理论教育 现状评估:中国和德国智能制造标准比较与应用

现状评估:中国和德国智能制造标准比较与应用

时间:2023-05-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:现状评估需要有参考依据和标准。以中国和德国为例,2017年德国科学工程院发布了工业4.0成熟度指数白皮书,中国也在2017年形成了智能制造能力要求和评价指数标准的内部讨论稿,并在2018年形成了两个标准的公开征求意见稿。通过对每项要求的分数求平均值得到该子域的得分。图6产品设计子域打分示例其他子域也按相同办法全部进行评分,然后根据能力子域计算能力域的得分。

现状评估:中国和德国智能制造标准比较与应用

以上步骤中,现状分析是非常关键的环节。现状评估需要有参考依据和标准。以中国和德国为例,2017年德国科学工程院发布了工业4.0成熟度指数白皮书,中国也在2017年形成了智能制造能力要求和评价指数标准的内部讨论稿,并在2018年形成了两个标准的公开征求意见稿。

德国的工业成熟度模型把企业划分成6个等级(图3):

第一级:计算机化,即所有的工作基本上采用计算机完成,形成各个数字化系统。

第二级:连接化,即实现系统的网络连接。第一级和第二级都还不是工业4.0,只是实现了常说的数字化和网络化。

第三级:可视化,在这一阶段系统将采集的数据直观地进行展示,并通过数据让我们可以及时地发现企业的问题。

第四级:透明化,在这个阶段系统不仅可以告诉我们正在发生什么,而且可以告诉我们为什么会发生这些问题。

第五级:可预测,即意味着系统不会等到发生问题以后再去分析解决,而是提前预测可能发生的事情,然后提出预警,帮助及时制定调整方案。

图3 德国工业4.0成熟度等级

(来源:Industrie 4.0 Maturity Index)

第六级:自适应,这个阶段系统不仅可以预测将发生的问题,还可以自行决策,做出优化调整方案,并根据方案自行调整。

图4是我国智能制造成熟度模型。从图中可以看到,我国的成熟度模型包括三个内容:一是能力等级的划分;二是评价的内容,包括能力要素、能力域和能力子域三个层级;三是能力要求,就是针对每一个能力子域内容的具体要求。这三个方面构成了我国智能制造成熟度模型。

图4 中国智能制造成熟度模型构成

(来源:《智能制造能力等级要求(征求意见稿)》)

第一,能力等级。我国智能制造能力分成五个等级,第一级是已规划级,企业应开始对实施智能制造的基础和条件进行规划,能够对核心业务(设计、生产、物流、销售、服务)进行流程化管理;第二级是规范级,企业应采用数字化装备、信息技术手段等对核心业务进行数字化改造,实现单一业务内部的数据共享,强调的是数字化;第三级是集成级,企业应具备集成方案,对装备、系统等开展网络化集成,实现跨业务的数据共享,强调的是集成与数据互通;第四级是优化级,企业应对人员、装备、产品、环境和生产过程等数据进行挖掘,通过知识、模型等实现对核心业务的精准预测和部分业务的优化控制;第五级是引领级,企业应基于模型驱动业务优化和持续创新,实现产业链协同并衍生新的制造模式和商业模式。(www.daowen.com)

第二,评价内容。如图5所示,评价内容分为三个层级:能力要素,包含人员、技术、资源、制造四个方面;每个能力要素由不同的能力域构成;能力域又再划分为能力子域。根据不同的行业或企业特点,评价内容又有差异,例如离散制造业和流程制造业有不同的评价域,主要差别在于流程制造业更关注工艺设计,可以没有产品设计

图5 评价内容

第三,能力要求。每一项评价内容都会对应具体的能力要求,能力要求分为一、二、三、四、五级,每一级又有不同的要求。例如数据能力子域的要求为:第一级要求数据应准确、及时地采集,通过手工采集也可以;第二级要求数据应实现系统自动化采集,通过数据化的手段来管理这些数据;第三级要求数据能被跨部门地集合分享和利用;第四级要求应采用数据分析的手段,能通过量化的分析模型开展预测;第五级要求可以根据分析结果进行精准的执行或实施的优化。这就反映了评价的能力域所涉及五个等级的不同要求。目前在国家标准中已经形成了这些具体要求,但针对不同的行业和企业还应根据关注重点或者行业特点对要求进行调整和细化。

有了评价标准以后,怎样根据评价标准对企业现状进行量化打分呢?

首先对评价子域的五个等级的每项能力要求进行打分。能力要求按照满足程度打分,分为不满足、部分满足、大部分满足和全部满足,依次得分为0分、0.5分、0.8分和1分。能力子域得分是其每条要求得分的算术平均值,能力域的得分是该域下能力子域的加权求和,能力要素的得分是该要素下能力域的加权求和,企业成熟度等级的得分是该等级下能力要素的加权求和。

以产品设计能力子域的评分为例,如图6所示,对产品设计每一等级的各项要求打分,打分标准按上文介绍的0分、0.5分、0.8分和1分进行。通过对每项要求的分数求平均值得到该子域的得分。比如,产品设计在等级1级的要求下总体得分是1分,在等级2级的要求下是0.87分。

图6 产品设计子域打分示例

其他子域也按相同办法全部进行评分,然后根据能力子域计算能力域的得分。每一个能力子域有一个权重值(权重的设计方法请见下文),假设产品设计和工艺设计两个能力子域的权重分别为50%,将能力子域与权重相乘再求和就可以得到能力域的分数(图7)。

图7 设计能力域得分计算示例

类似的,能力要素得分是能力域的加权平均,企业的整体得分是能力要素的加权平均。假设得到企业的整体得分如图8所示,最后需要算出企业智能制造总分和对应的成熟度等级。设定阈值为0.8,当企业在某一等级下的成熟度达到或者超过0.8分,视为满足等级要求;反之,则视为不满足要求。当计算总分时,已满足的等级成熟度得分为1,不满足的级别成熟度得分取值为该等级的实际得分。在该例中,企业的智能制造总分为1+1+0.58+0.34+0.08=3分。根据总分对照表1可确定企业的成熟度等级,即为3级集成级。

图8 企业整体得分示例

表1 成熟度评价

最后介绍一下权重的设计方法。权重可采用定性与定量相结合的层次分析法来确定。为确保权重的科学性和权威性,依据智能制造能力成熟度模型来设计判断矩阵调查表,邀请智能制造相关专家、学者及制造企业填写矩阵调查表,将专家意见汇总,通过判断尺度的归一化得到最终判断矩阵。国家标准中已经提供了一套权重的参考数值,当然每家企业也可以根据实际情况进行调整。

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