本文简介国际现有的十一种智能制造参考模型，分为上下篇。本文为上篇。
参考模型是智能制造的准星
智能制造涉及多企业、多领域、多地域信息集成、应用集成和价值集成。构建智能制造标准体系，首先需要建立智能制造参考模型，并且统一其术语定义。智能制造参考模型是一个通用模型，适用于智能制造全价值链所有合作伙伴公司的产品和服务，它将提供智能制造相关技术系统的构建、开发、集成和运行的一个框架，通过建立智能制造参考模型可以将现有标准（如工业通信、工程、建模、功能安全、信息安全、可靠性、设备集成、数字工厂等），和拟制定的新标准（如语义化描述和数据字典、互联互通、系统能效、大数据、工业互联网等）一起纳入一个新的全球制造参考体系。
在IEC（国际电工委员会）国际标准中确定了十几种关于“参考模型”的定义，经过梳理其中与智能制造参考模型相关的定义包括：提供正在处理的问题空间的可视化的抽象结构，提供描述和讨论解决方案的语言，定义术语并提供旨在获得被解决问题相互理解的其他类似的帮助。
参考模型提供的是对关注问题的达成共识的、一致的、通用的模型，它以与实现（具体应用）无关的抽象的方式进行描述。通常会确定参考模型所需术语及其定义，以方便理解与交流。
智能制造参考模型建设的目标如下：
☆ 对智能制造概念及范围进行统一定义和描述；
☆ 对现有标准在智能制造中进行定位和分析，并梳理未来智能制造的标准化需求；
☆ 建立针对智能制造涉及的不同技术的验证平台（测试床），推进新技术的试验验证和标准制定；
☆ 建立不同领域、不同生命周期阶段、不同技术的应用案例，指导智能制造在企业中的应用和实现。
谁在局中定标准
智能制造相关国际组织如图1所示，其中最主要技术组织包括IEC/TC65（工业过程测量、控制和自动化技术委员会）、ISO/TC184（自动化系统与集成技术委员会）和ISO/IEC/JTC1（信息技术联合技术委员会）。
IEC/TC65主要负责工业测量、控制和自动化领域的国际标准化工作，现有4个分委会，涉及智能制造的工作组包括：TC65/WG10（工业信息安全）、WG16（数字工厂）、WG19（全生命周期管理）、AHG3（智能制造框架和系统架构）、JWG21（智能制造参考模型），SC65C/ WG16（工业无线），SC65E/JWG5（企业控制）、AHG1（智能制造信息模型）等。国内对口标委会为SAC/TC124，秘书处设在机械工业
仪器仪表综合技术经济研究所。
ISO/TC184主要负责自动化系统与集成领域的国际标准化工作，现有4个分委会，涉及智能制造的工作组包括：SC1（物理设备控制）、SC4/AG1（数字化制造）、WG2（产品特征和库）、JWG8（制造过程和管理信息）、WG12（产品数据表示和交换模型及资源）、WG13（工业数据质量）和SC5（企业系统和自动化应用的互操作、集成和架构）等。国内对口标委会为SAC/TC159，秘书处设在北京机械工业自动化研究所。
ISO/IEC/JTC1主要负责信息技术领域的国际标准化工作，现有21个分委会，涉及智能制造的工作组包括：WG7（传感网络）、WG7（大数据）、WG10（物联网）、SC25（信息技术设备互联）、SC27（IT信息安全技术）、SC31（自动识别和数据获取技术）、SC32（数据管理和交换）、SC38 (云计算和分布式平台)、S41（物联网和相关技术）等。国内对口标委会为SAC/TC28，秘书处设在中国电子技术标准化研究院。
图1 智能制造相关国际组织
与智能制造相关参考模型
鉴于智能制造跨技术领域的特点，IEC专门成立了IEC/SMB/SG8（智能制造/工业4.0）战略工作组，并在2016年转化为SEG7（智能制造）系统评估组，开展智能制造相关的体系架构、标准路线图、用例等方面的研究。SEG7国内技术对口单位为机械工业仪器仪表综合技术经济研究所。
该工作组今年年初完成了智能制造相关的现有11种参考模型（见表1）的对比分析报告，本文根据该分析报告进行了进一步梳理、补充和分析总结。
表1 与智能制造相关的现有参考模型
十一金刚之首：工业4.0 （RAMI4.0）参考架构模型（图2）
发布组织：德国工业4.0平台。
发布日期：2015年4月。
应用领域：制造。
特征：
☆ 基于CEN和CENELEC制定的智能电网架构模型(SGAM)；
☆ 三个维度：层级结构、生命周期和价值链、类别；
☆ 强调三个集成：企业内网络化制造体系纵向集成、企业间横向集成、全生命周期端到端工程数字化集成；
☆ 智能工厂是实现RAMI4.0的最小单元；
☆ 嵌入式智能：所有制造单元都是带有本地软件的嵌入式设备或系统、所有制造单元都具有自组织的计算和通信功能、大量部署各类传感元件实现信息的大量采集、自动化技术实现智能制造单元间的集成；
☆ “智能”产品：被制造的产品具有制造过程中各阶段所必须的全部信息（标识、位置、状态、路线）；
☆ “自治”制造系统：互联制造单元的自组织（自组织生产）、制造步骤根据订单情况灵活定制（自组织工艺）。
图2 工业4.0 （RAMI4.0）参考架构模型
十一金刚之二：智能制造生态系统SMS（图3）
发布组织：美国国家标准与技术研究院NIST。
发布日期：2016年2月。
应用领域：制造。
特征：
☆ 三个维度：产品、制造系统、商业，每个维度表示独立的生命周期；
☆ 制造金字塔是其核心，三个生命周期在这里汇聚和交互；
☆ 强调在每个维度上制造软件的集成，这将有助于车间层的先进控制，以及工厂和企业层的优化决策；
☆ 三项优先考虑的变革制造技术：高级传感、控制和制造平台、虚拟化、信息化和数字化制造技术、先进材料制造；
☆ 八种制造范式：精益制造、柔性制造、绿色制造、数字化制造、云制造、分布式制造、智能制造、敏捷制造。
图3 智能制造生态系统SMS
十一金刚之三：工业互联网参考架构IIRA（图4）
发布组织：工业互联网联盟IIC。
发布日期：2017年1月（V1.8）。
应用领域：能源、健康、制造、运输、公共部门。
特征：
☆ 按照工业互联网系统的关注点可分为四个视角：商业、使用、功能、实现；
☆ 功能视角表示系统功能元件间的相互关系、结构、接口、交互以及与外部的相互作用，该视角确定了五个功能域组成：商业、运营、信息、控制、应用；
☆ 正建立垂直领域应用案例分类表，在参考架构下体系化推进应用；
☆ 以工业互联网为基础，通过软件控制应用和软件定义机器的紧密联动，促进机器间、机器与控制平台间、企业上下游间的实时连接和智能交互，最终形成以信息数据链为驱动，以模型和高级分析为核心，以开放和智能为特征的工业系统；
☆ 九大系统特性，包括：系统安全、信息安全、弹性（容错、自修复、自组织等）、互操作性、连接性、数据管理、高级数据分析、智能控制、动态组合。
图4 工业互联网参考架构IIRA
十一金刚之四：智能制造系统架构IMSA[5] （图5）
发布组织：中国国家智能制造标准化总体组.
发布日期：2015年12月。
应用领域：智能制造（重点十大领域）。
特征：
☆ 三个维度组成：生命周期、系统层级和智能功能；
☆ 生命周期是指包含一系列相互连接的价值创造活动的集成，不同行业有不同的生命周期；
☆ 相对于RAMI4.0系统层级维度做了简化，将产品和设备合并为设备层级；
☆ 生命周期维度细化为设计、生产、物流、销售和服务，但忽略了样品研制和产品生产的区别；
☆ 智能功能维度突出了各个层级的系统集成、数据集成、信息集成；
☆ 惟一地提出了标准体系架构（图6）；
☆ 重点解决当前推进智能制造工作中遇到的数据集成、互联互通等基础瓶颈问题；
☆ 强调五种核心技术装备：高档数控
机床与工业
机器人、增材制造装备、智能传感与控制装备、智能检测与装配装备、智能物流与仓储装备；
☆ 强调五种新模式：离散制造、流程制造、网络协同制造、大规模个性化定制、远程运维服务。
图5 智能制造系统架构IMSA（注：新版更新中）
图6 智能制造标准体系架构