平高集團智能制造整體規劃研究

平高集團有限公司 付燦棟 苗沛淋 朱超鋒 郭永豪

智能制造對提升國家的制造業核心競爭力具有重要的戰略意義。而且，智能制造還是引領“第三次工業革命”浪潮的核心動力。正因為如此，智能制造在全國乃至全球都發展如火如荼。對于企業，應該如何構建符合企業自身情況的智能制造體系架構、如何推動智能制造相關項目落地，是大多數企業當前所面臨的問題。本文將通過對國家智能制造標準體系研究、現狀調研、差異分析等方法，構建平高集團的智能制造整體架構，形成平高集團智能制造整體規劃，為平高集團智能制造推進工作指明方向。也為其他企業在做智能制造整體規劃研究提供借鑒。

一、引言

智能制造是基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節，具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式。

發展智能制造有利于加快信息技術在制造業的集成應用，降低生產成本、減少能源資源消耗、縮短產品開發周期，有效提高生產效率和產品質量；有利于推動制造業供給側結構性改革，促進生產方式向定制化、分布式、服務型轉變；有利于提升制造業競爭力和可持續發展能力，推進制造業向中高端邁進。

據此，平高集團開展智能制造整體規劃方案研究，項目目標是按照《中國制造2025》、《智能制造發展規劃（2016-2020年）》、《智能制造工程實施指南（2016-2020年）》、《國家智能制造標準體系建設指南（2018年版）》等國家相關文件的要求，通過智能制造整體規劃方案的研究，一方面需要結合平高集團的業務及戰略，形成未來平高集團智能制造的整體框架及詳細藍圖；另一方面，結合平高集團當前的條件成熟度以及行業的發展狀況，為平高集團規劃出智能制造的咨詢路徑及階段指標，為下一步智能制造推進工作指明方向，既要有平高集團整體智能制造戰略規劃，又要根據調研情況選取平高集團內部兩到三家單位進行智能制造的詳細咨詢規劃。

二、研究概要

本章節將依據智能制造的特征來概述智能制造整體規劃所包含的內容。

1.智能制造的特征

產品智能化：產品智能化是把傳感器、處理器、存儲器、通信模塊、傳輸系統融入各種產品，使得產品具備動態存儲、感知和通信能力，實現產品可追溯、可識別、可定位。

裝備智能化：通過先進制造、信息處理、人工智能等技術的集成和融合，可以形成具有感知、分析、推理、決策、執行、自主學習及維護等自組織、自適應功能的智能生產系統以及網絡化、協同化的生產設施。在智能制造時代，裝備智能化的進程可以在兩個維度上進行：單機智能化，以及單機設備的互聯而形成的智能生產線、智能車間、智能工廠。需要強調的是，單純的研發和生產端的改造不是智能制造的全部，基于渠道和消費者洞察的前段改造也是重要的一環。二者相互結合、相輔相成，才能完成端到端的全鏈條智能制造改造。

生產方式智能化：個性化定制、極少量生產、服務型制造以及云制造等新業態、新模式，其本質是在重組客戶、供應商、銷售商以及企業內部組織的關系，重構生產體系中信息流、產品流、資金流的運行模式，重建新的產業價值鏈、生態系統和競爭格局。

管理智能化：隨著縱向集成、橫向集成和端到端集成的不斷深入，企業數據的及時性、完整性、準確性不斷提高，必然使管理更加準確、更加高效、更加科學。

設計智能化：應用數字化三維設計與工藝技術進行產品、工藝設計與仿真，并通過物理檢測與試驗進行驗證與優化。建立PLM產品生命周期管理系統，實現產品協同設計、工藝數據的集成管理。同時工廠的總體設計、工藝流程及布局均已建立數字化模型，并進行全數字模擬仿真。

服務智能化：智能服務是智能制造的核心內容，越來越多的制造企業已經意識到了從生產型制造向生產服務型制造轉型的重要性。今后，將會實現線上與線下并行的O2O服務，兩股力量在服務智能方面相向而行，一股力量是傳統制造業不斷拓展服務，另一股力量是從消費互聯網進入產業互聯網，比如智能化服務未來連接的不僅是人，還包括設備和設備、服務和服務、人和服務。個性化的研發設計、總集成、總承包等新服務產品的全生命周期管理，會伴隨著生產方式的變革不斷出現。

智能制造要建立一個智能生態系統，當智能無所不在、連接無處不在，數據無處不在的時候，設備和設備之間、人和人之間、物和物之間、人和物之間的聯系就會越來越緊密，最終必然出現一個系統連接另一個系統、小系統組成大系統、大系統構成更大系統的情況——對于智能制造的目標智能制造而言，它就是系統的系統。

2.整體規劃內容

依據對平高集團現狀評估，以國家相關政策要求為依據，形成平高集團智能制造整體規劃，涵蓋設計、生產、管理、服務等環節。

設計方面包含數字化產品設計與工程研發以及數字化工藝，涵蓋產品全生命周期過程，包括需求工程、設計驗證與確認、質量數字化、研發項目管理、配置與變更管理等。

生產方面包含數字化工廠布局、數字化工廠自動化、數字化制造運營，主要圍繞生產制造執行系統（MES）、先進的計劃與排產、質量管理、工業互聯網、數據采集、布局優化改進等方面展開。

管理方面主要圍繞數字化供應鏈、數字化管理運營等方面展開，涵蓋數字化供應鏈構建與協同以及一體化管控平臺搭建，以提高管理運營效率為目標。

服務方面主要圍繞數字化產品運維展開，包含了數字化產品運維平臺的構建、維修技術相關信息的管理、遠程運維、預測維修、運維生態體系的建立。

三、研究方法

本章節介紹智能制造整體規劃的研究方法。首先，對智能制造體系架構、智能工廠建設標準等標準體系進行研究，制定出屬于平高集團的智能制造標準體系架構。其次，對平高集團智能制造現狀進行調研并評估當前所處位置。再次，根據平高集團智能制造現狀，結合標準體系架構進行差異分析。最后，根據差異分析結果規劃相對應的改進提升措施。

1、標準研究

通過對中國電子技術標準研究院發布的《智能制造能力成熟度模型白皮書（1.0版）》、工業和信息化部、國家標準化管理委員會共同組織制定的《國家智能制造標準體系建設指南（2015版）》和《國家智能制造標準體系建設指南（2018版）》等政策文件及資料的研究，結合平高集團智能制造現狀以及戰略規劃，形成了平高集團的智能制造整體架構，如圖3-1所示。

圖1 平高集團智能制造整體架構

2.現狀調研

本次在平高集團智能制造整體規劃研究中所采用的調研方法包括：面對面訪談、生產制造現場走訪、資料研讀分析。

（1）面對面訪談

舉行面對面訪談的目的是為了能夠快速了解企業當前現狀以及急需解決的問題。

訪談對象主要是企業高層以及各部門負責人（或其委托人）。

訪談內容主要圍繞六個方面展開：訪談對象所在部分的組織架構、業務流程、所使用的信息系統、當前面臨的痛點、部門的發展規劃與展望以及部門所承擔的考核指標及其達成情況。

為達成訪談的最終效果，也需要采用適當的訪談方法：訪談中要快速準確捕捉信息，及時收集有關資料；訪談過程中恰當的進行提問，適當的做出回應；及時做好訪談記錄（訪談記錄文檔如圖2所示），條件允許可錄音，以便后期整理訪談內容。

（2）生產制造現場走訪

生產制造現場走訪的主要目的是為了印證面對面訪談所涉及到的生產制造現場相關問題，也是為現狀評估以及差異分析提供依據。

生產制造現場走訪對象是平高集團旗下平高電氣、通用電氣、天津平高的生產制造現場。

生產制造現場走訪的主要內容圍繞以下五個方面展開：

①從生產安全、環境、整潔與秩序，空間使用、物料移動與生產線流動，庫存與在制品水平等方面確認精益管理現狀。

②從加工、裝配、物流、倉儲等方面確認自動化現狀。

③從已有系統及其使用狀況，實施中或已規劃系統的資料信息確認信息化現狀。

④從能源管理制度、計劃、執行、控制等方面確認能源管理現狀。

⑤其他信息需要從員工對精益管理、智能制造等方面的認知進行確認。

為達成生產制造現場走訪的最終效果，也需要采用適當的方法：一看，深入現場實地觀察了解生產制造現狀，掌握現場基本情況和第一手資料；二問，詢問陪同或現場人員，進一步了解實際情況；三聽，充分聽取陪同人員或現場人員的抱怨與建議；四理，通過了解到的現場真實情況，理清當前存在的主要問題，并做好相應記錄如圖3所示。

（3）資料研讀分析

資料研讀分析的主要目的是為了戰略與經營分析提供數據基礎；為標桿選擇提供資料支撐；為現狀評估、差異分析及建議提供依據。

資料研讀分析的主要對象包含以下五個方面：

①平高集團的戰略、企業架構、業務流程等文件。

②客戶群體、對標企業、當前面臨問題、信息化清單、設備清單、廠房和設備布局圖、物流路線圖、工序流程圖、產品PQ-PR分析、自動化內控標準、主要產品清單等資料。

③對標企業以及電力行業的相關信息及資料。

④國家智能制造相關政策文件。

⑤其他補充資料。

（4）調研結果

根據面對面訪談、生產制造現場走訪、資料研讀分析，對平高集團智能制造建設現狀進行調研總結如下：

目前平高集團在智能化設備、軟件系統方面有一定的基礎，具備智能制造的推動基礎。但是，由于沒有建立集團層面的統一推動部門，各產業單位實際情況差異較大，在智能制造規劃和推動方面存在較多問題，并且集團在標準化推進方面目前的力度還需要加強，如能構建專門的推動組織，將來對集團整體業務執行的流暢性能起到積極推動的作用，而且集團智能制造整體實施還處于起步階段，需要進行整體規劃和分步實施；同時，專業人才是推進智能制造順利進行的重要因素之一，加強智能制造領域的人才培養是智能制造實施的基礎。

3.差異分析

本小節通過對平高集團的調研，結合智能制造的整體要求，對平高集團智能制造成熟度進行評估，評估結果如圖3-4所示，并對平高集團智能制造現狀執行差異分析，并采用專家評估法對平高集團各產業單位執行智能制造實現優先程度選擇評估，評選出平高集團智能制造示范試點單位。

（1）存在的主要問題匯總分析。

①現場管理水平有待提升。

實現智能制造的途徑一般遵循標準化→精益化→數字化（自動化/信息化）→智能化的過程；所以，標準化和精益化的現場管理是實現智能化的基礎工作之一；目前，集團及產業單位層面缺乏專門的精益生產推動組織（IE），來統籌集團的現場改善、自動化、信息化提升等相關工作，以及后續智能制造的推動工作；同時，大部分產業單位生產現場管理較弱，缺乏系統的精益生產推動組織和體系，僅看到平高電氣機械制造事業部有開展部分精益生產項目；從現場5S和目視化、車間布局、到班組團隊管理、再到工廠管理需建立不同層級的體系，形成精益化的管理體系，為智能制造的推動打下堅實基礎。所以，精益生產基礎工作還有待繼續夯實。

②設備智能狀況差別較大。

因為產品工藝不同，不同制造分廠之間設備差異較大，平高電氣絕緣分廠、組合電器事業部，通用電氣中壓斷路器廠，天津平高真空滅弧室制造廠、充氣柜制造廠等設備智能化程度較高，可以實現設備自動取數、匯總反饋功能；智控事業部、電力電子制造廠等智能設備較少，手工加工過程較多，實現自動采集數據功能比較困難，需要進行自動化改造；同時，已有自動化設備沒有進行有效互聯互通，基本處于信息孤島狀態，設備狀態或生產數據大部分靠手工填寫或者錄入匯總。

③現有軟件系統未有效打通。

目前，集團層面和各分子公司已經陸續上線了ERP、PLM、MES、CRM、SCM等信息軟件系統，ERP-PLMMES雖局部打通，但仍然采用通知單附圖紙的形式，造成仍需要手工整理BOM來進行傳遞數據，降低了這些軟件的使用價值和數據的有效利用效果，需要提升管理水平來適應信息系統的使用。

④工廠生產過程管理有待提升。

制造執行系統（MES）僅僅在部分單位試點使用，如平高電氣機械制造事業部、電鍍分廠和組合電氣事業部，天津平高的真空滅弧室制造廠測試車間和充氣柜制造廠裝配生產線；功能也僅限于簡單的報工以及部分信息采集，缺乏生產過程的監控、數據的及時采集、產品質量的追溯，生產數據的自動匯總分析并上報集團職能部門的功能，存在大量手工填寫、統計、匯總和分析的工作。

⑤物流自動化程度不均衡。

平高電氣所有單位的物料流轉基本依靠人工操作叉車運送，僅有機械制造事業部在試運行AGV運送，倉儲有立庫但物料的取放也是依靠人工操作叉車完成；通用電氣物料流轉基本依靠人工操作叉車或龍門行吊運送，倉儲有立庫但物料取放基本依靠人工操作叉車完成，僅中壓斷路器分廠的部分倉庫已實現智能化立庫，但使用故障率高，均衡性較差；天津平高工序間內物料流轉依靠軌道車，不同產線間物料流轉使用叉車和龍門吊，自動化程度較高、搭配合理，倉儲取放物料大部分依然是由人工操作叉車完成，僅充氣柜部分倉庫已完全實現智能立庫出入庫。

⑥集團協同制造能力不高。

部分軟件系統如MES、WMS等只有部分單位試點運用，沒有大面積推廣且沒與其它軟件模塊打通，從而形成整體合力，實現集團跨部門、跨單位、跨業務環節綜合協同，以及從設計、工藝、制造、物流、服務等全生命周期閉環管理，構建集團信息神經網絡和智能決策體系，實現集團經營管理數字化、可視化、智能化，全面建成集團協同制造的能力。

⑦缺乏集團各級透明管理。

目前，生產過程信息需靠人工統計填寫或人工錄入相對應的系統，如計劃執行狀況、生產狀況、質量狀況等信息；中層管理人員想了解生產情況時，需要到系統中查找或者由現場人員收集信息后逐層反饋，無法實時掌握生產狀況；無一體化管控平臺輔助高層進行決策。因此，一定要把設備和系統、人和系統，通過專業平臺都能連接起來，把統計、分析工作交給后臺系統，實現生產過程的透明化管理。

⑧智能制造人才短缺。

從國家至企業層面都面臨著智能制造人才的短缺局面，企業在引進外部人才的同時，更需要逐步建立企業內部智能制造人才培養的體系；目前平高集團暫未建立系統的智能制造人才培養體系，無法為后續的智能制造推行提供人才保障。

（2）智能制造實現優先程度選擇評估

本研究中采用基于德爾菲法的專家評估法，是在定量和定性分析的基礎上，以打分方式做出定量評價，其結果具有數理統計特性。

評估步驟分為五步：

①明確評估維度

②明確評估等級，并用分值表示

③由專家對評估對象進行評估打分

④采用乘積評分法求出總分值

⑤依據評估對象的總分值進行排序

評估維度主要圍繞管理基礎、信息程度、智能設備、設施場地四大維度，涵蓋了精益管理基礎、雇員培訓、信息化覆蓋及運用狀況、信息化規劃工作、智能生產設備、智能物流設備、現有場地利用程度、將來可規劃利用程度等。

因乘積評分法靈敏度很高，被評估對象各指標間的關系特別密切，其中一項的分數連帶影響到其他各項的總結果，即具有某項指標不合格，就對整體起否定作用的特點，強調了要全面達標。因此特點符合智能制造強調全面的要求，故選擇乘積評分法做評估。

依據智能制造實現優先選擇評估結果，如圖4所示。結合平高集團戰略規劃及現狀，評選出天津平高充氣柜制造廠的斷路器產線、平高電氣機械制造事業部的精加工車間和絕緣分廠的澆注線，三個試點為平高集團智能制造詳細規劃對象。

圖4 平高集團智能制造成熟度評估

4.應對措施

根據平高集團智能制造現狀調研結果，結合平高集團戰略規劃及現狀，制定出平高集團智能制造提升措施，主要圍繞以下八個方面展開。

①精益基礎提升，包含了布局規劃、倉庫管理、設備管理、生產管理等方面的提升，主要圍繞如工程布局規劃、車間布局規劃、工序布局規劃、倉庫基礎管理、三點定位管理、物料分類管理、設備及生產的日常管理和一次反饋機制等方面的制度建立，提升當前管理水平。

②自動化提升，包含了以提高產品質量、減少人力成本、確保安全生產、縮短交貨周期、實現智能制造的自動化提升目標的建立，以及基于精準、高效、高性價比為目標的精益自動化提升策略，基于以上前提條件根據各產業單位的實際需求推動自動化水平提升。

③工業互聯網建設，分為提供平高集團制造數字化網絡智能化發展的各類使能要素、構建全面互聯制造體系，打造全面信息數據鏈，催生融合發展新模式兩大步驟。網絡基礎設施建設、工業互聯網平臺建設、設備智能模塊、感知與計算能力、優化模型及算法、綜合安全防護是支撐基礎；逐步打破設備-車間-工廠的傳統企業層級，逐步打破地域限制，形成產業鏈上下游和平高集團各層級以及產品生命周期數據鏈為關鍵路徑。

④數字化工廠建設，全面建立以生產過程執行管理（MES）為核心的數字化工廠，通過工廠數據透明化、固化生產管理和執行能力、制造現場透明化，確保交期及計劃達成率、單一主數據、簡化集成接口、提升集團化主數據管控能力等步驟來實現數字化工廠的構建。

⑤可視化平臺建設，通過前面四個方面的建設，完成可視化平臺構建的數據基礎要求，通過對各類數據的清晰、分析將結果呈現于可視化平臺，以輔助不同管理層級執行決策。

⑥數字化運營管理平臺構建，以管理集中化、決策智能化為建設目標。在清晰地核心管理業務基礎上，通過信息化系統的建設與之相匹配，從而提升流程執行的效率和管理集中度，便于通過數據和分析做出決策。集成打造創新研發、供應鏈協同和一體化管控三大支撐平臺，打通各業務部門運作流程，提升運營水平；智能分析和監控三大支撐平臺和底層執行情況，及時提供決策支持，提高決策效率和質量；移動應用、智能分析及物聯網等先進技術與企業價值鏈的不同流程相結合，支持實時智能工廠運轉。

⑦大數據及商業智能應用，通過對業務數據、生產設備數據、產品終端數據以及來自合作伙伴等外部數據的抽取、清晰、轉換、載入，實現研發、財務、銷售、生產、采購、設備運行等方面的數據分類存儲，利用工藝大數據分析和商業智能等技術手段進行數據分析，最后將各類業務報表、核心指標監控、績效指標評價、

⑧符合相關政策要求的云平臺建設，以便于快速部署與集成、靈活的軟硬件架構，適應多種生產模式需求為目標，實現對云資源的統一管理，并可對資源進行靈活分配、智能調度，達成核心資源高效利用的需求。

四、研究成果

智能制造整體規劃研究項目為平高集團構建出智能制造整體框架以及分階段實現的目標，為下一步智能制造推進工作指明了方向，既有平高集團整體智能制造戰略規劃，又有示范試點的詳細規劃。既遵循了“整體規劃，分類施策”的整體規劃原則，也滿足了“堅持共性先立、急用先行；堅持統籌規劃、系統推進；堅持市場主導、集團引導；堅持創新驅動、開發合作”的詳細規劃原則。

1.整體規劃

按照國家相關政策及文件要求，結合平高集團戰略發展目標，理解平高集團戰略規劃、業務和管理模式，本次規劃將平高集團智能制造整體建設為四個階段、八個步驟，通過不同階段的建設，最終實現全面智能化。

基礎階段，以實現透明互聯為目標，包含以提升管理基礎及加強向智能制造升級的變革思想為目標的精益管理基礎的提升、以設備及系統互聯互通為目標的車間物聯網建設、以MES為核心的數字化工廠建設、以數字化管理運營為目標的一體化管控平臺四大模塊的建設。

提升階段，以實現三化集成為目標，包含了精益化管理提升、自動化提升、數字化提升，以及數字化管理運營能力提升。

發展階段，通過大數據分析及商業智能以實現數字化管理運營平臺賦能為目標。

優化階段，通過加強大數據分析及商業智能的應用以及云平臺的構建，實現數據驅動提升經營能力的目標。

基于前面四個階段的建設，逐步形成自我完善、可持續優化提升的閉環體系，最終實現全面智能化，達成國際一流電工產業集團的建設目標。

八個步驟包含了精益基礎提升、自動化提升、工業互聯網建設、數字化工廠建設、可視化平臺建設、數字化管理運營平臺構建、大數據及商業智能應用、符合相關政策要求的云平臺建設。

2.詳細規劃

本次詳細規劃，既結合了平高集團智能制造整體規劃的原則及步驟，也結合了各示范試點的具體要求，涵蓋了數字化工廠布局規劃、數字化工廠自動化規劃、工業互聯網建設規劃、數字化制造運營等方面的詳細規劃。

詳細規劃中既有各模塊的整體架構、規劃思路、具體功能模塊，也有詳細規劃項目所對應的預期收益包括各類定量化指標和定性化指標，還有詳細規劃各項目的概算，不僅有著今后推進智能制造的指導意義也有實施智能制造具體項目的參考意義。

最后，對智能制造項目推動專項組織的構建也提出了明確的要求，也對智能制造項目團隊提出了明確的要求，包含團隊、風險、技術、需求等方面。

3.指導意義

智能制造雖已成為制造企業轉型共識，但對其概念和內涵還未有統一的認識，尤其是對智能制造的發展路徑還未明確，制造企業在實施智能制造戰略時如何確定最終目標，如何整體策劃、分步實施還缺乏有效的指引。智能制造整體規劃的意義在于立足現狀調研和評估平高集團內部管理現狀的基礎上，結合集團整體戰略，指明了未來集團智能制造整體的發展方向。

五、結語

智能制造整體規劃從總體上將基礎管理、自動化、信息化、網絡技術、人工智能等不同專業融合進研發、生產、管理、服務等維度，最終以實現高品質、低成本、高效率、短周期為目標。

通過智能制造整體規劃，達到整體系統性最優，提升企業價值鏈整體收益，從而實現企業的戰略與經營目標。

智能制造整體規劃不是一次性項目，而是在具體實施過程中要根據企業自身情況不斷調整和優化，既要滿足智能制造具體項目的指導要求，也要符合企業戰略規劃目標。

平高集團將以示范試點為標桿推動智能制造建設，通過標桿的建立再在全集團進行全面推廣復制。