時間驅動的制造企業數字化指數建模與應用

許茂增　謝昌旭　潘平國　李順勇

關鍵詞：制造企業；時間驅動；數字化指數；定量評估

中圖分類號：F27文獻標識碼：A文章編號：2096-7934（2023）10-0023-10

一、引言

數據資源正成為國家基礎性戰略資源，合理利用數據資源的前提是管理好數據，然而，數據規模的增加、數據格式的復雜化等都給企業數據管理提出了挑戰。在全球化經濟波動和不確定發展的挑戰下，數字化轉型已然成為企業發展和生存的必經之路。然而，即使在掌握數字化轉型方法的前提下，企業通過數字化獲得了顯著的增加收入的機會［1］，但轉型成功的案例仍然不盡如人意，在《2020中國企業數字轉型指數研究報告》［2］的報告中指出：能實際利用實時數據調整和優化生產的企業僅為22%。數據管理能力成熟度評估模型［3］（DataManagementCapabilityMaturityAssessmentModel，DCMM）是我國首次發布的數據管理國家標準，文件以數據為核心，建立以組織、制度、流程和技術為核心評價的維度，充分發揮數據在促進企業向信息化、數字化、智能化發展方面的價值，評估企業所處的數字化水平階段，便于企業根據實際數字化水平制定數字化轉型方案，只有清楚的認識到企業所處的數字化水平，才能制定合理有效的轉型方案。因此，企業進行數字化轉型前，應該正確掌握企業數字化水平，確定轉型方向，這樣才有利于增加企業轉型成功的可能性。

目前，數字化評價的對象主要以地區性的集中企業為主，主要表現為：針對某一行業進行區域性的數字化水平評估。姚震宇［4］通過對全國省份市場化的分析認為，數字化的發展與市場化的程度有關，并在此基礎上采用自相關函數驗證了各地區數字經濟與市場化的關系；張愛琴［5］以制造業數字化轉型為背景構建制造業高質量發展水平測度指標體系，對我國30個省市的制造業高質量發展水平進行測度分析，認為從分地區看，制造業數字化水平呈現“東強西弱”的區域異質性；張林剛［6］在對中國各地區制造業數字化轉型程度評價中發現，中國制造業數字化轉型區域總體仍遵循東、中、西梯度空間分布格局；范合君［7］等人通過生產數字化、消費數字化、流通數字化和政府數字化4個維度和23個二級指標評價中國數字化水平，認為各個區域和各分項指標存在發展不平衡的現象。這種以城市為研究對象，對全國數字化發展進行數字化水平評估的方法［8-9］雖然在宏觀上反映了全國各區域的數字化水平，但是無法直接為企業提供轉型方向。在企業的數字化轉型過程中，僅僅依靠整體數字化水平的知識無法為企業實際的轉型導向決策提供意見［10］，因此，針對企業的數字化轉型制定數字化評估體系尤為重要。周劍［11］等人從業務、治理、發展和系統等方面建立數字化評價指標體系，對我國國有企業進行數字化水平評價，并提供數字化轉型意見；Paulauskas［12］etal.提出了一個允許模擬的數學模型用于評價港口數字化水平并以波羅的海、北海和地中海區域的30個港口為例進行了研究。陳夢根［13］等人從人工成本的角度出發，認為數字化的發展降低了人工成本，生產效率應急互補機制、技術替代性和技能偏向性是數字化影響人工成本的內在機制，其中技術替代性機制起主導作用。楊洋［14］發現企業數字化制造技術和信息技術的應用程度對于敏捷制造戰略的決策起到了調節作用。荊樹偉［15］等人在智能制造背景下，對傳統制造企業構建包含數字化的人員素質培養、基礎設施建設、制度建設、信息利用、物流—供應鏈智能一體化、生產改進、產品和生產綠色化等八個子系統的企業精益數字化水平評估指標體系并確定指標評估標準，并應用直覺模糊熵和模糊集對分析法構建評估模型對企業的數字化水平進行評估。

上述評價方法中，建立的評估指標數值主要依賴于專家打分法，基于定量的數據構建評估指數的方法較少，企業在進行數字化轉型時往往難以客觀判斷其所屬的數字化水平，而正確了解企業所屬的數字化水平是企業順利進行數字化轉型的前提，同時企業往往需要快速響應市場變化，針對性的調整轉型策略。基于此，本文提出一種客觀數字化水平評價方法，用于評價企業當前階段所處的數字化水平。該方法從企業的基礎設施布局出發，以時間驅動為條件，從管理、生產制造和信息系統等角度建立數字化評價指數，再根據企業實際對每個部分的重視程度通過加權平均法得到企業綜合數字化指數，從而得到企業在當前階段的數字化水平，為企業找到數字化轉型的薄弱板塊，針對性的進行數字化轉型，提高轉型成功率。

二、企業數字化評價基礎

企業在轉向數字化經營的第一階段，重點是提升業務的“數字化率”，即每條業務處理過程中，系統的支撐比率。企業數字化的水平一般從三個方面進行評價：

①所有業務流程透明化程度；

②所有生產過程產生的數據流動自動化程度；

③生產數據效益再生化程度。業務流程透明化即要求在公司生產運作過程中，所有包括組織、制度、生產和技術等信息的透明化；數據流動自動化即在所有能產生生產效益的過程中，產生的數據能自動流動到下一階段實現業務協同進行；生產數據效益再生化是應用系統能將生產活動中產生的數據用于分析和預測，從而為客戶提供更好的服務，同時實現數據賦能。一般來說，針對業務流程透明化和生產過程數據流動自動化的評價可以通過基礎設備的布局進行評價，而對于生產數據效益再

生化這一評價考慮到每個企業的類型不同、業務范圍不同以及產生附加價值的評價標準不同等，且在數字化轉型初期無法體現其功能和價值。因此，無法通過具體的量化指標進行評價。綜上，本文以企業的基礎設備和設施布局為研究對象，從數字化評價的角度，將基礎設備和設施的布局分為倉儲設備及設施數字化布局、生產設備及設施數字化布局和管理信息系統數字化布局。文章分別從這三個角度建立企業數字化指數，評價企業數字化水平，從而為企業數字化轉型提供轉型重點和轉型方向。

（一）企業生產運作結構模型

為了提高企業應變市場變化的效率和改善客戶響應速度，文章從供應鏈運作參考模型的角度，分析企業生產運作結構，構造時間驅動的制造企業數字化指數，用于評價企業數字化水平。根據制造企業的生產流程可將制造企業生產運作結構分為倉儲、生產和管理三大板塊，如圖1所示。

圖1 制造企業生產運作管理結構

其中倉儲板塊負責原材料和產成品的進出管理；生產板塊是企業最核心的部分，關系到企業與其他同行業企業比較時是否占據市場優勢；管理板塊貫穿了倉儲和生產的整個環節，是保證倉儲和生產正常高效運作的關鍵，同時也是為企業提供市場應變動力的決策依據。在這三大板塊的作用下，企業能夠快速地響應和反饋市場變化情況。因此，實施數字化轉型，首先應該分析這三大板塊分別所處的數字化水平，針對性地進行數字化轉型，消除短板效應，實現企業數字化轉型。基于此，本文從倉儲、生產和管理系統三個角度出發，分別建立滿足每個角度數字化評估的評價指數，通過企業行業性質建立企業綜合數字化評價指數，用于評價企業在其行業內所處的數字化水平，從而針對性地制定數字化轉型方案，提高轉型成功率。

（二）倉儲數字化指數

在經濟學中，常用指數代表任意兩個數值之間對比形成的相對數，即可以將指數認為是兩個不同的對象在同一個環境中變化的相對值：

本文將基于倉儲設備及設施數字化布局的評價水平定義為倉儲數字化指數，其基本內涵表述為：在倉儲管理中（包括原材料倉儲管理和產成品、殘次品倉儲管理等），當發生信息變動時（如物料出入庫等），對信息變動的反應時間（即從信息發出到完成信息內容的過程）。

倉儲管理在企業日常生產活動中占據了重要地位，隨著倉儲管理信息化需求的增加，倉儲貨架逐漸開始從普通貨架向自動化立體貨架轉換。其中，在自動化立體貨架中，一些貨架能通過貨架上部署的傳感器等設備自動記錄和上傳貨物出入庫信息，這類的立體貨架稱之為數字化立體貨架；而另一類貨架雖然能自動記錄和儲存貨物出入庫信息，但卻無法通過互聯網將貨物信息上傳到后臺，本文將這類貨架稱為自動化立體倉庫貨架。不論是大型龍頭生產企業還是中小型生產企業，倉儲貨架都基本由普通貨架、自動化立體貨架和數字化立體貨架組成，詳細的貨架組成結構如圖2所示。

圖2 原材料（產成品）倉儲倉庫組成結構

對任意由數字化立體倉庫、自動化立體倉庫和普通倉庫構成的倉儲系統來說，若數字化立體倉庫對一個訂單的反應時間為t^d_auto，自動化立體倉庫對一個訂單的反應時間為t^p_auto，普通倉庫對一個訂單的反應時間為t^p_gena，其倉儲數字化指數可以表示為：

對同一個訂單來說，若訂單的完成需要上述三個倉庫貨架同時完成時，t^d_auto越小，訂單的反應時間越快，數字化水平越高；也可以認為，當數字化立體倉庫的反應時間越快，對客戶需求的響應越快，數字化程度越高。

（三）生產數字化指數

基于在生產過程中，對數據流動情況的評價，稱為生產數字化指數。假定企業有l道生產工序，第j道生產工序中有n_j臺生產設備，其中：有n^A_j臺設備是全自動化生產設備，手工工作幾乎為0；有n^S_j臺設備需要手工人員參與生產，即第j道生產工序的生產設備組成為：

若在全自動化生產設備中，能自動記錄一個產品的生產時長和生產數量，并能通過網絡上傳到后臺數據庫用于產品生產分析的設備，稱之為數字化設備；而無法自動記錄生產產品的詳細信息，只能依靠產線員工定時統計生產時間和生產數量的設備，稱為自動化設備。此時可將每道工序內的設備組成結構安排，如圖3所示。

圖3 任意一道生產工序內生產設備的組成結構

圖3中給出任意一道生產工序的設備組成結構，對具有l道生產工序的任意生產產品來說，若完成一件產品的生產時間為t_order，一臺數字化設備完成一件產品的時間為t^A_j，一臺自動化生產設備完成一件產品的時間為t^S0_j，一臺手工生產設備完成一件產品的時間為t^S1_j，則完成一件產品所需的總生產時間t_order為：

從生產時間的角度來看，第j道工序中的生產數字化指數為：

企業的生產數字化指數為：

（四）管理系統數字化指數

除了評價生產、倉儲等環節的數字化水平外，還有一個重要的評價依據為管理系統。即使在倉儲、生產等環節實現了產品流動的數字化，但是兩者之間沒有實現數據信息共享，數據與數據之間形成信息“壁壘”，企業整體也不會實現數字化，這是因為數字化強調的是數字技術對整個組織的重塑，數字技術能力不只是單純的解決降本增效問題，更是反映了企業的生產運作能力和對市場需求的預測和反應能力。而管理信息系統則可以將每個部分收集起來，實現不同業務數據之間的溝通和流動。常見的管理信息系統包括倉儲管理系統、生產管理系統、銷售和財務管理系統以及人員管理系統等（如圖4所示）。如果企業擁有上述基本的管理系統，則可以說明企業基本擁有數字化轉型的能力。

圖4 數字化網絡系統組成結構

但要評價企業的管理系統數字化水平，還需要分析各個管理系統之間信息共享的能力，以及數據在每個系統之間是否能夠正常流通。定義第i個管理系統之間的數據能正常流通的系統個數為m_i，而實際能正常流通數據的系統個數為s_i，則企業的管理系統數字化指數為：

三、企業數字化評價指數

綜上所述，企業數字化評價指數包括倉儲數字化指數、生產數字化指數和管理系統數字化指數，為了綜合表述企業數字化水平，本文將上述三個數字化指數通過加權求和的方式進行企業數字化指數計算。計算表達如下：

其中：ω_ws為倉儲數字化指數的權重；ω_or為生產數字化指數的權重；ω_mg為管理系統數字化指數的權重。且ω_ws+ω_or+ω_mg=1。權重的大小決定了指數指標對綜合數字化水平的影響程度，根據不同企業的運行性質，企業在倉儲數字化、生產數字化和管理數字化方面的側重點也不一樣。因此在不同的權重比例下，企業的綜合數字化水平也不一樣。為了討論不同權重比例對綜合數字化水平的影響情況，本文以上述各指數的權重作為自變量，綜合數字化水平為因變量，建立三元一次目標方程，在矩陣工廠中進行模擬仿真實驗，得到不同權重下，綜合數字化水平的值如表1所示。

表1 各項指標數字化指數權重變化對綜合數字化指數的影響

仿真結果分析發現，當指數權重傾向于管理信息系統數字化指數時，綜合數字化指數的值更接近于管理信息系統數字化指數，隨著各指數的權重系數趨于均值后，綜合數字化指數的值也逐漸向所有指數均值靠攏。因此，當企業的數字化側重點不一樣時，其綜合數字化水平也不一樣。為了客觀地衡量企業現階段的數字化水平，需要考慮企業所屬行業中完全數字化的評價依據，即企業所屬行業中對倉儲數字化、生產數字化和管理系統數字化的評價標準和側重方向。以Q作為企業所屬行業中對倉儲數字化、生產數字化和管理數字化的綜合評價指數：

則企業的綜合數字化指數在該行業中所處水平可表示為：

L_I值越大，即認為該企業的數字化水平較高，反之，則認為該企業的數字化水平相對該行業來說，處于較低水平。通過對L_I值的大小分析，可以找出影響企業數字化水平的“瓶頸”位置，從而針對性的進行數字化轉型，若該行業中目前尚未出現標桿類企業，則可以通過企業的綜合數字化指數判斷企業數字化轉型方向。

四、制造企業數字化指數應用與轉型討論

F企業是一家典型的電子制造企業，隨著數字化、自動化工廠的提出，企業緊跟政策腳步，逐漸開始改造工廠生產環境。先是淘汰已完成折舊的老舊設備，隨后企業自主研發了符合企業實際生產情況的生產配套系統企業資源計劃系統（ERP）和網元管理系統（MES）等，緊接著又逐漸引進先進自動化生產設備來提高生產效率和產品質量。企業目前擁有生產設備累積達700臺以上，其中自動化生產制造設備占70%，數字化設備占10%，其他設備占20%。F企業的倉儲管理沿用了傳統普通貨架的管理方式，貨物進出倉庫記錄主要以人工記錄為主。同時采用ERP系統實時記錄物料信息。在生產車間中，企業同時配套有MES系統對生產進度進行實時監控。

總體而言，F企業在倉儲、生產和管理等方面的組成結構，如圖5所示。

圖5 F企業的生產組成結構

通過對F公司的倉儲和生產等環節進行信息統計得到結果，如表2所示。

表2F公司倉儲和生產的相對時間

在管理系統方面，F公司擁有ERP、MES、PLC、WMS和OA等管理控制系統，但除了MES和WMS系統之間能實現數據共享之外，其他系統內的數據無法在同一個端口同時出現，然而，各系統之間理論上可以實現相互的數據共享，即數據共享系統數量為A³₄，因此可認為管理系統的數字化水平為：

假設電子制造行業對生產數字化、倉儲數字化和管理系統數字化的決定權重分別為0.4，0.2和0.4。則F企業的綜合數字化水平為：

對電子制造企業來說，企業的數字化水平越高，對客戶需求的響應時間越快，越能提高企業的競爭優勢。而目前企業的數字化水平仍處于一個較低的水平，但從綜合數字化指數中可以發現，企業在倉儲方面的數字化水平和在管理系統方面的數字化水平仍然較低，使企業的綜合數字化指數偏低。因此，企業可以通過對倉儲和管理系統方面的數字化轉型，提高企業數字化水平。

五、結論

數字化轉型已成為企業長遠發展中必不可少的一部分。企業數字化水平是評價企業當前數字化程度的關鍵指標，也為企業進行數字化轉型提供重要的參考依據。文章從企業的業務流程出發，從考慮企業響應市場快慢的時間角度出發，分析倉儲、生產、管理系統等影響企業數字化發展的數字化水平，建立數字化評價指數，得到評價企業數字化水平的綜合數字化指數，從而為企業分析和評估當前所處的數字化水平提供理論依據。通過對F企業數字化的分析和討論，得出F企業當前所處的數字化水平，并為企業數字化轉型提供了思路和方向。綜上所述，文章所提的方法為企業評估自身的數字化水平提供了具體的量化方法，有利于企業在進行數字化轉型時，找到轉型重點和轉型方向。

參考文獻：

［1］GEBAUERH，FLEISHE，LAMPRECHTC，etal.Growthpathsforovercomingthedigitalizationparadox［J］.Businesshorizons，2020，63（3）：313-323.

［2］埃森哲，國家工業信息安全發展研究中心.2020中國企業數字化轉型指數研究報告［R/OL］.（2021-10-21）［2022-05-18］.https：//wenku.baidu.com/view/20255f0e0422192e453610661ed9ad51f01d540a.html.

［3］中國國家標準化管理委員會.數據管理能力成熟度評估模型（DCMM）［EB/OL］.（2018-03-15）［2022-5-18］.https：//max.book118.com/html/2018/0731/6135140155001210.shtm.

［4］姚震宇.區域市場化水平與數字經濟競爭——基于數字經濟指數省際空間分布特征的分析［J］.江漢論壇，2020（12）：11.

［5］張愛琴，張海超.數字化轉型背景下制造業高質量發展水平測度分析［J］.科技管理研究，2021，41（19）：68-75.

［6］張林剛，戴國慶，熊焰，等.中國制造業數字化轉型評價及影響因素——基于模糊集定性比較分析［J］.科技管理研究，2022，42（7）：68-78.

［7］范合君，吳婷.中國數字化程度測度與指標體系構建［J］.首都經濟貿易大學學報，2020，22（4）：3-12.

［8］騰訊研究院.數字化轉型指數報告（2021）［R/OL］.（2021-11-03）［2022-05-18］.https：//www.fxbaogao.com/pdf？id=2917686&query=&index=0&pid=.

［9］EMARAN，ZHANGY.Thenon-linearimpactofdigitizationonremittancesinflow：evidencefromtheBRICS［J］.Telecommunicationspolicy，2021，45（4）：102112.

［10］BROZZIR，RIEDLM，MATTAD.KeyreadinessindicatorstoassessthedigitallevelofmanufacturingSMEs［J］.ProcediaCIRP，2021，96：201-206.

［11］周劍，沈芮，趙劍男.國有企業數字化轉型發展指數與方法路徑白皮書（2021）［R/OL］.（2021-12-15）［2022-05-18］.https：//www.fxbaogao.com/pdf？id=2955727.

［12］PAULAUSKASV，FILINA-dAWIDOWICZL，PAULAUSKASD.Portsdigitalizationlevelevaluation［J］.Sensors，2021，21（18）：6134.

［13］陳夢根，周元任.數字化對企業人工成本的影響［J］.中國人口科學，2021，（4）：45-60，127.

［14］楊洋，石春生，田也壯，等.CAX-ICT/ERP技術對敏捷制造戰略決策的調節效應［J］.管理工程學報，2012，26（1）：68-77.

［15］荊樹偉，馮月，閻俊愛，等.傳統制造業精益數字化水平評估方法［J］.科技管理研究，2021，41（4）：43-52.

EstablishmentandApplicationofDigitalIndexfor

ManufacturingEnterprises

XUMao-zeng1，XIEChang-xu1，2，PANPing-guo1，LIShun-yong1

（1.SchoolofEconomicsandManagement，ChongqingJiaotongUniversity，Chongqing400074;

2.ChongqingBranch，ChinaPostGroupCorporationLimitedCompany，Chongqing400015）

Absrtact：Thedigitalizationlevelofmanufacturingenterprisesdeterminesthedirectionandcontentofthedigitalizationtransformationofenterprises.Itscorecompetitivenessistoquicklyrespondtomarketchangesandmeetcustomerneeds.Inthiscase，thetimedrivendigitalevaluationofmanufacturingenterprisesnotonlymeetstherequirementsofobjectivelyevaluatingthecurrentdigitallevelofenterprises，butalsoreflectsthespeedofenterprisesresponsetomarketchanges.Therefore，thispaperfirstsetsoutfromthetimedimensionofrespondingtocustomerneeds，andestablishesthedigitalindicatorsbyconsideringwarehousing，productionandinformationsystemsastheenterpriseinfrastructure;Then，theenterprisedigitalizationlevelevaluationindexisestablishedbasedonthedigitalizationofenterprisewarehousing，productionandmanagementsystems.Finally，takingthedigitalbenchmarkoftheindustrywheretheenterprisebelongsasareference，thecurrentdigitalleveloftheenterpriseiscalculated.Theapplicationpracticeprovesthatthemethodproposedinthispapercanhelpenterprisescorrectlymasterthelevelofenterprisedigitalizationbeforedigitaltransformation，findthegapofenterprisedigitalizationtransformation，andprovidedecision-makingbasisanddirectionfortheimplementationofdigitaltransformation.

Keywords：manufacturingenterprises;timedriven;digitalindex;quantitativeevaluation

基金項目：重慶市統計科學研究項目“重慶市提升產業鏈供應鏈現代化水平路徑研究”（2021KY19）