基于兩化融合管理體系思想的智能工廠建設(shè)規(guī)劃

喬運(yùn)華，趙宏軍，王 嘯，馬麗麗

（1.北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120；2.中國信息安全研究院有限公司，北京 102200）

基于兩化融合管理體系思想的智能工廠建設(shè)規(guī)劃

喬運(yùn)華，趙宏軍，王 嘯，馬麗麗

（1.北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120；2.中國信息安全研究院有限公司，北京 102200）

面對新一輪的工業(yè)革命，德國、美國等發(fā)達(dá)國家相繼提出“工業(yè)4.0”和“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念，積極推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級。我國也提出了“中國制造2025”的戰(zhàn)略舉措，加快實(shí)現(xiàn)我國由工業(yè)大國向工業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的步伐。智能工廠的建設(shè)是“中國制造2025”的重要構(gòu)成，然而現(xiàn)階段我國在智能工廠的建設(shè)過程中，普遍存在與戰(zhàn)略不匹配、缺乏整體規(guī)劃的現(xiàn)象，結(jié)合兩化融合管理體系的相關(guān)理念，提出了基于兩化融合管理體系思想的智能工廠建設(shè)規(guī)劃方案，為企業(yè)進(jìn)行智能工廠的建設(shè)提供參考。

智能工廠兩化融合；智能工廠規(guī)劃

1 智能工廠建設(shè)的背景

當(dāng)前社會，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)制造行業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)，新一輪工業(yè)革命的浪潮席卷而來。德國、美國等發(fā)達(dá)國家相繼提出“工業(yè)4.0”和“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念，積極推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的脈搏，我國也提出了“中國制造2025”的戰(zhàn)略舉措，加快實(shí)現(xiàn)我國由工業(yè)大國向工業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的步伐。

德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部在2013年的漢諾威工業(yè)博覽會上首次正式提出“工業(yè)4.0”的概念，描繪了制造業(yè)未來的愿景。按照“工業(yè)4.0”的定義，工業(yè)的發(fā)展伴隨著科學(xué)和技術(shù)的革新而實(shí)現(xiàn)，蒸汽機(jī)的發(fā)明帶來了生產(chǎn)的機(jī)械化，產(chǎn)生了第一次工業(yè)革命。電力的發(fā)明實(shí)現(xiàn)了批量化的流水線生產(chǎn)，帶來了第二次工業(yè)革命。電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展則促進(jìn)了自動化生產(chǎn)制造方式，推動了第三次工業(yè)革命。未來十年，基于信息物理融合系統(tǒng)(CPS)的智能化，人類將迎來以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命。

智能工廠是德國“工業(yè)4.0”理念中所描繪的未來工業(yè)體系的一個(gè)關(guān)鍵構(gòu)成。智能工廠重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。它將人、機(jī)器和資源通過信息物理融合系統(tǒng)（CPS）搭建起一個(gè)社交網(wǎng)絡(luò)，彼此之間自然地相互溝通協(xié)作；機(jī)器將不再由人來主宰，而是擁有自我適應(yīng)的能力，通過不斷的學(xué)習(xí)來滿足甚至超出人類的需要；智能工廠生產(chǎn)出的產(chǎn)品，能夠理解自己被加工制造的細(xì)節(jié)以及將如何被使用，能夠解答“哪些參數(shù)被用來處理我”、“我應(yīng)該被傳送到哪里”等問題?？偨Y(jié)來說，智能工廠具備生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、生產(chǎn)過程透明化、生產(chǎn)產(chǎn)品智能化等特點(diǎn)。

我國在2015年推出了“中國制造2025”——中國版的“工業(yè)4.0”規(guī)劃，部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略。圍繞這一戰(zhàn)略目標(biāo)，“中國制造2025”規(guī)劃中把“推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合”作為九大戰(zhàn)略任務(wù)和重點(diǎn)之一，提出要加快推動新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合發(fā)展，把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向，推進(jìn)制造過程智能化，在重點(diǎn)領(lǐng)域試點(diǎn)建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車間。通過建設(shè)智能工廠，促進(jìn)制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測和自適應(yīng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的智能管控。

與其他國家的制造強(qiáng)國戰(zhàn)略相比較，“中國制造2025”提出要立足國情，立足現(xiàn)實(shí)，這也明確了我國工業(yè)企業(yè)的智能工廠建設(shè)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)際情況穩(wěn)步推進(jìn)。

2 現(xiàn)階段我國智能工廠建設(shè)存在的問題

國家政策的出臺大力推動了全國范圍內(nèi)各制造企業(yè)智能工廠建設(shè)的步伐。智能工廠的建設(shè)是一件人力物力投入巨大的系統(tǒng)工程，然而在現(xiàn)階段的智能工廠建設(shè)中存在諸多值得關(guān)注的問題，具體來講，可以總結(jié)為以下四個(gè)方面：

1）智能工廠的建設(shè)與企業(yè)戰(zhàn)略不匹配

智能工廠的建設(shè)無疑是幫助企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、突破創(chuàng)新、贏得可持續(xù)發(fā)展的競爭優(yōu)勢的一把利器。但是企業(yè)往往在建設(shè)過程中，沒有充分的識別當(dāng)前內(nèi)外部的環(huán)境，沒有做好需求分析和經(jīng)濟(jì)效益分析，盲目投入，不計(jì)后果，不但沒能支撐企業(yè)戰(zhàn)略落地，獲取預(yù)期的競爭優(yōu)勢，反而給企業(yè)本身的生產(chǎn)經(jīng)營帶來很大困擾，甚至讓企業(yè)背上沉重的包袱。

2）對智能工廠的認(rèn)知片面，存在局限

許多企業(yè)將智能工廠的建設(shè)仍局限在車間生產(chǎn)的智能化。智能車間、智能工廠和智能制造是一個(gè)層層遞進(jìn)的關(guān)系。智能車間的建設(shè)就好比是提高每一個(gè)士兵單兵作戰(zhàn)的能力，做到每一顆子彈消滅一個(gè)敵人；而智能工廠建設(shè)則是要提高部隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)能力，海陸空一體化協(xié)同；智能制造則是上升到國家整體軍事力量的提升上，從而帶動與其相關(guān)的農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)組成部分的產(chǎn)業(yè)級管理水平的提高。因此，智能工廠的建設(shè)應(yīng)以提升工廠運(yùn)營管理整體水平提高為核心，將業(yè)務(wù)層級拓展到整個(gè)供應(yīng)鏈。

3）智能工廠的建設(shè)重硬輕軟

企業(yè)投入大量資金購買先進(jìn)設(shè)備，搭建智能產(chǎn)線，卻忽略了相關(guān)人才的培養(yǎng)和維護(hù)保障，智能化項(xiàng)目在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，將會積累大量的信息資源，但是由于缺乏人才和技術(shù)基礎(chǔ)，難以對其進(jìn)行充分的挖掘創(chuàng)新，將造成智能設(shè)備潛在的附加利潤大打折扣；另一方面，設(shè)備隨著時(shí)間的推移，因缺乏必要的維護(hù)升級等原因跟不上企業(yè)發(fā)展的步伐，也會造成巨大的浪費(fèi)。

4）智能工廠建設(shè)的系統(tǒng)性規(guī)劃不足

有的企業(yè)在進(jìn)行智能工廠項(xiàng)目建設(shè)中，缺乏頂層設(shè)計(jì)。一方面，企業(yè)未能正視智能工廠建設(shè)帶來的短期和長期效益，未能制定出合理的指標(biāo)來監(jiān)督和量化建設(shè)的成果，缺乏對近期和遠(yuǎn)期目標(biāo)的規(guī)劃，對項(xiàng)目整體把控能力較差；另一方面，各個(gè)部門業(yè)務(wù)隔離，信息部門牽頭制定信息化規(guī)劃，生產(chǎn)部門牽頭制定技改方案，部門之間信息傳遞不暢，因?yàn)槠髽I(yè)整體需求不夠明確，系統(tǒng)目標(biāo)不同，導(dǎo)致智能化項(xiàng)目即使建成，也因?yàn)椴贿m應(yīng)需求而造成內(nèi)部矛盾，最后運(yùn)轉(zhuǎn)不通，不了了之。

面對現(xiàn)階段智能工廠建設(shè)中的種種問題，需要提前對智能工廠項(xiàng)目做好規(guī)劃，并通過一套標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范整個(gè)流程，確保項(xiàng)目的科學(xué)性、系統(tǒng)性和有效性。

3 兩化融合管理體系

3.1 體系基本情況

國家工業(yè)和信息化部于2013年提出《信息化和工業(yè)化深度融合專項(xiàng)行動計(jì)劃（2013～2018年）》，其第一項(xiàng)則為“企業(yè)兩化融合管理體系標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和推廣行動”，組織研究建立兩化融合標(biāo)準(zhǔn)體系，幫助企業(yè)建立和規(guī)范兩化融合管理機(jī)制。

兩化融合管理體系是一套引導(dǎo)組織強(qiáng)化變革管理、系統(tǒng)推進(jìn)兩化融合的管理方法論。智能工廠的建設(shè)作為企業(yè)兩化融合工作的重要組成部分，應(yīng)用兩化融合管理體系的思想，可以有效規(guī)避和解決前文中提及的問題，規(guī)范建設(shè)的過程。

3.2 體系原則

兩化融合管理體系堅(jiān)持“以獲取可持續(xù)競爭優(yōu)勢為關(guān)注焦點(diǎn)，戰(zhàn)略一致性，領(lǐng)導(dǎo)的核心作用，全員參與、全員考核，過程管理，全局優(yōu)化，循序漸進(jìn)、持之以恒，創(chuàng)新引領(lǐng)，開放協(xié)作”的九項(xiàng)基本原則。這是貫穿整個(gè)兩化融合管理體系的核心思想和重要理論基礎(chǔ)，是確保企業(yè)把握兩化融合本質(zhì)、獲得并不斷提升其實(shí)效的關(guān)鍵。

3.3 體系框架

在兩化融合管理體系的基本框架下，涵蓋了戰(zhàn)略循環(huán)、要素循環(huán)和管理循環(huán)三個(gè)基本循環(huán)。

圖1 兩化融合管理體系框架圖

戰(zhàn)略循環(huán)（戰(zhàn)略—可持續(xù)競爭優(yōu)勢—新型能力）：

指明了兩化融合工作的發(fā)展方向，即“往哪兒走”。企業(yè)兩化融合工作的開展應(yīng)緊緊抓住“戰(zhàn)略-可持續(xù)競爭優(yōu)勢-新型能力”這一條主線，從企業(yè)戰(zhàn)略出發(fā)，充分識別企業(yè)內(nèi)外部環(huán)境的變化，從而明確與企業(yè)戰(zhàn)略相匹配的可持續(xù)競爭優(yōu)勢需求，通過打造信息化環(huán)境下的新型能力，來確保獲取預(yù)期的可持續(xù)競爭優(yōu)勢，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)企業(yè)戰(zhàn)略落地。

要素循環(huán)（數(shù)據(jù)—技術(shù)—業(yè)務(wù)流程—組織結(jié)構(gòu)）：

幫助企業(yè)明確兩化融合工作的具體路徑，從哪幾方面入手開展兩化融合工作，即“做什么”。充分發(fā)揮技術(shù)的基礎(chǔ)支撐作用，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程和組織結(jié)構(gòu)，并通過技術(shù)來固化新的業(yè)務(wù)流程和組織結(jié)構(gòu)。同時(shí)，加強(qiáng)對數(shù)據(jù)的開發(fā)利用，挖掘數(shù)據(jù)這一要素的創(chuàng)新驅(qū)動潛能，推動和實(shí)現(xiàn)四個(gè)要素整體的互動創(chuàng)新和持續(xù)優(yōu)化。

管理循環(huán)（策劃—支持、實(shí)施與運(yùn)行—評測—改進(jìn)）：

以“PDCA”的管理方法，幫助企業(yè)推進(jìn)兩化融合工作，即“怎么做”。圍繞數(shù)據(jù)、技術(shù)、業(yè)務(wù)流程與組織結(jié)構(gòu)四要素，充分發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)的核心作用，建立策劃，支持、實(shí)施與運(yùn)行，評測與改進(jìn)管理機(jī)制，讓兩化融合工作形成管理閉環(huán)，穩(wěn)定獲取預(yù)期的可持續(xù)競爭優(yōu)勢。

4 基于兩化融合管理體系思想的智能工廠建設(shè)規(guī)劃

企業(yè)基于兩化融合管理體系思想來進(jìn)行智能工廠的建設(shè)，首先，應(yīng)依照兩化融合管理體系的要求，建立文件化的兩化融合管理系統(tǒng)，并在已構(gòu)建的文件化管理體系基礎(chǔ)上，依據(jù)結(jié)構(gòu)化的方法開展涉及智能工廠兩化融合建設(shè)的中長期規(guī)劃、年度計(jì)劃以及項(xiàng)目等相關(guān)的規(guī)劃活動。如圖2所示，可將智能工廠建設(shè)規(guī)劃的過程分為規(guī)劃分析、規(guī)劃設(shè)計(jì)、規(guī)劃實(shí)施三個(gè)階段。

圖2 基于兩化融合管理體系思想的智能工廠建設(shè)規(guī)劃流程

4.1 規(guī)劃分析

首先，企業(yè)應(yīng)提出建設(shè)智能工廠規(guī)劃的需要，并經(jīng)過企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層的審批，來獲得支持和認(rèn)可。規(guī)劃需求的提出，應(yīng)結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，既可能是自上而下由企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)提出，進(jìn)而向下部署的企業(yè)級戰(zhàn)略任務(wù)，也可能是業(yè)務(wù)部門結(jié)合實(shí)際需要牽頭提出，自下而上向企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層匯報(bào)獲得批準(zhǔn)。

項(xiàng)目批準(zhǔn)后，智能工廠的建設(shè)應(yīng)遵循“一把手工程”的原則，由企業(yè)最高管理者整合資源，組建規(guī)劃組織，指定負(fù)責(zé)人，充分識別企業(yè)的內(nèi)外部環(huán)境，圍繞“智能設(shè)計(jì)、智能生產(chǎn)、智能經(jīng)營、智能服務(wù)”等智能工廠涉及的主要業(yè)務(wù)層面，來進(jìn)行企業(yè)的現(xiàn)狀調(diào)研，從而識別和確定與企業(yè)戰(zhàn)略相匹配的可持續(xù)競爭優(yōu)勢的需求。

4.2 規(guī)劃設(shè)計(jì)

1）識別和確定新型能力

為支持差異化的可持續(xù)競爭優(yōu)勢的獲取和戰(zhàn)略落地，在智能工廠建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，應(yīng)明確智能工廠建設(shè)擬打造的新型能力。所謂新型能力，在兩化融合管理體系中定義為“為適應(yīng)企業(yè)快速變化的環(huán)境、不斷形成新的競爭優(yōu)勢，整合、建立、重構(gòu)企業(yè)的內(nèi)外部能力，實(shí)現(xiàn)能力改進(jìn)的結(jié)果”。相對于已有能力，新型能力既可以表現(xiàn)為量的增長，也可以表現(xiàn)為質(zhì)的跨越。企業(yè)智能工廠建設(shè)中新型能力的識別與確定，就是明確通過智能工廠的建設(shè)，在信息化手段的支撐下，可以幫助企業(yè)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、經(jīng)營、服務(wù)等方面實(shí)現(xiàn)哪些能力的改進(jìn)。

2）制定新型能力目標(biāo)框架

同時(shí)，在整個(gè)建設(shè)過程中，企業(yè)應(yīng)對新型能力目標(biāo)的達(dá)成情況進(jìn)行監(jiān)督，進(jìn)而進(jìn)一步確保智能工廠項(xiàng)目的有效性。因此，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，在明確擬打造的新型能力的基礎(chǔ)上，企業(yè)綜合管理部門應(yīng)對新型能力的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行識別，并對智能工廠建設(shè)應(yīng)達(dá)成的新型能力目標(biāo)進(jìn)行策劃，并將其納入到企業(yè)的考核機(jī)制中，以確保項(xiàng)目完成后可以實(shí)現(xiàn)新型能力、獲取預(yù)期的可持續(xù)競爭優(yōu)勢。

3）確定創(chuàng)新和優(yōu)化需求

圍繞擬打造的新型能力，從數(shù)據(jù)、技術(shù)、業(yè)務(wù)流程和組織結(jié)構(gòu)四個(gè)要素入手，運(yùn)用業(yè)務(wù)過程管理等方法，梳理企業(yè)業(yè)務(wù)路程和組織結(jié)構(gòu)，明確業(yè)務(wù)流程與組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化需求；結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢及未來重點(diǎn)提升領(lǐng)域，明確技術(shù)實(shí)現(xiàn)的需求；以優(yōu)化資源配置和提升運(yùn)營管理水平為目標(biāo)，挖掘數(shù)據(jù)開發(fā)利用的價(jià)值，總結(jié)數(shù)據(jù)開發(fā)利用的需求。在了解四要素需求的基礎(chǔ)上，還需在規(guī)劃中明確這些需求之間的相互關(guān)系，策劃四要素之間互動創(chuàng)新和持續(xù)優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)方法。

4）制定計(jì)劃和評估風(fēng)險(xiǎn)

基于以上需求，制定出智能工廠建設(shè)的實(shí)施規(guī)劃，把控項(xiàng)目的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。對項(xiàng)目的技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性、投資效益進(jìn)行分析，并針對技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、投資風(fēng)險(xiǎn)、實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)等進(jìn)行識別，制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

5）提交批準(zhǔn)發(fā)布

智能工廠建設(shè)規(guī)劃完成后，應(yīng)提交相關(guān)人員進(jìn)行審批。參與評審的人員應(yīng)能代表將來智能工廠建設(shè)過程中涉及到的各方人員的相關(guān)意見，評審人員可包括企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)層、職能部門代表、專家及其他利益相關(guān)方。審批通過后，還應(yīng)對規(guī)劃中涉及到的戰(zhàn)略、可持續(xù)競爭優(yōu)勢、新型能力及目標(biāo)、新型能力打造的路徑等進(jìn)行宣貫，在企業(yè)內(nèi)部達(dá)成一致意見，獲得全員支持。

4.3 規(guī)劃實(shí)施

在規(guī)劃實(shí)施階段，應(yīng)確保兩化融合管理體系要求中的資金投入、人才保障、設(shè)備設(shè)施、信息資源、信息安全等基礎(chǔ)條件在智能工廠建設(shè)過程中得到充分落實(shí)。

依照制定的規(guī)劃，以業(yè)務(wù)流程為導(dǎo)向，通過業(yè)務(wù)流程和組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化、技術(shù)實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)開發(fā)利用等過程，開展智能工廠的建設(shè)，打造新型能力。業(yè)務(wù)流程和組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)在安排上應(yīng)優(yōu)先于技術(shù)實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)開發(fā)利用，以防技術(shù)過度超前、數(shù)據(jù)開發(fā)利用不足、業(yè)務(wù)流程低下、組織結(jié)構(gòu)變革滯后的現(xiàn)象發(fā)生。

此外，在實(shí)施方案的運(yùn)行過程中，應(yīng)對出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，并將調(diào)整后的相關(guān)規(guī)定固化到企業(yè)相關(guān)制度中，并通過不斷加強(qiáng)對制度的運(yùn)行控制，保障設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、經(jīng)營、服務(wù)等業(yè)務(wù)的順利運(yùn)轉(zhuǎn)，確保新型能力得到持續(xù)保持和改進(jìn)。

5 結(jié)束語

總體而言，我國智能工廠的建設(shè)還處于起步階段。對于制造企業(yè)而言，智能工廠的建設(shè)既提供給企業(yè)擁抱先進(jìn)科技成果、轉(zhuǎn)型升級的大好機(jī)會，也給企業(yè)帶來不小的挑戰(zhàn)。作為一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，做好智能工廠建設(shè)的前期規(guī)劃非常必要。基于兩化融合管理體系的思想，通過規(guī)劃分析、規(guī)劃設(shè)計(jì)、規(guī)劃實(shí)施三個(gè)階段的工作，可以幫助企業(yè)規(guī)范智能工廠項(xiàng)目的規(guī)劃和建設(shè)過程，穩(wěn)定獲取項(xiàng)目成效，助力企業(yè)不斷打造信息化環(huán)境下的新型能力，逐步提升競爭能力，順利完成產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

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Intelligent plant construction planning based on the idea of two integrated management system

QIAO Yun-hua, ZHAO Hong-jun, WANG Xiao, MA Li-li

TP29

：A

1009-0134(2017)06-0077-04

2017-04-13

喬運(yùn)華（1956 -），男，河南人，高級工程師，本科，主要從事大型管理軟件ERP、MES、SCM等技術(shù)架構(gòu)的總體規(guī)劃及設(shè)計(jì)，參與智能工廠標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)，負(fù)責(zé)智能制造相關(guān)項(xiàng)目的評審、調(diào)研與研討等工作。