成熟度模型在梁廠智能制造能力評估中的應(yīng)用研究

摘 要：為客觀評估預(yù)制梁廠制造能力，引導(dǎo)預(yù)制梁廠科學(xué)規(guī)劃智能化發(fā)展，該文基于成熟度模型構(gòu)建預(yù)制梁廠智能制造能力評估指標體系和評分體系，并依托實體項目展開評估應(yīng)用。研究表明，預(yù)制梁廠智能制造能力評估模型可以幫助梁廠管理人員和技術(shù)服務(wù)人員找出梁廠智能化改造出現(xiàn)的問題，從而針對性地提出建議措施。該研究對提升公路工程數(shù)字化建設(shè)化水平具有重要意義。

關(guān)鍵詞：成熟度模型；預(yù)制梁廠；智能制造；能力評估；公路工程數(shù)字化建設(shè)

中圖分類號：U445.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）24-0177-04

Abstract： In order to objectively evaluate the manufacturing capacity of the precast beam factory and guide the scientific planning and intelligent development of the precast beam factory， this paper constructs the evaluation index system and scoring system of the intelligent manufacturing capacity of the precast beam factory based on the maturity model， and relies on the entity project to carry out the evaluation and application. The research shows that the intelligent manufacturing capability evaluation model of the precast beam factory can help the beam factory managers and technical service personnel to find out the problems in the intelligent transformation of the beam factory， and thus put forward some suggestions and measures. This study is of great significance to improve the level of digital construction of highway engineering.

Keywords： maturity model; precast beam factory; intelligent manufacturing; capacity assessment; digital construction of highway engineering

預(yù)制梁廠是生產(chǎn)裝配式橋梁構(gòu)件的工廠型基地，其任務(wù)是為項目施工提供優(yōu)質(zhì)的橋梁預(yù)制構(gòu)件。隨著數(shù)字化交通建設(shè)理念的全面推進，預(yù)制梁廠也經(jīng)歷了數(shù)字化轉(zhuǎn)型，通過融合BIM、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等技術(shù)實現(xiàn)機械化、自動化。在此過程中，進行預(yù)制梁廠制造能力評估對梁廠未來發(fā)展規(guī)劃意義重大。一方面，通過對梁廠制造能力的自評，可以全面了解梁廠在技術(shù)應(yīng)用、設(shè)備設(shè)施、生產(chǎn)流程等方面的優(yōu)勢和短板，對短板及時填補，對優(yōu)勢不斷精進，促進梁廠健康發(fā)展；另一方面，通過梁廠間制造能力的互評，相互學(xué)習(xí)，促進行業(yè)共同進步。

近年來，多行業(yè)采用成熟度模型進行制造能力的評估工作。2015年，德國工業(yè)發(fā)展已進入工業(yè)4.0時代，為了解企業(yè)生產(chǎn)能力的情況，評價工業(yè)4.0所實現(xiàn)的生產(chǎn)能力，構(gòu)建了一個評價企業(yè)生產(chǎn)能力的指標體系，并將該體系定義為4.0就緒度模型[1]。國內(nèi)發(fā)展緊隨其后，在2020年我國發(fā)布了GB/T 39116—2020《智能制造能力成熟度模型》標準，為企業(yè)提供智能制造評估指導(dǎo)方案[2]。

目前已有學(xué)者應(yīng)用智能制造能力成熟度模型對不同行業(yè)的制造能力進行評估研究。任嵬等[3]將成熟度模型與石化行業(yè)的具體業(yè)務(wù)相結(jié)合，并結(jié)合智能制造參考架構(gòu)和智能工廠建設(shè)實踐經(jīng)驗，提出我國石化行業(yè)首個智能制造能力成熟度模型。蘇青福等[4]結(jié)合汽車行業(yè)的特點和已有的成熟度模型，在PTRM產(chǎn)能四要素的基礎(chǔ)上，加入了文化、供應(yīng)鏈、物流3個指標要素，形成新的模型用于評估汽車行業(yè)生產(chǎn)能力的成熟度。許志堅等[5]基于沉香大橋項目，采用數(shù)據(jù)管理能力成熟度評估模型（DCMM）開展了橋梁建造數(shù)字管理能力成熟度評價研究。

綜上，部分行業(yè)已經(jīng)開展了基于成熟度模型的智能制造能力評估研究，并取得良好成效，但缺乏對預(yù)制梁廠智能制造能力的評估研究，成熟度模型在公路工程領(lǐng)域的應(yīng)用范圍甚微。因此，為客觀評估預(yù)制梁廠制造能力提供有力抓手，引導(dǎo)預(yù)制梁廠科學(xué)規(guī)劃數(shù)字化轉(zhuǎn)型，本文通過構(gòu)建成熟度模型，并開展預(yù)制梁廠智能制造能力評估研究。本研究對提升公路工程數(shù)字化建設(shè)化水平具有重要意義。

1 智能制造能力成熟度模型構(gòu)建研究

1.1 成熟度模型基本構(gòu)成

基于研究文獻[6]和預(yù)制梁廠生產(chǎn)要素，本文采用的成熟度模型由評估指標體系、成熟度要求、成熟度等級構(gòu)成。評估指標體系分為目標層（O）、準則層（A）、指標層（B）；成熟度要求評估指標達到成熟度等級需滿足的要求。根據(jù)評估指標滿足要求情況，將成熟度等級分為規(guī)劃級、規(guī)范級、集成級和優(yōu)化級4個等級，如圖1所示。

規(guī)劃級（一級）要求梁廠開始對實施智能制造的基礎(chǔ)和條件進行規(guī)劃，能夠?qū)︻A(yù)制構(gòu)件關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)和技術(shù)形成具體實施方案。規(guī)范級（二級）要求梁廠采用自動化技術(shù)手段對設(shè)備和預(yù)制構(gòu)件關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)等進行改造和規(guī)范，實現(xiàn)單個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享或監(jiān)控。集成級（三級）要求梁廠在對預(yù)制構(gòu)件關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)改造的基礎(chǔ)上，對設(shè)備、信息、平臺等要素開展系統(tǒng)集成，實現(xiàn)跨業(yè)務(wù)活動間的數(shù)據(jù)平臺共享與監(jiān)控。優(yōu)化級（四級）要求梁廠對人員、設(shè)備、流程等環(huán)節(jié)進行數(shù)據(jù)挖取和深度學(xué)習(xí)，形成預(yù)測模型，實現(xiàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)精準預(yù)測和輔助決策優(yōu)化。

1.2 評估指標體系構(gòu)建

本文采用層次分析法及專家調(diào)查法進行評估指標體系的構(gòu)建。在參考相關(guān)標準指南[7-9]，同時基于對預(yù)制梁廠的實地調(diào)研結(jié)果進行評估指標的選取。在評估指標選取完成后，需要確定各級評估指標的權(quán)重值。選定參與梁廠建設(shè)的管理人員和技術(shù)服務(wù)人員30位，采用專家調(diào)查法確定評估指標權(quán)重值[10-11]。預(yù)制梁廠智能制造能力評估指標體系見表1。

1.3 成熟度等級評分體系構(gòu)建

1.3.1 評估指標成熟度要求

基于梁廠實際生產(chǎn)管理特征，參考相關(guān)文獻[12-13]，確定了如下評估指標成熟度要求（表2—表4）。

1.3.2 打分準則與方法

在評分過程中，評估人員應(yīng)將評估對象的各項評估指標與成熟度要求進行對照，按照滿足程度進行打分，打分準則見表5。例如，當某項評估指標全部滿足一級成熟度要求時，得1分；若大部分滿足得0.8分，以此類推。然后對照該評估指標的二級成熟度要求進行打分，直至完成所有等級的打分才算該項評估指標結(jié)束打分。

1.3.3 成熟度等級評分計算

二級指標得分按式（1）計算，一級指標得分按式（2）計算，預(yù)制梁廠成熟度得分按式（3）計算。

SB=Xi， （1）

SA=∑（SB×），（2）

S=∑（SA×），（3）

式中：SB為二級指標得分；n為打分計數(shù)；Xi為二級指標成熟度要求得分；SA為一級評估指標得分；？茁為二級指標權(quán)重值；S為成熟度得分；？琢為一級指標權(quán)重值。

1.3.4 成熟度等級判定方法

當評估對象在某一等級下的成熟度得分超過評分區(qū)間的最低分時視為滿足該等級要求，反之，則視為不滿足。成熟度總分為各等級評分結(jié)果的累計求和，評分結(jié)果與能力成熟度對應(yīng)關(guān)系見表6。

2 預(yù)制梁廠智能制造能力評估實例分析

2.1 預(yù)制梁廠概況

本文基于蘇州605省道同里至黎里段改擴建工程項目（以下簡稱“605項目”）建造的預(yù)制梁廠進行智能制造能力評估研究。605項目預(yù)制梁廠以“一個平臺、一個中心、N個應(yīng)用”為原則進行規(guī)劃建設(shè)。其中“一個平臺”指梁廠綜合管理平臺；“一個中心”指以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭載智能傳感技術(shù)作為平臺支撐建立的數(shù)據(jù)監(jiān)控中心；“N個應(yīng)用”指梁廠涉及的核心業(yè)務(wù)模塊，如圖2所示。

2.2 智能制造能力成熟度評估

依據(jù)預(yù)制梁廠智能制造能力評估指標體系，參照各指標的成熟度要求，選取預(yù)制梁廠管理人員和技術(shù)服務(wù)人員共30位對梁廠智能制造能力進行打分計算，結(jié)果見表7。

由表7可知，605項目預(yù)制梁廠智能制造能力成熟度評分為2.98分，超過集成級最低要求0.48分，距離達成優(yōu)化級還需要0.52分。這說明按照集成級預(yù)制梁廠的要求，605項目梁廠的智能制造能力在中等水平。

2.3 結(jié)果分析及建議

為了便于分析預(yù)制梁廠各層級指標的智能制造能力評分結(jié)果，梳理梁廠智能化升級工作重點，繪制智能制造能力分析雷達圖，如圖3所示。圖3（a）是準則層評估指標的成熟度評分雷達圖，圖3（b）、（c）和（d）是指標層的成熟度評分雷達圖。

觀察圖3（a）可以發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)與管理、人力與資源、技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)3個一級指標均達到了集成級，但生產(chǎn)與管理、技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)得分較低。這說明梁廠智能化升級的工作重點應(yīng)放在生產(chǎn)與管理、技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)2方面。觀察圖3（b）可以發(fā)現(xiàn)除訂單排產(chǎn)外，其余2個指標均接近優(yōu)化級，說明生產(chǎn)與管理智能化改造升級的工作重點應(yīng)放在訂單排產(chǎn)方面；觀察圖3（c）可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)分析剛剛滿足集成級要求，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的成熟度等級未達到集成級要求，仍為規(guī)范級。這說明技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)智能化升級的工作重點應(yīng)放在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和數(shù)據(jù)分析2個方面。

基于上述梳理出來的梁廠智能化改造工作重點，提出對應(yīng)的建議措施。

訂單排產(chǎn)智能化升級：目前605項目梁廠訂單排產(chǎn)已經(jīng)實現(xiàn)通過系統(tǒng)平臺，線上進行任務(wù)訂單手動排產(chǎn)，同時具備任務(wù)下發(fā)消息通知功能。建議在梁廠訂單排產(chǎn)可根據(jù)任務(wù)訂單中構(gòu)件數(shù)量、類型、交付日期、物料需求及生產(chǎn)線產(chǎn)能等約束條件，采用算法模型實現(xiàn)自動排產(chǎn)，同時支持人工調(diào)整。

數(shù)據(jù)分析智能化升級：目前605項目梁廠生產(chǎn)過程中部分流程數(shù)據(jù)尚未實現(xiàn)自動采集，并且對采集到的數(shù)據(jù)只能進行簡單的統(tǒng)計展示，分析不夠深入，結(jié)果不夠直觀。建議梁廠繼續(xù)優(yōu)化流程工序自動流轉(zhuǎn)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)自動采集；建立生產(chǎn)工序數(shù)據(jù)庫，利用算法模型對數(shù)據(jù)庫進行學(xué)習(xí)，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)庫的生產(chǎn)狀態(tài)和進度預(yù)測。

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)智能化升級：目前605項目在網(wǎng)絡(luò)安全方面尚未形成工業(yè)級控制網(wǎng)絡(luò)，也沒有實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠程配置功能。建議梁廠全面建立工業(yè)化控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)梁廠網(wǎng)絡(luò)的遠程配置和安全防護。

3 結(jié)束語

本文基于成熟度模型構(gòu)建了預(yù)制梁廠智能制造能力評估指標體系，并基于蘇州605省道同里至黎里段改擴建工程項目預(yù)制梁廠展開評估應(yīng)用研究。通過評估過程和評估結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，預(yù)制梁廠智能制造能力評估模型可以幫助梁廠管理人員和技術(shù)服務(wù)人員找出梁廠智能化改造出現(xiàn)的問題，從而有針對性地提出優(yōu)化方案。本文成果可為客觀科學(xué)地評估梁廠智能制造能力提供借鑒與參考價值。

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