摘 要：為客觀評(píng)估預(yù)制梁廠制造能力，引導(dǎo)預(yù)制梁廠科學(xué)規(guī)劃智能化發(fā)展，該文基于成熟度模型構(gòu)建預(yù)制梁廠智能制造能力評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)分體系，并依托實(shí)體項(xiàng)目展開評(píng)估應(yīng)用。研究表明，預(yù)制梁廠智能制造能力評(píng)估模型可以幫助梁廠管理人員和技術(shù)服務(wù)人員找出梁廠智能化改造出現(xiàn)的問題，從而針對(duì)性地提出建議措施。該研究對(duì)提升公路工程數(shù)字化建設(shè)化水平具有重要意義。

關(guān)鍵詞：成熟度模型；預(yù)制梁廠；智能制造；能力評(píng)估；公路工程數(shù)字化建設(shè)

中圖分類號(hào)：U445.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）24-0177-04

Abstract： In order to objectively evaluate the manufacturing capacity of the precast beam factory and guide the scientific planning and intelligent development of the precast beam factory， this paper constructs the evaluation index system and scoring system of the intelligent manufacturing capacity of the precast beam factory based on the maturity model， and relies on the entity project to carry out the evaluation and application. The research shows that the intelligent manufacturing capability evaluation model of the precast beam factory can help the beam factory managers and technical service personnel to find out the problems in the intelligent transformation of the beam factory， and thus put forward some suggestions and measures. This study is of great significance to improve the level of digital construction of highway engineering.

Keywords： maturity model; precast beam factory; intelligent manufacturing; capacity assessment; digital construction of highway engineering

預(yù)制梁廠是生產(chǎn)裝配式橋梁構(gòu)件的工廠型基地，其任務(wù)是為項(xiàng)目施工提供優(yōu)質(zhì)的橋梁預(yù)制構(gòu)件。隨著數(shù)字化交通建設(shè)理念的全面推進(jìn)，預(yù)制梁廠也經(jīng)歷了數(shù)字化轉(zhuǎn)型，通過融合BIM、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。在此過程中，進(jìn)行預(yù)制梁廠制造能力評(píng)估對(duì)梁廠未來發(fā)展規(guī)劃意義重大。一方面，通過對(duì)梁廠制造能力的自評(píng)，可以全面了解梁廠在技術(shù)應(yīng)用、設(shè)備設(shè)施、生產(chǎn)流程等方面的優(yōu)勢和短板，對(duì)短板及時(shí)填補(bǔ)，對(duì)優(yōu)勢不斷精進(jìn)，促進(jìn)梁廠健康發(fā)展；另一方面，通過梁廠間制造能力的互評(píng)，相互學(xué)習(xí)，促進(jìn)行業(yè)共同進(jìn)步。

近年來，多行業(yè)采用成熟度模型進(jìn)行制造能力的評(píng)估工作。2015年，德國工業(yè)發(fā)展已進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代，為了解企業(yè)生產(chǎn)能力的情況，評(píng)價(jià)工業(yè)4.0所實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力，構(gòu)建了一個(gè)評(píng)價(jià)企業(yè)生產(chǎn)能力的指標(biāo)體系，并將該體系定義為4.0就緒度模型[1]。國內(nèi)發(fā)展緊隨其后，在2020年我國發(fā)布了GB/T 39116—2020《智能制造能力成熟度模型》標(biāo)準(zhǔn)，為企業(yè)提供智能制造評(píng)估指導(dǎo)方案[2]。

目前已有學(xué)者應(yīng)用智能制造能力成熟度模型對(duì)不同行業(yè)的制造能力進(jìn)行評(píng)估研究。任嵬等[3]將成熟度模型與石化行業(yè)的具體業(yè)務(wù)相結(jié)合，并結(jié)合智能制造參考架構(gòu)和智能工廠建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出我國石化行業(yè)首個(gè)智能制造能力成熟度模型。蘇青福等[4]結(jié)合汽車行業(yè)的特點(diǎn)和已有的成熟度模型，在PTRM產(chǎn)能四要素的基礎(chǔ)上，加入了文化、供應(yīng)鏈、物流3個(gè)指標(biāo)要素，形成新的模型用于評(píng)估汽車行業(yè)生產(chǎn)能力的成熟度。許志堅(jiān)等[5]基于沉香大橋項(xiàng)目，采用數(shù)據(jù)管理能力成熟度評(píng)估模型（DCMM）開展了橋梁建造數(shù)字管理能力成熟度評(píng)價(jià)研究。

綜上，部分行業(yè)已經(jīng)開展了基于成熟度模型的智能制造能力評(píng)估研究，并取得良好成效，但缺乏對(duì)預(yù)制梁廠智能制造能力的評(píng)估研究，成熟度模型在公路工程領(lǐng)域的應(yīng)用范圍甚微。因此，為客觀評(píng)估預(yù)制梁廠制造能力提供有力抓手，引導(dǎo)預(yù)制梁廠科學(xué)規(guī)劃數(shù)字化轉(zhuǎn)型，本文通過構(gòu)建成熟度模型，并開展預(yù)制梁廠智能制造能力評(píng)估研究。本研究對(duì)提升公路工程數(shù)字化建設(shè)化水平具有重要意義。

1 智能制造能力成熟度模型構(gòu)建研究

1.1 成熟度模型基本構(gòu)成

基于研究文獻(xiàn)[6]和預(yù)制梁廠生產(chǎn)要素，本文采用的成熟度模型由評(píng)估指標(biāo)體系、成熟度要求、成熟度等級(jí)構(gòu)成。評(píng)估指標(biāo)體系分為目標(biāo)層（O）、準(zhǔn)則層（A）、指標(biāo)層（B）；成熟度要求評(píng)估指標(biāo)達(dá)到成熟度等級(jí)需滿足的要求。根據(jù)評(píng)估指標(biāo)滿足要求情況，將成熟度等級(jí)分為規(guī)劃級(jí)、規(guī)范級(jí)、集成級(jí)和優(yōu)化級(jí)4個(gè)等級(jí)，如圖1所示。

規(guī)劃級(jí)（一級(jí)）要求梁廠開始對(duì)實(shí)施智能制造的基礎(chǔ)和條件進(jìn)行規(guī)劃，能夠?qū)︻A(yù)制構(gòu)件關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)和技術(shù)形成具體實(shí)施方案。規(guī)范級(jí)（二級(jí)）要求梁廠采用自動(dòng)化技術(shù)手段對(duì)設(shè)備和預(yù)制構(gòu)件關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)等進(jìn)行改造和規(guī)范，實(shí)現(xiàn)單個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享或監(jiān)控。集成級(jí)（三級(jí)）要求梁廠在對(duì)預(yù)制構(gòu)件關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)改造的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)備、信息、平臺(tái)等要素開展系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)跨業(yè)務(wù)活動(dòng)間的數(shù)據(jù)平臺(tái)共享與監(jiān)控。優(yōu)化級(jí)（四級(jí)）要求梁廠對(duì)人員、設(shè)備、流程等環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖取和深度學(xué)習(xí)，形成預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)精準(zhǔn)預(yù)測和輔助決策優(yōu)化。

1.2 評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

本文采用層次分析法及專家調(diào)查法進(jìn)行評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建。在參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指南[7-9]，同時(shí)基于對(duì)預(yù)制梁廠的實(shí)地調(diào)研結(jié)果進(jìn)行評(píng)估指標(biāo)的選取。在評(píng)估指標(biāo)選取完成后，需要確定各級(jí)評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重值。選定參與梁廠建設(shè)的管理人員和技術(shù)服務(wù)人員30位，采用專家調(diào)查法確定評(píng)估指標(biāo)權(quán)重值[10-11]。預(yù)制梁廠智能制造能力評(píng)估指標(biāo)體系見表1。

1.3 成熟度等級(jí)評(píng)分體系構(gòu)建

1.3.1 評(píng)估指標(biāo)成熟度要求

基于梁廠實(shí)際生產(chǎn)管理特征，參考相關(guān)文獻(xiàn)[12-13]，確定了如下評(píng)估指標(biāo)成熟度要求（表2—表4）。

1.3.2 打分準(zhǔn)則與方法

在評(píng)分過程中，評(píng)估人員應(yīng)將評(píng)估對(duì)象的各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)與成熟度要求進(jìn)行對(duì)照，按照滿足程度進(jìn)行打分，打分準(zhǔn)則見表5。例如，當(dāng)某項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)全部滿足一級(jí)成熟度要求時(shí)，得1分；若大部分滿足得0.8分，以此類推。然后對(duì)照該評(píng)估指標(biāo)的二級(jí)成熟度要求進(jìn)行打分，直至完成所有等級(jí)的打分才算該項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)結(jié)束打分。

1.3.3 成熟度等級(jí)評(píng)分計(jì)算

二級(jí)指標(biāo)得分按式（1）計(jì)算，一級(jí)指標(biāo)得分按式（2）計(jì)算，預(yù)制梁廠成熟度得分按式（3）計(jì)算。

SB=Xi， （1）

SA=∑（SB×），（2）

S=∑（SA×），（3）

式中：SB為二級(jí)指標(biāo)得分；n為打分計(jì)數(shù)；Xi為二級(jí)指標(biāo)成熟度要求得分；SA為一級(jí)評(píng)估指標(biāo)得分；？茁為二級(jí)指標(biāo)權(quán)重值；S為成熟度得分；？琢為一級(jí)指標(biāo)權(quán)重值。

1.3.4 成熟度等級(jí)判定方法

當(dāng)評(píng)估對(duì)象在某一等級(jí)下的成熟度得分超過評(píng)分區(qū)間的最低分時(shí)視為滿足該等級(jí)要求，反之，則視為不滿足。成熟度總分為各等級(jí)評(píng)分結(jié)果的累計(jì)求和，評(píng)分結(jié)果與能力成熟度對(duì)應(yīng)關(guān)系見表6。

2 預(yù)制梁廠智能制造能力評(píng)估實(shí)例分析

2.1 預(yù)制梁廠概況

本文基于蘇州605省道同里至黎里段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目（以下簡稱“605項(xiàng)目”）建造的預(yù)制梁廠進(jìn)行智能制造能力評(píng)估研究。605項(xiàng)目預(yù)制梁廠以“一個(gè)平臺(tái)、一個(gè)中心、N個(gè)應(yīng)用”為原則進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)。其中“一個(gè)平臺(tái)”指梁廠綜合管理平臺(tái)；“一個(gè)中心”指以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭載智能傳感技術(shù)作為平臺(tái)支撐建立的數(shù)據(jù)監(jiān)控中心；“N個(gè)應(yīng)用”指梁廠涉及的核心業(yè)務(wù)模塊，如圖2所示。

2.2 智能制造能力成熟度評(píng)估

依據(jù)預(yù)制梁廠智能制造能力評(píng)估指標(biāo)體系，參照各指標(biāo)的成熟度要求，選取預(yù)制梁廠管理人員和技術(shù)服務(wù)人員共30位對(duì)梁廠智能制造能力進(jìn)行打分計(jì)算，結(jié)果見表7。

由表7可知，605項(xiàng)目預(yù)制梁廠智能制造能力成熟度評(píng)分為2.98分，超過集成級(jí)最低要求0.48分，距離達(dá)成優(yōu)化級(jí)還需要0.52分。這說明按照集成級(jí)預(yù)制梁廠的要求，605項(xiàng)目梁廠的智能制造能力在中等水平。

2.3 結(jié)果分析及建議

為了便于分析預(yù)制梁廠各層級(jí)指標(biāo)的智能制造能力評(píng)分結(jié)果，梳理梁廠智能化升級(jí)工作重點(diǎn)，繪制智能制造能力分析雷達(dá)圖，如圖3所示。圖3（a）是準(zhǔn)則層評(píng)估指標(biāo)的成熟度評(píng)分雷達(dá)圖，圖3（b）、（c）和（d）是指標(biāo)層的成熟度評(píng)分雷達(dá)圖。

觀察圖3（a）可以發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)與管理、人力與資源、技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)3個(gè)一級(jí)指標(biāo)均達(dá)到了集成級(jí)，但生產(chǎn)與管理、技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)得分較低。這說明梁廠智能化升級(jí)的工作重點(diǎn)應(yīng)放在生產(chǎn)與管理、技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)2方面。觀察圖3（b）可以發(fā)現(xiàn)除訂單排產(chǎn)外，其余2個(gè)指標(biāo)均接近優(yōu)化級(jí)，說明生產(chǎn)與管理智能化改造升級(jí)的工作重點(diǎn)應(yīng)放在訂單排產(chǎn)方面；觀察圖3（c）可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)分析剛剛滿足集成級(jí)要求，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的成熟度等級(jí)未達(dá)到集成級(jí)要求，仍為規(guī)范級(jí)。這說明技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)智能化升級(jí)的工作重點(diǎn)應(yīng)放在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和數(shù)據(jù)分析2個(gè)方面。

基于上述梳理出來的梁廠智能化改造工作重點(diǎn)，提出對(duì)應(yīng)的建議措施。

訂單排產(chǎn)智能化升級(jí)：目前605項(xiàng)目梁廠訂單排產(chǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)通過系統(tǒng)平臺(tái)，線上進(jìn)行任務(wù)訂單手動(dòng)排產(chǎn)，同時(shí)具備任務(wù)下發(fā)消息通知功能。建議在梁廠訂單排產(chǎn)可根據(jù)任務(wù)訂單中構(gòu)件數(shù)量、類型、交付日期、物料需求及生產(chǎn)線產(chǎn)能等約束條件，采用算法模型實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排產(chǎn)，同時(shí)支持人工調(diào)整。

數(shù)據(jù)分析智能化升級(jí)：目前605項(xiàng)目梁廠生產(chǎn)過程中部分流程數(shù)據(jù)尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集，并且對(duì)采集到的數(shù)據(jù)只能進(jìn)行簡單的統(tǒng)計(jì)展示，分析不夠深入，結(jié)果不夠直觀。建議梁廠繼續(xù)優(yōu)化流程工序自動(dòng)流轉(zhuǎn)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)自動(dòng)采集；建立生產(chǎn)工序數(shù)據(jù)庫，利用算法模型對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)庫的生產(chǎn)狀態(tài)和進(jìn)度預(yù)測。

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)智能化升級(jí)：目前605項(xiàng)目在網(wǎng)絡(luò)安全方面尚未形成工業(yè)級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)，也沒有實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程配置功能。建議梁廠全面建立工業(yè)化控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)梁廠網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程配置和安全防護(hù)。

3 結(jié)束語

本文基于成熟度模型構(gòu)建了預(yù)制梁廠智能制造能力評(píng)估指標(biāo)體系，并基于蘇州605省道同里至黎里段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目預(yù)制梁廠展開評(píng)估應(yīng)用研究。通過評(píng)估過程和評(píng)估結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，預(yù)制梁廠智能制造能力評(píng)估模型可以幫助梁廠管理人員和技術(shù)服務(wù)人員找出梁廠智能化改造出現(xiàn)的問題，從而有針對(duì)性地提出優(yōu)化方案。本文成果可為客觀科學(xué)地評(píng)估梁廠智能制造能力提供借鑒與參考價(jià)值。

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