CCSL702024-03-18發(fā)布中國國際科技促進(jìn)會發(fā)布I III 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14離散制造生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集 25離散制造生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分析與可視化 66設(shè)備故障檢測與預(yù)測性維護(hù) 87產(chǎn)品質(zhì)量溯源 13本文件按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由河南科技大學(xué)提出。本文件由中國國際科技促進(jìn)會歸口。本文件起草單位：河南科技大學(xué)、龍門實(shí)驗(yàn)室、中航光電科技股份有限公司、中信重工機(jī)械股份有限公司、機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司、三六零數(shù)字安全科技集團(tuán)有限公司、洛陽理工學(xué)院、東南大學(xué)、河南群智信息技術(shù)有限公司。本文件主要起草人：張明川、吳慶濤、鄭瑞娟、冀治航、張波利、楊磊、劉勇、朱軍龍、余洋、魏寶、張建新、劉牧華、王國勇、趙旭輝、董璐、劉波、張晨璐、馮嘉美、張茉莉。為拓展離散制造產(chǎn)品質(zhì)量智能管控技術(shù)的應(yīng)用，以及進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)離散制造與信息技術(shù)緊密結(jié)合，同時(shí)為了順應(yīng)我國離散制造產(chǎn)品質(zhì)量管控技術(shù)的智能化提升和升級改造需求，本文件制定了離散制造產(chǎn)品質(zhì)量智能管控技術(shù)規(guī)范。本文件針對離散制造產(chǎn)品質(zhì)量管控，主要包括生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集（設(shè)備數(shù)據(jù)采集、物料生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分析與可視化、異常檢測（設(shè)備異常檢測、人員行為異常檢測）和設(shè)備預(yù)測性維護(hù)、產(chǎn)品質(zhì)量溯源等。1離散制造產(chǎn)品質(zhì)量智能管控技術(shù)規(guī)范本文件規(guī)定了離散制造產(chǎn)品質(zhì)量智能管控的術(shù)語和定義、離散制造生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集、離散制造生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分析與可視化、設(shè)備故障檢測與預(yù)測性維護(hù)、產(chǎn)品質(zhì)量溯源。本文件適用于離散制造的產(chǎn)品質(zhì)量智能管控。2規(guī)范性引用文件本文件沒有規(guī)范性引用文件。3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1離散制造discreteManufacturing離散制造是一種新的生產(chǎn)方式，其特點(diǎn)是產(chǎn)品由多個(gè)獨(dú)立的零部件組成，每個(gè)零部件的加工裝配過程獨(dú)立，最后經(jīng)過部件裝配和總裝配階段后形成最終成品。3.2質(zhì)量智能管控qualityIntelligentControl質(zhì)量智能管控是運(yùn)用人工智能、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和智能反饋，提高產(chǎn)品質(zhì)量水平的管理方法。3.3生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集productionProcessDataCollection生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集是指在生產(chǎn)過程中，使用各種傳感器、儀器或設(shè)備來收集有關(guān)生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)等方面的數(shù)據(jù)。3.4生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分析與可視化productionProcessDataAnalysisandVisualization生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分析與可視化是一種將生產(chǎn)過程中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究、理解和展示的方法。3.5質(zhì)量溯源技術(shù)qualityTraceabilityTechnology質(zhì)量溯源技術(shù)是一種通過獲取、追蹤和記錄產(chǎn)品生產(chǎn)和流通環(huán)節(jié)中的相關(guān)信息，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全，并提供透明度和可追溯性的技術(shù)手段。24離散制造生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集4.1設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求4.1.1生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求面向離散制造過程，本文件所提供的生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求如圖1所示。圖1生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求設(shè)備層利用網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（如TCP/IP）將設(shè)備層與協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊相連接，給每個(gè)生產(chǎn)設(shè)備均配備獨(dú)立的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊。語義規(guī)范層將從各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備中采集到的私有協(xié)議數(shù)據(jù)輸入到相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，建立數(shù)學(xué)模型并統(tǒng)一語義規(guī)范，之后將處理過的數(shù)據(jù)輸入到通信服務(wù)器并存儲。客戶層通過應(yīng)用層協(xié)議（如HTTP）客戶與應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行通信，并經(jīng)過交互界面向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送指令。應(yīng)用服務(wù)器尋址到對應(yīng)的通信服務(wù)器，調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)并返回給客戶。34.1.2檢測設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求面向離散制造過程，本文件所提供的檢測設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求如圖2所示。設(shè)備層根據(jù)檢測設(shè)備的特點(diǎn)采用網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（如TCP/IP）或通信接口（如USB）將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑z測數(shù)據(jù)采集端。語義規(guī)范層通過格式轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式數(shù)據(jù)，使其能被標(biāo)記語言（如XML）同一框架處理?？蛻魧油ㄟ^應(yīng)用層協(xié)議（如HTTP）客戶層與應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行交互。圖2檢測設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求4.2物料數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求面向離散制造過程，本文件所提供的物料數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求如圖3所示。4.2.1設(shè)備層包括倉儲貨架、AGV小車、各門類物料、自動堆垛機(jī)以及RFID標(biāo)簽等物料資源相關(guān)設(shè)備。44.2.2感知層利用RFID讀寫器、條碼掃描儀等智能感知設(shè)備，識別設(shè)備層的物料資源，并傳輸識別信息到通信層，同時(shí)將通信層指令數(shù)據(jù)寫入RFID卡內(nèi)。感知層通過通信接口（如RS-232）與通信層相連接。4.2.3通信層通過通信接口（如RS-232）與服務(wù)層相連，并利用無線通信（如ZigBee）主副模塊分別完成對數(shù)據(jù)的讀寫操作以及對RFID的識別。4.2.4服務(wù)層包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、RFID中間件服務(wù)器、企業(yè)物料管理系統(tǒng)、交換機(jī)等組件，其中數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲和管理物料資源的相關(guān)數(shù)據(jù)，RFID中間件服務(wù)器負(fù)責(zé)處理RFID數(shù)據(jù)，交換機(jī)則用于將各個(gè)組件進(jìn)行互聯(lián)并形成車間局域網(wǎng)。圖3物料數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求4.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求面向離散制造過程，本文件所提供的產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求如圖4所示。54.3.1采集工序零部件信息采用條碼掃描、RFID、機(jī)器視覺等技術(shù)獲取工序零部件信息。4.3.2監(jiān)測工序節(jié)點(diǎn)質(zhì)量信息利用數(shù)字化檢測設(shè)備獲取零部件的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測零部件生產(chǎn)過程中各個(gè)工序節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量控制狀態(tài)。4.3.3關(guān)聯(lián)工序零部件與質(zhì)量信息將工序零部件信息與質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，之后通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)將生產(chǎn)過程質(zhì)量信息傳輸至質(zhì)量數(shù)據(jù)庫圖4產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求4.4人員數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求面向離散制造過程，本文件提供的人員數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求如圖5所示。4.4.1前端視頻數(shù)據(jù)采集通過網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)對監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)采集。64.4.2視頻數(shù)據(jù)傳輸視頻數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)線、光纖、視頻線、交換機(jī)等設(shè)備組成。通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將前端監(jiān)控設(shè)備中的視頻數(shù)據(jù)傳送到后端監(jiān)控中心進(jìn)行視頻顯示和存儲。4.4.3后端視頻監(jiān)控中心將前端采集的視頻數(shù)據(jù)通過解碼轉(zhuǎn)化為圖像信號傳送到監(jiān)視器上顯示出來，同時(shí)對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。圖5人員數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求5離散制造生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分析與可視化5.1離散制造車間數(shù)據(jù)分析技術(shù)要求5.1.1離散制造車間主要數(shù)據(jù)離散制造車間主要數(shù)據(jù)如圖6所示。7圖6離散制造車間主要數(shù)據(jù)5.1.2離散制造車間數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)預(yù)處理采用數(shù)據(jù)過濾、噪聲清洗等方法將容量大、價(jià)值密度低的制造過程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)過程分析可用的數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)統(tǒng)一區(qū)間縮放采用歸一化等方法將數(shù)據(jù)映射到一個(gè)共同的數(shù)值范圍內(nèi)，以滿足后續(xù)數(shù)據(jù)分析任務(wù)的要求。8數(shù)據(jù)分析采用機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等方法從制造大數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)有價(jià)值的信息，獲取離散制造生產(chǎn)過程中的潛在規(guī)律。5.2離散制造車間數(shù)據(jù)可視化技術(shù)要求根據(jù)不同制造要素的特點(diǎn)使用折線圖、直方圖、環(huán)形圖等不同的可視化方式來展示其狀態(tài)變化情況，表1不同制造要素統(tǒng)計(jì)結(jié)果可視化方式6設(shè)備故障檢測與預(yù)測性維護(hù)6.1設(shè)備異常檢測方法及處理技術(shù)要求本文件所提供的設(shè)備故障檢測流程如圖7所示。6.1.1數(shù)據(jù)收集收集設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，如傳感器數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)等信息，具體方法可參見4.1節(jié)。圖7設(shè)備故障檢測流程6.1.2數(shù)據(jù)預(yù)處理對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等操作，其有助于減少數(shù)據(jù)噪聲、提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和降低計(jì)算成本。具體方法可參見5.1節(jié)。96.1.3模型訓(xùn)練利用支持向量機(jī)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、最近鄰等機(jī)器學(xué)習(xí)方法，對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練與分析，建立設(shè)備異常檢測模型。6.1.4故障檢測利用設(shè)備異常檢測模型，對生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在離散制造車間中，具體的檢測方法應(yīng)根據(jù)場景和設(shè)備而定，表2列舉了一些常用的檢測方法，表3列舉了一些常用的設(shè)備異常情況與對應(yīng)的解決技術(shù)要求。表2部分設(shè)備異常檢測技術(shù)要求值值表3設(shè)備異常解決技術(shù)要求6.2人員行為異常檢測方法及處理技術(shù)要求在離散制造車間場所中，對人員異常行為進(jìn)行辨識，可降低異常事件的發(fā)生。本文件所提供的人員行為異常檢測流程如圖8所示。圖8人員行為異常檢測流程6.2.1數(shù)據(jù)收集收集人員視頻的實(shí)時(shí)行為數(shù)據(jù)，如傳感器數(shù)據(jù)、攝像頭數(shù)據(jù)等信息，具體方法可參見4.4節(jié)。6.2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等操作，其有助于減少數(shù)據(jù)噪聲、提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和降低計(jì)算成本。具體方法可參見5.1節(jié)。6.2.3模型訓(xùn)練利用自編碼器、生成對抗網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)方法，對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練與分析，建立人員行為異常檢測模型。6.2.4行為異常檢測利用人員行為異常檢測模型，對操作人員的行為數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，監(jiān)測人員的行為狀態(tài)。在離散制造生產(chǎn)過程中，針對不同的人員行為異常，可采取相應(yīng)的解決技術(shù)要求。本文件所提供的人員行為異常解決技術(shù)要求如表4所示，具體技術(shù)要求如下：表4人員行為異常解決技術(shù)要求6.3設(shè)備預(yù)測性維護(hù)方法及處理技術(shù)要求設(shè)備運(yùn)行時(shí)，對設(shè)備進(jìn)行周期性、連續(xù)性的狀態(tài)檢測和故障診斷活動，判斷設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，并預(yù)測設(shè)備的未來狀態(tài)，制定預(yù)測性維護(hù)計(jì)劃，確定設(shè)備的維護(hù)時(shí)間、內(nèi)容、方式、方法、技術(shù)和物資。6.3.1預(yù)測性維護(hù)流程包括數(shù)據(jù)采集和處理、健康度預(yù)測、維護(hù)管理與執(zhí)行階段。本文件所提供的預(yù)測性維護(hù)流程如圖9所示。圖9預(yù)測性維護(hù)流程圖6.3.2設(shè)備健康度的預(yù)測通常包括訓(xùn)練和預(yù)測兩個(gè)階段。本文件所提供的健康度預(yù)測流程如圖10所示。圖10健康度預(yù)測流程圖模型訓(xùn)練利用數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練與分析，建立預(yù)測模型。健康度預(yù)測利用預(yù)測模型，對生產(chǎn)設(shè)備的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，判斷設(shè)備未來的變化趨勢，提前預(yù)測故障可能發(fā)生的趨勢和未來設(shè)備的健康度。6.3.3設(shè)備維護(hù)在維護(hù)管理與執(zhí)行階段，需要根據(jù)設(shè)備的健康度預(yù)測結(jié)果，制定維護(hù)計(jì)劃并執(zhí)行維護(hù)操作。本文件所提供的設(shè)備維護(hù)流程如圖11所示。圖11設(shè)備維護(hù)流程圖制定維護(hù)計(jì)劃根據(jù)健康度預(yù)測結(jié)果，將預(yù)測結(jié)果與離散制造車間設(shè)備執(zhí)行管理進(jìn)行結(jié)合，制定維護(hù)的策略。實(shí)施維護(hù)操作根據(jù)維護(hù)計(jì)劃，監(jiān)控計(jì)劃的操作執(zhí)行。記錄維護(hù)過程根據(jù)維護(hù)操作，記錄維護(hù)的實(shí)施過程。評估維護(hù)效果根據(jù)維護(hù)記錄，建立一個(gè)完善的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，利用收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并建立預(yù)測模型以評估設(shè)備的健康狀況和故障風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)分析結(jié)果和合作反饋，不斷優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃。7產(chǎn)品質(zhì)量溯源7.1產(chǎn)品記錄管理辦法產(chǎn)品質(zhì)量溯源技術(shù)包括采集、記錄、分析和追溯相關(guān)信息。建立和實(shí)施產(chǎn)品質(zhì)量管理辦法，對產(chǎn)品生產(chǎn)過程進(jìn)行全面管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量溯源。本文件所提供的產(chǎn)品記錄管理辦法分為三類。7.1.1批次管理法根據(jù)原材料、生產(chǎn)過程工單等，將過程中的批次號依次傳遞并存檔。7.1.2日期管理法對于連續(xù)性離散生產(chǎn)過程的產(chǎn)品，采用生產(chǎn)、出入庫的日期來追溯質(zhì)量狀態(tài)。7.1.3連續(xù)序號管理法根據(jù)產(chǎn)品品號追溯產(chǎn)品的質(zhì)量檔案。7.2溯源技術(shù)將上述三個(gè)管理方法作為基礎(chǔ)，為產(chǎn)品質(zhì)量追溯提供完善的方法支撐。本文件所提供的產(chǎn)品質(zhì)量溯源技術(shù)要求流程如圖12所示。圖12產(chǎn)品質(zhì)量溯源技術(shù)要求流程圖7.2.1原材料數(shù)據(jù)管理實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品入庫明細(xì)表，記錄該產(chǎn)品物料規(guī)格、物料數(shù)量等基礎(chǔ)信息，同時(shí)記錄批次入庫時(shí)間；實(shí)現(xiàn)庫存材料出入庫單，記錄原材料批次信息，為后續(xù)的質(zhì)量異常問題追溯提供依據(jù)。7.2.2離散生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理將人員信息、設(shè)備信息以及生產(chǎn)過程信息完成記錄。從而在產(chǎn)品制造階段，針對設(shè)備及人員行為的異常問