電機工廠智能制造評價指標及評估方法探討

夏顯超，江濤，龍罡

（中機國際工程設計研究院有限責任公司，長沙410007）

1 引言

隨著信息通信技術與先進制造技術深度融合，德、美、英、中、法等國相繼發(fā)布以智能制造為核心的發(fā)展戰(zhàn)略，進一步推進本國制造業(yè)轉型升級，從而帶動實體經濟的發(fā)展。在“中國制造2025”的背景下，制造企業(yè)需要自查薄弱環(huán)節(jié)、準確定位，明確發(fā)展方向，利用信息化、數字化技術發(fā)展智能制造新模式，實現企業(yè)轉型升級和可持續(xù)發(fā)展。而電機行業(yè)作為基礎工業(yè)的重要組成部門，產品具有品種多、型號繁雜、工序多、生產信息化水平不高的特點，隨著市場對電機的要求越來越高，國家與企業(yè)均在加大對電機行業(yè)的投入，先進技術不斷被應用，電機行業(yè)逐漸向專業(yè)化、自動化、集約化的方向發(fā)展。

針對目前制造成熟度模型對電機行業(yè)的針對性不強、指標比較寬泛的問題，本文以現有國內外相關研究成果為基礎，構建實踐可行的電機工廠智能制造評價指標及評估方法，為電機工廠推動智能制造發(fā)展提供決策性參考和依據。

2 評估方法推動轉型升級的意義

在電機工廠智能化改造過程中評估是不可缺少的環(huán)節(jié)，通過構建智能制造評價指標，評估企業(yè)智能化水平，對企業(yè)現狀進行診斷，并提出改造建議。既可作為企業(yè)改造發(fā)展的重要參考，為企業(yè)明確智能轉型方向提供有效的指導和支撐，也是各級工業(yè)和信息化管理部門優(yōu)化智能制造支持政策、完善行業(yè)管理體系的重要參考。如何科學、系統(tǒng)地評估電機制造企業(yè)智能制造的發(fā)展水平，是國家加強電機制造企業(yè)智能制造相關項目診斷、評估、考核，完善行業(yè)管理體系的實際需求，又是推動智能制造在電機制造領域發(fā)展和應用的必然要求和重要保障。

3 與現有評估方法的比較分析

合理的評估模型是構建科學指標體系的前提，是準確評估工廠智能化建設程度的基礎。現有的評估模型中軟件能力成熟度模型（SW-CMM）應用于軟件能力成熟度的評估；制造企業(yè)功能層次模型符合制造業(yè)生產特點和制造流程，主要側重生產；工業(yè)企業(yè)信息化和工業(yè)化融合評估規(guī)范側重信息化在制造業(yè)的融合，覆蓋面廣；工業(yè)4.0 成熟度評測分為6 個等級層次進行評估，是結合工業(yè)4.0 特點的成熟度評估升級版；基于模型的企業(yè)（MBE）能力評估對6 個方面的能力水平進行評估，以模型和數據為核心，重點在數據應用方面；智能制造能力成熟度模型包含制造和智能2 個維度，是行業(yè)智能化水平的等級層次水平的參照標桿。

現有模型成果在各自領域均具有較強的實用性，然而制造業(yè)行業(yè)差異大，發(fā)展水平不一，現有模型無法系統(tǒng)地衡量某一企業(yè)、工廠或項目的智能制造發(fā)展水平。為此，本文提出針對電機行業(yè)特點的評估模型，應用定性與定量相結合的研究方法，構建智能制造評價指標體系，其基礎結構框架具有一定的前瞻性與穩(wěn)定性，且隨著標準體系的不斷完善，該體系可以快捷方便地進行更新，使各項指標更加細化、更具針對性。

4 評價指標及評估方法

4.1 構建原則

評估方法以產品全生命周期為主線，對智能化水平分層級量化評分，建立分層級評價指標體系。在構建評價指標、確定評估方法、執(zhí)行評估程序的過程中，遵循目的性、科學性、系統(tǒng)性、可行性、可比性原則，緊密圍繞評估目的，遵循系統(tǒng)化思想，采用科學的評估方法，客觀反映企業(yè)智能制造的發(fā)展水平，從廣度、深度以及實踐應用多個方面對企業(yè)智能制造發(fā)展水平進行評估。評價指標之間具有完整性、層次性和獨立性，盡可能反映共性特征，能系統(tǒng)地反映智能制造的主要方面。同時，指標的測量和獲取方式具備可操作性，計算方法和獲取方式可行且易操作。最后使結論切實、客觀地反映企業(yè)的真實水平，通過評估引導和鼓勵被評估企業(yè)向正確的方向和目標發(fā)展。

4.2 電機智能工廠評估方法

本文提出的評估方法與“國家智能制造標準體系建設指南”中智能工廠標準子體系契合，針對產品研發(fā)設計、建設規(guī)劃、生產制造、管理水平、服務能力、系統(tǒng)集成應用等能力要素測評。本評價指標共包含3 個層級，第一個層級分6 類：基礎設施、智能設計、智能生產、智能物流、智能管理、系統(tǒng)集成，涵蓋企業(yè)設計、生產、運營的全過程評價；二級指標包括一級指標6 大類下19 個細化指標，三級指標包括二級指標下細分的65 個詳細指標[1]。

電機智能工廠評價指標結構見圖1。

圖1 電機智能工廠評價指標結構圖

4.2.1 基礎設施

基礎設施評價指標從硬件、軟件、網絡、標準體系等方面著手，評估企業(yè)具備的信息化基礎設施，重點評估企業(yè)所具備的基礎條件?；A設施評價指標結構見圖2。

圖2 基礎設施評價指標結構圖

4.2.2 智能設計

智能設計評價指標評估企業(yè)在工廠整體規(guī)劃、產品設計、工藝設計及產品數據管理的集成建設水平[2]。重點在企業(yè)的總體數字模型、產品智能數字模型設計與分析應用水平、仿真分析、數字化工藝流程、數據的可控管理等方面。智能設計評價指標結構見圖3。

圖3 智能設計評價指標結構圖

4.2.3 智能生產

智能生產評價指標主要評估企業(yè)應用智能化裝備、數字化執(zhí)行系統(tǒng)對生產過程的數字化、智能化水平。重點在自動化、智能化的裝備、產線應用水平，設備聯(lián)網、數據采集以及生產數據與工藝、生產、質量的動態(tài)傳輸與共享。智能生產評價指標結構見圖4。

圖4 智能生產評價指標結構圖

4.2.4 智能物流

智能物流評價指標主要評估企業(yè)產品制造過程工序流轉的智能化水平。重點在統(tǒng)一的標識管理、運輸目標識別、智能物流裝備應用、運輸狀態(tài)跟蹤、交付轉接的全過程的物流配送系統(tǒng)建設。智能物流評價指標結構見圖5。

圖5 智能物流評價指標結構圖

4.2.5 智能管理

智能管理評價指標主要評估企業(yè)綜合管理水平。重點在企業(yè)信息化水平以及與生產制造的融合程度，智能化管理對生產的促進和對效率的提升。智能管理評價指標結構圖見圖6。

圖6 智能管理評價指標結構圖

4.2.6 系統(tǒng)集成

系統(tǒng)集成評價指標主要評估企業(yè)的各種智能化技術、裝備、系統(tǒng)的融合程度、智能制造的業(yè)務生態(tài)建設。重點在智能制造綜合應用水平和創(chuàng)造的價值。系統(tǒng)集成評價指標結構見圖7。

圖7 系統(tǒng)集成評價指標結構圖

4.3 計算標準

根據評估計算原則，依照企業(yè)的數字化、智能化工廠建設狀況和評價指標體系，確定各項指標得分并求和，再乘以對應加權系數，得到評估結果。計算公式如下[3]：

式中，n為評估體系中三級指標的個數；m為評估體系中二級指標的個數；p為評估體系中一級指標的個數；aij為第i個二級指標下第j個三級指標的值；Aki為第k個一級指標下第i個二級指標的值；ωki為第k個一級指標下第i個二級指標的值；Bk為第k個一級指標的值；λk為第k個一級指標的權重；Z為企業(yè)數字化工廠建設水平的綜合評估計算結果。

5 結語

該評估方法可引導企業(yè)確立戰(zhàn)略目標、采用適宜的方法與路徑實現智能制造，積極推動企業(yè)智能制造的邁進。并通過持續(xù)改進，實現企業(yè)設計、工藝、制造、管理、物流等環(huán)節(jié)的產品全生命周期閉環(huán)動態(tài)優(yōu)化，推進企業(yè)數字化設計、裝備智能化升級、工藝流程優(yōu)化、精益生產、可視化管理、質量控制與追溯、智能物流等方面的快速提升。