趙宏軍，齊春花，康進(jìn)港

ZHAO Hong-jun,QI Chun-hua,KANG Jin-gang

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司，北京 100120）

1 高速動(dòng)車組輪對(duì)智能生產(chǎn)運(yùn)行評(píng)估研究的背景和意義

1.1 研究背景

1.1.1 高速鐵路快速發(fā)展與高質(zhì)量的要求

高速動(dòng)車組近年來呈現(xiàn)出高增漲的發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)需求旺盛，市場(chǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大，產(chǎn)品技術(shù)不斷升級(jí)，系統(tǒng)集成度提高。軌道交通運(yùn)營(yíng)正向網(wǎng)絡(luò)化和多樣化發(fā)展，用戶對(duì)軌道交通裝備的安全性、可靠性提出了更高、更苛刻的要求。中國高鐵已經(jīng)站在世界軌道交通裝備技術(shù)的最前沿，目前產(chǎn)品遍布全球六大洲一百多個(gè)國家和地區(qū)，占全球市場(chǎng)總量的60%以上，成為中華民族復(fù)興樂章的強(qiáng)勁音符。高鐵制造企業(yè)必須從“制造”走向“智造”，貫徹落實(shí)國家智能制造實(shí)施指南，把握智能制造發(fā)展的特點(diǎn)和規(guī)律，加速企業(yè)的智能轉(zhuǎn)型，才能引領(lǐng)軌道交通行業(yè)及裝備制造業(yè)智能化發(fā)展。

1.1.2 高速鐵路智能制造發(fā)展水平評(píng)估規(guī)范亟待推出

智能制造發(fā)展水平評(píng)估用來衡量一個(gè)行業(yè)或企業(yè)的智能制造發(fā)展水平，通過評(píng)估結(jié)果的縱向?qū)Ρ?，可判定企業(yè)智能制造發(fā)展水平的深入發(fā)展；通過橫向?qū)Ρ龋袛喔餍袠I(yè)智能制造發(fā)展水平的高低；也可對(duì)行業(yè)當(dāng)前的智能制造發(fā)展階段進(jìn)行定位，為各級(jí)政府及行業(yè)主管部門提供評(píng)估行業(yè)智能制造發(fā)展水平的工具，為制定智能制造相關(guān)政策提供依據(jù)。

高速動(dòng)車組產(chǎn)品是由幾十萬個(gè)零部件組成，是一個(gè)融合了機(jī)、電、軟、硬件多系統(tǒng)的一體化產(chǎn)品，尤其是輪對(duì)作為走行部的重要部件，產(chǎn)品智能化程度高。在高速動(dòng)車組快速發(fā)展的形勢(shì)下，亟需確立行業(yè)智能工廠運(yùn)行與評(píng)估體系，為我國高速動(dòng)車組生產(chǎn)企業(yè)提供準(zhǔn)確的智能制造水平評(píng)估，但目前國內(nèi)尚未形成一套有效的高鐵制造業(yè)企業(yè)智能制造發(fā)展水平評(píng)估規(guī)范和指標(biāo)體系。研究建立高速動(dòng)車組輪對(duì)智能生產(chǎn)評(píng)價(jià)體系，對(duì)于建立起一套完整的智能工廠評(píng)價(jià)體系有著關(guān)鍵作用。

1.2 研究意義

通過研究高速動(dòng)車組輪對(duì)智能生產(chǎn)運(yùn)行評(píng)估規(guī)范，制定高速動(dòng)車組智能工廠輪對(duì)生產(chǎn)車間的運(yùn)行管理評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及操作方法，為評(píng)估工作提供技術(shù)指導(dǎo)和技術(shù)規(guī)范支持，進(jìn)行客觀、公正的評(píng)價(jià)，作為企業(yè)持續(xù)改善的依據(jù)。

研究結(jié)果不僅行業(yè)主管部門對(duì)高速動(dòng)車組生產(chǎn)企業(yè)智能生產(chǎn)的評(píng)估，以便及時(shí)獲知行業(yè)的智能制造水平，也適用于高速動(dòng)車組生產(chǎn)企業(yè)開展內(nèi)部智能制造水平評(píng)估與診斷，在同行業(yè)開展對(duì)標(biāo)分析，使企業(yè)發(fā)現(xiàn)智能制造建設(shè)歷程中的差距和薄弱環(huán)節(jié)，明確智能制造發(fā)展方向和著力點(diǎn)，逐步提升智能制造發(fā)展水平。

2 輪對(duì)智能生產(chǎn)運(yùn)行評(píng)估設(shè)計(jì)思想、框架結(jié)構(gòu)

2.1 設(shè)計(jì)思想

2.1.1 評(píng)估涵蓋內(nèi)容

高速動(dòng)車組企業(yè)通過精益制造、信息技術(shù)與現(xiàn)代管理融合，實(shí)現(xiàn)企業(yè)智能管控、組織優(yōu)化，建成了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型企業(yè)。高鐵動(dòng)車組企業(yè)通過開展產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、配件來料標(biāo)準(zhǔn)化，物流配送標(biāo)準(zhǔn)化、垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈上中下游企業(yè)，應(yīng)用生產(chǎn)管理系統(tǒng)，達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)一體化智能制造，實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)車組的整體智能化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。本次評(píng)估研究涵蓋車間生產(chǎn)過程中的人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等與制造能力相關(guān)的各個(gè)要素，從制造執(zhí)行系統(tǒng)功能完整性、管理規(guī)范性、效果凸顯性三個(gè)方面為切入點(diǎn)進(jìn)行，評(píng)估企業(yè)制造執(zhí)行過程中的智能排產(chǎn)、物料管理、數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、質(zhì)量控制、設(shè)備管理等要素，分析制造車間管理透明化、操作無紙化、全局績(jī)效監(jiān)控及響應(yīng)控制及時(shí)化、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集以及集中可視化管控等方面的水平。

2.1.2 適用企業(yè)類型

本研究適用于高速動(dòng)車組生產(chǎn)企業(yè)，也可作為其他離散型制造企業(yè)的生產(chǎn)車間智能制造水平評(píng)估參考。

2.1.3 評(píng)估過程要求

評(píng)估規(guī)范的指標(biāo)設(shè)置面向企業(yè)、針對(duì)性強(qiáng)，評(píng)估過程操作簡(jiǎn)便，獲得數(shù)據(jù)直接、真實(shí)可靠，采用是、否或有、無問答形式或以數(shù)據(jù)表述，結(jié)果引導(dǎo)性強(qiáng)，引領(lǐng)企業(yè)通過智能制造，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展、智能發(fā)展和綠色發(fā)展。

2.2 評(píng)估原則

2.2.1 科學(xué)性

評(píng)估規(guī)范內(nèi)容能夠客觀反映制造企業(yè)車間智能制造的發(fā)展情況，通過自我評(píng)估為企業(yè)指明發(fā)展方向。

2.2.2 易操作性

評(píng)估規(guī)范采用是、否或有、無問答形式或以數(shù)據(jù)表述，評(píng)估指標(biāo)易于獲取，指標(biāo)體系易于構(gòu)建，評(píng)估數(shù)據(jù)易于采集，評(píng)估方法便捷有效。

2.2.3 實(shí)用性

以評(píng)估智能制造能力為重點(diǎn)，引導(dǎo)企業(yè)深入開展智能制造建設(shè)；隨著智能制造不斷深入發(fā)展和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不斷豐富，對(duì)智能制造評(píng)估指標(biāo)體系進(jìn)行調(diào)整和修訂，不斷優(yōu)化和完善以滿足新的評(píng)估需求。

2.3 評(píng)估框架設(shè)計(jì)

高速動(dòng)車組輪對(duì)的生產(chǎn)活動(dòng)是智能制造的核心環(huán)節(jié)。應(yīng)用自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)裝備和物流裝備、傳感器、數(shù)字采集器、過程控制、制造執(zhí)行、信息物理系統(tǒng)等組成人機(jī)一體化的制造系統(tǒng)，按照產(chǎn)品工藝要求，通過有限能力排產(chǎn)，物料自動(dòng)配送，狀態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤，優(yōu)化控制，智能調(diào)度，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，質(zhì)量管理與追溯，車間績(jī)效等構(gòu)成的智能化生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)正常進(jìn)行。

2.4.1 評(píng)估框架

本研究以高速動(dòng)車組輪對(duì)生產(chǎn)為實(shí)施載體，從智能生產(chǎn)與生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的功能完整性，管理規(guī)范性，效果凸顯性三個(gè)方面，結(jié)合安全生產(chǎn)、能源與環(huán)保管理，設(shè)定評(píng)估指標(biāo)與采集項(xiàng)。按《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》中智能制造系統(tǒng)架構(gòu)為參考模型，從智能制造系統(tǒng)架構(gòu)的生命周期、系統(tǒng)層級(jí)和智能功能三個(gè)維度，抽取與車間生產(chǎn)活動(dòng)相關(guān)的4個(gè)主要要素：計(jì)劃與制造執(zhí)行、智能物流、智能裝備、過程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

計(jì)劃與控制抽取的內(nèi)容包括基于約束的生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)和優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可視化。

智能物流從倉庫庫存管理和現(xiàn)場(chǎng)物流兩個(gè)角度對(duì)智能物流進(jìn)行評(píng)估。內(nèi)容包括倉儲(chǔ)物流信息系統(tǒng)的應(yīng)用，使用物流識(shí)別技術(shù)（條碼、二維碼、RFID等）對(duì)整個(gè)倉儲(chǔ)物流活動(dòng)過程進(jìn)行識(shí)別和跟蹤，倉儲(chǔ)物流配送的自動(dòng)化及優(yōu)化控制，倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)與制造執(zhí)行系統(tǒng)有效集成。

智能裝備從裝備智能化程度、裝備集成智能化程度和裝備管理三個(gè)角度抽取。裝備智能化程度內(nèi)容包括數(shù)字化裝備及柔性制造單元的數(shù)字化、智能化程度；裝備集成智能化程度包括裝備的聯(lián)網(wǎng)能力，柔性制造單元和柔性生產(chǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)感知、自檢測(cè)、深度學(xué)習(xí)、優(yōu)化調(diào)度、優(yōu)化控制、智能決策能力；裝備管理重點(diǎn)評(píng)估裝備管理的深度，包括裝備的維護(hù)、故障診斷、知識(shí)庫的應(yīng)用等。

過程質(zhì)量控制抽取內(nèi)容包括生產(chǎn)過程質(zhì)量管理、質(zhì)量追溯、質(zhì)量分析、質(zhì)量改進(jìn)、異常預(yù)測(cè)等過程。實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的在線檢測(cè)，應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量自我提升。

2.4.2 評(píng)估分級(jí)

按照評(píng)級(jí)框架，根據(jù)指標(biāo)評(píng)估及得分并與計(jì)劃與制造執(zhí)行、智能物流、智能裝備、過程質(zhì)量要求進(jìn)行對(duì)比，將輪對(duì)智能生產(chǎn)的智能制造發(fā)展水平與能力評(píng)分為五個(gè)等級(jí)：基礎(chǔ)入門、初級(jí)智能、中級(jí)智能、高級(jí)智能、卓越智能。

3 輪對(duì)智能生產(chǎn)運(yùn)行評(píng)估研究的主要內(nèi)容

3.1 輪對(duì)智能生產(chǎn)評(píng)估指標(biāo)

輪對(duì)智能生產(chǎn)評(píng)估指標(biāo)如下表所示，包括三個(gè)一級(jí)指標(biāo)：功能完整、管理規(guī)范、運(yùn)行效果，每個(gè)一級(jí)指標(biāo)下有若干個(gè)二級(jí)指標(biāo)，各指標(biāo)如表1所示。

表1 各級(jí)指標(biāo)明細(xì)表

3.2 功能完整

輪對(duì)生產(chǎn)車間應(yīng)實(shí)施制造執(zhí)行系統(tǒng)，從作業(yè)計(jì)劃、作業(yè)調(diào)度、生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)準(zhǔn)備、作業(yè)指導(dǎo)、物料管理、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、效能分析幾個(gè)功能模塊評(píng)估功能的完整性。功能完整性是必須達(dá)到的要求也是基礎(chǔ)入門的要求。設(shè)10個(gè)二級(jí)指標(biāo)，38個(gè)三級(jí)指標(biāo)，38個(gè)采集項(xiàng)點(diǎn)，通過是否/有無形式評(píng)估。

3.3 管理規(guī)范

輪對(duì)車間的運(yùn)行管理在功能的基礎(chǔ)上主要評(píng)估管理的細(xì)度及深度，這是評(píng)估運(yùn)行智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從作業(yè)計(jì)劃、作業(yè)調(diào)度、生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)準(zhǔn)備、作業(yè)指導(dǎo)、物料管理、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、人員管理、能源和環(huán)境管理、安全生產(chǎn)、效能分析、制度完整性方面進(jìn)行評(píng)估。設(shè)14個(gè)二級(jí)指標(biāo)，61個(gè)三級(jí)指標(biāo)，334個(gè)采集項(xiàng)點(diǎn)，

3.4 運(yùn)行效果

從集成效果、智能效果、運(yùn)營(yíng)指標(biāo)、行業(yè)示范性四個(gè)方面評(píng)估輪對(duì)車間智能生產(chǎn)情況，設(shè)4個(gè)二級(jí)指標(biāo)，38個(gè)三級(jí)指標(biāo)，46個(gè)采集項(xiàng)點(diǎn)，通過是否/有無或問題勾選形式評(píng)估。

3.5 各智能級(jí)別描述

基礎(chǔ)入門級(jí)：使用信息系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃、倉庫、質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了基本管理。

初級(jí)智能：承接物料需求計(jì)劃，產(chǎn)線作業(yè)計(jì)劃和工序作業(yè)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工序質(zhì)量在線檢測(cè)。

中級(jí)智能：實(shí)現(xiàn)有限能力排產(chǎn)，工位自動(dòng)上下料，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工序生產(chǎn)數(shù)據(jù)全流程可追溯，建立設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)、診斷、報(bào)警的統(tǒng)一管理平臺(tái)。

高級(jí)智能：實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)過程數(shù)字化建模、優(yōu)化排產(chǎn)、生產(chǎn)過程的可視化。

卓越智能：在數(shù)字化車間的基礎(chǔ)上，應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)，優(yōu)化資源利用，實(shí)現(xiàn)車間系統(tǒng)自學(xué)習(xí)及業(yè)務(wù)自調(diào)整。

4 評(píng)估實(shí)施

4.1 評(píng)估準(zhǔn)備

根據(jù)評(píng)估企業(yè)要求，由企業(yè)內(nèi)部或聘請(qǐng)第三方機(jī)構(gòu)，組成評(píng)估小組。評(píng)估小組根據(jù)規(guī)范規(guī)定的內(nèi)容，設(shè)計(jì)評(píng)估問卷。評(píng)估問卷應(yīng)符合下列要求：

能反映出被評(píng)估的輪對(duì)智能生產(chǎn)管理的全部指標(biāo)，并反映出產(chǎn)品生產(chǎn)特點(diǎn)；

評(píng)估問卷應(yīng)涵蓋規(guī)范中指標(biāo)，并可適當(dāng)增加適合企業(yè)自身指標(biāo)要求。

4.2 評(píng)估計(jì)劃

評(píng)估組編制評(píng)估計(jì)劃，確定評(píng)估依據(jù)、評(píng)估對(duì)象、評(píng)估人，并依據(jù)評(píng)估問卷要求對(duì)輪對(duì)車間智能生產(chǎn)進(jìn)行評(píng)估。組織輪對(duì)生產(chǎn)涉及的部門和人員，并進(jìn)行評(píng)估過程和評(píng)估內(nèi)容講解。按評(píng)估計(jì)劃評(píng)估，并填寫評(píng)估記錄。

4.3 評(píng)估信息收集

評(píng)估指標(biāo)按規(guī)范要求全部選取，一級(jí)為基礎(chǔ)指標(biāo)，每一基礎(chǔ)指標(biāo)下設(shè)二級(jí)指標(biāo)，二級(jí)指標(biāo)下設(shè)若干三級(jí)指標(biāo)及采集項(xiàng)點(diǎn)。在實(shí)施評(píng)估的過程中，通過適當(dāng)?shù)姆椒ú杉u(píng)估證據(jù)，收集并驗(yàn)證與企業(yè)發(fā)展智能制造相關(guān)的信息。

4.4 評(píng)分

將收集的評(píng)估證據(jù)與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行評(píng)估打分。

各級(jí)指標(biāo)評(píng)估為100分制。對(duì)于是否/有無的指標(biāo)，選擇是/有，即得分，對(duì)于選擇項(xiàng)，選擇相應(yīng)結(jié)果即得相應(yīng)分?jǐn)?shù)。

下列三項(xiàng)為影響評(píng)估結(jié)果的關(guān)鍵因素：

被評(píng)估對(duì)象不具備本規(guī)定的基本功能項(xiàng)；

被評(píng)估對(duì)象評(píng)估過程中出現(xiàn)嚴(yán)重問題；

被評(píng)估對(duì)象指標(biāo)評(píng)定值不能達(dá)到最低限度。

4.4.1 單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分方法

無下級(jí)指標(biāo)的單項(xiàng)指標(biāo)直接進(jìn)行評(píng)分。

有下級(jí)指標(biāo)的單項(xiàng)指標(biāo)不進(jìn)行直接評(píng)分，由下級(jí)指標(biāo)匯總得出。

4.4.2 評(píng)分匯總方法

二級(jí)指標(biāo)根據(jù)評(píng)價(jià)得分及給定權(quán)重計(jì)算出各一級(jí)指標(biāo)的評(píng)估得分，每一基礎(chǔ)指標(biāo)根據(jù)得分及給出的權(quán)重，綜合計(jì)算得出系統(tǒng)評(píng)價(jià)得得分。

上級(jí)指標(biāo)的得分按如下公式計(jì)算得出：

上級(jí)指標(biāo)的得分=Σ（下級(jí)指標(biāo)得分×下級(jí)指標(biāo)權(quán)重）

評(píng)估的總評(píng)分按如下公式計(jì)算得出：

評(píng)估總評(píng)分=Σ（一級(jí)指標(biāo)得分×一級(jí)指標(biāo)權(quán)重）

4.5 評(píng)估評(píng)級(jí)

經(jīng)數(shù)據(jù)匯總后提取與計(jì)劃與制造執(zhí)行、智能物流、智能裝備、過程質(zhì)量相關(guān)的指標(biāo)，按4個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的評(píng)估條款對(duì)每個(gè)指標(biāo)/項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行打分評(píng)估，并依據(jù)每一個(gè)指標(biāo)的給定權(quán)重，評(píng)價(jià)出智能生產(chǎn)的等級(jí)。并根據(jù)具體評(píng)分項(xiàng)的得分差異來判斷企業(yè)優(yōu)勢(shì)以及存在的不足

4.6 評(píng)估報(bào)告

評(píng)估人員或組織依據(jù)評(píng)估過程，本著實(shí)事求是的原則，起草評(píng)估公告。評(píng)估報(bào)告中應(yīng)包括：

評(píng)估的范圍和環(huán)境；

評(píng)估內(nèi)容；

評(píng)估報(bào)告及結(jié)論（應(yīng)包括與評(píng)估項(xiàng)相關(guān)的評(píng)估結(jié)果有效性的說明）；

改進(jìn)建議；

其他有關(guān)說明。

5 結(jié)語

輪對(duì)車間智能生產(chǎn)運(yùn)行管理評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的制定，為評(píng)估工作提供技術(shù)指導(dǎo)和技術(shù)規(guī)范支持，對(duì)高速動(dòng)車組輪對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行客觀、公正的評(píng)價(jià)，并作為企業(yè)持續(xù)改善的依據(jù)。

評(píng)估規(guī)范對(duì)相關(guān)企業(yè)的評(píng)估和企業(yè)的自我評(píng)估具有指導(dǎo)意義，企業(yè)通過評(píng)估與自評(píng)估診斷，明確企業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)和發(fā)展方向，查找薄弱環(huán)節(jié)和突破口，為企業(yè)的發(fā)展提供幫助。

隨著智能制造發(fā)展水平評(píng)估不斷推廣，評(píng)估案例的不斷增加，智能制造技術(shù)的不斷發(fā)展，將進(jìn)一步細(xì)化評(píng)估內(nèi)容、要求和水平等級(jí)，持續(xù)完善智能制造發(fā)展水平評(píng)估指標(biāo)體系和方法，保證其完整性和適用性。