《液压新一代数智元件生态技术与产品标准体系指南》

上海液压气动密封行业协会

液压数智化产业联盟  液气数智化企业论坛

许仰曾

  《液压新一代数智元件生态技术与产品标准体系》是液压技术与产品向数智化方向发展中产生的崭新的提法。实际上国外液压跨国公司在十多年前就已经在实施，并已经贯彻在产品的开发之中，我国有关企业也在自发地涉及此类标准。我国因为在开发电液一体化方面已经落后，埋头于液压技术2.0在质量、批量、品牌方面的追赶，这方面行业面基本缺失，严重的是我们从总体上还缺乏对这一标准所具有重要性的认识。这一生态标准体系的推出，既是弥补这一缺失，也有助推动液压数智元件的发展。

1、液压行业在数智化时代的发展差距

  “液压工业4.0”是无人化下对液压技术走向智能化目标的体现。液压工业4.0将会体现在三大方面：液压元件智能制造（智能工厂与智能生产）、液压智能服务（行业云服务与全生命周期数字孪生技术）与液压数智元件（元件数字化网联化智能化）。

  我国液压行业是“中国制造2025”中重点的发展方面，其中的强基工程就是要解决中国高端液压件的“卡脖子”问题。目前液压行业在“十三五”有明显的发展，行业集中度有明显提高，此有利研发的投入与创新，但是总体还处于液压工业2.0阶段，即以中小企业为主的“质量、批量、品牌”的追赶状态。目前与国外相比，我国在液压3.0的电液一体化元件上，又产生的新一代的差距。而电液一体化是数液一体化的基础，因此我们对新的差距应该重视与加快弥补，其中就是加快对液压元件数智化的推进。

  当前的形势也在发生较大变化，我国工业发展必须尽快超越“仿制”的阶段。由于软件技术的介入、国际上的贸易战的发生，都使我们想通过减少科研投入采用“拷贝”的手段无可为继。我们必须建立自己的液压技术发展生态体系，以市场驱动和政府引导相结合， 按照“ 统筹规划，市场驱动，跨界融合，协同推进，自主创新，开放合作”原则，建立国家新一代液压数智元件的生态技术与产品的标准体系，加强标准顶层设计与宏观指导。以推动与促进我国的液压行业发展，实现液压工业4.0。

2、建立自己的液压技术发展生态标准体系的意义与目标

  加快创新技术和应用向标准转化，强化标准的实施与监督，促进创新成果与产业深度融合。注重液压数智化与智能制造、工业互联网、机器人、车联网等相关标准体系的协调配套。注重国际国内标准协同性，充分发挥标准对液压数智化元件发展的支撑引领作用，为液压行业的液压元件向数智化方向发展保驾护航。

  到 2023年，我们应该明确液压数智元件的标准体系 ，研究标准体系建设和标准研制的总体规则，明确标准之间的关系， 指导液压数智元件标准化工作的有序开展，完成关键通用技术、 关键领域技术等2-3项以上重点标准的预研工作。重点形成对硬件与软件诸如数据、算法、 系统、服务等重点在行业从未有过的标准体系，并率先在工程机械等重点行业和领域进行推进。建设液压数智元件及其标准试验验证平台， 提供公共服务能力。

本《液压数智元件技术与产品生态标准体系》的建设也是推动我国液压行业标准的根本改变，我们不仅在原有基础上为行业产品与技术发展及时更新，推动行业技术与产品的更新换代；现在更要将标准工作作为整个产业生态不断自我优化、充分发挥基础共性等方面标准的引领作用，指导液压数智元件的国家标准、行业标准、企业标准等的制修订和协调配套，形成标准引领产业全面规范发展的新格局。 

3. 建设思路

  从传统液压而言，液压元件产品以功能而分类，并以此制定相应的产品标准。

  随着液压工业4.0的到来，液压元件已经由液压元件作为主体元件，必须与电液转换装置、电液转换器件、微处理控制装置、微处理控制所需要的外围硬件I/O元件、微处理器所需要的软件产品及其相关技术要求、与微处理相关的通信技术与元器件相关。因此对于液压数智元件而言，它的标准体系已经扩展包括液压主体元件在内的生态技术与产品的范围，可以以图1表示。

3.1、液压数智元件生态技术与产品标准体系 

液压数智元件技术与产品生态标准体系结构包括“ A 基础共性” “ B 支撑技术与产品” “ C转换器件” “ D 微处理器控制” “ E 通信技术” “ F 软件技术” “ G 可靠性” “H液气行业云”等八个部分， 如下图1所示。

图1 液压数智元件生态技术与产品标准体系结构

其中， A 基础共性标准包括术语、 分类与图形符号、 测试评估三大类，位于液压数智元件生态技术与产品标准体系结构的最上端， 支撑标准体系结构中其它部分；

B 液压主体元件技术与产品标准是整个生态技术与产品的主体支撑；

C 电液转换器件是液压数智元件生态环境的基础。所有的生态技术与产品都以此为基础。

D 微处理器控制是数智液压的核心，通用技术标准主要围绕其实施的功能所需要的外部硬件条件。

E 通信技术为数智液压元件的应用提供技术支撑； 

F 软件技术是液压数智元件的关键；

G 可靠性与安全位于液压数智元件生态技术与产品标准体系结构的最下端。它贯穿于整个体系，为液压数智元件的生产与应用提供安全保障与基础。

H 行业云是液压数智元件发挥作用所依赖的整个生态大环境，它取决于物联网及其技术。

3.2 建设内容

1、基础共性标准（A部分）

基础共性标准A部分主要针对液压数智元件生态技术与产品基础进行规范， 包括术语、 参考架构、 测试评估等部分。

1）术语标准。用于统一液压数智元件生态技术与产品相关概念、技术、应用行业场景，为其他各部分标准的制定和企业液压数智元件生态技术与产品研究提供支撑，包括液压数智元件生态技术与产品术语相关定义、范畴、实例等标准。

2）分类与图形符号。规范液压数智元件生态技术与产品相关技术的分类与图形符号，为开展液压数智元件生态技术与产品相关标准研制工作提供定位和方向建议。

3）测试评估标准。围绕液压数智元件生态技术与产品发展的成熟度、行业发展水平、企业能力等方面提取测试及评估的共性需求。包括与液压数智元件生态技术与产品相关的服务能力成熟度评估、人工智能通用性测试指南、评估原则以及等级要求、企业能力框架及测评要求等标准。

基础共性标准建设重点：

术语标准。结合液压数智元件生态技术与产品发展现状，开展液压数智元件生态技术与产品术语标准制修订工作。

分类与图形符号。为指明液压数智元件生态技术与产品相关技术、 应用及价值链的逻辑关系、相互作用、发展方向， 制定液压数智元件生态技术与产品参考架构等标准。

测试评估标准。开展与液压数智元件生态技术与产品相关的检测服务能力，并给出评估、技术或产品等级等标准研制。

2、液压主体元件标准（B部分）

作为支撑性液压产品标准B部分主要是液压元件本体。此部分可以较大程度上继承现阶段传统的液压元件技术与标准。随着液压智能元件的产生，会产生一些颠覆性的产品概念与形态，但是还处于概念性研发阶段，因此暂不纳入，不作为本标准体系的编制内容（图1之中用虚线表示）

3、电液转换元器件标准（C部分）

液压数智元件的数智功能主要依赖电液转换元器件，功率级电液转换依赖电磁铁与数字电机；

信号级电液转换依赖传感器。

随着液压数智元件一体化的发展，电磁铁、数字电机、传感器越来越从通用化走向液压定制化，更贴近液压元件功能与性能的要求，对提高液压元件的功重比、性价比起到更接近市场的效果。因此需要开展电液转换元器件的标准。

智能传感器与新型 MEMS 传感器相关标准的制定预判。为人工智能的液压元件发展提供标准支撑，包括传感器接口、性能评定、 试验方法等标准。

4、微处理控制技术标准（D部分）

 1）液压数智元件芯片定制化标准。规范智能计算芯片、 新型感知芯片及相关底层接口等。包括指令集和虚拟指令集、芯片性能、 功耗测试要求、 数据交换格式、 芯片操作系统的设计及检测等标准。

重点开展智能芯片架构和设计、 芯片性能、功耗测试要求、数据交换格式、 芯片操作系统的设计及检测等标准研制。

 2）数据存储及传输设备标准。重点开展 DAS 存储设备、网络存储及传输设备、存储备份系统相关标准研制。

3）开发框架标准。包括数智元件框架和应用系统之间的开发接口、控制数学模型表达和压缩等标准。重点开展模型数字孪生应用开发接口，以及模型表达与压缩等标准研制。

5、通信技术标准（E部分）

   液压数智元件涉及与物联网关联的标准，包括C1通信元器件与C2通信协议与接口的标准。为数智元件各类感知信息的采集、交互和互联互通提供支撑。重点在元件感知标准、设备感知标准与此有关的接口和互操作等网络接口、感知与执行一体化模型标准、多模态和态势感知标准等。

   通信分为有线通信与无线通信，因此在以上标准中也涉及有关网址或频谱资源管理、与芯片通信模块、工业网关等规范等。

6、嵌入式软件技术标准（F部分）

嵌入式软件技术是液压数智元件智液一体化的关键，因为在数智化元件中，软件能够定义硬件功能，这是有颠覆性概念的新发展。

液压控制与数字孪生的编程语言工具需要标准化（F1），对开发的框架需要标准化（F2)，算法工具是核心(F3)，智能识别是智能控制（智能识别）（F4）的难点。

重点开展自适应或自组织的模式识别系统的特点、模型、技术要求和评价等标准的研制。芯片中的软硬件优化编译器、控制与健康管理的算子库、计算性能评测标准研制。

语言标准应该对于开源或闭源给予规范（F1）。

芯片内部程序的编译器标准属于软件技术的一部分（F2） 这部分是提供液压数智元件需要提供的工具或者采用PC机。

7、可靠性/安全（G部分）  

1） 安全保护标准。包括元器件基础安全，数据、 算法和模型安全，技术和系统安全，安全管理和服务，安全测试评估，产品和应用安全等六个部分。

2） 元器件基础安全包括液压数智元件概念和术语、 安全参考架构、 基本安全要求等。

3）液压数智元件数据、 算法和模型安全标准是针对液压数智元件数据、 算法和模型中突出安全风险提出的， 包括数据安全、 隐私保护、 算法模型可信赖等。

4）液压数智元件技术和系统安全标准用于指导液压数智元件平台的安全建设， 主要包括开源框架安全标准、 安全工程标准、  元件安全标准、 安全技术标准。

 液压数智元件安全测试评估标准主要从液压数智元件的算法、 数据、 技术和系统、 应用等方面分析安全测试评估要点， 提出液压数智元件算法模型、 系统和服务平台安全、 数据安全、 应用风险、测试评估指标等基础性测评标准。

液压数智元件产品和应用安全标准主要是为保障液压数智元件技术、 服务和产品在具体应用场景下的安全。

8、液气行业云（H部分）   

  HA是液气智能制造，是抓取数智元件生产过程的基本生产数据与性能数据的抓取标准。

  HB是数智液压元件应用场景的通信的实施标准。

  HC是液气智能服务，是关于液压智能元件在智能生产后进行全自动营销与跟踪服务的标准。

  HD是液压数字孪生的过程标准，包括云计算与云处理。

 其中具有共性的有：

  1）数据管理标准。涉及到数据存储、处理、分析等大数据相关支撑技术要素，包括大数据系统产品、数据共享开放、数据管理机制、 数据治理等标准。重点开展面向液压数智元件算法和应用的数据服务接口、数据管理能力成熟度评估、数据开放共享要求、开放程度评估以及敏感行业数据治理等标准研制。

 2）云计算标准。规范液压数智元件的云计算平台、资源及服务，为液压数智元件信息的存储、 运算、共享提供支撑包括虚拟和物理资源池化、 调度，智能运算平台架构，智能运算资源定义和接口、 应用服务部署等标准。

3）边缘计算标准。规范液压数智元件应用涉及的端计算设备、网络、数据与应用。包括数据传输接口协议、智能数据存储、端端协同、端云协同等标准。重点开展云/边人工智能数据传输接口协议和规范

4）虚拟现实/增强现实标准。为用户提供视觉、触觉、听觉等多感官信息一致性体验的通用技术要求。便于指导现场的维修与装配性服务。重点开展内容制作、3D环境理解、3D交互理解等标准研制 。

5）数据存储及传输设备标准。用于规范数据存储、传输设备相关技术、数据接口等。  

6）智能商务领域。主要规范应用场景复杂的商务智能化领域， 包括对服务模型的分类和管理、 商务数据的智能分析，以及相应推荐引擎系统架构的设计要求。亟需制定推荐引擎系统架构、 服务管理模型、商务数据识别技术、精准营销模型等方面的标准。（20210520）

参考资料：

1. 国家标准化管理委员会、中央网信办、国家发展改革委、科技部、工信和信息化部五部门  《国家新一代人工智能标准体系建设指南》 2020年8月4日

2. 工业和信息化部 国家标准化管理委员会  国家智能制造标准体系建设指南（2018版）  工信部联科〔2018〕154号2018年7月

3. 许仰曾   液压工业4.0时代下液压智能元件与系统的生态环境   2019年工程机械液压技术培训（中国液压气动密封件行业协会  潍柴液压 主办）

4. 林广   智能化趋势下的液压元件与可靠性标准    全国工程机械行业CTO智能液压技术创新论坛   2019年8月2日 广州市新欧机械公司承办

5. 王起新   利用区块链技术，助力数字液压技术创新与运营新模式   2020PTC论坛讲稿    2020年10月29日

原文始发于微信公众号（新液压）：《液压新一代数智元件生态技术与产品标准体系指南》