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土方机械机器控制系统分层式软件架构第1部分:通用要求立项研究报告
EnglishTitle:Earth-movingMachinery—LayeredSoftwareArchitectureforMachineControlSystems—Part1:GeneralRequirements
摘要
随着智能制造、大数据产业和高端装备制造的快速发展,土方机械行业正加速向智能化、网联化和数字化转型。软件已成为实现机械功能的核心载体,其质量直接影响整机性能和行业技术水平。本报告围绕《土方机械机器控制系统分层式软件架构第1部分:通用要求》的立项背景、目的意义、适用范围及主要技术内容展开系统分析。
研究报告指出,该标准的制定旨在响应工信部《“十四五”智能制造发展规划》和《“十四五”大数据产业发展规划》中关于强化通用软件技术攻关、推动系统集成与产业链协同的政策要求。通过建立分层式、模块化和标准化的软件架构通用要求,可有效提升土方机械控制系统的软件质量、功能安全与信息安全水平,推动软硬件解耦、增强软件可移植性、降低开发与维护成本,并为行业数字化与智能化转型提供技术基础。
本报告进一步明确了该标准的技术范围与主要内容,包括分层架构设计原则、模块化接口规范、功能安全与信息安全设计要求等,适用于土方机械控制系统软件开发的全生命周期。该标准的实施将显著提升我国土方机械产品的国际竞争力和产业可持续发展能力。
关键词:土方机械;分层软件架构;通用要求;智能制造;功能安全;信息安全;模块化设计
Keywords:Earth-movingMachinery;LayeredSoftwareArchitecture;GeneralRequirements;IntelligentManufacturing;FunctionalSafety;InformationSecurity;ModularDesign
正文
一、立项背景与目的意义
土方机械作为基础设施建设与重大工程中的关键装备,其智能化、网联化与数字化发展日益依赖高性能软件系统。随着5G、物联网、人工智能等新技术的深度融合,软件已不再仅是硬件功能的辅助实现手段,而是成为决定整机性能、可靠性与竞争力的核心要素。
根据工业和信息化部、国家市场监督管理总局等七部门联合发布的《“十四五”智能制造发展规划》(工信部联规〔2021〕207号),明确提出应“支持企业、高校、科研院所等组建联合体,开展技术、工艺、装备、软件和管理、模式创新”。在“智能制造技术攻关行动”中特别强调需突破“制造装备、产品设计软件、管控软件、业务管理软件等之间的业务互联技术”,推动系统集成与协同创新。
此外,工信部《“十四五”大数据产业发展规划》(工信部规〔2021〕179号)也指出,应构建以“数据资源、基础硬件、通用软件、行业应用、安全保障”为核心的大数据产品服务体系,并在“企业主体发展能级跃升行动”中加强对通用软件等重点环节的支持。
上述政策明确指出了通用软件在高端装备制造中的基础性作用。当前,土方机械软件系统仍存在设计不规范、兼容性差、维护成本高、安全性不足等问题,严重制约了行业整体技术水平的提升。因此,通过制定《分层式软件架构第1部分:通用要求》标准,推动软件架构向分层化、模块化、标准化方向发展,具有以下重要意义:
1.提升软件质量与可靠性:通过规范架构设计与开发流程,从根本上预防设计缺陷,提高代码的可维护性与系统稳定性;
2.实现软硬件解耦:增强软件在不同硬件平台上的可移植性,减少因硬件更替带来的重复开发投入;
3.支持智能化升级:为人工智能算法、远程运维、预测性维护等高级功能的嵌入提供结构化基础;
4.强化功能安全与信息安全:明确安全设计原则,符合ISO13849、IEC61508等功能安全标准和网络安全要求;
5.推动行业协同与生态建设:促进产业链上下游企业之间的技术协作与资源共享,提升整体产业竞争力。
二、范围与主要技术内容
1.范围
本文件适用于土方机械机器控制系统中分层式软件架构的开发、设计与验证过程,涵盖挖掘机、装载机、推土机、平地机等主要土方机械类型。标准所提出的通用要求包括架构分层原则、接口规范、模块化设计指南、功能安全与信息安全设计等内容,适用于OEM制造商、零部件供应商、软件开发商及检测认证机构。
2.主要技术内容
-分层架构通用要求:明确软件架构应分为硬件抽象层、系统服务层、功能组件层和应用层等若干层次,并规定各层的职责与交互机制;
-模块化设计原则:定义模块的划分准则、接口标准、通信协议及数据格式,支持模块的独立开发、测试与集成;
-功能安全设计:依据ISO13849、IEC61508等标准,提出架构中与安全相关的模
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