ICS25.040 CCS N 10
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T41255—2022
智能工厂 通用技术要求
Smart factoryGeneral technical requirements
2022-03-09发布
2022-10-01实施
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T41255—2022
目 次
前言 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 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 8智能物流 8.1 关键要素 8.2 技术要求 9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
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14 GB/T 41255—2022
前言
本文件按照GB/T1.1—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司、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：王英、王嘉宁、董健、游和平、张晋宾、黄庆卿、吴亮红、张兆云、王春喜、韦莎、 梅军、陈廷炯、黄云鹰、陈春林、昌晓锋、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
1 GB/T41255—2022
智能工厂 通用技术要求
1范围
本文件规定了智能工厂的总则、智能设计、智能生产、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。
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/T23331—2020 能源管理体系要求及使用指南 GB/T24001一2016环境管理体系要求及使用指南 GB/T37393—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)
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
智能工厂smartfactory 在数字化工厂的基础上，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。
L来源：GB/T18725一2008，3.206，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。
1 GB/T41255—2022
4缩略语
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人（ObjectLinkingandEmbeddingforProcessControl) OPCUA:OPC统一架构（OPCUnifiedArchitecture) VR：虚拟现实（VirtualReality） WMS：仓储管理系统（WarehouseManagementSystem）
5总则
5.1总体框架
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、分析与决策，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。
智能工厂安全要求
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智能管理
工
智能设计数字化设计 【仿真优化 .....
- 智 --
智能物流
智能生产生产计划 【生产执行
:建设规 1 划
【智熊仓储 能 - 【智能配送 - 服
:
- 务
--
-
++++
集成优化
-.
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体。智能工厂关键技术之间形成的数据流如图2所示。
2 GB/T41255—2022
客户、供应商信息
厂级产品、生产、管理信息
智能管理
生产可视化信息
产品设计设计需求信息 （客户需求）
/能效信息 生产优化信息 /物流协调计划
物料库 物料齐存信息 套信息
智能生产
智能设计 +生产动态信息
物料配送信息
广海 #
智能物流
H
数字化车间
图2 智能工厂关键技术和数据流示意图
5.2基本要素
智能工厂的基本要素如下 a）数字化：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）。 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
b）
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智能设计
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。
3 GB/T41255—2022
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兀余性。 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。
设计方法数字设计虚拟设计
自上而下的设计
动态优化设计
仿真优化
模块化设计
面向全生命周期的并行/协
基于大数据分析/知识工程的设计与优化
面向制造和装配的设计
设计标准化
同设计
工艺设计
产品设计
工艺仿真 工艺 工艺设计数据-
性能设计性能仿真 性能
模型利
生产动态信息优化信息
模型和
艺定义 文档
设计需求（客户需求）
性能定义 文档
设计数据
功能定义
试验设计
结构设计
一在制品生产信息
结构设计 结构 设计数据 试验设计
试验设计数据— 试验实时信息优化信息
试验模型和
模型利
结构仿真 文档
试验仿真
知识工程/制造大数据/产品生产周期
知识工程
制造数据
产品生命周期数据
热处理知
设备 生产 产品
故障 维修 寿命数据 数据 数据
财料 加工
能力 质量数据 数据
数据
知设
图3 智能设计示意图
4 GB/T41255—2022
6.2技术要求
6.2.1基本设计要求 6.2.1.1数字设计和虚拟设计
应按ISO16792：2015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—2010和GB/T36457—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，考虑模块系列未来的扩展和向专用、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/工艺属性信息传递的定义。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。
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