新规范

GB/T413922022

表1可靠性定性要求（续）

市政工程标准规范范本5.1.2.3数字化车间可靠性定量要求

可靠性定量要求是数字化车间应具备的可靠性水平 可选用的可靠性指标如表2所示。

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数字化车间可靠性定量要求应符合如下内容， a）对新建数字化车间应分析各生产要素（人机料法环测）对可靠性的影响，如工艺流程、设备精 度、人员技术水平、物料使用要求等；对于数字化车问的升级改造，考虑先对现有系统进行可靠 性评估。 6） 在选择可靠性参数时，应分析数字化车间及生产任务特点、复杂程度及参数是否能且便于度量 等因素。 c） 在满足数字化车间运行任务成功性和加工精度要求的前提下，选择的可靠性参数数量应最少 且参数之间相互协调。 d）在确定可靠性要求时，应同时明确故障判据和验证方法。 e）在确定数字化车间可靠性要求时，可单独提出各子系统或关键设备的可靠性要求，包括设备综 合效率等（数字化车间软件系统可靠性要求及验证方法可参考GB/T29832.1、GB/T29832.2)；没 有明确规定子系统或设备可靠性要求时，可通过可靠性分配的方法确定

5.1.2.4数字化车间可靠性要求的验证

在确定数字化车间可靠性要求时，应同时明确其验证方法和验收准则。在确定验证方法时应注意 以下问题： a）数字化车间可靠性验收，应模拟数字化车间实际运行环境进行，允许利用现有的可靠性数据 （特别是试验结果）通过建模与仿真或其他综合分析方法，评估数字化车间的可靠性水平是否 符合规定要求； b） 对关键子系统或设备，具备试验条件时，可实施可靠性鉴定和验收试验： 可靠性鉴定和验收试验应以统计方法为基础，选择适合的统计试验方案和环境条件，环境条件 应与数字化车间要求的环境条件一致，

5.1.3数字化车间运行可靠性要求

数字化车间投产运行时应根据其运行环境、操作人员、维护条件及人员水平等综合因素，提出其运 维可靠性要求。 数字化车间运行可靠性定性要求如人员的培训、系统故障应急处理及备品备件储备要求等，如表3 所示

数字化车间投产运行时应根据其运行环境、操作人员、维护条件及人员水平等综合因素，提出美 可靠性要求。 数字化车间运行可靠性定性要求如人员的培训、系统故障应急处理及备品备件储备要求等，如 示。

表3运行可靠性定性要求

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5.2数字化车间可靠性信息要求

数字化车间可靠性信息包括数字化车间在论证、设计、工程部署和运行期间开展的各项可靠性工作 中所产生的有关系统及设备可靠性的各种数据，可以是数字、图表、符号、文字和曲线等。数字化车间可 靠性信息要求主要包括： a）数字化车间的可靠性信息应作为数字化车间信息管理的重要内容； b 应明确数字化车间在设计、工程部署、调试和运行过程中对可靠性信息的要求，并将可靠性信 息的收集、记录、分析、处理和反馈等纳人数字化车间信息管理系统； c）有关数字化车间的可靠性信息应建立有关信息模型，信息模型的建立可参考GB/T20720.2。

6数字化车间可靠性工作项目要求

数字化车间的结构模型应以GB/T37393一2019中第5章作为基础。 明确数字化车间可靠性要求后，应根据其可靠性要求及验证要求，选择并确定其可靠性工作项目 可靠性工作流程，明确数字化车间在实现过程中的可靠性工作目标及考核方法。 应按照数字化车间实际需求选择可靠性工作项目，用可接受的生命周期费用实现规定的可靠性要求

.2.1可靠性工作项目获

可靠性工作项目包括可靠性管理、可靠性设计、可靠性验证等，可选择的可靠性工作项目有以下内容。 可靠性管理：制定可靠性工作计划；对承建方与外协/外购方的监督与控制；可靠性评审；故障 审查及组织等。可靠性管理工作项目的选择参考第7章。 6） 可靠性设计：可靠性建模、分配、预计；可靠性设计准则；故障模式、影响及危害性分析；故障树 分析；耐久性分析；采购件及设备的选择与控制；确定可靠性关键分系统及设备；潜在回路分 析；系统维修保障性分析；信息一致性分析；穴余设计分析；软件容错设计等。可靠性设计工作 项目的选择参考第8章。 可靠性验证：可靠性鉴定验收试验；仿真分析；可靠性验证与评价等。可靠性验证工作项目的 选择参考第9章

6.2.2可靠性工作项目的选择

数字化车间可靠性工作项目的选择取决于其可靠性要求、采用的技术及具体工程部署，考虑的主要 因素有： a 数字化车间可靠性定性、定量要求； b） 制造产品的复杂度和质量要求； 数字化车间的新技术含量； 数字化车间工程部署技术复杂程度和可靠性水平： e）费用进度及所外的阶段等

6.2.3可靠性工作项目的确定要求

策略、数字化车间工程部署过程管理与控制策略和数字化车间运行可靠性管理策略等 a）人员要求，如：管理人员主导成立项目推进小组；创建数字化车间可靠性管理计划，并设定各

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制目标；针对管理人员、技术人员、操作人员、维护人员技能要求和培训；变更管理模式，建立人 员之间的沟通等。 可靠性策略，如：数字化车间可靠性模型及分配研究；数字化车间可靠性维护规划与定期检修 设计等。 维护策略，如：对设计缺陷采用重新设计；对不满足可靠性要求的设备重新选型等， 数字化车间工程部署过程管理与控制策略，如：采购满足可靠性要求的设备及子系统；核心关 键设备应具备精确技能，能遵从、平衡和紧跟；对设备精准操作应有标准操作规程；对设备的维 护要有准确的措施等 数字化车间运行可靠性管理策略，如：对制造系统能够进行失效原因分析；跟踪关键性能指标 (KPI)：精炼策略等检测与改进

6.2.4可靠性工作与其他相关工作的协调

可靠性工作应与其他相关工作相协调，主要包括： ）可靠性工作应与安全性等相关工作相协调，结合开展以减少重复： b）从可靠性工作获得的信息应能够满足有关安全性等工作的输人要求，在设计过程中，应明确这 些接口关系，例如，与安全性规定的各项工作的关系

6.2.5可靠性工作项目的评审

减3数字化车间工作流和

确定可靠性工作项目后，应按照有关工作流程开展可靠性工作。 数字化车间可靠性工作流程可参考图2

图2数字化车间可靠性工作流程图

7数字化车间可靠性管理要求

应针对数字化车间可靠性要求的实现过程进行可靠性管理规划，并开展可靠性管理工作，以保证数 字化车间在设计、工程部署和运行各阶段的工作效果能满足其可靠性要求。可靠性管理工作的重点是 影响数字化车间可靠性水平的关键子系统和设备，以及影响产品生产可靠性的关键工艺流程及设备。 数学化车间的可靠性管理技术有制定可靠性工作计划、对承建方与外协/外购方的监督和控制、可 靠性评审、故障管理等

7.2制定可靠性工作计划

实现规定的可靠性要求。 可靠性工作计划的内容可包括： 数字化车间合同计划开展的可靠性工作项目，包括承建方自行安排的可靠性工作项目； 一每一项可靠性工作的实施细则，如实施目的、要求、内容、方法、效果和责任人员等； 一可靠性工作的管理机构、组织职能和权限； 可靠性工作相互协调和共用与传递信息的说明； 数字化车间可靠性工作的进度安排； 相应的保证条件与资源等

7.3对承建方与外协/外购方的监督和控制

对承建方与外协/外购方的监督和控制的目的是通过各种工作途径和工作方式，对承建方与外协 外购方的可靠性工作进行及时、有效的监督和控制，确保数字化车间的设计、设备采购、工程部署均能满 是可靠性要求。 监督与控制的主要内容是可靠性相关工作的实施及效果，内容可包括： 可靠性定量与定性要求及验证方法； 可靠性工作项目的要求； 一可靠性工作实施效果； 对外协/外购设备与软件的管理和控制； 参加承建方设计评审、工程部署效果评审的规定等

可靠性评审的目的是通过评审及早发现数字化车间设计和工程部署中存在的问题并采取有效措 施，以确保可靠性工作按预定的技术与管理要求进行，并能够达到规定的可靠性要求。 数字化车间可靠性评审分可靠性工作项目评审、可靠性工作计划评审、设计评审、外协/外购设备与 款件的可靠性评审、工程部署可靠性评审、运行初期可靠性评审等。各评审工作的设计和实施，可参考 有关标准进行

故障管理的目的是通过建立有关故障处理机制，防止故障重复出现，从而保证数字化车间可靠性 故障管理包括建立故障管理组织，故障的收集、分析、纠正方法和流程，并纳人数字化车间的信

8数字化车间可靠性设计要求

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应根据经济和技术水平等条件，针对数字化车间可靠性要求的实现，在其方案设计、工程部署和投 人运行等过程中，选择相应的可靠性设计技术，开展可靠性设计工作 数字化车间可靠性设计时，需考虑数字化生产信息透明化、不良品的控制和统计分析、工艺路线的 自动控制和生产设备的实时状态监控等功能。 数字化车间可靠性设计技术包括：可靠性相关功能设计、制定并实施可靠性设计准则、可靠性建模 可靠性预计、可靠性分配、FME(C)A分析、FTA分析等。 数字化车间可靠性建模可参考附录A，制定可靠性设计准则可参考附录B

8.2可靠性相关功能设计

可靠性相关功能设计主要包括生产工序数字化可靠性设计、工艺流程数字化可靠性设计和关键数 字化设备健康管理设计等。 生产工序数字化可靠性设计应分析人、机、料、法、环、测等因素对生产工序质量的影响，并建立数字 化模型。数字化车间工序可靠性参考模型如图3所示

图3数字化车间工序可靠性模型

前后工序质量控制要点等，并建立相关数字化控制流程 关键生产数字化设备健康管理应包括设备的故障模式、故障原因及故障影响等，并对关键影响 行实时监测，必要时可通过设计预警或紧急停车等功能，避免因设备故障造成生产不良后果

可菲性相大切能设计应结合数子化车生产 系统的功能设计进行，具设计过程包括需求分析、 功能设计和功能符合性测试等，可参考附录C 产品及其相关原材料与中间件、数字化设备等可靠性相关模型设计应综合其数字化模型考虑，其可 靠性相关模型设计可参考附录D；其数字化模型的属性与描述可参考GB/T20720.2。可靠性相关功能 数据流模型设计可参考GB/T20720.1

8.3可靠性设计方法选择

数字化车间可靠性设计方法选择基本要求： 在需求分析时，应根据生产工艺要求和可靠性管理要求，提出数字化车间可靠性相关功能设计 要求； 在方案论证时，应结合现有技术及数据，综合利用可靠性框图分析、可靠性建模、可靠性预计、 可靠性分配等技术，以论证数字化车间可靠性要求是否可实现； 在设计之初，需制定数字化车问可靠性设计准则，以指导其可靠性设计，如：生产环境要求、信 息存储要求、软件及关键设备选型要求、系统重组与恢复要求等； 在设计过程中，需根据数字化车间可靠性相关功能设计要求开展可靠性相关功能设计；应贯彻 实施数字化车间可靠性设计准则，并综合利用可靠性建模、可靠性分配、可靠性预计等技术，以 分析数字化车间的设计是否满足可靠性要求；对关键子系统和设备可选择FME（C)A分析、 FTA等技术开展可靠性设计分析。 注1：若某些软件或设备因制造条件所限，无法确认其满足数学化车间可靠性要求时，采用第三方对软件或设备开 展可靠性评价工作，以确保其满足可靠性设计准则要求。 注2：若数字化车间的设计无法满足可靠性要求时，修改数字化车间的可靠性要求，或通过如加强运行维护等措施 来弥补 注3：对数字化车间的改进，考虑数字化车间的薄弱环节，如关键子系统、关键设备等

8.4典型数字化车间各功能层次的可靠性设计要求

典型数字化车间的功能层次划分可参考A.1，应对数字化车间MES（制造执行系统）系统、控制系 统和关键设备状态监测系统的可靠性设计提出相应的分析要求和关联量指标，

数学化车间MES（制造执行系统)系统可分别对车间层级和产线层级进行生产管理、设备管理、过 程控制、数据追溯、数据分析和生产可视化管理，应实时监控基于OEE的车间及产线生产指标和基于 OEE的设备性能指标。 设备管理应采集设备工作状态数据、产出数据、故障信息数据等进行准确的OEE计算。 工艺管理应统一管理机器参数，核心产线工艺流程。 过程控制应控制产品按照工艺定义高效高质的流经产线。对核心设备，可深度管理控制每个核心工序。 数据追溯应实现产品质量数据追溯、产品生产过程数据追溯、生产工艺参数追溯、产品来料的精确 和批次追溯等。 数据分析和可视化管理应实现从设备、产线到车间级的数据分析和可视化。 OEE分析应单独分析设备可用率（AF），操作表现率（PF）和质量合格率（QF）。 以上数据应从设备控制器中获取，以保证数据的准确性和可靠性

（字化车间控制系统可靠性分析要求和关联考量

数字化车间控制系统可靠性分析要求如下所示 a）控制系统的故障率要求，应依据数字化车间生产线的可靠性要求通过可靠性分配的方法确

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选用的控制系统故障率要求。控制系统接实际配置的故障率应满足分配的故障率要求 控制系统环境适应性要求，控制系统应申明电磁兼容特性、防腐蚀特性、储运及运行温度范围 抗振动特性满足数字化工厂的实际环境 控制系统状态监测，控制系统应提供故障诊断，发生软硬件故障时能通过指示灯或软件实时报 警。应具备故障记录和历史查询能力。 控制系统故障裕度要求，对连续生产要求高的场合应采用控制系统的穴余。高要求的控制系 统的电源、通信总线、控制器、通信接口模块、I/O模块应支持允余。一旦工作模块发生故障 应能自动切换到备用模块工作。需连续运行的控制系统的所有模块应支持在线插拔、更换。 e 控制系统备件管理要求，管理控制系统的备品备件以达到设计的MTTR时间要求。 控制系统应提供设备状态（自动、故障、等待等）、设备产出、故障信息等数据，并可根据通过接 口供其他系统采集

车间关键设备状态监测系统可靠性分析要求和关

数学化车间设备状态监测系统和可靠性管理案例参考附录E，数字化车间的关键设备状态监测系 统的可靠性分析要求包括： a）完整性要求，应涵盖设备运行状态和故障状态的关键数据，系统的数据采样周期、采样长度，应 满足设备状态分析的需求； b 时效性要求，应能及时反映关键设备的实时状态和变化，状态数据的采集、传输、存储、分析、反 馈和决策等各阶段的时延应与设备生产工艺流程的时间响应需求一致； 准确性要求，应能保证准确反映关键设备的状态信息，可通过数据自动化收集、数据清洗、规整 去重、允余存储、传输校验和模型验证等方式保证状态监测数据各环节的准确性，减少丢失率； d） 独立性要求，关键设备状态监测系统应与设备本身、控制、生产管理等系统保持相对独立，状态数 据的采集、分析等过程及软硬件接口的设置应不干扰控制系统，不对设备正常的运行产生影响； e） 环境适应性要求，关键设备状态监测系统的硬件设计应满足生产场合电磁兼容性、防腐蚀特 性、抗振特性和运行及存储的温湿度等环境适应性要求； 系统故障率要求，关键设备状态监测系统的故障率应满足数字化车间总体故障率的要求，系统 故障率应低于监测对象故障率，设备本身的故障应能提供指示灯、远程实时报警等，并提供故 障记录和历史查询。应通过模块化设计、余设计、分布式布置等方式，提升系统故障裕度，降 低系统故障率

9数字化车间可靠性验证要求

数学化车间在设计、工程部署过程中，应结合其可靠性要求及验证要求，开展相应可靠性验证工作， 以验证数字化车间是否满足可靠性要求。 可用于数字化车间的可靠性验证技术有软件可靠性测试、设备鉴定验收试验、现场运行试验、系统 仿真分析等。试验的开展可参考相关标准

a）数字化车间可靠性验证的目的是验证数字化车间及其关键系统和设备是否满足可靠性要求； b）数字化车间的可靠性验证首先考虑模拟现场运行 c）条件不具备时，数字化车间可靠性验证可利用相似系统现场运行数据并结合仿真试验进行，也 可只针对关键子系统或设备开展可靠性试验，可靠性仿真试验的实施可参考附录F； d）数字化车间关键设备的可靠性试验可参考相关设备可靠性试验标准进行，环境试验可参考

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GB/T2422中的定义； e）嵌人式软件的可靠性测试可参考GB/T28171进行； f）数字化车间生产管理软件的可靠性测试可参考GB/T29832.3进行。

GB/T2422中的定义； e）嵌人式软件的可靠性测试可参考GB/T28171进行； f）数字化车间生产管理软件的可靠性测试可参考GB/T29832.3进行。

10数字化车间运行可靠性要求

数字化车间投入使用后，应 关工作，包括可靠性信息收集、 性评估和可靠性改进等，确保类

10.2可靠性跟踪与评价

数字化车间运行可靠性跟踪和评估如下： 数字化车间运行中，应重点开展各子系统或设备的可靠性信息收集工作，并将此类信息作为可 靠性评估的主要分析依据； b） 对于运行中出现的故障，应首先对照分析数字化车间设计时的FME(C)A或FTA是否已经 考惠； 对于新出现的故障应重点分析其故障模式及原因，分析采用的方法有FME(C)A、FTA等，并将 分析结果补充到数学化车间设计时的FME(C)A分析中，以作为数字化车间可靠性改进依据； 数字化车间运行可靠性评价应充分利用现有条件，可采用可靠性设计分析技术，利用子系统及 设备的试验和/或现场运行数据进行，也可利用相似系统的现场运行数据进行

A.1数字化车间功能结构

GB/T37393—2019，数字化车间体系结构如图A

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附录A （资料性） 数字化车间可靠性模型示例

图A.1数字化车间体系结构图

2数字化车间功能层次

A.2数字化车间可靠性

图A.3数字化车间功能原理示例图

根据数字化车间功能原理示例图，自上而下建立数字化车间可靠性模型。 数字化车间可靠性模型可分为：数字化车间生产管理系统和数字化车间生产控制系统，如图A.4 所示。

图A.4数字化车间可靠性框图

系统和通信系统，硬件系统又可分为数据服务器、应用服务器、操作终端等，通信系统可分为路由设备 网络和通信协议等，如图A.5所示

）数字化车间生产管理通信系统可靠性框图

图A.5数字化车间生产管理系统可靠性框图

数字化车间生产管理系统根据功能也可分为车间计划与调度系统、工艺执行系统、生产物流系 控制和追溯系统、车间设备管理系统，各系统再分为软件系统、硬件系统和通信系统，如此下去， （字化车间设计的最小单元，例如，需外购的电脑或者路由设备等

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同理，根据数字化车间的生产线分布， 系统分数字化车间中控系统、数字化 车间生产线控制系统和通信系统等。 立过程如图A.6所示

A.3数字化车间可靠性模型

字化车间生产控制系统可靠

）生产线n中控系统可靠性框图 图A.6数字化车间生产控制系统可靠性框图

根据数字化车间的可靠性框图，建立数字化车间的基本可靠性模型，见式（A.1）。 Rs(t) =R,(t) XRz(t) (A.1) 式中： Rs数字化车间可靠度； 数字化车间生产管理控制系统可靠度； 数字化车间生产控制系统可靠度

B.1编制可靠性设计准则的步骤

附录B （资料性） 数字化车间可靠性设计准则编制

数字化车间可靠性设计准则编制

编制数字化车间可靠性设计准则的步！ a）由可靠性工作管理部门负责，会同相关技术人员，成立可靠性设计准则编制工作组。 b）工作组收集并分析有关标准、规范、指南、手册等，归纳、整理形成可靠性设计准则初稿、 可靠性工作管理部门组织设计相关人员等，对可靠性设计准则初稿进行讨论。工作组据讨论 意见进行修订，形成数字化车间可靠性设计准则修订稿， d） 修订稿再次征求意见经修改后定稿，报数字化车间项目管理部门审核、认可，经批准后实施

B.2某生产线可靠性设计准则（例）

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C.1可靠性相关功能实现

化车间的可靠性相关功能的实现步骤如图C.1月

附录C （资料性） 数字化车间可靠性相关功能设计

图C.1数字化车间可靠性相关功能实现步骤

对以上步骤的解释如下。 数字化车间的可靠性相关功能需求分析。结合产品KPI要求及生产工艺设计要求（如：产品 质量合格率、产品制造质量影响因素、生产活动的容错/防错机制等），分析数字化车间可靠性 相关功能要求（如对原材料可靠性检验、部件及产品可靠性的过程控制等）。 b 数字化车间的可靠性相关信息及信息流需求分析。如：元器件、原材料可靠性信息、零部件及 产品可靠性信息、关键设备可靠性及工序能力分析信息等。 数字化车间的产品制造工艺流程需求分析。如：工艺方案、工艺布局、工艺流程及工装设备需 求，应覆盖从来料检验到成品入库各环节的不同可靠性要求的产品生产工艺流程。 数字化车间的可靠性相关功能模块及流程设计。如：原材料可靠性管理功能及流程、产品各部 件可靠性验证及流程管理、可靠性数据管理流程等。 数字化车间的可靠性相关功能测试和评价。通过数字化车间单元测试和集成测试等，验证及 评价可靠性相关功能是否满足生产工艺要求

C.2可靠性相关功能设计

C.2.1典型数字化车间

根据GB/T37393一2019的定义，典型数字化车间的功能包括：生产运行管理、物流运行管理、质量 运行管理、维护运行管理，以及数字化制造和辅助设备，各功能范畴分别包含一个或多个功能模块或基 础设施。数字化车间功能结构及其信息接口关系如图C.2所示

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C.2.2典型数字化车间的可靠性相关功能需求分析

图C.2典型数字化车间功能结构示意图

数字化车间的可靠性相关功能需求分析可结合其生产运行管理、物流运行管理和质量运行管理、维 户运行管理等系统需求分析进行。 a）生产运行管理系统的可靠性相关功能需求分析。 生产过程有关零部件及成品可靠性信息管理。应对生产过程中零部件及成品进行单件编 号，采集、分析和管理相关可靠性信息地基标准规范范本，特别是故障信息 物料、半成品、成品等可靠性筛选管理。应对物料、半成品和成品筛选试验的管理，实现对 筛选效果与试验方案闭环管理。 生产环境控制。应对影响生产质量的温度、湿度、静电等应力因素进行监控，并综合质量 检测，实现产品生产最佳应力条件分析 b）物流运行管理系统的可靠性相关功能需求分析。 物料、半成品、成品的可靠性验收、可靠性存储管理。针对物料出库、半成品及成品入库应 有相关可靠性检验要求，对存放仓库需有环境应力要求及其监控等。 一 备品备件的可靠性管理、可靠性储存管理。针对备品备件入库和出库应有相关可靠性检 验要求，对存放仓库需有环境要求及其监控等。 c）质量运行管理系统的可靠性相关功能需求分析。 物料可靠性追溯管理。应对采购、生产、使用过程中有关物料的可靠性追溯进行管理。 半成品、成品可靠性道溯管理。生产、使用过程中，应对有关半成品及成品的可靠性检测 及故障追溯进行管理

d）维护管理系统的可靠性相关功能需求分析， 设备主动维修检修管理。根据关键设备的可靠性水平、故障模式及原因、关键参数预测 模型等信息，建立设备的主动维修或检修机制。 设备被动维护管理。设备出现故障时，需对故障发生时间、维修情况等做详细记录。 设备运行管理的可靠性相关功能需求分析。 关键设备故障预测及健康管理。根据设备维护管理可靠性有关信息，对设备的故障预测 模型进行修正完善。 关键设备FMEA/FTA动态维护管理。建立设备FMEA/FTA信息库，并根据设备维折 管理可靠性有关信息，补充完善设备FMEA/FTA信息库。 典型数字化车间可靠性相关功能需求如图C.3所示

C.2.3典型数字化车间的可靠性相关信息需求

C.2.3.1生产运行管理的可靠性相关信息需求

试验、检测与鉴定图C.3数字化车间可靠性相关功能需求图

生产运行管理的可靠性相关信息需求包括： a 车间计划与调度可靠性相关信息要求： 输入：生产订单信息需包括产品可靠性有关信息，否则按照默认的制造可靠性水平执行生产； 输出： ·生产运行结果反馈需包括制造产品可靠性有关信息； ·物料需求需包括对物料可靠性的有关要求，否则按照物料默认可靠性要求配置。 b）工艺执行管理可靠性相关信息要求： 输人： · 数字化工艺信息需包括产品可靠性相关信息； · 质量控制结果反馈信息需包括产品及物料可靠性信息； 作业执行反馈需包括的产品可靠性信息； ? 输出：