摘要：智能制造作為制造強國建設(shè)的主攻方向，經(jīng)過這幾年的發(fā)展已取得長足進步，從“理念普及、試點示范”邁入了“系統(tǒng)創(chuàng)新、深化應(yīng)用”的新階段。日前，工業(yè)和信息化部印發(fā)《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》(以下簡稱《規(guī)劃》)，提出“深入實施智能制造工程，著力提升創(chuàng)新能力、供給能力、支撐能力和應(yīng)用水平，加快構(gòu)建智能制造發(fā)展生態(tài)”，明確將提升供給和支撐能力作為當前智能制造的重要抓手，為新時期推動智能制造發(fā)展提供明確指引。
作者：中國電子技術(shù)標準化研究院黨委書記、國家智能制造專家委員會 楊建軍
智能制造作為制造強國建設(shè)的主攻方向，經(jīng)過這幾年的發(fā)展已取得長足進步，從“理念普及、試點示范”邁入了“系統(tǒng)創(chuàng)新、深化應(yīng)用”的新階段。日前，工業(yè)和信息化部印發(fā)《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》(以下簡稱《規(guī)劃》)，提出“深入實施智能制造工程，著力提升創(chuàng)新能力、供給能力、支撐能力和應(yīng)用水平，加快構(gòu)建智能制造發(fā)展生態(tài)”，明確將提升供給和支撐能力作為當前智能制造的重要抓手，為新時期推動智能制造發(fā)展提供明確指引。
一、數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級，堅持智能制造主攻方向不動搖
制造業(yè)是我國經(jīng)濟的立身之本，是財富創(chuàng)造的根本源泉，是國家強盛的重要支柱，是國民經(jīng)濟增長的核心引擎。加快發(fā)展智能制造是推制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，也是我國發(fā)展現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系、實現(xiàn)新型工業(yè)化、重塑我國產(chǎn)業(yè)競爭新優(yōu)勢的重要路徑。
(一)智能制造是世界各國推動科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略選擇
世界百年未有之大變局和新冠肺炎疫情全球大流行交織影響，全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定面臨嚴峻的考驗，制造業(yè)與新興科技的深度融合逐漸成為國際戰(zhàn)略博弈的主要戰(zhàn)場。美國“先進制造業(yè)領(lǐng)導(dǎo)力戰(zhàn)略”、德國“國家工業(yè)戰(zhàn)略2030”，日本“社會5.0”，紛紛將智能制造作為重要發(fā)展方向。智能制造是新一代信息技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展注入源源不斷的新動能。智能制造的發(fā)展有利于構(gòu)筑國家競爭新優(yōu)勢，搶占新一輪國際競爭的制高點。
(二)智能制造是我國制造業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑
制造業(yè)是國家經(jīng)濟命脈所系，其轉(zhuǎn)型升級、高質(zhì)量發(fā)展更是重中之重。通過智能制造的實施對傳統(tǒng)制造業(yè)進行全方位、全角度、全鏈條的改造，提升研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、企業(yè)運維等各環(huán)節(jié)的數(shù)字化水平，充分釋放數(shù)字化智能化對制造業(yè)發(fā)展的放大、疊加、倍增作用，增強產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性和彈性，推動制造模式變革，培育制造業(yè)發(fā)展新動能，推動制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
(三)智能制造是提高企業(yè)核心競爭力的有力舉措
企業(yè)競爭力是國家產(chǎn)業(yè)競爭力的重要體現(xiàn)，在制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展過程中占據(jù)關(guān)鍵位置。企業(yè)通過實施智能制造，實現(xiàn)制造裝備聯(lián)網(wǎng)和關(guān)鍵工序的數(shù)字化改造，通過建設(shè)智能生產(chǎn)線、智能車間和智能工廠，實現(xiàn)精益生產(chǎn)、精細管理和智能決策。智能制造的深入實施有助于推動裝備、軟件和系統(tǒng)集成資源要素向企業(yè)集聚，從而提高企業(yè)創(chuàng)新能力，促進產(chǎn)業(yè)鏈上中下游、大中小企業(yè)融通創(chuàng)新，帶動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、制造能力提升和服務(wù)模式變革。
二、創(chuàng)新驅(qū)動、標準引領(lǐng)，激發(fā)智能制造發(fā)展?jié)摿?/span>
《規(guī)劃》明確提出”深入推進標準化工作。持續(xù)優(yōu)化標準頂層設(shè)計，加強現(xiàn)有標準的優(yōu)化與協(xié)同，加快標準的貫徹執(zhí)行，支持企業(yè)依托標準開展智能車間/工廠建設(shè)“。近年來，我國智能制造標準化成效明顯，持續(xù)更新發(fā)布三版《國家智能制造標準體系建設(shè)指南》，船舶、石化、建材、紡織等14個行業(yè)細分行業(yè)智能制造標準體系初步建成。在已發(fā)布的300余項智能制造國家標準中，以《智能制造 系統(tǒng)架構(gòu)》《數(shù)控裝備互聯(lián)互通及互操作》系列標準為代表的一批標準有效指導(dǎo)企業(yè)實施智能制造。我國主導(dǎo)制定了42項智能制造國際標準，國際話語權(quán)顯著提升?！笆奈濉逼陂g，依托國家智能制造標準化總體組，支撐開展智能制造標準領(lǐng)航行動，體系化推動智能制造標準化工作走深走實。
(一)加強標準頂層規(guī)劃，引領(lǐng)創(chuàng)新發(fā)展方向
緊扣產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化發(fā)展趨勢，針對數(shù)字化轉(zhuǎn)型、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、智能化變革需求，定期修訂《國家智能制造標準體系建設(shè)指南》，在優(yōu)化完善已有行業(yè)智能制造標準體系的基礎(chǔ)上，加快汽車、航空、電力裝備、軌道交通裝備、家電、食品、鋼鐵等細分領(lǐng)域智能制造標準體系建設(shè)，編制印發(fā)相應(yīng)行業(yè)標準體系建設(shè)指南，開展細分行業(yè)智能制造標準化公共服務(wù)平臺建設(shè)，加強標準化對行業(yè)轉(zhuǎn)型的支撐服務(wù)能力。
(二)開展重點標準研制，有序規(guī)范部署實施
依托國家智能制造標準化協(xié)調(diào)推進組、總體組和專家咨詢組，在數(shù)字孿生、數(shù)據(jù)字典、人機協(xié)作、智慧供應(yīng)鏈、系統(tǒng)可靠性、信息安全與功能安全一體化等領(lǐng)域開展基礎(chǔ)共性和關(guān)鍵技術(shù)標準制修訂，滿足技術(shù)演進和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，加大標準試驗驗證力度，實現(xiàn)標準化與科技創(chuàng)新互動發(fā)展。加快適用于典型場景的行業(yè)應(yīng)用標準研制，推動企業(yè)加快智能制造實施步伐。
(三)落實標準應(yīng)用推廣，賦能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級
圍繞智能車間/工廠建設(shè)、新模式應(yīng)用、供應(yīng)鏈協(xié)同、新技術(shù)應(yīng)用等方面，開展智能制造標準應(yīng)用試點，遴選一批以標準引領(lǐng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級成效明顯的試點單位，形成與國家、行業(yè)標準配套使用的團體標準、企業(yè)標準，推動試點成果在中小企業(yè)和同行業(yè)企業(yè)的應(yīng)用。開展智能制造能力成熟度國家標準貫標，加快形成區(qū)域級、行業(yè)級智能制造發(fā)展評價指標體系。
(四)深入促進國際合作，打造開放共享平臺
加大ISO/IEC JTC1(信息技術(shù)標委會)、ISO/TC184(自動化系統(tǒng)集成標委會)、IEC/TC65(工業(yè)過程測量和控制)等國際標準化組織的參與力度，充分發(fā)揮IEC智能制造系統(tǒng)委員會中國專家委員會作用，推進優(yōu)勢領(lǐng)域的國家標準、行業(yè)標準成果向國際標準的轉(zhuǎn)化。以中德智能制造/工業(yè)4.0標準化工作組為藍本，推動與英國、日本、金磚國家、“一帶一路”沿線國家建立標準化合作機制，促進國家標準與國外標準的互認。
三、優(yōu)化供給、賦能發(fā)展，培育融通共享的生態(tài)體系
《規(guī)劃》中明確提出“要加快系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商培育，推動規(guī)范發(fā)展，加快發(fā)展裝備、軟件和系統(tǒng)解決方案”。智能制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商聯(lián)盟自2016年成立以來，通過開展智能制造進園區(qū)、符合規(guī)范條件供應(yīng)商遴選、創(chuàng)新大賽等活動，全方位地推動供應(yīng)商發(fā)展，目前擁有會員單位557家，并且組建了18個地方分盟和8個行業(yè)分盟，初步形成智能制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，為區(qū)域和行業(yè)智能化升級提供了有力支撐?！笆奈濉逼陂g，智能制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商聯(lián)盟將在工信部指導(dǎo)下，深入培育系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商，強化提升智能制造發(fā)展的供給水平。
(一)打造服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，深度支撐智能制造發(fā)展
開展系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商服務(wù)分類分級標準研制，培育一支專業(yè)水平高、服務(wù)能力強的系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商隊伍。加快系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商分盟建設(shè)，實現(xiàn)重點地方和典型行業(yè)全覆蓋。建立健全協(xié)同工作機制，構(gòu)建“總盟+地方分盟+行業(yè)分盟”的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。
(二)加強協(xié)同創(chuàng)新，提升智能制造供給能力
通過智能制造進園區(qū)、創(chuàng)新大賽等活動強化系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商與裝備制造商、軟件開發(fā)商、用戶企業(yè)的融合協(xié)同，深化產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合創(chuàng)新，與金融、教育、市場等資源要素展開全方位互動，匯聚推廣一批輕量級、易維護、專業(yè)化的解決方案。
(三)匯聚數(shù)據(jù)資源，加強智能制造公共服務(wù)
以供應(yīng)商培育為核心，以供需對接為主線，以應(yīng)用推廣為目標，通過供應(yīng)商能力上平臺、用戶需求上平臺、優(yōu)秀解決方案上平臺、供需對接上平臺，建立供應(yīng)商圖譜和數(shù)據(jù)庫，圍繞產(chǎn)業(yè)概覽、信息共享、供需對接等功能全方位提升智能制造公共服務(wù)能力。
觀點：智能制造數(shù)字化車間能力評估模型構(gòu)建
近些年來，我國在智能制造方面有了一定的發(fā)展，智能制造裝備產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展迅速，在一些重點產(chǎn)品方面有所突破，形成了一批具有國際競爭力的龍頭企業(yè)，但是和發(fā)達國家相比，仍然有很大的差距。
主要表現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，高端芯片、核心器件、工業(yè)軟件等關(guān)鍵技術(shù)對外依存度高，區(qū)域發(fā)展不均衡、創(chuàng)新能力不足等。這些說明，智能制造的內(nèi)涵和核心還未具體統(tǒng)一的認識，智能制造的發(fā)展路徑還未明確。需要歸納總結(jié)關(guān)于智能制造普遍認可的實踐經(jīng)驗、通用做法以及核心要素，建立智能制造數(shù)字化車間的評價模型與指標體系，以有效、規(guī)范地推動我國智能制造的評價工作，促進我國整體智能制造水平的提升。
1 、智能制造評估技術(shù)現(xiàn)狀
目前，開展智能制造評估主要需解決以下問題：
(1)如何定義智能制造核心要素以及智能制造發(fā)展水平，即分析提煉出智能制造的核心要素，并通過建模的方式固化;
(2)如何度量智能制造核心要素，即通過分解智能制造核心要素，將評估模型向智能制造評價指標進行映射，并找到切實可行的度量計算方法;
(3)如何應(yīng)用于不同主體開展評價，即評估模型需要適用于不同主體、不同行業(yè)和不同對象。
目前我國已經(jīng)發(fā)布了《工業(yè)企業(yè)信息化和工業(yè)化融合評估規(guī)范》(GB/T23020－2013)，該標準適用于為工業(yè)企業(yè)、行業(yè)組織、各級工業(yè)和信息化主管部門等開展工業(yè)企業(yè)兩化融合評估工作提供指導(dǎo)和參考依據(jù)。
該標準為企業(yè)全面、科學(xué)評判其兩化融合現(xiàn)狀和成效提供系統(tǒng)分析方法，將工業(yè)企業(yè)兩化融合的水平分為了起步建設(shè)、單項覆蓋、集成提升和創(chuàng)新突破4個階段，同時提出各方面與不同水平與能力級別相關(guān)的評估關(guān)鍵要素，并給出了各要素評估要點。效能與效益評估包括競爭力、經(jīng)濟和社會效益等兩個主要評估方面。評估模型如圖1所示。
圖 1 兩化評估模型
然而智能制造評價指標體系主要針對的是制造企業(yè)“智能制造”的發(fā)展水平，與兩化融合評估規(guī)范所針對的對象是不同的。
針對智能制造的評估還有基于智能制造成熟度模型的評估(圖2所示)，該模型以產(chǎn)品研發(fā)周期、運營成本、產(chǎn)品不良品率、生產(chǎn)效率、能源利用率等效果指標為導(dǎo)向，建立評估模型對制造企業(yè)開展評估。該模型更加注重效果類指標，而非生產(chǎn)過程類指標，因此對于企業(yè)生產(chǎn)過程的智能化提升還存在不足。
圖2 成熟度評估模型
德國TUV南德提出了基于數(shù)字孿生的工業(yè)4.0產(chǎn)品測試與評價，該測試從功能安全、信息安全、工業(yè)通信的角度，覆蓋工業(yè)4.0產(chǎn)品中的器件級、設(shè)備級、機器級和聯(lián)通性，評估的步驟包括:
(1)信息搜集，包括搜集需求、評估方案設(shè)計、客戶應(yīng)用剖面;
(2)分析，包括集成信息的自動化分析，與其他數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)和同步檢查，豐富相關(guān)附加信息;
(3)評估，包括根據(jù)有價值和相關(guān)信息執(zhí)行規(guī)定的評估，以及實際條件下的評估;
(4)結(jié)論，包括可操作方案的定義，支持反措施的實施，第三方方案評估。
該模型重點關(guān)注產(chǎn)品測試與評價，而非數(shù)字化車間或智能工廠，因此，缺乏從工廠或者車間等系統(tǒng)層面來考慮企業(yè)的智能制造能力提升。
圖3 TUV南德模型
2、智能制造數(shù)字化車間能力評估模型構(gòu)建
根據(jù)智能制造總體架構(gòu)，采用16個評估模塊構(gòu)建數(shù)字化車間能力評估模型，對于其中具有耦合關(guān)系模塊按照功能分成5個中心指標，依次是:
基礎(chǔ)設(shè)施指標，包括工廠規(guī)劃、設(shè)備與自動化、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施與布局、信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用;生產(chǎn)制造指標:包括生產(chǎn)制造、研發(fā)設(shè)計、全過程質(zhì)量、倉儲物流;精益管控指標:包括精益改善、能源管控、安全健康;銷售服務(wù)指標:包括市場銷售、售后服務(wù);企業(yè)發(fā)展指標:包括組織運營、戰(zhàn)略創(chuàng)新。
上述16個模塊不是孤立、割裂存在的，它們之間會有依存和相互影響的關(guān)系。每一個模塊記錄為fi(百分制，數(shù)值處于0～100之間，數(shù)值越大代表本項能力越高)，每一個模塊有若干角度，在運用此模型時，先對評估對象進行評估，對每一個模塊的每一個角度進行分析，給出相應(yīng)評價，記錄為fij(百分制，數(shù)值處于0～100之間，數(shù)值越大代表本項能力越高)。系統(tǒng)模型拓撲圖如圖4所示。
圖4 系統(tǒng)模型拓撲圖
將系統(tǒng)表示為F(t)，每個中心表示為Fi(t)他們之間的關(guān)系為:
(1)假定中心i內(nèi)fx(t)為最大影響因素，其他模塊受其能力水平的影響，即:f(t)max。其它模塊為:
(2)假定中心i內(nèi)存在2個最大影響因素，其它模塊受其能力水平的影響，即:fmax1(t)，fmax2(t)。其它模塊為:
因此，
由于不同行業(yè)的生產(chǎn)制造過程存在差異，因此，在權(quán)重賦值的過程中，還應(yīng)考慮行業(yè)特性。但為了充分體現(xiàn)智能制造的指導(dǎo)方向，基礎(chǔ)設(shè)施指標和生產(chǎn)制造指標的權(quán)重之和不宜低于整體權(quán)重的50%。
3、 應(yīng)用與分析
將上述評估模型應(yīng)用于某汽車零部件企業(yè)，該企業(yè)的產(chǎn)線規(guī)劃由自身完成，主要依靠個人經(jīng)驗，導(dǎo)致生產(chǎn)線的設(shè)計具有一定的不合理性。目前擁有3個車間，其中3號車間有待改造，如重新排布工藝環(huán)節(jié)，加快生產(chǎn)節(jié)拍;增加流水線的設(shè)置，覆蓋工藝多個環(huán)節(jié);實施產(chǎn)品質(zhì)量追溯等。
1號車間的產(chǎn)能基本滿足個性化定制的需求，但需要進行生產(chǎn)優(yōu)化、柔性生產(chǎn)方面的改善，如有需求，也可以增加流水線生產(chǎn)、設(shè)備信息化、信息系統(tǒng)的構(gòu)建。
2號車間有待新建，新建車間建議尋找專業(yè)的咨詢機構(gòu)評審建設(shè)方案，重點關(guān)注工藝布局、流水線生產(chǎn)、設(shè)備信息化、信息系統(tǒng)的構(gòu)建。
該企業(yè)智能制造評估得分為23.6分(滿分100分)，各模塊的評估得分如圖5，其中方塊表示企業(yè)人員自評估結(jié)果，線條表示企業(yè)人員的期望結(jié)果，線條表示專業(yè)評估人員的評估結(jié)果。
從評估結(jié)果中可以看出，企業(yè)人員的自評估結(jié)果與專業(yè)評估人員的評估結(jié)果存在一定重合趨勢，但在倉儲物流、精益改善等方面與專家認知存在一定的偏差，需要加強這些方面的知識導(dǎo)入和內(nèi)部管理優(yōu)化。在“網(wǎng)絡(luò)設(shè)施與布局”、“倉儲物流”、“售后服務(wù)”等幾個模塊上，企業(yè)自身的認識評估與外部專家的客觀評價存在一定的差異，需要企業(yè)在下一步核心能力提升過程中，根據(jù)業(yè)務(wù)的實際情況予以重視與關(guān)注。
在精益改善、數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用、信息系統(tǒng)、企業(yè)自評與專家評價結(jié)果相同，能力較弱，在實際短板方面，企業(yè)的核心關(guān)注點在于企業(yè)內(nèi)部智能制造應(yīng)用體系，如網(wǎng)絡(luò)設(shè)施與布局等。同行業(yè)優(yōu)秀企業(yè)對標和專家評價診斷在精益改善、數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用、信息系統(tǒng)方面有較好的共識，這方面企業(yè)應(yīng)在未來的智能車間建設(shè)中予以規(guī)劃加強;同時，專家評價診斷認為倉儲物流、能源管控也需要繼續(xù)加強。
由此可見，本評估模型不僅可以給出企業(yè)的智能制造評價結(jié)果，還可以從評價結(jié)果中可以看出企業(yè)人員對于智能制造的認識不足，以及企業(yè)在開展智能制造過程中的突破口。
圖5 企業(yè)智能制造評估得分圖
4 、結(jié)論
針對企業(yè)數(shù)字化車間生產(chǎn)制造過程建立的評估模型，對于指導(dǎo)企業(yè)開展和實施智能制造改造具有重要意義，但該模型還存在不少缺陷，如無法適用于不同行業(yè)、不同生產(chǎn)制造過程的企業(yè)，且不同行業(yè)的企業(yè)不具備橫向可比性。另外，在提供的方法基礎(chǔ)上，提煉形成不同行業(yè)評估模型的構(gòu)建方法，將是下一步的研究重點。
作者：廣東中認華南檢測技術(shù)有限公司 李宗亮 王攀 王成城 胡冬青 方培潘 林偉洲
