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1、钢铁工业智能制造体系架构白皮书（征求意见稿）编制说明一、工作简况在中国科协“钢铁工业智能制造协同创新”课题的支持下，中国 金属学会组织中国金属学会智能制造标准化技术委员会组织编写了 钢铁工业智能制造体系架构白皮书（征求意见稿）。2017年6月-2018年6月，中国金属学会委托冶金自动化研究设计 院组织对钢铁工业智能制造需求、目前管控体系架构的问题调研、研 讨，明确了钢铁工业智能制造体系架构制定的可行性与方向。2018年7月，钢铁工业智能制造体系架构工作组启动标准编制工 作。在中国金属学会的组织下，冶金自动化研究设计院联合河北钢铁 集团唐山钢铁公司、东北大学、山东钢铁集团日照钢铁公司、宝武钢 铁
2、集团宝钢研究院等单位专家组成标准编制组，结合前期调研结果， 经过对标准编制思路的深入讨论和意见征求，确定了本标准的整体框 架和编制思路，并正式启动标准草案编制工作；2018年11月形成标准 初稿，经过编制组专家多次技术讨论、修改，2019年10月形成征求意 见稿。主要起草人：孙彦广、高怀、赵振锐、李鸿儒、范鹍、杜斌。二、编制原则和主要内容及解决的主要问题1、编制原则本白皮书属于钢铁工业智能制造基础共性方面的参考指南，以自 主编写的方式完成，主要编制原则如下：坚持标准引领的原则。标准编制组依据中国智能制造系统架构的 顶层设计要求，结合钢铁工业可持续发展和转型升级需求，通过研究 钢铁工业智能制造的
3、现状基础、概念内涵、构成要素、应用场景、发 展趋势，以凝聚共识、统一认识, 构建钢铁工业智能制造体系结构, 为钢铁企业的智能制造系统顶层设计提供指导。坚持系统化的原则。采用TOGAF (The Open Group Architecture Framework)体系架构研究方法，借鉴国内外智能制造体系架构方面 研究成果，结合钢铁工业特点和智能制造需求,贯彻业务集成协同、 信息物理融合、人机增强智能、自主分布智能等指导思想，构建具有 钢铁工业特色的智能制造体系架构。坚持重点突出的原则。由于智能制造是工业和信息技术跨界交织、 深度融合的新型技术体系，涉及多技术、多标准、多领域，需要加大 统筹协调力
4、度，加强顶层设计。本标准不拘泥于具体功能实现，而是 侧重具体业务背后的业务集成逻辑、信息物理系统总体架构以及通用 IT实现架构。2、标准主要内容本白皮书建立了钢铁工业智能制造体系架构，归纳总结出了智能 制造体系架构三个维度，业务集成协同、信息物理融合、人机增强智 能、自主分布智能等设计原则，在此基础上，提出了业务架构、HCPS 架构和IT实现架构。业务架构给出了钢铁智能制造的业务需求、主要集成应用场景， 以及多要素管控的协同集成和模式创新。HCPS架构提出一种新的一体化集成管控体系,分为工厂数据中心、物理系统、虚拟系统和信息系统四大部分。IT实现架构描述智能制造体系架构中物理系统、信息系统、数
5、据 中心和虚拟系统如何在工业互联网平台中实现和部署,通过边缘层、 平台层、应用层三层技术架构完成钢铁工业智能制造管控活动的集成 协同和优化。本白皮书主要框架如下：第一章 钢铁工业智能制造发展需求与问题第二章基于HCPS的钢铁工业智能制造体系架构第三章 业务架构第四章HCPS架构第五章ICT实现架构3、解决的主要问题智能制造是基于新一代信息技术、人工智能与先进制造技术深度 融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,具有 自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式, 具有优质、高效、柔性与绿色等特征。智能制造所催生的智能化技术 装备、协同化创新生态体系、敏捷、柔性化定
6、制生产方式、集约化资 源利用、精准化质量管理模式正在重塑新时期国际制造业竞争的新优 势。目前,钢铁工业普遍采用的体系架构是 ISA-95 的 ERP-MES-PCS 三层架构,并细化为五级系统,这种体系架构已满足不了钢铁工业两 化深度融合和智能制造发展需要。主要体现在以下几个方面：（1）这种体系架构更多是从信息化视角对管控功能进行层次划 分、界面和数据交换的界定，需要从智能制造横向集成、纵向集成和 端端集成视角重新梳理，基于信息物理系统建立新的体系架构。（2）新型钢铁生产应该是可循环流程，具有生产钢铁产品、能 源高效转化和消纳社会废弃物三大功能，目前这种体系架构主要强调 的是物质流生产，因此，
7、需要进行功能扩展，实现物质流、能量流、 信息流三网协同，满足智能化、绿色化制造多目标需求。（3）随着钢铁产业转型升级，新业务模式和商业模式不断涌现， 用户个性化产品需求的高质量供给、制造向服务转变等带来新挑战， 因此，需要提升钢铁制造的柔性和自适应能力，以便及时向用户提供 高品质个性化服务和产品。目前这种体系结构更多强调大规模高效率 生产，很难满足规模化定制、服务转型等需求。（4）工业互联、大数据、云计算、人工智能等信息技术为智能 制造提供了有力支撑，在丰富原有功能内涵的同时，也对传统体系结 构本身带来了冲击，边缘计算、数据中心、数字孪生、信息物理系统、 移动互联和 APP 等技术，为智能制造
8、的实现提供了各种可能性，呼唤 新体系结构的出现。国家智能制造标准体系建设指南虽为我国制造业企业构建智 能制造系统体系架构指明了方向，但针对钢铁工业这种典型的流程制 造业所具有的连续化、工艺体系复杂、生产过程不确定因素多、制造 过程中间产品形态、性质及最终产品多样化的产业技术特点，需要结 合国家智能制造标准体系建设指南，加强钢铁工业智能制造顶层 设计：如何以信息物理系统（CPS ）为基础进行横向、纵向及端到端 的三大集成；如何构建具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适 应等功能的智能制造技术体系；如何通过循序渐进的数字化、网络化 及智能化的技术改造升级与进化，打通数据链以解决目前普遍存在的 信
9、息孤岛；如何实现新体系架构与目前我国钢铁企业普遍采用的 ERP-MES-PCS 信息化、自动化体系架构进行迁移与整合，都是需要研 究探讨的问题。本白皮书的技术内容针对目前钢铁企业三层五级管控体系结构 存在的问题，参考当前国内外智能制造体系结构的最新研究成果，开 展基于CPS的钢铁工业智能制造体系架构研究，明确其业务架构、CPS 架构和 IT 实现架构。对比传统架构，新的体系架构在业务功能集成、 管控组织扁平、数据中心建设、信息孤岛消除、虚拟系统建设、知识 传承分享、人机增强智能、多智能体构建等方面进行了研究探索，为 钢铁工业智能制造标准体系建立提供基础，为钢铁企业智能制造顶层 设计和应用实践提
10、供指南。三、主要试验验证情况分析本标准所采用技术为先进、成熟技术，提出的体系架构与国内外 钢铁工业智能制造实践进行了对照验证，符合技术发展趋势，具有可 行性。下一步将结合钢铁工业智能制造深入展开进行在线/离线验证， 并持续完善优化。四、知识产权情况说明本标准技术内容不涉及专利五、产业化情况、推广应用论证和预期达到的经济效果绿色化、智能化是钢铁工业发展两大主题。目前钢铁企业都非常 重视智能制造工作推进。本标准能够加强钢铁工业智能制造认识，提 升钢铁工业智能制造顶层设计和总体解决方案能力，促进钢铁企业提 高智能化水平，切实提高企业市场响应、资源灵活配置、精益化管控、 绿色化生产水平，取得切实的经济
11、效益。六、采用国际标准和国外先进标准情况目前国内外钢铁工业智能制造的顶层设计都处在起步期，尚无成 熟相关标准。标准组充分借鉴吸收国内外在智能制造体系架构方面研 究成果。在智能制造体系架构维度方面，参考了德国工业4.0参考架 构模型RAMI 4.0、国家工信部和国标委智能制造系统架构I MSA、日 本工业价值链促进会工业价值链参考架构IVRA，以及中国工程院的 新一代智能制造系统架构HCPS2.0；在智能制造CPS架构方面，参考 了 NIST-RCS递阶智能控制体系结构、中国信息物理系统发展论坛信 息物理系统白皮书（2017）；在智能制造IT实现架构方面，参考了 美国工业互联网联盟IIC工业互联
12、网参考体系结构，中国工业互联网 产业联盟AII工业互联网体系架构（1.0版）、工业互联网平台体系 架构，以及欧盟I2M钢铁集成智能制造技术架构。七、与现行相关法律、法规、规章及相关标准的协调性 我国尚未有与钢铁工业智能制造有关的现行法律、法规和相关强制性标准。八、重大分歧意见的处理经过和依据本标准在编写过程中，未发生重大分歧。九、标准性质的建议建议作为推荐性指南标准发布。十、贯彻标准的要求和措施建议本标准提出了钢铁工业智能制造体系架构，贯彻本标准能指导钢 铁工业智能制造下一步工作的实施以及钢铁企业的信息化建设。建议 基于本标准之上，形成钢铁工业智能制造发展的路线图，牵引和指导 技术标准、技术研发、实验验证、应用推广等工作全面展开。十一、替代或废止现行相关标准的建议不适用。十二、其它应予说明的事项无钢铁工业智能制造体系架构编制工作组2019年10月31日
《钢铁工业智能制造体系架构白皮书》
