四、相关理论的对比分析

猿小六 发布于 2020年08月24日 84点热度 0人点赞 0条评论

本文的研究借鉴了国内外先进的智能制造以及成熟度方面的理论,以下重点介绍软件能力成熟度模型、智能制造系统架构以及工业4.0 就绪度三个最主要的参考,分析了与我们提出的智能制造成熟度模型的区别和联系。

(一) 软件能力成熟度模型

软件能力成熟度模型是为开发软件产品而提出的过程改进成熟度模型,归纳了业界关于产品开发管理活动的普遍认可的实践经验,覆盖产品从概念提出到交付的整个生存周期。其目的是帮助软件企业对软件工程过程进行管理和改进,增强开发与改进能力,从而能按时地、不超预算地开发出高质量的软件。过程管理是 SW-CMM 的核心,它认为只有过程质量得到控制,产品最终质量才能保障。 SW-CMM从过程管理、项目管理、工程管理和支持管理四方面提出了软件开发过程中需要关注并持续改进的 18 个过程域,包括组织过程定义、组织过程改进、 需求管理、技术方案、配置管理、项目计划等。根据组织软件开发能力成熟度的情况,分为 5 级,为初始级、受管理级、已定义级、定量管理级和持续优化级,如图 4-1 所示。

本文提出的智能制造能力成熟度模型,充分借鉴了软件能力成熟度模型以过程为核心的管理思想,提出了以“产品是过程的结果”为原则,通过深度剖析智能制造涉及的制造过程和智能提升过程,将智能制造拆分为可管理的最小单元,有利于指导企业分阶段的逐步提升自身的智能制造能力。此外,能力改进是本研究的另一核心思想,智能制造评价是结果更是手段, “以评促建”,通过评价来引导和推动企业关注自身的能力建设,而本项目提出的等级水平能够给出企业智能制造能力提升的方法和路径,帮助企业解决当前智能制造路上遇到的难题。

图4-1 SW-CMM五级模型

(二) 智能制造系统架构

2015 年 12 月,工信部、国标委根据《中国制造 2025》的战略部署,联合发布了《国家智能制造标准体系建设指南(2015 年版)》,提出从生命周期、系统层级、智能功能 3 个维度建立智能制造系统架构。系统架构是对智能制造的核心特征和要素的总结,其中,生命周期是由设计、生产、物流、销售、服务等一系列相互联系的价值创造活动组成的链式集合;系统层包括设备层、控制层、车间层、企业层和协同层共五层,体现了装备的智能化和互联网协议(IP)化,以及网络的扁平化趋势;智能功能包括资源要素、互联互通、系统集成、信息融合和新兴业态五层。

本文提出的智能制造能力成熟度模型,参考借鉴上述系统架构,最终形成“智能+制造” 2 个维度,以及设计、生产、物流、销售、服务、资源要素、互联互通、系统集成、信息融合、新兴业态 10 大类和细化的 27 个域,来进一步诠释智能制造的内涵,如图 4-2 示。

图4-2 系统架构与“智能+制造”维的关系

(三) 工业 4.0 就绪度

工业 4.0 就绪度是由德国机械设备制造业联合会(Verband Deutscher Maschinen und Anlagenbau, VDMA)于 2015 年 10 月提出,主要为了解决两大问题:一是当前德国的机械制造工业处于工业 4.0的哪一阶段,二是要想在企业中成功实施工业 4.0 必须具备的条件以及企业当前哪些情况需要进行相应的改变。 VDMA 根据调查问卷分析并提炼出具有 6 个级别、 6 个维度以及 18 个域的就绪度模型。 6 个级别分别是未规划级、初始级、中间级、熟练级、专家级、顶级示范级, 6 个维度是:

  • 战略和组织:实施工业 4.0 的战略和组织文化
  • 智能工厂:分布式、高度自动化生产
  • 高效运营:智能生产流程体系
  • 智能产品:用 ICT 技术装备物理产品
  • 数据驱动服务:数据服务作为内嵌的商业模式
  • 员工:合格的知识工作者是成功实施工业 4.0 的关键

本文提出的智能制造能力成熟度模型与工业 4.0 就绪度在思路与方法上是一致的,在维度与域的划分方法上,都是先通过分析其核心要素、归类的方式归纳总结,然后通过分级的方式来划分等级。而工业 4.0 的维度和域更多体现了智能技术的特点,智能制造能力成熟度模型是综合了“智能+制造”两方面要素,体现技术与业务的融合。在技术应用方面,我们充分参考了工业 4.0 就绪度的战略、数据应用、云的应用、 IT 安全、设备基础设施、信息共享等内容,吸收并发展其成为智能制造成熟度模型中的资源要素、信息融合、新兴业态、生产类的一部分指标。

(四)制造成熟度模型

上世纪 80 年代美国航空航天局(NASA)提出了度量技术风险的工具——技术成熟度(TRL),主要是为了更好地开展技术和风险管理。目前技术成熟度已经广泛应用于美国及欧洲国家的装备采办项目管理过程中。 TRL 能够准确地度量技术和设计的成熟状况,发现潜在的问题,从而降低采办风险,有效地减少装备采办“拖、降、涨”的现象。但在关键决策点处以及在采办的主要流程中,还缺乏一个能科学度量制造风险的工具。因此,美国国防部推出了制造成熟度(MRL),以提升采办过程中科学技术转化的效率,使新技术能更快地应用到武器系统中,形成完整的成熟度评估体系,对产品生产的经济有效性进行定量化评价。 2001 年,美国三军联合制造技术委员会在技术成熟度的基础上构建了制造成熟度评价模型。

制造成熟度是美军用于控制制造风险的项目管理工具。它基于技术成熟度,同时是技术成熟度的扩展。它加强了对装备生产的经济有效性的评估。《制造成熟度等级手册》 是美国国防部 2011 年 7 月提供的 2.01 最佳实践版本,其中对 MRL 各级的定义如下:

制造成熟度的 10 个等级包括: MRL1:确定制造的基本含义; MRL2:识别制造的概念; MRL3:制造概念得到验证; MRL4:具备在实验室环境下的制造技术能力; MRL5:具备在相关生产环境下制造零部件原型的能力; MRL6:具备在相关生产环境下生产原型系统或子系统的能力;MRL7:具备在典型生产环境下生产系统、子系统或部件的能力; MRL8:试生产线能力得到验证;准备开始小批量生产; MRL9:小批量生产得到验证;开始大批量生产的能力到位; MRL10:大批量生产得到验证和转向精益生产。

(五)罗兰贝格模型

罗兰贝格工业 4.0 就绪度指数(Roland Berger Industry 4.0 Readiness Index, RB Industry 4.0)是由欧盟委员会委托罗兰贝格咨询公司对工业 4.0 就绪度进行研究。其目的在于衡量欧盟成员国各国在工业 4.0 中所处位置,提高成员国各国工业水平和竞争力,以及制造业在 GDP 中的比重。罗兰贝格将工业 4.0 就绪度划分成两大类即: 工业优秀度(包括:制造过程成熟度、自动化水平、劳动力就绪度、创新力度)和价值网络(包括:高附加值、行业开放性、创新网络、联网成熟度),每个类别以连续 5 分制衡量。这两个类别的结合,决定了一个国家在 RB 4.0 就绪度的位置。 此外,以 RB 工业 4.0 就绪度为纵轴,制造业占 GDP 比重为横轴,罗兰贝格将欧盟成员国从低到高划分为四个等级:观望者、传统者、潜力者、领跑者,更加全面的衡量了各成员国在工业发展中所处的位置。

本文提出的智能制造能力成熟度模型,充分借鉴了 RB 工业 4.0就绪度指数对于制造业行业现状分析和归纳的方法。而 RB 工业 4.0就绪度指数更多是体现欧盟中各成员国的工业水平,同时,考虑了制造业在各国 GDP 中的比重。在国家层面,从 RB 工业 4.0 就绪度指数和制造业占 GDP 比重两个维度,以 1(最低级)到 5 分制(最高级)连续的将各国工业水平划分为 4 个等级;本文提出的智能制造成熟度模型则重点针对国内制造业行业,在企业层面,从智能和制造两个维度、十大类及细化域,定位制造业企业发展阶段,并以 1(最低级)到 5(最高级)分制离散的将企业划分为 5 个不同阶段等级。