高速動車組輪對智能生產(chǎn)運行評估規(guī)范與評價方法研究

趙宏軍，齊春花，康進港

ZHAO Hong-jun,QI Chun-hua,KANG Jin-gang

（北京機械工業(yè)自動化研究所有限公司，北京 100120）

1 高速動車組輪對智能生產(chǎn)運行評估研究的背景和意義

1.1 研究背景

1.1.1 高速鐵路快速發(fā)展與高質(zhì)量的要求

高速動車組近年來呈現(xiàn)出高增漲的發(fā)展趨勢，市場需求旺盛，市場規(guī)模迅速擴大，產(chǎn)品技術(shù)不斷升級，系統(tǒng)集成度提高。軌道交通運營正向網(wǎng)絡化和多樣化發(fā)展，用戶對軌道交通裝備的安全性、可靠性提出了更高、更苛刻的要求。中國高鐵已經(jīng)站在世界軌道交通裝備技術(shù)的最前沿，目前產(chǎn)品遍布全球六大洲一百多個國家和地區(qū)，占全球市場總量的60%以上，成為中華民族復興樂章的強勁音符。高鐵制造企業(yè)必須從“制造”走向“智造”，貫徹落實國家智能制造實施指南，把握智能制造發(fā)展的特點和規(guī)律，加速企業(yè)的智能轉(zhuǎn)型，才能引領(lǐng)軌道交通行業(yè)及裝備制造業(yè)智能化發(fā)展。

1.1.2 高速鐵路智能制造發(fā)展水平評估規(guī)范亟待推出

智能制造發(fā)展水平評估用來衡量一個行業(yè)或企業(yè)的智能制造發(fā)展水平，通過評估結(jié)果的縱向?qū)Ρ?，可判定企業(yè)智能制造發(fā)展水平的深入發(fā)展；通過橫向?qū)Ρ?，判斷各行業(yè)智能制造發(fā)展水平的高低；也可對行業(yè)當前的智能制造發(fā)展階段進行定位，為各級政府及行業(yè)主管部門提供評估行業(yè)智能制造發(fā)展水平的工具，為制定智能制造相關(guān)政策提供依據(jù)。

高速動車組產(chǎn)品是由幾十萬個零部件組成，是一個融合了機、電、軟、硬件多系統(tǒng)的一體化產(chǎn)品，尤其是輪對作為走行部的重要部件，產(chǎn)品智能化程度高。在高速動車組快速發(fā)展的形勢下，亟需確立行業(yè)智能工廠運行與評估體系，為我國高速動車組生產(chǎn)企業(yè)提供準確的智能制造水平評估，但目前國內(nèi)尚未形成一套有效的高鐵制造業(yè)企業(yè)智能制造發(fā)展水平評估規(guī)范和指標體系。研究建立高速動車組輪對智能生產(chǎn)評價體系，對于建立起一套完整的智能工廠評價體系有著關(guān)鍵作用。

1.2 研究意義

通過研究高速動車組輪對智能生產(chǎn)運行評估規(guī)范，制定高速動車組智能工廠輪對生產(chǎn)車間的運行管理評估標準、評價指標體系及操作方法，為評估工作提供技術(shù)指導和技術(shù)規(guī)范支持，進行客觀、公正的評價，作為企業(yè)持續(xù)改善的依據(jù)。

研究結(jié)果不僅行業(yè)主管部門對高速動車組生產(chǎn)企業(yè)智能生產(chǎn)的評估，以便及時獲知行業(yè)的智能制造水平，也適用于高速動車組生產(chǎn)企業(yè)開展內(nèi)部智能制造水平評估與診斷，在同行業(yè)開展對標分析，使企業(yè)發(fā)現(xiàn)智能制造建設(shè)歷程中的差距和薄弱環(huán)節(jié)，明確智能制造發(fā)展方向和著力點，逐步提升智能制造發(fā)展水平。

2 輪對智能生產(chǎn)運行評估設(shè)計思想、框架結(jié)構(gòu)

2.1 設(shè)計思想

2.1.1 評估涵蓋內(nèi)容

高速動車組企業(yè)通過精益制造、信息技術(shù)與現(xiàn)代管理融合，實現(xiàn)企業(yè)智能管控、組織優(yōu)化，建成了數(shù)據(jù)驅(qū)動型企業(yè)。高鐵動車組企業(yè)通過開展產(chǎn)品設(shè)計標準化、配件來料標準化，物流配送標準化、垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈上中下游企業(yè)，應用生產(chǎn)管理系統(tǒng)，達到設(shè)計生產(chǎn)一體化智能制造，實現(xiàn)高速動車組的整體智能化生產(chǎn)運營。本次評估研究涵蓋車間生產(chǎn)過程中的人、機、料、法、環(huán)、測等與制造能力相關(guān)的各個要素，從制造執(zhí)行系統(tǒng)功能完整性、管理規(guī)范性、效果凸顯性三個方面為切入點進行，評估企業(yè)制造執(zhí)行過程中的智能排產(chǎn)、物料管理、數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場監(jiān)控、質(zhì)量控制、設(shè)備管理等要素，分析制造車間管理透明化、操作無紙化、全局績效監(jiān)控及響應控制及時化、實時數(shù)據(jù)采集以及集中可視化管控等方面的水平。

2.1.2 適用企業(yè)類型

本研究適用于高速動車組生產(chǎn)企業(yè)，也可作為其他離散型制造企業(yè)的生產(chǎn)車間智能制造水平評估參考。

2.1.3 評估過程要求

評估規(guī)范的指標設(shè)置面向企業(yè)、針對性強，評估過程操作簡便，獲得數(shù)據(jù)直接、真實可靠，采用是、否或有、無問答形式或以數(shù)據(jù)表述，結(jié)果引導性強，引領(lǐng)企業(yè)通過智能制造，實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展、智能發(fā)展和綠色發(fā)展。

2.2 評估原則

2.2.1 科學性

評估規(guī)范內(nèi)容能夠客觀反映制造企業(yè)車間智能制造的發(fā)展情況，通過自我評估為企業(yè)指明發(fā)展方向。

2.2.2 易操作性

評估規(guī)范采用是、否或有、無問答形式或以數(shù)據(jù)表述，評估指標易于獲取，指標體系易于構(gòu)建，評估數(shù)據(jù)易于采集，評估方法便捷有效。

2.2.3 實用性

以評估智能制造能力為重點，引導企業(yè)深入開展智能制造建設(shè)；隨著智能制造不斷深入發(fā)展和實踐經(jīng)驗不斷豐富，對智能制造評估指標體系進行調(diào)整和修訂，不斷優(yōu)化和完善以滿足新的評估需求。

2.3 評估框架設(shè)計

高速動車組輪對的生產(chǎn)活動是智能制造的核心環(huán)節(jié)。應用自動化、智能化的生產(chǎn)裝備和物流裝備、傳感器、數(shù)字采集器、過程控制、制造執(zhí)行、信息物理系統(tǒng)等組成人機一體化的制造系統(tǒng)，按照產(chǎn)品工藝要求，通過有限能力排產(chǎn)，物料自動配送，狀態(tài)實時跟蹤，優(yōu)化控制，智能調(diào)度，設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控，質(zhì)量管理與追溯，車間績效等構(gòu)成的智能化生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)正常進行。

2.4.1 評估框架

本研究以高速動車組輪對生產(chǎn)為實施載體，從智能生產(chǎn)與生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的功能完整性，管理規(guī)范性，效果凸顯性三個方面，結(jié)合安全生產(chǎn)、能源與環(huán)保管理，設(shè)定評估指標與采集項。按《國家智能制造標準體系建設(shè)指南》中智能制造系統(tǒng)架構(gòu)為參考模型，從智能制造系統(tǒng)架構(gòu)的生命周期、系統(tǒng)層級和智能功能三個維度，抽取與車間生產(chǎn)活動相關(guān)的4個主要要素：計劃與制造執(zhí)行、智能物流、智能裝備、過程質(zhì)量進行評價。

計劃與控制抽取的內(nèi)容包括基于約束的生產(chǎn)計劃排產(chǎn)和優(yōu)化控制，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的人、機、料、法、環(huán)等要素的數(shù)據(jù)自動采集、實時更新，實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場可視化。

智能物流從倉庫庫存管理和現(xiàn)場物流兩個角度對智能物流進行評估。內(nèi)容包括倉儲物流信息系統(tǒng)的應用，使用物流識別技術(shù)（條碼、二維碼、RFID等）對整個倉儲物流活動過程進行識別和跟蹤，倉儲物流配送的自動化及優(yōu)化控制，倉儲物流系統(tǒng)與制造執(zhí)行系統(tǒng)有效集成。

智能裝備從裝備智能化程度、裝備集成智能化程度和裝備管理三個角度抽取。裝備智能化程度內(nèi)容包括數(shù)字化裝備及柔性制造單元的數(shù)字化、智能化程度；裝備集成智能化程度包括裝備的聯(lián)網(wǎng)能力，柔性制造單元和柔性生產(chǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)感知、自檢測、深度學習、優(yōu)化調(diào)度、優(yōu)化控制、智能決策能力；裝備管理重點評估裝備管理的深度，包括裝備的維護、故障診斷、知識庫的應用等。

過程質(zhì)量控制抽取內(nèi)容包括生產(chǎn)過程質(zhì)量管理、質(zhì)量追溯、質(zhì)量分析、質(zhì)量改進、異常預測等過程。實現(xiàn)質(zhì)量的在線檢測，應用人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)質(zhì)量自我提升。

2.4.2 評估分級

按照評級框架，根據(jù)指標評估及得分并與計劃與制造執(zhí)行、智能物流、智能裝備、過程質(zhì)量要求進行對比，將輪對智能生產(chǎn)的智能制造發(fā)展水平與能力評分為五個等級：基礎(chǔ)入門、初級智能、中級智能、高級智能、卓越智能。

3 輪對智能生產(chǎn)運行評估研究的主要內(nèi)容

3.1 輪對智能生產(chǎn)評估指標

輪對智能生產(chǎn)評估指標如下表所示，包括三個一級指標：功能完整、管理規(guī)范、運行效果，每個一級指標下有若干個二級指標，各指標如表1所示。

表1 各級指標明細表

3.2 功能完整

輪對生產(chǎn)車間應實施制造執(zhí)行系統(tǒng)，從作業(yè)計劃、作業(yè)調(diào)度、生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)準備、作業(yè)指導、物料管理、現(xiàn)場監(jiān)控、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、效能分析幾個功能模塊評估功能的完整性。功能完整性是必須達到的要求也是基礎(chǔ)入門的要求。設(shè)10個二級指標，38個三級指標，38個采集項點，通過是否/有無形式評估。

3.3 管理規(guī)范

輪對車間的運行管理在功能的基礎(chǔ)上主要評估管理的細度及深度，這是評估運行智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從作業(yè)計劃、作業(yè)調(diào)度、生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)準備、作業(yè)指導、物料管理、現(xiàn)場監(jiān)控、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、人員管理、能源和環(huán)境管理、安全生產(chǎn)、效能分析、制度完整性方面進行評估。設(shè)14個二級指標，61個三級指標，334個采集項點，

3.4 運行效果

從集成效果、智能效果、運營指標、行業(yè)示范性四個方面評估輪對車間智能生產(chǎn)情況，設(shè)4個二級指標，38個三級指標，46個采集項點，通過是否/有無或問題勾選形式評估。

3.5 各智能級別描述

基礎(chǔ)入門級：使用信息系統(tǒng)對生產(chǎn)計劃、倉庫、質(zhì)量數(shù)據(jù)進行了基本管理。

初級智能：承接物料需求計劃，產(chǎn)線作業(yè)計劃和工序作業(yè)計劃，實現(xiàn)關(guān)鍵工序質(zhì)量在線檢測。

中級智能：實現(xiàn)有限能力排產(chǎn)，工位自動上下料，實現(xiàn)關(guān)鍵工序生產(chǎn)數(shù)據(jù)全流程可追溯，建立設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測、診斷、報警的統(tǒng)一管理平臺。

高級智能：實現(xiàn)車間生產(chǎn)過程數(shù)字化建模、優(yōu)化排產(chǎn)、生產(chǎn)過程的可視化。

卓越智能：在數(shù)字化車間的基礎(chǔ)上，應用人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)，優(yōu)化資源利用，實現(xiàn)車間系統(tǒng)自學習及業(yè)務自調(diào)整。

4 評估實施

4.1 評估準備

根據(jù)評估企業(yè)要求，由企業(yè)內(nèi)部或聘請第三方機構(gòu)，組成評估小組。評估小組根據(jù)規(guī)范規(guī)定的內(nèi)容，設(shè)計評估問卷。評估問卷應符合下列要求：

能反映出被評估的輪對智能生產(chǎn)管理的全部指標，并反映出產(chǎn)品生產(chǎn)特點；

評估問卷應涵蓋規(guī)范中指標，并可適當增加適合企業(yè)自身指標要求。

4.2 評估計劃

評估組編制評估計劃，確定評估依據(jù)、評估對象、評估人，并依據(jù)評估問卷要求對輪對車間智能生產(chǎn)進行評估。組織輪對生產(chǎn)涉及的部門和人員，并進行評估過程和評估內(nèi)容講解。按評估計劃評估，并填寫評估記錄。

4.3 評估信息收集

評估指標按規(guī)范要求全部選取，一級為基礎(chǔ)指標，每一基礎(chǔ)指標下設(shè)二級指標，二級指標下設(shè)若干三級指標及采集項點。在實施評估的過程中，通過適當?shù)姆椒ú杉u估證據(jù)，收集并驗證與企業(yè)發(fā)展智能制造相關(guān)的信息。

4.4 評分

將收集的評估證據(jù)與評估標準進行對比，進行評估打分。

各級指標評估為100分制。對于是否/有無的指標，選擇是/有，即得分，對于選擇項，選擇相應結(jié)果即得相應分數(shù)。

下列三項為影響評估結(jié)果的關(guān)鍵因素：

被評估對象不具備本規(guī)定的基本功能項；

被評估對象評估過程中出現(xiàn)嚴重問題；

被評估對象指標評定值不能達到最低限度。

4.4.1 單項指標的評分方法

無下級指標的單項指標直接進行評分。

有下級指標的單項指標不進行直接評分，由下級指標匯總得出。

4.4.2 評分匯總方法

二級指標根據(jù)評價得分及給定權(quán)重計算出各一級指標的評估得分，每一基礎(chǔ)指標根據(jù)得分及給出的權(quán)重，綜合計算得出系統(tǒng)評價得得分。

上級指標的得分按如下公式計算得出：

上級指標的得分=Σ（下級指標得分×下級指標權(quán)重）

評估的總評分按如下公式計算得出：

評估總評分=Σ（一級指標得分×一級指標權(quán)重）

4.5 評估評級

經(jīng)數(shù)據(jù)匯總后提取與計劃與制造執(zhí)行、智能物流、智能裝備、過程質(zhì)量相關(guān)的指標，按4個指標對應的評估條款對每個指標/項點進行打分評估，并依據(jù)每一個指標的給定權(quán)重，評價出智能生產(chǎn)的等級。并根據(jù)具體評分項的得分差異來判斷企業(yè)優(yōu)勢以及存在的不足

4.6 評估報告

評估人員或組織依據(jù)評估過程，本著實事求是的原則，起草評估公告。評估報告中應包括：

評估的范圍和環(huán)境；

評估內(nèi)容；

評估報告及結(jié)論（應包括與評估項相關(guān)的評估結(jié)果有效性的說明）；

改進建議；

其他有關(guān)說明。

5 結(jié)語

輪對車間智能生產(chǎn)運行管理評估標準、評價指標體系的制定，為評估工作提供技術(shù)指導和技術(shù)規(guī)范支持，對高速動車組輪對生產(chǎn)運行進行客觀、公正的評價，并作為企業(yè)持續(xù)改善的依據(jù)。

評估規(guī)范對相關(guān)企業(yè)的評估和企業(yè)的自我評估具有指導意義，企業(yè)通過評估與自評估診斷，明確企業(yè)的發(fā)展重點和發(fā)展方向，查找薄弱環(huán)節(jié)和突破口，為企業(yè)的發(fā)展提供幫助。

隨著智能制造發(fā)展水平評估不斷推廣，評估案例的不斷增加，智能制造技術(shù)的不斷發(fā)展，將進一步細化評估內(nèi)容、要求和水平等級，持續(xù)完善智能制造發(fā)展水平評估指標體系和方法，保證其完整性和適用性。