网络协同制造和智能工厂重点专项2020年度项目申报指南

-1-附件4“网络协同制造和智能工厂”重点专项2020年度项目申报指南（征求意见稿）为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》《国家创新驱动发展战略纲要》《“十三五”国家科技创新规划》《中国制造2025》和《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》等提出的要求，国家重点研发计划启动实施“网络协同制造和智能工厂”重点专项。根据本重点专项实施方案的部署，现发布2020年度项目申报指南。1．基础前沿理论1.1工业互联网业务过程智能基础理论研究内容：针对工业互联网业务过程智能基础问题，研究业务过程行为智能聚合与优化理论；研究生产要素时空配置服务与供应链集成机制；研究跨域业务过程管理的数据可信保障技术；研究业务过程挖掘与持续改进理论；研发工业互联网业务过程智能软件工具集。考核指标：研制1种工业互联网业务过程智能综合建模语言，发明1套支持跨域业务过程数据可信传递机制，发布支持复杂过程模型挖掘算法10个以上，在典型工业互联网-2-行业开展验证；获得软件著作权≥5件，申请发明专利≥3项。1.2制造企业数据空间设计理论与方法研究内容：面向制造企业研发设计、生产制造、经营管理、销售服务等全流程和全产业链，围绕制造数据生成、汇聚、存储、归档、分析、使用和销毁等全过程，研究面向制造企业的制造大数据体系架构，企业价值链活动全过程/产品全生命周期的数据建模、关联、集成、演化等方法和技术；研究数据空间管理引擎设计方法和管理系统架构、要素/流程/逻辑的语义表示方法和技术；研究基于数据空间的知识发掘和服务方法及技术等。考核指标：建立面向制造企业的数据空间设计理论，形成企业数据生成、汇聚、存储、归档、分析、使用和销毁全过程的制造大数据体系架构。提出制造企业的数据空间管理引擎设计方法和技术，开发数据空间管理及知识发掘和服务软件构件不少于10个，并在典型核心制造企业得到验证。获得软件著作权≥5件，申请发明专利≥5项。1.3制造业多价值链协同数据空间设计理论与方法研究内容：面向制造企业及协作企业群形成的产业价值链，针对基于第三方平台构建的多价值链协同体系，研究价值链活动数据生成、汇聚、存储、管理、分析、使用和销毁全过程的价值链协同数据体系架构，供应/营销/服务价值链-3-活动全过程的数据建模、快速索引、关联表示、全链搜索、集成演化等方法和技术；研究多价值链协同数据空间管理引擎设计方法、管理系统组成模型与架构；研究价值链服务引擎，基于数据空间的知识发掘和服务方法及技术。考核指标：建立制造业多价值链协同数据空间设计理论，形成数据生成、汇聚、存储、归档、分析、使用和销毁全过程的价值链协同数据体系架构。提出多价值链协同数据空间管理引擎设计方法和技术，开发数据空间管理及知识发掘和服务软件构件不少于10个，并在典型第三方价值链协同平台得到验证。获得软件著作权≥5件，申请发明专利≥5项。1.4制造大数据价值理论与方法研究内容：面向制造业研发设计、生产制造、经营管理和销售服务等全流程以及供应、营销和服务等全价值链，研究制造大数据的价值发现理论，建立数据资源登记、数据确权与溯源、数据质量鉴定、数据价值评估、数据定价、数据资产化管理等方法；研究制造大数据价值交换理论，构建跨企业多类型数据资产的统一表达、可靠存储、可信认证、发布与交互协议等方法；研究制造大数据价值链服务理论，形成数据多方交易机制、数据共享信任与合作机制、数据目录管理体系、数据共享接口、数据访问安全管控与隐私保护、数据智能应用与收益分成等方法。研发制造大数据价值管理原型系统，实现制造大数据资产汇聚、管理、交换、共享与-4-智能应用服务，并形成典型解决方案。考核指标：建立典型制造大数据价值理论，形成制造大数据资产化管理和共享服务模式。开发制造大数据价值发现/价值交换/价值链服务软件构件不少于10个，形成1套基于区块链的制造大数据价值管理原型系统，并得到应用验证，形成典型解决方案。出版专著不少于1部，获得软件著作权≥5件，申请发明专利≥5项。1.5面向产品全生命周期及闭环反馈的信息物理系统融合理论研究内容：针对复杂装备设计与加工制造复杂、运营维护困难等问题，研究基于模型驱动的数字样机与数字孪生基本理论，构建贯穿产品设计、制造与运营的全周期、全要素数字孪生模型。研究涵盖几何信息、物理属性、工艺需求等特征的数字样机建模理论及其生成式设计方法，研究基于模型仿真、历史版本、测试信息等多元数据的制造过程数字孪生模型构建方法，研究融合知识图谱与计算智能的产品优化设计与仿真评价技术，研究设计/制造/运营等环节的海量异构数据集成、融合与关联映射技术，研究基于全机数字孪生模型的状态评估、故障预测、设计闭环迭代优化技术，研发装备全生命周期数字孪生平台原型，在电力、工程机械、轨道交通等领域的典型复杂产品开展应用验证。考核指标：提出一套面向产品全生命周期及闭环反馈的-5-信息物理系统融合理论，突破复杂装备的多源物理特性表征、异构数据融合、深度关联关系发现、数据模型关联等核心关键技术10项以上。建立复杂装备全机的数字孪生模型，研发一套装备全生命周期数字孪生平台原型，并在电力、工程机械、轨道交通等领域的典型复杂产品开展应用验证，构建闭环优化体系，实现年15%的优化迭代率。获得软件著作权≥5件，申请发明专利≥5项。1.6产品设计/制造/服务一体化系统建模理论研究内容：针对产品全生命周期缺乏一体化模型支撑和全流程闭环反馈导致的跨域协同困难、产品质量提升不足、运维服务保障不足等问题，研究产品全周期/多领域/多系统/全要素的模型驱动协同机理、产品全生命周期协同理论以及基于模型的全价值链闭环反馈系统设计方法；研究跨域协同模型描述规范、模型与数据线索在需求定义/设计/仿真/制造/试验/服务等全价值链协同中的透明传递/关联集成/交互反馈技术，建立产品设计/制造/服务一体化的多域弱耦合建模语言；研制基于统一建模语言的智能协同软件系统原型，实现模型驱动的产品全生命周期协同，选择轨道交通、航空航天、海洋装备等领域的典型复杂产品开展原理验证。考核指标：提出一套产品设计/制造/服务一体化系统建模理论，开发支持多领域协同的建模语言与互联规范；研制基于统一建模语言的智能协同软件系统原型，实现设计/制造-6-/服务模型的一体化，支撑服务对设计制造的闭环反馈，典型产品在需求分析/设计仿真/生产制造/试验验证/运维服务过程中70%以上的需求实现基于模型的追溯和反馈，获得软件著作权≥5件，申请发明专利≥5项。1.7产品与供应链同步演进的变更控制体系及方法研究研究内容：针对参与协同制造的供应链企业间存在语义、概念、方案、系统等层面的差异，构建面向产品与供应链同步演进的产品设计知识图谱；研究并提出面向产品与供应链同步演进的产品设计方法框架；研究产品对所引入变更的适应度评估模型及系统，揭示变更效应传播对产品服务性能的影响机制；研究面向产品设计演进的供应链协同行为建模及分析方法，提供面向多目标约束的供应链协同行为表现评估及预测，揭示变更效应传播对供应链架构的影响机制；研究基于多源数据驱动的变更效应传播分析及预测方法，构建变更效应传播动力学模型，研制变更效应传播多智能体仿真系统和变更效应传播数据可视化系统，提供变更控制方案评估辅助决策。考核指标：建立面向产品与供应链同步演进的产品设计知识图谱，提出基于产品与供应链同步演进的产品设计方法框架、变更效应传播动力学模型、变更效应传播分析及预测方法，阐述变更效应传播对产品服务性能和供应链架构的影响机制，形成面向协同制造的变更控制基础理论和核心分析-7-方法；开发变更效应传播多智能体仿真原型系统1套、变更效应传播数据可视化及展示原型系统1套，提供变更控制方案评估辅助决策应用。获得软件著作权≥5件，申请发明专利≥5项，制定国家、行业/联盟或企业标准≥2项。1.8优化驱动的设计分析一体化技术研究内容：针对复杂零件设计中CAD、CAE与优化相互独立、集成度低的问题，研究结构几何模型、仿真模型和优化模型相统一的描述方法，考虑结构功能与承载性能，研究模型/仿真联合驱动的结构优化设计方法；研究多目标、多工况、多材料宏观结构优化设计方法，包括可制造性约束表达、刚度与强度优化设计、特征值与频率响应优化设计以及静、动力学多目标优化设计等关键技术；研究特定物理场下的材料等效性能计算方法，研究具有特定力学/热学/声学性能的超材料优化设计方法；研究结构/材料/工艺一体化设计方法，包括跨尺度结构统一模型的构建、梯度微结构的形状插值及连接控制、宏微多级构型的性能计算等。形成面向宏观结构、超材料、结构/材料/工艺一体化设计的标准规范，搭建可供工程化应用的设计分析一体化技术体系。考核指标：建立结构几何、仿真和优化统一模型及实现方法，实现典型宏观结构、超材料优化设计方法，突破结构/材料/工艺一体化设计技术，实现典型零件结构功能提升20%以上、一体化设计效率提升20%以上；实现设计、仿真-8-与优化的融合，同源数据，共生验证；实现在航空、航天、兵器等领域的应用验证。获得软件著作权≥5件，申请发明专利≥5项。1.9基于数字孪生的智能生产过程精确建模理论与方法研究内容：研究基于数字孪生和实体数据交互的智能生产系统全要素的精确建模理论与方法。研究基于现场实时数据的生产系统参数与状态辨识技术，研究基于知识的制造要素抽象定义和数字模型化表征方法，建立制造系统组件、运行场景、典型工艺的模型，建立生产过程的数字化双胞胎模型；研究基于生产过程实时数据交互的制造过程数字孪生体功能迭代方法，开发基于精确数字孪生体模型的制造过程全要素协同仿真与虚拟构建技术，实现制造过程的精确建模。考核指标：提出支持智能生产线全要素数字孪生精确建模理论方法；构建典型行业智能工厂数字化模型库和知识库，包含不少于100种生产制造数字孪生组件模型库；研制生产线数字孪生协同仿真、语义化编程与组态以及虚拟构建软件1套，获得软件著作权≥5件，申请发明专利≥5项，撰写专著1部；开展离散、流程等2类行业的典型生产过程原理应用验证。1.10数据/模型混合驱动的生产线自主智能协同基础理论研究内容：研究智联生产线人机物认知协同机理，提出-9-数据/模型混合驱动的智联生产线自主智能协同控制与优化理论方法，攻克数据、模型耦合不足和强扰动条件下的协同认知、推理决策与自主控制等核心关键技术；研究数据/模型混合驱动下的生产线人机物自主认知协同机理，研究残缺数据与不精确模型的智能解析，数据/模型混合驱动的协同预测、决策和自主控制，构建具备领域知识迁移学习能力的生产制造过程资源协同智能决策优化方法。考核指标：形成数据/模型混合驱动的人机物智联生产线认知制造系统创新性理论体系架构，提出协同认知与交互、自主协同控制与优化决策的理论方法；构建生产线自主智能协同效能评估与验证系统1套；在汽车、电子、家电等3类以上行业开展应用原理验证，在数据、模型不完整和非合作对抗环境下，自主智能协同任务完成率提高30%以上；获得软件著作权≥5件，申请发明专利≥5项，撰写专著1部，形成国家标准3项以上。1.11基于5G的工业互联网信息安全技术研究内容：研究基于5G通信技术工业互联网制造系统的安全威胁来源及其种类，建立制造系统工业互联网有线和无线网络混合系统的信息安全防护模型；研究基于5G工业网络的制造系统信息安全指标体系；研发基于5G工业网络制造系统典型行业应用的原型系统；对5G工业网络智能制造系统的信息安全指标进行测试和评价；建立基于5G技术-10-的智能制造系统的信息安全知识库。考核指标：揭示基于5G的工业互联网智能制造系统脆的弱性机理；建立智能制造系统信息安全防护模型，提出15项以上危险和威胁识别、风险分析、防御防护、监视检测和恢复等新原理、新技术和新方法；构建1个基于5G工业网络制造系统典型行业应用的原型系统，能够实现对现场控制、生产线监控和车间管理等三类系统安全性能进行测试、分析和验证；获得软件著作权≥5件，申请发明专利≥5项，撰写专著2部，制定国家、行业或核心企业标准1项。1.12工业现场无线控制系统架构和设计方法研究内容：研究工业无线实