GB/T 43436-2023 智能工廠 面向柔性制造的自動化系統(tǒng) 通 用要求（正式版）

ICS25.040GB/T43436—2023智能工廠面向柔性制造的自動化系統(tǒng)通用要求國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會IGB/T43436—2023 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 1 1 15設(shè)備信息模型 25.1基本要求 25.2基本屬性 35.3控制模型 45.4仿真模型 55.5調(diào)度模型 56快速開發(fā)要求 56.1功能描述 56.2邏輯接口配置要求 66.3物理接口配置要求 67虛擬調(diào)試要求 67.1功能描述 67.2設(shè)備驗證規(guī)范 77.3靜態(tài)屬性驗證 77.4動態(tài)行為驗證 88柔性運行要求 88.1功能描述 8 98.3任務(wù)重調(diào)度 98.4設(shè)備柔性運行 9ⅢGB/T43436—2023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)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。本文件由全國工業(yè)過程測量控制和自動化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC124)歸口。本文件起草單位：中國科學(xué)院沈陽自動化研究所、機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所、華南理計院集團有限公司、成都秦川物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司。1GB/T43436—2023面向柔性制造的自動化系統(tǒng)通用要求1范圍要求等。本文件適用于面向柔性制造的自動化系統(tǒng)，也適用于對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)進行個性化定制生產(chǎn)的升級改造。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文本文件。GB/T38177—2019數(shù)控加工生產(chǎn)線柔性制造系統(tǒng)3.13.2由計算機信息控制系統(tǒng)和物料自動儲運系統(tǒng)有機結(jié)合，按任意順序加工一組不同工序與加工節(jié)拍3.3柔性制造線flexiblemanufact3.44總體原則和要求2GB/T43436—2023的技術(shù)要求。柔性制造系統(tǒng)的要求應(yīng)符合GB/T38177—2019的規(guī)定。面向柔性制造的自動化系統(tǒng)開發(fā)過程如圖1所示。步驟1:快速開發(fā)基本屬性步驟3:柔性運行接入策略評估重規(guī)劃調(diào)度步驟2:虛擬調(diào)試靜態(tài)屬性驗證控制模型柔性制造線修正程序程序圖1面向柔性制造的自動化系統(tǒng)開發(fā)過程面向柔性制造的自動化系統(tǒng)開發(fā)過程包括快速開發(fā)、虛擬調(diào)試和柔性運行三個步驟，從而實現(xiàn)即插即生產(chǎn)：——快速開發(fā)基于控制模型開展，通過對控制模型邏輯變量、控制參數(shù)、物理接口等自動關(guān)聯(lián)和配置，實現(xiàn)設(shè)備控制程序快速開發(fā)，相關(guān)技術(shù)和方法符合第6章要求；——虛擬調(diào)試基于仿真模型開展，采用虛擬仿真或形式化驗證等非物理手段，對設(shè)備靜態(tài)屬性和動態(tài)行為進行驗證和迭代修正，相關(guān)技術(shù)和方法符合第7章要求；——柔性運行基于調(diào)度模型開展，在設(shè)備動態(tài)接入和初始化基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備能力和狀態(tài)為其調(diào)度分配生產(chǎn)任務(wù)，相關(guān)技術(shù)和方法符合第8章要求。面向柔性制造的自動化系統(tǒng)開發(fā)以設(shè)備信息模型為基礎(chǔ)。設(shè)備信息模型為快速開發(fā)、虛擬調(diào)試和柔性運行提供相關(guān)的設(shè)備基本屬性、控制模型、仿真模型和調(diào)度模型等。5設(shè)備信息模型為支持即插即生產(chǎn)定義了柔性制造系統(tǒng)的設(shè)備信息模型，該模型為快速開發(fā)、虛擬調(diào)試、柔性運行級等信息，支持設(shè)備基本屬性的精確描述，并據(jù)此定義柔性制造線內(nèi)模塊化設(shè)備組合結(jié)構(gòu)關(guān)系，支持對擬調(diào)試和柔性運行等工程流程。設(shè)備信息模型的基本要求如圖2所示。3基本屬性控制模型仿真模型調(diào)度模型GB/T43436—2023基本屬性控制模型仿真模型調(diào)度模型能力層級模型接口業(yè)務(wù)流程邏輯生產(chǎn)工藝圖2設(shè)備信息模型基本要求示意圖基本屬性是對模塊化設(shè)備的能力及參數(shù)等基本屬性信息進行定義，并依據(jù)能力的分類和組合建立柔性制造線內(nèi)設(shè)備之間的層次組合關(guān)系?？刂颇Ｐ椭С謱υO(shè)備控制邏輯的定義，對外提供控制模型的配置接口，支持通過控制模型自動配置方式快速開發(fā)設(shè)備控制程序。仿真模型包括設(shè)備三維幾何模型、運動學(xué)模型、業(yè)務(wù)流程邏輯等模型信息，支持通過虛擬仿真或形式化驗證等非物理手段驗證設(shè)備是否滿足要求。調(diào)度模型包括生產(chǎn)調(diào)度任務(wù)需求、生產(chǎn)工藝和設(shè)備配置等模型信息，使得設(shè)備上線后自動發(fā)布配置5.2基本屬性設(shè)備參數(shù)是對設(shè)備的基本描述，如尺寸參數(shù)、運動參設(shè)備能力是設(shè)備功能和性能的綜合表征，能力分類主要包括以下幾方面。-—物流能力，對產(chǎn)品進行運輸操作，如上料、轉(zhuǎn)運、入庫等。物流能力不改變產(chǎn)品的形態(tài)，僅改變產(chǎn)品的位置或姿態(tài)。設(shè)備能力層級分為基本能力和組合能力，多個基本能力應(yīng)能夠組合形成相應(yīng)的組合能力。根據(jù)這種能力的層級組合關(guān)系，應(yīng)能夠描述相應(yīng)設(shè)備的模塊化組合關(guān)系。組合能力可完全由基本能力構(gòu)成，也可由組合能力和基本能力混合構(gòu)成，如機器人設(shè)備的產(chǎn)品上料能力應(yīng)由夾爪和機械臂的抓取、移動、釋放等基本能力按照先后次序組合而成。4GB/T43436—2023基本設(shè)備是不可拆分組合的最小層級的生產(chǎn)設(shè)備，可獨立執(zhí)行相對完整的生產(chǎn)任務(wù)。基本設(shè)備應(yīng)與基本能力對應(yīng)。生產(chǎn)工位應(yīng)由多個基本設(shè)備構(gòu)成，其構(gòu)成設(shè)備在工位內(nèi)部相互協(xié)作，共同完成特定生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)。如執(zhí)行沖壓工藝環(huán)節(jié)的生產(chǎn)工位由機器人和沖壓設(shè)備構(gòu)成，它們相互協(xié)作完成工件的上下料和沖壓操作。生產(chǎn)工位應(yīng)與組合能力對應(yīng)。柔性制造線應(yīng)由多個生產(chǎn)工位構(gòu)成，通過物流設(shè)備完成生產(chǎn)工位之間的物料轉(zhuǎn)運連接，能夠按照產(chǎn)品工藝要求執(zhí)行完整的產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)。5.3控制模型需定義的設(shè)備狀態(tài)主要包括：——啟動，設(shè)備接入柔性制造線并完成內(nèi)部初始化；——運行，設(shè)備的制造能力被參數(shù)化配置并調(diào)用，將對產(chǎn)品執(zhí)行加工工藝序列；——暫停，設(shè)備進入運行狀態(tài)后，由于受到工作流編排或人為干預(yù)因素而暫停正在執(zhí)行的加工任務(wù)；——掛起，設(shè)備進入啟動狀態(tài)后，如果當(dāng)前由于未被指派加工任務(wù)或相關(guān)加工任務(wù)已完成，正在等待下一個任務(wù)分配；——維護，設(shè)備因達到維保周期閾值或進行預(yù)測性維護而無法參與生產(chǎn)制造工作。需定義的狀態(tài)轉(zhuǎn)換主要包括不同狀態(tài)之間可能的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以及狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的觸發(fā)條件?？刂颇Ｐ臀锢斫涌趹?yīng)支持設(shè)備傳感器信號的讀取和執(zhí)行器驅(qū)動指令的下達。應(yīng)在物理接口聲明與設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)相關(guān)的模型感知變量，以及驅(qū)動設(shè)備執(zhí)行器的模型指令變量、支持通過感知變量和指令變量的快速配置實現(xiàn)設(shè)備傳感器和執(zhí)行器的集成?？刂颇Ｐ瓦壿嫿涌趹?yīng)支持自動化系統(tǒng)的控制模型對設(shè)備控制能力的調(diào)用。應(yīng)在設(shè)備邏輯接口中聲明啟動、暫停設(shè)備控制功能的邏輯變量，以及影響設(shè)備控制過程特性的相關(guān)控制參數(shù)，支持通過邏輯變量和控制參數(shù)的自動配置實現(xiàn)設(shè)備控制程序快速開發(fā)。5GB/T43436—20235.4仿真模型三維幾何模型應(yīng)對設(shè)備本身的三維幾何特征進行數(shù)字化描述。對于含有運動部件的設(shè)備，應(yīng)通過運動學(xué)模型描述其運動學(xué)特性。應(yīng)采用工作流的方式，對設(shè)備業(yè)務(wù)流程序列進行描述。5.5調(diào)度模型訂單是用戶對產(chǎn)品的期望描述，應(yīng)包含被加工產(chǎn)品的種類和數(shù)量，且能被轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品被加工時所需的工藝信息。物料信息應(yīng)能夠描述柔性制造線物料的批次和種類，用于支持物料的庫存管理。調(diào)度計劃應(yīng)能夠?qū)Ρ患庸ぎa(chǎn)品的所需工藝與設(shè)備資源形成指派關(guān)系，其作為調(diào)度的結(jié)果應(yīng)能夠?qū)⒂媱潏?zhí)行表與設(shè)備進行關(guān)聯(lián)映射，并在生產(chǎn)過程中維護一個計劃執(zhí)行表與設(shè)備的映射關(guān)系。計劃執(zhí)行表應(yīng)能夠描述被加工產(chǎn)品所需工藝的若干計劃執(zhí)行步驟及其計劃執(zhí)行的索引。計劃執(zhí)行步驟應(yīng)能夠描述設(shè)備參數(shù)配置以及下一步計劃執(zhí)行步驟所需要的指定設(shè)備。對于有多種可能的計劃執(zhí)行步驟，還應(yīng)包含備選的設(shè)備參數(shù)配置。配置需求應(yīng)能夠描述完成某種特定工藝所需要的設(shè)備能力。配置需求和能力配置應(yīng)匹配一致。能力配置是描述設(shè)備能力的參數(shù)配置，可根據(jù)工藝性能進行計算后對設(shè)備參數(shù)進行優(yōu)化賦值。性能指標(biāo)應(yīng)包含于能力配置中，用于判斷設(shè)備性能是否滿足加工任務(wù)的需求。6快速開發(fā)要求6.1功能描述為實現(xiàn)控制程序快速開發(fā)，應(yīng)在設(shè)備的控制模型邏輯接口與自動化系統(tǒng)的控制模型相關(guān)聯(lián)的變量6GB/T43436—2023和參數(shù)之間，以及設(shè)備的控制模型物理接口與設(shè)備傳感器/執(zhí)行器相關(guān)聯(lián)的物理地址之間，定義關(guān)聯(lián)映射規(guī)則集合；應(yīng)給定設(shè)備的控制模型、自動化系統(tǒng)的控制模型和傳感器/執(zhí)行器，基于上述規(guī)則集合進行推理，支持相關(guān)變量之間的自動映射匹配，實現(xiàn)物理接口和邏輯接口的自動配置?？焖匍_發(fā)的功能如圖3所示?！み壿嬜兞筷P(guān)聯(lián)設(shè)備控制模型執(zhí)行器傳感器執(zhí)行器傳感器圖3快速開發(fā)功能示意圖6.2邏輯接口配置要求通過定義自動化系統(tǒng)的控制模型和設(shè)備的控制模型邏輯接口相關(guān)變量之間的映射匹配規(guī)則，應(yīng)實現(xiàn)對給定的自動化系統(tǒng)的控制模型變量和設(shè)備的控制模型變量之間的自動關(guān)聯(lián)配置，支持設(shè)備的控制模型邏輯變量自動配置。通過定義設(shè)備的控制模型參數(shù)與產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)和生產(chǎn)工藝參數(shù)之間的映射匹配規(guī)則，應(yīng)實現(xiàn)根據(jù)給定的產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)工藝參數(shù)，對設(shè)備的控制模型參數(shù)進行自動配置。6.3物理接口配置要求通過定義設(shè)備的控制模型物理接口相關(guān)變量與設(shè)備傳感器/執(zhí)行器之間建立映射匹配規(guī)則，應(yīng)實現(xiàn)根據(jù)給定的設(shè)備傳感器和執(zhí)行器物理地址，與物理接口中的感知變量和指令變量進行自動匹配。7虛擬調(diào)試要求7.1功能描述針對已經(jīng)開發(fā)的設(shè)備控制程序，虛擬調(diào)試采用虛擬仿真或形式化驗證等非物理手段，對其是否滿足柔性制造系統(tǒng)要求進行驗證。7GB/T43436—2023虛擬調(diào)試應(yīng)圍繞設(shè)備靜態(tài)屬性和動態(tài)行為開展驗證。其中，靜態(tài)屬性驗證是檢驗設(shè)備的靜態(tài)結(jié)構(gòu)、功能屬性等是否滿足設(shè)備驗證規(guī)范中的屬性邊界條件約束。通常，需要判定具體設(shè)備屬性實例是否位于驗證規(guī)范定義的合理區(qū)間內(nèi)。動態(tài)行為驗證檢驗設(shè)備操作流程和控制行為等動態(tài)過程是否滿足設(shè)備驗證規(guī)范的要求。通常采用狀態(tài)模型或者定理證明等方法驗證動態(tài)行為過程中是否存在設(shè)備驗證規(guī)范中不應(yīng)出現(xiàn)的狀態(tài)。虛擬調(diào)試的功能描述如圖4所示。虛擬調(diào)試的功能描述如圖4所示。運動干涉驗證工藝流程驗證仿真模型空間T涉驗證接口兼容驗證驗證方法圖4虛擬調(diào)試功能示意圖7.2設(shè)備驗證規(guī)范靜態(tài)數(shù)值區(qū)間限定了設(shè)備的功能、屬性、結(jié)構(gòu)等靜態(tài)對象的合理數(shù)值區(qū)間，并支持靜態(tài)屬性驗證。械和電氣接口等技術(shù)參數(shù)范圍。動態(tài)狀態(tài)空間限定了設(shè)備運行過程中各類狀態(tài)允許的動態(tài)空間范圍，并支持設(shè)備動態(tài)行為驗證。間范圍，設(shè)備處理工件應(yīng)滿足的工藝步驟邏輯次序和工藝參數(shù)，以及控制邏輯狀態(tài)變量的合理值域和相應(yīng)的時間約束條件。應(yīng)對接入設(shè)備的靜態(tài)結(jié)構(gòu)是否與柔性制造系統(tǒng)發(fā)生干涉進行驗證。應(yīng)對接入設(shè)備的機械接口的尺寸和類型、電氣接口的電壓和方向，以及網(wǎng)絡(luò)通信接口的協(xié)議是否能夠與柔性制造系統(tǒng)兼容進行驗證。設(shè)備接入策略任務(wù)重調(diào)度設(shè)備柔性運行GB/T43436—2023設(shè)備接入策略任務(wù)重調(diào)度設(shè)備柔性運行7.4動態(tài)行為驗證針對帶有運動部件的設(shè)備，運動干涉驗證應(yīng)判定其運動過程可達的各個狀態(tài)位置是否在設(shè)備驗證規(guī)范限定的空間范圍內(nèi)。工藝流程驗證應(yīng)判定設(shè)備的工藝流程是否滿足設(shè)備驗證規(guī)范要求，如判定設(shè)備操縱工件的狀態(tài)、參數(shù)和邏輯次序等是否滿足設(shè)備驗證規(guī)范要求。邏輯正確性驗證是對設(shè)備控制邏輯變量的狀態(tài)是否滿足動態(tài)狀態(tài)空間范圍進行判定，如判定所有狀態(tài)是否可達、是否出現(xiàn)不確定性中間狀態(tài)等。時間特性驗證是對設(shè)備邏輯控制相應(yīng)狀態(tài)達到某個狀態(tài)的時間特性是否滿足要求進行驗證。8