1 背景 2013年 4月， 世界传统工业强国德国在汉诺威工业 博览会上正式推出了 “工业4.0” 的概念。 以网络/信息物 理系统 （CPS） 为核心的工业4.0将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， 被誉为是以智能制造为 主导的第四次工业革命。 这项由德国联盟教研部与联邦 经济技术部联手推动的战略性项目， 被看作是提振德 国制造业的有力催化剂， 也是全球制造业未来发展的 方向。 2013年9月德国联邦教育研究部发布了《实施工 业4.0战略的建议》[1]，确定了工业4.0优先开展的8个 关键领域，将标准化和参考框架列在首位。 2013 年 12 月德国电气电子和信息技术协会（ DKE ）发布了 首个《德国工业4.0标准化路线图》[2]，对德国的工业
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Standardization 工业4.0的理念源自工业技术与信息技术的融合。 信息技术方面的主要技术委员会是 ISO/IEC JTC1， 其 工作内容包括： 传感网络、 物联网、 远程通信和信息交 换、 数据管理、 用户接口、 IT信息安全等。 除上述几个重要的标准化组织外， 工业4.0 还涉及 IEC/TC3、 IEC/TC57、 IEC/TC121、 ISO/TC261等其他 IEC和ISO技术委员会， 同时需要协调ISA相关工作组、 IEEE 相关工作组， 甚至包括IIC、 OGC、 IETF、 W3C等 其他标准化组织。 4 工业4.0标准化需求 工业4.0的标准化需求主要包括12个方面： 1） 总体架构 工业4.0的首要任务是建立总体架构。 现有的特定 领域的参考模型主要是以功能或技术为主的。 近年来， 制造业的先进技术得到了快速发展， 对于工业4.0而言， 大部分技术已经是现成的了 ， 更多的不是技术创新， 而是观念、 服务和组织创新。 因此， 需要建立的总体架 构应该是面向服务的， 以自组织、 自适应和互操作为核 心。 2）使用案例 为明确工业4.0 技术发展和标准化工作的特定需 求， 需要定义能够反映各个领域工业4.0 特征的使用案 例。 而这些使用案例中所表现出的一致性对于标准化 工作而言具有非常重要的意义。 所选择的使用案例应 该属于泛型类型， 但是要包含特定技术和特定项目实 现所需的要素。 3）基本要素 基于共识的标准的一项重要内容是统一的术语和 IEC 60050系列标准已经规范了现有的术语 基本概念。 库。 对于工业4.0而言， 还需要根据新议题进行扩展。 关键模型描述了重要基础概念的共识， 并且长期 稳定。 过去人们常常忽视了关键模型的重要性， 但在工 业4.0中关键模型将发挥更重要的作用。 另一项非常重要的基本要素是语义描述方法。 特 别是对于广泛存在的接口问题、 产品特性描述， 以及不 同版本的信息交互， 目前缺乏统一的语义描述规范。 4） 非功能特性 工业4.0的对象是工业生产系统。 为了实现高效、 安 全和稳定的制造业， 除实际生产功能外， 还需要拥有一 系列管理性或工作流程相关的非功能特性。 这些非功 能特征往往是跨领域的。 全球信息网络的联通、 生产链 的跨领域规划、 业务过程的操作， 都需要非功能特性 的协调统一和标准化。 5）技术体系和过程的参考模型 参考模型是用于综合性描述应用领域中系统的主 要方面的模型， 包含系统的组织和技术状况。 参考模型
收稿日期：2015-6-11 项目来源：2013年度质检公益性行业科研专项（编号201310209） 作者简介： 汪烁，2013年毕业于北京航空航天大学仪器科学与技 术专业，硕士学位，现就职于机械工业仪器仪表综合技术经济 研究所，主要从事工业过程测量控制和自动化领域的国际标准 化工作。
4.0标准化工作进行顶层设计，并计划于2015 年下半 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发布第二版的路线图。 2 工业4.0国际标准化工作的重要性 德国工业4.0 计划的目标是从网络技术的广泛使 用、 技术与业务过程的集成、 物理实体的数字化映射 和虚拟化描述， 以及开发 “智能” 产品的机遇中探索制 造业未来的前景。 这需要大量观念的转变和技术的发 展。 而这些观念和技术在工程实践中的实现， 则依赖 于基于共识的标准做必要支撑。 工业4.0中需要实现跨 领域、 跨层次、 跨全生命周期的前所未有程度的系统集 成。 标准能够保障应用间的互操作性， 通过统一的安 全规范保护环境、 工厂 、 设备和用户 ， 提供产品开发的最 先进指导， 通过标准化的术语和定义协调所有相关方 面的通信。 也唯有标准才能够建立制造商和用户的信 心， 并对投资提供必要保障。 因此， 标准化工作对于工 业4.0未来工程的实现而言至关重要。 基于共识的国际标准可以通过不同的途径来建 立， 如图1所示。 制定过程起于对于标准化的特定需求， 这源于新技术的发展、 科研项目的成果、 新法规的要求 以及实际应用中的反馈。 国际标准制定主要有3种典型途径：
图1 国际标准制定的典型途径
1） 直接由国际标准化组织制定。 标准由该领域所 负责的国际标准化技术委员会及其各国对口的标准化 技术委员会共同制定。 比如IEC/TR 62794 “数字工厂” 标准由IEC/TC65/WG16（数字工厂工作组）制定， 在中 国由SAC/TC124（全国工业过程测量控制和自动化标准 化技术委员会） 负责。 2）基于国家标准制定国际标准。 首先由国家标准 化技术委员会进行标准研制， 然后提交给对口的国际标 准化技术委员会制定为国际标准。 比如IEC 62601 “工 业通信网络 现场总线规范 WIA-PA” 基于SAC/TC124 提交的标准提案， 最终制定为IEC国际标准。 3）由团体标准 / 协会规范转化为国际标准。 标准 本质上由团体/ 协会制定， 然后通过规定流程等同转化 为国际标准。 比如ISA S88批控制规范直接转化为IEC 61512国际标准， OPC UA规范直接转化为IEC 62541国 际标准。 3 工业4.0相关国际标准化组织 IEC是工业4.0国际标准化的主要阵地。 其中， IEC/ TC65作为从事工业过程测量控制和自动化领域的技术 委员会， 从2012年开始数字工厂国际标准的研制工作， 是开展工业4.0国际标准化的核心组织。 IEC/TC65具有 4个分技术委员会： SC65A “系统方面” 、 SC65B “测量 和控制设备” 、 SC65C “工业网络” 和SC65E “企业系统 中的设备和集成” ， 其工作内容都为工业4.0提供了重要 支撑。 为更有针对性的开展工业4.0 的标准体系研究， 2014 年 8月IEC/SMB（标准管理局）成立了SG8 “工业 4.0/ 智能制造” 战略工作组。 该工作组的 2位召集人均 来自IEC/TC65， 分别是 Alec McMillan先生和Ludwig Winkel先生。 此外， 2014年10月IEC/MSB （市场战略局） 启动 “未来工厂” 白皮书项目， 研究智能制造的市场需 求、 技术发展和长期规划。 SAC/TC124派专家参与了这 两个工作组的工作。 ISO作为国际标准化的重要组织， 也开展了工业4.0 方面的相关工作， 主要参与的是 ISO/TC184 “自动化系 统和集成” 技术委员会。 其分委会包括： SC1 “物理设 备控制” 、 SC2 “机器人和机器人设备” 、 SC4 “工业数 据” 、 SC5 “企业系统和自动化应用的互操作性、 集成和 架构” 。
【关键词】工业4.0 智能制造 国际标准化 数字工厂
Abstract:As a traditional powerful industrial country, Germany put forward the concept of “Industry 4.0” during the Hanover Messe in April 2013. It is regarded as the future development direction of the global manufacturing. Industry 4.0 requires the systems integration with an unprecedented degree which crosses areas, levels and life cycles. It depends on the necessary support from consensus-based standards. This paper starts with the background of Industry 4.0, introduces the importance of international standardization and the related international standardization organizations. The standards demand is analyzed from twelve aspects. And as the core of Industry 4.0 standards system, the standard of digital factory is introduced. At last, this paper combs current relevant standards for Industry 4.0 and the important developing standards. Key words:Industry 4.0 Smart Manufacturing International Standardization Digital Factory
标准化
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工业4.0的国际标准化工作
International Standardization of Industry 4.0 汪烁 李冀颖 刘奕宁 倪佳
（机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，北京市 100055） Wang Shuo Li Jiying Liu Yining Ni Jia (Instrumentation Technology & Economy Institute, Beijing 100055) 【摘 要】2013年4月，世界传统工业强国德国在汉诺威工业博览会上正式推出了“工业4.0”的概念，被