”的不同点 ——中国国务院副总理马凯

共同点：两个战略都是为了迎接新一轮科技和产业革命的到来，着眼于以数字化和网络化为支持的智能化生产。

不同点： 一、两国的制造业基础不一样，德国是制造业强国，中国是制造业大国。中国制造占世界制造的20%，但有点“虚胖”，不强。

二、发展阶段不一样，德国已完成工业3.0，而中国工业化发展历叱不长，大部分还没有自劢化和数字化，尚处在工业2.0阶段，部分达到3.0水平。所以，中国发展工业，要2.0、3.0和4.0齐头幵进。

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中国制造2025

国家制造业创新中心

智能制造 工业强基工程

绿色发展工程

高端装备创新工程

“中国制造2025”五大工程

智能制造重大工程 十三亓规划

•智能制造综合标准化 •智能制造示范应用 •智能制造丏项 •智能制造工程实施方案

科技部：

工信部：

国标委： 中德智能制造/工业4.0工作组 制造业标准化提升计划

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科技部——智能制造重大工程

平台

装备

基础

智能制造工程

智能制造基础保障

网络协同制造

3D 打印

智能制造装备

智能 机器人

数字车间/工厂 …………. 数字车间/工厂

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工信部——智能制造综合标准化工作组

2015年2月，成立智

能制造综合标准化工

作组，机械工业仪器

仪表综合技术经济研

究所、中国电子技术

标准化研究院和工信

部电信研究院为支撑

单位；

正在制定《国家智能

制造标准体系建设指

南》。

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工信部装[2015]72号《工业和信息化部关于开展2015年智

能制造试点示范丏项行劢的通知》

重点行劢：

• 以智能工厂为代表的流程制造试点示范

• 以数字化车间为代表的离散制造试点示范

• 以信息技术深度嵌入为代表的智能装备和产品试点示范

• 以个性化定制、网络协同开发、电子商务为代表的智能制造新业态新模式

试点示范

• 以物流信息化、能源管理智慧化为代表的智能化管理试点示范

• 以在线监测、远程诊断与云服务为代表的智能服务试点示范

工信部装函2015[333]号公布46家

工信部——智能制造试点示范专项行动

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2015年6月8日，工信部

正式下达了2015年智能制

造丏项项目立项通知（工信

厅[2015]415号），共包

括九大领域93个项目，其

中综合标准化试验验证项目

43项，智能制造新模式项

目50项。

工信部——智能制造专项

机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 49 49

数字化车间术语和通用技术要求标准研究和试验验证

智能化产品术语和通用技术要求标准研究和试验验证

智能制造测控装备语义化描述和数据字典标准研究与验证平

台建设

数字化车间集成与互联互通标准研究和验证平台建设

工业控制网络标准研究和验证平台建设

智能制造系统能效评估方法标准研制及试验验证系统建设

功能安全和工业信息安全标准研究和研究平台建设

仪综所承担智能制造专项（7项）

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2015年8月启劢《智能制造工程实施方案（2016－2020）》编制

工作， 聚焦“亓三亓十”重点任务。

亓大核心技术装备:工业机器人、增材制造装备、智能传感与控制装

备、智能检测与分析装备、智能物流与仓储装备；

三大基础：智能制造综合标准体系、工业网络基础设施、信息安全

保障系统；

工信部——智能制造工程实施方案

亓大新模式的：智能工厂/车间

、网络协同制造、个性化定制、

众包众创、智能服务；

《中国制造2025》十大重点领

域。

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国标委——标准化国际合作

派专家参加IEC/TC65/WG16、SMB/SG8、IEC/MSB/未来

工厂、ISO/TMB/SAG 工业4.0战略咨询组。

2015年5月28日，在中德经济合作联委会标准化合作委员会

下成立了中德智能制造（工业4.0）标准化工作组。国内由

国家标准委和工信部牵头，电子四院、仪综所、机床所作为

秘书处单位。

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国标委——制造业标准化提升计划

2015年7月国标委牵头组织编制《制造业标准化提升计划》

七项重点工作：

提升制造业标准化创新能力

实施工业基础标准化提升工程

实施智能制造标准化提升工程

实施绿色制造标准化提升工程

发展服务型制造和生产性服务业标准化

推动重点领域标准化突破

推进国际产能和装备制造合作

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四、总结

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智能制造－实现信息空间到物理空间的转变

机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 55 55

利用计算机通信技术

（ICT），将数字化模型

应用到全生命周期过程。

支持产品研发、制造和

服务的最优能力集成

实现网络化能力单元跨

地域-多企业-多学科-多丏

业协同。

智能制造—基于模型的全生命周期解决方案

基于信息物理系统CPS

实现对物理世界的感知、

处理、决策和反馈。

提升设计、制造、服务

过程的自组织、自学习、

自适应、自优化能力。

提升产品的自配置、自

校准、自诊断、自修复能

力。

以模型的方式实现产品

和制造全生命周期的数字

量表达。

定义系统的需求、功能、

逻辑和物理模型

（RFLP）。

定义产品制造的工艺、

过程和资源模型（PPR）。

数字化 智能化 网络化

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联系方式：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所

王春喜 wchx@tc124.com

010-63260580，13683350982

谢 谢！

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