智能制造能力成熟度模型書寫(節(jié)選)

中國(guó)的工業(yè)處于新的轉(zhuǎn)型和附加值過(guò)程中，智能制造已成為制造業(yè)的主要目標(biāo)。但是,智能制造仍在不斷發(fā)展過(guò)程中,且國(guó)內(nèi)外對(duì)智能制造的概念和內(nèi)涵仍未有統(tǒng)一的認(rèn)知,并不利于制造企業(yè)“智造”相關(guān)實(shí)踐活動(dòng)的持續(xù)開展。自2015年開始,由工信部主持,組織部分重點(diǎn)科研院所共同研究智能制造的基本定義、內(nèi)涵、規(guī)劃、路徑和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2016年,由中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院主導(dǎo),我國(guó)首個(gè)“智能制造能力成熟度評(píng)價(jià)模型”誕生,在明確智能制造基本路徑的基礎(chǔ)上,研究了智能制造不同等級(jí)的企業(yè)多層面關(guān)鍵特征,為制造企業(yè)衡量自身能力提供了參考依據(jù)。中國(guó)電子標(biāo)準(zhǔn)化研究院的《智能制造能力成熟度模型白皮書》(下簡(jiǎn)稱“白皮書”),基于智能制造能力成熟度模型的研究工作,并參考了《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南(2015年版)》中智能制造系統(tǒng)架構(gòu)模型,按照生命周期、系統(tǒng)層和智能功能的三個(gè)維度,對(duì)智能制造的核心特征和要素進(jìn)行了總結(jié),歸納為“智能+制造”的兩個(gè)維度,并進(jìn)一步細(xì)化了從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、資源要素,一直到新業(yè)態(tài)等的10大類核心能力和27個(gè)域。白皮書中,將企業(yè)的智能制造能力劃分為從低到高的5個(gè)等級(jí)——規(guī)劃級(jí)、規(guī)范級(jí)、集成級(jí)、優(yōu)化級(jí)和引領(lǐng)級(jí),并分析了每個(gè)等級(jí)的具體特征。2019年,根據(jù)“智能制造能力成熟度評(píng)價(jià)模型”,工信部第一輪的評(píng)測(cè)結(jié)果即將發(fā)布之際,本刊節(jié)選《智能制造能力成熟度模型白皮書》的關(guān)鍵評(píng)價(jià)部分,以幫助更多工業(yè)企業(yè)正確厘清自身的“智能制造”能力水平,助力企業(yè)進(jìn)一步開展數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化相關(guān)工作。一、智能制造能力成熟度模型模型由維度、類、域、等級(jí)和成熟度要求等內(nèi)容組成。維度、類和域是“智能+制造”兩個(gè)維度的展開,是對(duì)智能制造核心能力要素的分解。等級(jí)是類和域在不同階段水平的表現(xiàn),成熟度要求是對(duì)類和域在不同等級(jí)下的特征描述。智能制造能力成熟度矩陣是模型架構(gòu)的具體實(shí)例,涵蓋了智能制造能力成熟度模型所涉及的核心內(nèi)容,是模型組成部件的展現(xiàn)。本文在充分研究中國(guó)智能制造系統(tǒng)架構(gòu)、工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型(RAMI4.0)、美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu),深入挖掘智能制造內(nèi)涵的基礎(chǔ)上,根據(jù)“智能+制造”兩個(gè)核心維度,分解為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)、資源要素、互聯(lián)互通、系統(tǒng)集成、信息融合和新興業(yè)態(tài)10大類能力以及細(xì)化的27個(gè)要素域,對(duì)每個(gè)域進(jìn)行分級(jí),每一級(jí)別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的要求,構(gòu)成智能制造能力成熟度矩陣,模型架構(gòu)與能力成熟度矩陣的關(guān)系如圖1所示。1、全生命周期動(dòng)態(tài)的智能化制造“智能+制造”兩個(gè)維度是我們論述智能制造能力成熟度模型的起點(diǎn),代表了我們對(duì)智能制造本質(zhì)的理解,也可以理解為OT(運(yùn)營(yíng)技術(shù))+IT(信息技術(shù))在制造業(yè)的應(yīng)用。制造維體現(xiàn)了面向產(chǎn)品的全生命周期或全過(guò)程的智能化提升,包括了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售和服務(wù)5類,涵蓋了從接收客戶需求到提供產(chǎn)品及服務(wù)的整個(gè)過(guò)程。與傳統(tǒng)的制造過(guò)程相比,智能制造的過(guò)程更加側(cè)重于各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的智能化應(yīng)用和智能水平的提升。智能維是智能技術(shù)、智能化基礎(chǔ)建設(shè)、智能化結(jié)果的綜合體現(xiàn),是對(duì)信息物理融合的詮釋,完成了感知、通信、執(zhí)行、決策的全過(guò)程,包括了資源要素、互聯(lián)互通、系統(tǒng)集成、信息融合和新興業(yè)態(tài)5大類,引導(dǎo)企業(yè)利用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)向模式創(chuàng)新發(fā)展。2、要素相互作用類和域代表了智能制造關(guān)注的核心要素,是對(duì)“智能+制造”兩個(gè)維度的深度詮釋。其中,域是對(duì)類的進(jìn)一步分解。10大類核心要素相互作用才能達(dá)到智能制造的狀態(tài),其關(guān)系如圖2所示。將各種制造資源要素(人、機(jī)器、能源等)與制造過(guò)程(設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售和服務(wù))等物理世界的實(shí)體及活動(dòng)數(shù)字化并接入到互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,對(duì)各種數(shù)字化應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)集成,對(duì)信息融合中的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘利用并反饋優(yōu)化制造過(guò)程和資源要素,推動(dòng)組織最終達(dá)到個(gè)性化定制、遠(yuǎn)程運(yùn)維與協(xié)同制造的新興業(yè)態(tài)。3、智能制造級(jí)別等級(jí)定義了智能制造的階段水平,描述了一個(gè)組織逐步向智能制造最終愿景邁進(jìn)的路徑,代表了當(dāng)前實(shí)施智能制造的程度,同時(shí)也是智能制造評(píng)估活動(dòng)的結(jié)果。智能制造能力成熟度模型共分為以下5個(gè)等級(jí),如圖3所示。(1)1級(jí):規(guī)劃級(jí)。在這個(gè)級(jí)別下,企業(yè)有了實(shí)施智能制造的想法,開始進(jìn)行規(guī)劃和投資。部分核心的制造環(huán)節(jié)已實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程信息化,具備部分滿足未來(lái)通信和集成需求的基礎(chǔ)設(shè)施,企業(yè)已開始基于IT進(jìn)行制造活動(dòng),但只是具備實(shí)施智能制造的基礎(chǔ)條件,還未真正進(jìn)入到智能制造的范疇。(2)2級(jí):規(guī)范級(jí)。在這個(gè)級(jí)別下,企業(yè)已形成了智能制造的規(guī)劃,對(duì)支撐核心業(yè)務(wù)的設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行投資,通過(guò)技術(shù)改造,使得主要設(shè)備具備數(shù)據(jù)采集和通信的能力,實(shí)現(xiàn)了覆蓋核心業(yè)務(wù)重要環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、數(shù)字化升級(jí)。通過(guò)制定標(biāo)準(zhǔn)化的接口和數(shù)據(jù)格式,部分支撐生產(chǎn)作業(yè)的信息系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部集成,數(shù)據(jù)和信息在業(yè)務(wù)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)共享,企業(yè)開始邁進(jìn)智能制造的門檻。(3)3級(jí):集成級(jí)。在這個(gè)級(jí)別下,企業(yè)對(duì)智能制造的投資重點(diǎn)開始從對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)裝備和信息系統(tǒng)等的單項(xiàng)投入,向集成實(shí)施轉(zhuǎn)變,重要的制造業(yè)務(wù)、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)單元完成數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化改造,能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售、物流和服務(wù)等核心業(yè)務(wù)間的信息系統(tǒng)集成,開始聚焦工廠范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的共享,企業(yè)已完成了智能化提升的準(zhǔn)備工作。(4)4級(jí):優(yōu)化級(jí)。在這個(gè)級(jí)別下,企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)以及其他支撐系統(tǒng)已完成全面集成,實(shí)現(xiàn)了工廠級(jí)的數(shù)字建模,并開始對(duì)人員、裝備、產(chǎn)品和環(huán)境所采集到的數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)過(guò)程中所形成的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,通過(guò)知識(shí)庫(kù)、專家?guī)斓葍?yōu)化生產(chǎn)工藝和業(yè)務(wù)流程,能夠?qū)崿F(xiàn)信息世界與物理世界互動(dòng)。從3級(jí)到4級(jí)體現(xiàn)了量變到質(zhì)變的過(guò)程,企業(yè)智能制造的能力快速提升。(5)5級(jí):引領(lǐng)級(jí)。引領(lǐng)級(jí)是智能制造能力建設(shè)的最高程度,在這個(gè)級(jí)別下,數(shù)據(jù)的分析使用已貫穿企業(yè)的方方面面,各類生產(chǎn)資源都得以最優(yōu)化的利用,設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)自治的反饋和優(yōu)化,企業(yè)已成為上下游產(chǎn)業(yè)鏈中的重要角色,個(gè)性化定制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和遠(yuǎn)程運(yùn)維已成為企業(yè)開展業(yè)務(wù)的主要模式,企業(yè)成為本行業(yè)智能制造的標(biāo)桿。企業(yè)在實(shí)施智能制造時(shí),應(yīng)按照逐級(jí)遞進(jìn)的原則,從低級(jí)向高級(jí)循序演進(jìn),要注重投資回報(bào)率。企業(yè)應(yīng)該根據(jù)自身的業(yè)務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀、市場(chǎng)定位、客戶需求和資金投入情況,來(lái)選擇合適的等級(jí)確定智能制造的發(fā)展方向。需要注意的是,并非只有最高級(jí)才是適合每個(gè)企業(yè)的最佳選擇。4、級(jí)的依據(jù)成熟度要求描述了為實(shí)現(xiàn)域的特征而應(yīng)滿足的各種條件,是判定企業(yè)是否實(shí)現(xiàn)該級(jí)別的依據(jù)。每個(gè)域下分不同級(jí)別的成熟度要求,其中對(duì)制造維及資源要素的要求是從1級(jí)到5級(jí),對(duì)互聯(lián)互通和系統(tǒng)集成的要求是從3級(jí)到5級(jí),對(duì)信息融合的要求從4級(jí)到5級(jí),對(duì)新興業(yè)態(tài)的要求只有第5級(jí)。二、智能制造能力的成熟要求1、加標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是通過(guò)產(chǎn)品及工藝的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、推理驗(yàn)證以及仿真優(yōu)化等過(guò)程,形成設(shè)計(jì)需求的實(shí)現(xiàn)方案。設(shè)計(jì)能力成熟度的提升是從基于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)與推理驗(yàn)證,到基于知識(shí)庫(kù)的參數(shù)化/模塊化、模型化設(shè)計(jì)與仿真優(yōu)化,再到設(shè)計(jì)、工藝、制造、檢驗(yàn)和運(yùn)維等產(chǎn)品全生命周期的協(xié)同,體現(xiàn)對(duì)個(gè)性化需求的快速滿足。構(gòu)成設(shè)計(jì)類能力的域如圖4所示。2、智慧生產(chǎn)及智慧生產(chǎn)生產(chǎn)是通過(guò)IT與OT的融合,對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)五大生產(chǎn)要素進(jìn)行管控,以實(shí)現(xiàn)從前端采購(gòu)、生產(chǎn)計(jì)劃管理到后端倉(cāng)儲(chǔ)物流等生產(chǎn)全過(guò)程的智能調(diào)度及調(diào)整優(yōu)化,達(dá)到柔性生產(chǎn)。生產(chǎn)能力成熟度的提升是從以生產(chǎn)任務(wù)為核心的信息化管理開始,到各項(xiàng)要素和過(guò)程的集中管控,最終達(dá)到從采購(gòu)、生產(chǎn)計(jì)劃與排產(chǎn)、生產(chǎn)作業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)物流和完工反饋等全過(guò)程的閉環(huán)與自適應(yīng)。構(gòu)成生產(chǎn)類能力的域如圖5所示。3、提高運(yùn)輸效率物流管理是將產(chǎn)品運(yùn)送到下游企業(yè)或用戶中的過(guò)程,利用條形碼、射頻識(shí)別、傳感器以及全球定位系統(tǒng)等先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過(guò)信息處理和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過(guò)程的自動(dòng)化運(yùn)作、可視化監(jiān)控和對(duì)車輛、路徑的優(yōu)化管理等,以提高運(yùn)輸效率、減少能源消耗。物流能力成熟度的提升是從訂單、計(jì)劃調(diào)度、信息跟蹤的信息化管理開始,到通過(guò)多種策略進(jìn)行管理,最終實(shí)現(xiàn)精益化管理和智能物流。其關(guān)注點(diǎn)在于訂單管理,運(yùn)輸計(jì)劃與調(diào)度管理、物流信息的跟蹤與反饋,運(yùn)輸路徑的優(yōu)化等。等級(jí)及其特征如表1所示。4、業(yè)務(wù)的調(diào)整銷售管理是以客戶需求為核心,利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù),對(duì)銷售數(shù)據(jù)、行為進(jìn)行分析和預(yù)測(cè),帶動(dòng)生產(chǎn)計(jì)劃、倉(cāng)儲(chǔ)、采購(gòu)及供應(yīng)商管理等業(yè)務(wù)的優(yōu)化調(diào)整。銷售能力成熟度的提升是從銷售計(jì)劃、銷售訂單、銷售價(jià)格、分銷計(jì)劃、客戶關(guān)系的信息化管理開始,到客戶需求預(yù)測(cè)/客戶實(shí)際需求拉動(dòng)生產(chǎn)、采購(gòu)和物流計(jì)劃,最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)更加準(zhǔn)確的銷售預(yù)測(cè)對(duì)企業(yè)客戶管理、供應(yīng)鏈管理與生產(chǎn)管理進(jìn)行優(yōu)化,以及個(gè)性化營(yíng)銷等。其關(guān)注點(diǎn)在于銷售數(shù)據(jù)挖掘、銷售預(yù)測(cè)及銷售計(jì)劃、銷售業(yè)務(wù)與相關(guān)業(yè)務(wù)的集成以及銷售的新模式。等級(jí)及其特征如表2所示。5、產(chǎn)品功能定位服務(wù)是通過(guò)對(duì)客戶滿意度調(diào)查和使用情況跟蹤,對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)維情況統(tǒng)計(jì)分析,反饋給相關(guān)部門,維護(hù)客戶關(guān)系,提升產(chǎn)品過(guò)程,達(dá)到從縱向挖掘客戶對(duì)產(chǎn)品功能和性能的要求,進(jìn)而從橫向拓展客戶群。服務(wù)能力成熟度的提升是服務(wù)方式從線下、線上、云平臺(tái)和移動(dòng)客戶端、客服機(jī)器人/現(xiàn)場(chǎng)、線上線下遠(yuǎn)程指導(dǎo)、遠(yuǎn)程工具、遠(yuǎn)程平臺(tái)和AR/VR的轉(zhuǎn)變,最終能夠提供個(gè)性化客戶服務(wù)和基于知識(shí)挖掘的創(chuàng)新性產(chǎn)品服務(wù)。6、實(shí)施基礎(chǔ)及優(yōu)化資源要素是對(duì)組織的戰(zhàn)略、組織結(jié)構(gòu)、人員、設(shè)備及能源等要素的策劃、管理及優(yōu)化,為智能制造的實(shí)施提供基礎(chǔ)。資源要素能力成熟度的提升體現(xiàn)了從管理愿景的策劃,到運(yùn)用信息化手段進(jìn)行管理、到?jīng)Q策智能化的轉(zhuǎn)變,體現(xiàn)了組織智能化管理水平的提升。構(gòu)成資源要素類能力的域如圖6所示。7、工廠的運(yùn)行環(huán)境聯(lián)通和應(yīng)用,使工廠成為有機(jī)的物流環(huán)境,使工廠的業(yè)務(wù)環(huán)境成為有機(jī)的環(huán)境互聯(lián)互通是現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等在工廠中的部署和應(yīng)用,使工廠具備將人、機(jī)、物等有機(jī)聯(lián)通的環(huán)境?；ヂ?lián)互通成熟度的提升是從設(shè)備間,到車間、到工廠以及企業(yè)上下游系統(tǒng)間的互聯(lián)互通,體現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)集成、協(xié)同制造等的支撐。8、信息物理融合階段系統(tǒng)集成的目的是實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)各種業(yè)務(wù)、信息等的互聯(lián)與互操作,最終達(dá)到信息物理完全融合的狀態(tài)。系統(tǒng)集成成熟度的提升是從企業(yè)內(nèi)部單項(xiàng)應(yīng)用、系統(tǒng)間互聯(lián)互操作,到企業(yè)內(nèi)全部系統(tǒng)、企業(yè)間上下游集成的轉(zhuǎn)變,體現(xiàn)了對(duì)資源充分共享。構(gòu)成系統(tǒng)集成類能力的域如圖7所示。9、基于模型的方法的自主決策信息融合的核心在于對(duì)數(shù)據(jù)的開發(fā)利用,通過(guò)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)模型的應(yīng)用等,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及服務(wù)等流程的優(yōu)化,提升預(yù)測(cè)預(yù)警、自主決策的能力。信息融合成熟度的提升是從數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)建模到?jīng)Q策優(yōu)化的過(guò)程。構(gòu)成信息融合類能力的域如圖8所示。10、制造業(yè)商業(yè)模式新興業(yè)態(tài)是企業(yè)在互聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)下,采用信息化手段以及智能化管理措施,重新思考和構(gòu)建制造業(yè)的生產(chǎn)模式和組織方式,進(jìn)而形成的新型商業(yè)模式。新興業(yè)態(tài)能力成熟度主要體現(xiàn)在智能制造高級(jí)階段,實(shí)現(xiàn)了快速、低成本滿足用戶個(gè)性化需求,對(duì)設(shè)備遠(yuǎn)程控制,信息資源交互共享的目的,實(shí)現(xiàn)企業(yè)間、部門間各環(huán)節(jié)的協(xié)同優(yōu)化。構(gòu)成新興業(yè)態(tài)類能力的域如圖9所示。三、整體成熟度模型與單項(xiàng)能力模型根據(jù)使用者的不同,智能制造能力成熟度模型分為兩種表現(xiàn)形式-整體成熟度模型和單項(xiàng)能力模型,整體成熟度模型提供了使組織能夠通過(guò)改進(jìn)某一些關(guān)鍵域集合來(lái)遞進(jìn)式的提升智能制造整體水平的一種路徑,單項(xiàng)能力模型提供了使組織能夠針對(duì)其選定的某一類關(guān)鍵域進(jìn)行逐步連續(xù)式改進(jìn)的一種路徑。1、不同成熟度等級(jí)整體成熟度模型用于衡量企業(yè)智能制造的綜合能力,主要面向大型企業(yè)等,兼顧了制造和智能兩方面。在模型中,將企業(yè)智能制造能力成熟度劃分為5個(gè)等級(jí),數(shù)字越大成熟度等級(jí)越高。高成熟度等級(jí)代表比較強(qiáng)的智能制造能力,反之亦然。按照本模型提升企業(yè)智能制造水平是由低到高逐步遞進(jìn)的,不能放棄比較低的等級(jí)直接越級(jí)提升到比較高的等級(jí),每個(gè)等級(jí)向下兼容下一個(gè)等級(jí)。隨著等級(jí)的提升,要實(shí)現(xiàn)的類的數(shù)量是增加的,如圖10所示。2、智能制造業(yè)全業(yè)務(wù)管理以業(yè)務(wù)處理為核心業(yè)務(wù)管理單項(xiàng)能力模型主要面向中小企業(yè)或者只在制造的某些環(huán)節(jié)有智能化提升需求的企業(yè),用于衡量企業(yè)在制造的某一關(guān)鍵業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的智能化能力,側(cè)重制造維的實(shí)施。模型中,將每一制造環(huán)節(jié)的智能制造能力分為5級(jí),數(shù)字越大能力等級(jí)越高,選擇一個(gè)類進(jìn)行改進(jìn)后,