作者：工業(yè)和信息化部電子第五研究所 王敏? 、中國質(zhì)量認證中心智能制造評測業(yè)務(wù)操作中心 許可嘉
來源：新工業(yè)網(wǎng)
1 智能制造的概念及層級劃分
智能制造被普遍認為是繼機械化、電氣化、信息化之后的第四次工業(yè)革命，是以數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用為主要特征，以新一代信息技術(shù)與先進制造技術(shù)的融合為實現(xiàn)方式，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動各個環(huán)節(jié)，具備自感知、自學習、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的生產(chǎn)方式。
世界各制造強國為保持本國制造業(yè)的先進性，紛紛出臺政策引導(dǎo)智能制造相關(guān)理論和技術(shù)的研究。自2015年的《中國制造2025》以來，我國陸續(xù)發(fā)布《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》、《智能制造工程實施指南（2016-2020年）》、《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》等指導(dǎo)性政策，內(nèi)容涵蓋頂層設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)研究、信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、標準化、試點示范、標桿遴選、減稅獎補、人才培養(yǎng)等多個方面，我國的智能制造政策體系已趨于成熟。
智能制造的實施對象涉及制造企業(yè)的不同層級，目前對這些層級的劃分并沒有明確的標準。我國《智能制造標準體系建設(shè)指南（2021年版）》把智能制造系統(tǒng)層級劃分為設(shè)備層、單元層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層。
其中設(shè)備層是利用傳感器、儀器儀表、設(shè)備等實現(xiàn)信息采集并接受指令操控的層級；單元層是處理信息、實現(xiàn)監(jiān)測和控制物理流程的層級；車間層是面向工廠或車間的生產(chǎn)管理的層級；企業(yè)層是面向企業(yè)經(jīng)營管理的層級；協(xié)同層是實現(xiàn)跨企業(yè)間業(yè)務(wù)協(xié)同的層級。
智能制造系統(tǒng)五大層級厘清了數(shù)據(jù)的采集挖掘和應(yīng)用過程，對企業(yè)部署工業(yè)軟件和系統(tǒng)起到指導(dǎo)作用，但在企業(yè)的智能制造整體規(guī)劃和政府部門的政策制定上顯得并不直觀。
在智能化改造的實際操作層面，目前較為普遍的層級劃分是車間級、工廠級和企業(yè)級三個等級，對應(yīng)的智能化改造成果稱為數(shù)字化車間、智能工廠和智能制造企業(yè)。數(shù)字化車間主要包括產(chǎn)線和對應(yīng)的生產(chǎn)管控，是智能制造的生產(chǎn)單元；智能工廠是數(shù)字化車間的整合，還涉及車間之間的調(diào)度和物料配送、高級排程和管控等，是智能制造的主體；智能制造企業(yè)除生產(chǎn)外還包括供應(yīng)鏈協(xié)同、生產(chǎn)全流程數(shù)據(jù)的管理和挖掘等，是智能制造的頂層。
2 各層級智能制造的主要特點和建設(shè)內(nèi)容
數(shù)字化車間、智能工廠、智能制造企業(yè)在智能制造體系中所處的層級不同，承擔的作用和主要的建設(shè)思路也有所區(qū)別，如圖1所示。
圖1 智能制造三大層級的主要建設(shè)內(nèi)容
2.1 數(shù)字化車間
數(shù)字化車間作為智能制造的生產(chǎn)單元，以接收智能工廠下達的生產(chǎn)計劃，編制成生產(chǎn)指令并執(zhí)行為職責。其智能化改造涉及產(chǎn)線級的排產(chǎn)與調(diào)度、設(shè)備狀態(tài)及能耗管理、產(chǎn)品質(zhì)量管理、物料配送、安全管理等內(nèi)容。數(shù)字化車間的信息化特征是原始數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和初步整理。設(shè)備產(chǎn)生的狀態(tài)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品質(zhì)檢產(chǎn)生的質(zhì)量數(shù)據(jù)、人機交互過程產(chǎn)生的日志數(shù)據(jù)等原始數(shù)據(jù)經(jīng)過初步整理后上傳至智能工廠，為決策提供依據(jù)。數(shù)字化車間的建設(shè)方案包括智能裝備全覆蓋、安裝車間級MES、WMS、SCADA，部署AGV及對應(yīng)的配送系統(tǒng)等，最終目標是實現(xiàn)生產(chǎn)資源自組織、自優(yōu)化，設(shè)備自學習、自維護，產(chǎn)品質(zhì)量單件可溯源，具備柔性生產(chǎn)和個性化生產(chǎn)的能力。
2.2 智能工廠
智能工廠作為智能制造的主體，以接收企業(yè)下達的生產(chǎn)要求，編制成主生產(chǎn)計劃和詳細生產(chǎn)計劃并下達至車間為職責。其智能化改造除數(shù)字化車間相關(guān)內(nèi)容外，還包括原材料及配件的采購、產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計、車間級的排產(chǎn)與調(diào)度、物流管理、銷售管理、客戶服務(wù)等內(nèi)容。智能工廠的信息化特征是數(shù)據(jù)的挖掘和應(yīng)用，數(shù)字化車間上傳的原始數(shù)據(jù)以及工廠生產(chǎn)活動產(chǎn)生的其他數(shù)據(jù)經(jīng)過大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)進行分析，形成各種優(yōu)化算法和模型，使工廠具備智能化特征。智能工廠的建設(shè)方案包括安裝工廠級MES、APS、SRM、CRM、計算機輔助研發(fā)設(shè)計系統(tǒng)（包括CAD/CAE/CAPP）等，實現(xiàn)從精準營銷到需求實時拉動生產(chǎn)，再到生產(chǎn)實時拉動采購的價值鏈閉環(huán)，最終目標是建成無人工廠、“黑燈工廠”。
2.3 智能制造企業(yè)
智能制造企業(yè)作為智能制造的頂層，以整合企業(yè)內(nèi)外資源，產(chǎn)生生產(chǎn)要求并下達至工廠為職責。其智能化改造除智能工廠和數(shù)字化車間相關(guān)內(nèi)容外，還包括一些支撐生產(chǎn)活動的環(huán)節(jié)，包括發(fā)展戰(zhàn)略、人才團隊、資產(chǎn)管理、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、數(shù)據(jù)管理等內(nèi)容。智能制造企業(yè)的信息化特征是數(shù)據(jù)的統(tǒng)一歸口和數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理，數(shù)字化車間及智能工廠產(chǎn)生的一切數(shù)據(jù)信息和知識模型都應(yīng)封裝成企業(yè)的數(shù)字資產(chǎn)，由企業(yè)層級統(tǒng)一管理。
智能制造企業(yè)的建設(shè)方案包括制定智能制造戰(zhàn)略規(guī)劃、引進信息化人才團隊并持續(xù)優(yōu)化、部署5G網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化配置、部署ERP、PLM、建設(shè)數(shù)據(jù)中心、打造數(shù)據(jù)中臺、企業(yè)上云等，最終實現(xiàn)生產(chǎn)資源節(jié)點網(wǎng)絡(luò)化和供應(yīng)鏈協(xié)同。
2.4 智能制造各層級的關(guān)聯(lián)
需要注意的是，盡管智能制造各個層級的改造內(nèi)容有所不同，其目標是互為前提，相互貫通的。企業(yè)級的智能化改造包含了工廠級智能化改造的內(nèi)容，工廠級的智能化改造也包含了車間級智能化改造的內(nèi)容。從車間到工廠再到企業(yè)，數(shù)據(jù)從原始數(shù)據(jù)和交互數(shù)據(jù)被加工為業(yè)務(wù)信息，再形成知識、模型等數(shù)字資產(chǎn)；從企業(yè)到工廠再到車間，生產(chǎn)需求從產(chǎn)生到形成主生產(chǎn)計劃，再被分解成詳細生產(chǎn)計劃和具體的生產(chǎn)指令，這標志著車間、工廠和企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)及工業(yè)軟件必須相互貫通，實現(xiàn)集成。
3 評估方法在智能制造中的應(yīng)用
3.1 智能制造評估的作用
評估是一種根據(jù)給定標準進行量化或非量化測量，并給出可靠結(jié)論的方法，是評判系統(tǒng)能力的重要手段之一。評估能夠幫助企業(yè)判斷自身智能制造水平，判斷優(yōu)勢項和弱勢項，進而規(guī)劃切合實際的智能制造發(fā)展路徑，達到以評促建的效果。我國發(fā)布的各項政策也將評估視為智能制造發(fā)展的重要保障措施，并把評估機構(gòu)列入智能制造解決方案供應(yīng)商的一類。
3.2 用于智能制造評估的模型和標準
智能制造的前身是德國的工業(yè)4.0戰(zhàn)略。德國在2015年發(fā)布了“工業(yè)4.0就緒度模型”，作為企業(yè)判斷自身是否具備發(fā)展智能制造條件的指標。TüV南德發(fā)展了這套模型，設(shè)計出智能工業(yè)指數(shù)（SIRI），為企業(yè)/城市提供智能化水平評價服務(wù)。我國為支撐《中國制造2025》等戰(zhàn)略，也組織有關(guān)部門和研究院所開發(fā)出一系列用于智能制造評估的模型及標準，其中較具影響力的是中國電子技術(shù)標準化研究院開發(fā)的“智能制造能力成熟度模型”。
“智能制造能力成熟度模型”以“人員、技術(shù)、資源、制造”四大能力要素涵蓋企業(yè)智能制造能力涉及的所有環(huán)節(jié)，并向下細分為12項能力域和20項能力子域。模型將企業(yè)的智能制造能力成熟度從低到高劃分為“規(guī)劃級、規(guī)范級、集成級、優(yōu)化級、引領(lǐng)級”五個等級，每個等級下的每項能力子域都設(shè)置了若干條要求。企業(yè)根據(jù)這些要求的滿足程度計算得分，并判斷自身智能制造等級。
模型的具體內(nèi)容已編制為GB/T 39116-2020《智能制造能力成熟度模型》和GB/T 39117-2020《智能制造能力成熟度評估方法》兩項國家標準，從屬于我國智能制造標準體系中的“ADE能力成熟度”部分。
數(shù)字化車間和智能工廠尚無用于評估的國家標準，但一些通用要求標準可為評估工作提供參考。如GB/T 37393-2019《數(shù)字化車間 通用技術(shù)要求》規(guī)定了數(shù)字化車間的建設(shè)內(nèi)容，GB/T 41255-2022《智能工廠 通用技術(shù)要求》規(guī)定了智能工廠的建設(shè)內(nèi)容。
除上述國家標準外，各省市為摸查轄區(qū)內(nèi)企業(yè)智能制造水平，也相繼編制了一系列地方標準為評估工作提供參考。
其中，較有代表性的包括天津市DB12/T 1073-2021《工業(yè)企業(yè)智能制造能力成熟度評估規(guī)范》，安徽省DB34/T 3052-2017《智能工廠和數(shù)字車間建設(shè)實施指南》、DB34/T 3357-2019《智能工廠和數(shù)字車間評估規(guī)范》，無錫市DB3202/T 1001-2018《無錫市智能制造水平評價規(guī)范》，寧波市DB3302/T 1122-2021《數(shù)字化車間/智能工廠評估規(guī)范》等等。
4 智能制造各層級評估要點
由于智能制造的不同層級在生產(chǎn)活動中的職責和作用不同，其評估的要點和關(guān)鍵內(nèi)容也有所側(cè)重。
4.1 數(shù)字化車間評估要點
數(shù)字化車間是生產(chǎn)活動的具體執(zhí)行層，其評估要點在于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和生產(chǎn)指令的執(zhí)行，包括排產(chǎn)、物料配送、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、能源管理、安全環(huán)保等環(huán)節(jié)。
評估時重點關(guān)注是否實現(xiàn)產(chǎn)線自動排產(chǎn)及生產(chǎn)計劃的自動調(diào)整；是否實現(xiàn)生產(chǎn)拉動物料配送及配送手段的無人化；是否實現(xiàn)生產(chǎn)文件自動下放、生產(chǎn)知識庫建設(shè)和單件產(chǎn)品質(zhì)量溯源；是否實現(xiàn)智能設(shè)備全覆蓋、部署有SCADA系統(tǒng)、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)全覆蓋；是否實現(xiàn)能耗的實時檢測和異常預(yù)警處理；是否構(gòu)建信息化的安全環(huán)保知識庫并設(shè)置了完善的管理辦法；車間部署的信息化系統(tǒng)是否實現(xiàn)打通和集成。
4.2 智能工廠評估要點
智能工廠是生產(chǎn)活動的計劃層，其評估要點在于生產(chǎn)價值鏈的智能化，包括采購、設(shè)計、排產(chǎn)、倉儲、物流、銷售、客服等環(huán)節(jié)。
評估時重點關(guān)注是否部署有SRM系統(tǒng)、生產(chǎn)活動實時拉動采購需求；產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計是否實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計、是否有模塊化的設(shè)計知識庫；是否實現(xiàn)工廠自動排產(chǎn)及生產(chǎn)計劃的自動調(diào)整、部署有APS系統(tǒng)和MES系統(tǒng)；是否有立體化倉儲、部署有WMS系統(tǒng)、實現(xiàn)物料自動配送；是否以自建或外包的方式實現(xiàn)物流環(huán)節(jié)的信息化和系統(tǒng)化；是否部署有銷售系統(tǒng)、基于市場數(shù)據(jù)的挖掘?qū)崿F(xiàn)銷量預(yù)測；是否部署有CRM系統(tǒng)、實現(xiàn)智能為主人工為輔的客戶服務(wù)方式；工廠部署的信息化系統(tǒng)是否實現(xiàn)打通和集成。
4.3 智能制造企業(yè)評估要點
智能制造企業(yè)是生產(chǎn)活動的規(guī)劃和支持層，其評估要點在于企業(yè)資源的統(tǒng)籌管理，包括組織與人員、數(shù)據(jù)資產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)、信息安全等環(huán)節(jié)。
評估時重點關(guān)注是否有完善的智能制造長期戰(zhàn)略、崗位和團隊，以及對應(yīng)的迭代優(yōu)化機制；是否有自下而上的、通暢全面的數(shù)據(jù)采集、存儲、運算、管理、使用辦法，建設(shè)有數(shù)字中臺、數(shù)據(jù)中心，部署有ERP系統(tǒng)和PLM系統(tǒng)；企業(yè)及下屬的各工廠車間是否有網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，配備有網(wǎng)絡(luò)安全管理辦法，網(wǎng)絡(luò)資源可實現(xiàn)優(yōu)化配置；是否有信息安全規(guī)范和長期的信息安全風險管控辦法；企業(yè)部署的信息化系統(tǒng)是否實現(xiàn)打通和集成。
5 結(jié)語
智能制造是一項系統(tǒng)性的工程，涉及企業(yè)生產(chǎn)、運營、管理的方方面面。按照組織在制造系統(tǒng)中的定位，可以將其劃分為不同的層級，每個層級都有相適宜的技改舉措和智能化改造路徑。管理者應(yīng)當做出適當?shù)呐袛?，選取合適的智能改造策略，保證智能制造穩(wěn)步推進。
評估工作以幫助企業(yè)找尋技改方向、促進企業(yè)提高智能制造水平為要務(wù)，應(yīng)當立足于企業(yè)當前的信息化水平，著眼于各個能力子域可達成的改造目標，按照評價對象在行業(yè)、制造模式、供應(yīng)鏈上所處位置、企業(yè)規(guī)模等特征上的區(qū)別和特點，制定個性化、有針對性的評估方法，幫助企業(yè)更好把握發(fā)展方向，尋找改進路徑。
