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、法等國相繼發布以智能制造為核心的發展戰略，進一步推進本國制造業轉型升級，從而帶動實體經濟的發展。在“中國制造2025”的背景下，制造企業需要自查薄弱環節、準確定位，明確發展方向，利用信息化、數字化技術發展智能制造新模式，實現企業轉型升級和可持續發展。而電機行業作為基礎工業的重要組成部門，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，國家與企業均在加大對電機行業的投入，先進技術不斷被應用，電機行業逐漸向專業化、自動化、集約化的方向發展。

針對目前制造成熟度模型對電機行業的針對性不強、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節，通過構建智能制造評價指標，評估企業智能化水平，對企業現狀進行診斷，并提出改造建議。既可作為企業改造發展的重要參考，為企業明確智能轉型方向提供有效的指導和支撐，也是各級工業和信息化管理部門優化智能制造支持政策、完善行業管理體系的重要參考。如何科學、系統地評估電機制造企業智能制造的發展水平，是國家加強電機制造企業智能制造相關項目診斷、評估、考核，完善行業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；制造企業功能層次模型符合制造業生產特點和制造流程，主要側重生產；工業企業信息化和工業化融合評估規范側重信息化在制造業的融合，覆蓋面廣；工業4.0 成熟度評測分為6 個等級層次進行評估，是結合工業4.0 特點的成熟度評估升級版；基于模型的企業（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，然而制造業行業差異大，發展水平不一，現有模型無法系統地衡量某一企業、工廠或項目的智能制造發展水平。為此，本文提出針對電機行業特點的評估模型，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、執行評估程序的過程中，遵循目的性、科學性、系統性、可行性、可比性原則，緊密圍繞評估目的，遵循系統化思想，采用科學的評估方法，客觀反映企業智能制造的發展水平，從廣度、深度以及實踐應用多個方面對企業智能制造發展水平進行評估。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、客觀地反映企業的真實水平，通過評估引導和鼓勵被評估企業向正確的方向和目標發展。

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，針對產品研發設計、建設規劃、生產制造、管理水平、服務能力、系統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、系統集成，涵蓋企業設計、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，評估企業具備的信息化基礎設施，重點評估企業所具備的基礎條件。基礎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在工廠整體規劃、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應用智能化裝備、數字化執行系統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，設備聯網、數據采集以及生產數據與工藝、生產、質量的動態傳輸與共享。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產品制造過程工序流轉的智能化水平。重點在統一的標識管理、運輸目標識別、智能物流裝備應用、運輸狀態跟蹤、交付轉接的全過程的物流配送系統建設。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綜合管理水平。重點在企業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 系統集成

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

圖7 系統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確立戰略目標、采用適宜的方法與路徑實現智能制造，積極推動企業智能制造的邁進。并通過持續改進，實現企業設計、工藝、制造、管理、物流等環節的產品全生命周期閉環動態優化，推進企業數字化設計、裝備智能化升級、工藝流程優化、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。