工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估模型

1、 本 文 旨 在 為 企 業(yè) 提 供 一 套 評 價 自 身 實 踐 的 方 法 論 ，為 企 業(yè) 找 到 工 業(yè) 互 聯(lián) 網(wǎng) 實 施 中 的 主 要 問 題、改進方向和建設(shè)路徑目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估提出的原因 3 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估模型 4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估模型的應(yīng)用和試評估 22工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估提出的原因工

2、業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用浪潮來襲隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念興起，美德先導(dǎo)應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，目前德國工業(yè)4.0 平臺已有140 多個應(yīng)用案例，美國IIC 有接近 50 個應(yīng)用案例，主要聚焦在生產(chǎn)管理優(yōu)化、物流倉儲優(yōu)化、質(zhì)量管理優(yōu)化、產(chǎn)線柔性部署、產(chǎn)品服務(wù)價值化等領(lǐng)域。與此同時，我國產(chǎn)業(yè)界也加快了面向各類場景的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用探索。2016 年，工信部相關(guān)部門組織實施了10 個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點示范項目，AII 聯(lián)盟也評選出了首批12 個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)秀案例。然而，目前我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與發(fā)達國家相比還存在總體發(fā)展水平較低、行業(yè)間企業(yè)間基礎(chǔ)差異較大、大規(guī)模推廣難度巨大、缺乏工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)評估體系和實施指南等問題。聯(lián)盟需構(gòu)建先導(dǎo)性的標

3、準化模型從國內(nèi)外已有的主要成熟度模型來看，德國構(gòu)建了工業(yè)4.0 成熟度評級模型，但因兩國發(fā)展基礎(chǔ)不同，建設(shè)水平不同，并不能直接用于我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估。AII 聯(lián)盟作為推進我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)政產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同發(fā)展的公共平臺，需要率先開展研究，針對我國自身特點，制定一套評估模型和方法，推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)理論與實踐。 為企業(yè)提供一個便利的自我評價工具當前產(chǎn)業(yè)界對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的理解不統(tǒng)一，企業(yè)對自身工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的定位、現(xiàn)狀和發(fā)展路徑不明確，缺乏一致的方法論來評判具體實踐。聯(lián)盟希望通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估體系的制定助力企業(yè)了解自身建設(shè)水平，發(fā)現(xiàn)存在的問題，并獲取相關(guān)的診斷建議。該評估模型并不是為了創(chuàng)造一套復(fù)雜

4、的理論，而是希望以提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的方式為企業(yè)提供一個便利的自我評價工具。 為政產(chǎn)研用搭建一個持續(xù)透明的信息窗口工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估模型的制定并不是一蹴而就的，當前的1.0 版本主要是結(jié)合現(xiàn)階段工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的特點和先進實踐而得出的，將來還有持續(xù)發(fā)展、反復(fù)迭代的過程，需要借助產(chǎn)業(yè)界各類主體的意見和建議深化模型，并結(jié)合企業(yè)對模型的應(yīng)用結(jié)果和反饋，不斷更替或補充更符合不同階段實際情況的評估因素，不斷修正完善評估指標、權(quán)重和評估問卷設(shè)置等。這個過程不僅能助力政府部門了解我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的最佳實踐，也能幫助應(yīng)用企業(yè)和解決方案服務(wù)商建立透明的信息窗口，促進產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估模型 三大核心要素遵

5、循工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（版本1.0 ）的主體思路。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心是基于全面互聯(lián)而形成數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)與安全，將構(gòu)建面向工業(yè)智能化發(fā)展的三大優(yōu)化閉環(huán)，即面向機器設(shè)備運行優(yōu)化的閉環(huán)、面向生產(chǎn)運營優(yōu)化的閉環(huán)、面向企業(yè)協(xié)同、用戶交互與產(chǎn)品服務(wù)優(yōu)化的閉環(huán)。三大閉環(huán)并不是簡單割裂的關(guān)系，而是環(huán)環(huán)相扣、互相貫穿，機器設(shè)備的互聯(lián)互通、生產(chǎn)運營系統(tǒng)的綜合集成，為企業(yè)協(xié)同、用戶交互所需的數(shù)據(jù)流動和協(xié)作奠定了良好的基礎(chǔ)。基于上述體系架構(gòu)的思想，本模型將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估的3 大核心要素歸納為互聯(lián)互通、綜合集成、數(shù)據(jù)分析利用（如圖表1 所示）。互聯(lián)互通是指企業(yè)內(nèi)部或企業(yè)內(nèi)外部之間的人與人、

6、人與機器、機器與機器、機器與產(chǎn)線、產(chǎn)線與產(chǎn)線、以及服務(wù)與服務(wù)等之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和信息互通。綜合集成是指企業(yè)內(nèi)部或企業(yè)內(nèi)外部之間通過數(shù)據(jù)庫集成、點對點集成、數(shù)據(jù)總線的集成、面向服務(wù)的集成等多種模式，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)、生產(chǎn)運營管理、生產(chǎn)控制執(zhí)行、產(chǎn)品銷售服務(wù)等各個環(huán)節(jié)對應(yīng)系統(tǒng)的互集成互操作。數(shù)據(jù)分析利用是企業(yè)基于互聯(lián)互通、綜合集成所匯聚的各類數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析和深度挖掘，對企業(yè)智能化決策與生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、服務(wù)化轉(zhuǎn)型等提供支撐和土壤。1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估三大核心要素 兩大目標對象本評估模型主要面向離散型和流程型制造企業(yè)，在構(gòu)建評估體系時著重考慮了兩者不同的行業(yè)特性。在互聯(lián)互通環(huán)節(jié)，離散行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)

7、場設(shè)備中機床、機器人、傳感器等占主導(dǎo)，而流程行業(yè)中以工藝設(shè)備、閥門、儀器儀表設(shè)備等占主導(dǎo)。在綜合集成環(huán)節(jié)，離散和流程行業(yè)除具備現(xiàn)場層、車間層、企業(yè)層縱向集成等共同特性外，離散行業(yè)對產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)與集成有較高的要求，而流程行業(yè)側(cè)重于工藝設(shè)計、能源安全管理等方面。在數(shù)據(jù)分析利用環(huán)節(jié)，離散行業(yè)基于大數(shù)據(jù)進行新業(yè)務(wù)和新模式創(chuàng)新主要體現(xiàn)在產(chǎn)品遠程運維、個性化定制、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同等方面，流程行業(yè)則主要體現(xiàn)在供應(yīng)鏈優(yōu)化、能耗與安全管理優(yōu)化等方面。 十三個關(guān)鍵能力和能力等級13 個關(guān)鍵能力，其中面向離散行業(yè)的有11 個，面10 個（如圖表2 所示）。圖 2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估的關(guān)鍵能力CMM 理論思路（在

8、附件2 中有詳細介紹），本模型對13 個關(guān)鍵能力分別給出了1 、互聯(lián)互通要素：智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)是指生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)線和工藝裝置、工業(yè)機器人、傳感設(shè)備等數(shù)字化物理實體通過標準通信接口、協(xié)議轉(zhuǎn)換等方式將數(shù)據(jù)上傳至車間層、企業(yè)層管理系統(tǒng)或監(jiān)控系統(tǒng)。能力等級如下：3 智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)能力等級2 、互聯(lián)互通要素：信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)施信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)施是指企業(yè)通過全面的IT 網(wǎng)絡(luò)和 OT 網(wǎng)絡(luò)（涉及現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、無線網(wǎng)等）建設(shè)、靈活的信息系統(tǒng)架構(gòu)以及完善的信息安全機制建立等為制造企業(yè)構(gòu)建良好的網(wǎng)絡(luò)互通和信息互聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施。能力等級如下：4 信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)施能力等級3 、互聯(lián)互通要素：生產(chǎn)資源連接（離散）生產(chǎn)

9、資源連接是指生產(chǎn)現(xiàn)場的人與機器、機器與機器之間通過電腦、移動交互界面、互聯(lián)網(wǎng)、AR （增強現(xiàn)實）與VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)等手段實現(xiàn)互連接、互感知、互操作。能力等級如5 生產(chǎn)資源連接能力等級下：4 、綜合集成：橫向集成橫向集成主要實現(xiàn)企業(yè)與企業(yè)之間、企業(yè)與售出產(chǎn)品（客戶）之間的協(xié)同，將企業(yè)內(nèi)部的業(yè)務(wù)信息向企業(yè)以外的供應(yīng)商、經(jīng)銷商、 用戶進行延伸，實現(xiàn)企業(yè)與產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間的集成。5 、綜合集成：縱向集成6 橫向集成能力等級能力等級如下：縱向集成主要解決企業(yè)內(nèi)部的集成，即解決信息孤島的問題，實現(xiàn)現(xiàn)場層、車間層、企業(yè)層等所有層次，研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等所有環(huán)節(jié)的信息無縫鏈接，包括一個環(huán)節(jié)上的集成（如研發(fā)設(shè)

10、計內(nèi)部信息集成），也包括跨環(huán)節(jié)集成（如研發(fā)和制造環(huán)節(jié)的集成）。能力等級如下：7 縱向集成能力等級6 、綜合集成：端到端集成端對端集成是指貫穿整個價值鏈的工程化數(shù)字集成，在所有終端（點）數(shù)字化的前提下實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間基于價值鏈的一種整合，目前各界對端到端集成有不同的理解，本模型中主要是指基于模型的數(shù)字化工程（MBD ）和基于模型的企業(yè)（MBE ） /虛擬企業(yè)構(gòu)建。離散行業(yè)能力等級如下：流程行業(yè)能力等級如下：7 、數(shù)據(jù)分析利用：運營智能決策8 端到端集成能力等級（離散）9 端到端集成能力等級（流程）運營智能決策是指通過企業(yè)數(shù)據(jù)庫、模型庫和知識庫的建立，將行業(yè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗積累固化到

11、計算機系統(tǒng)中，進而充分應(yīng)用人類專家的知識和解決問題的方法來幫助企業(yè)解決在運營管理中遇到的復(fù)雜的決策問題。能力等級如下：10 運營智能決策能力等級8 、數(shù)據(jù)分析利用：產(chǎn)品生命周期優(yōu)化（離散）產(chǎn)品全生命周期優(yōu)化是指從客戶對產(chǎn)品的需求開始，從產(chǎn)品設(shè)計到產(chǎn)品淘汰報廢的全部生命歷程中，企業(yè)通過各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的采集、分析、建模、仿真、反饋等預(yù)測產(chǎn)品生產(chǎn)可行性、實時跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量、有效進行產(chǎn)品功能和性能創(chuàng)新。能力等級如下：9 、數(shù)據(jù)分析利用：生產(chǎn)智能管理（流程）生產(chǎn)智能管理是指在產(chǎn)品工藝設(shè)計、原料生產(chǎn)轉(zhuǎn)化、生產(chǎn)裝置運行的過程中，企業(yè)通過各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的采集、分析、建模、仿真、反饋等預(yù)測加工工藝的可行性、實時監(jiān)控與追溯

12、生產(chǎn)過程、實現(xiàn)異常工況提前診斷與自愈控制。能力等級如下：11 產(chǎn)品生命周期優(yōu)化能力等級10 、數(shù)據(jù)分析利用：供應(yīng)鏈優(yōu)化供應(yīng)鏈優(yōu)化是指對供應(yīng)鏈上游物料流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)、供應(yīng)鏈下游客戶需求數(shù)據(jù)（包括個性化需求）進行采集和分析，并將分析結(jié)果及時反饋給供應(yīng)鏈上游企業(yè)，實現(xiàn)供應(yīng)鏈上下游數(shù)據(jù)共享和反饋協(xié)作。能力等級如下：11 、數(shù)據(jù)分析利用：網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同（離散）12 生產(chǎn)智能管理能力等級13 供應(yīng)鏈優(yōu)化能力等級網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同是指基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)同平臺，將訂單信息、設(shè)計任務(wù)、制造任務(wù)等分配給不同地域、不同規(guī)模的企業(yè)，將社會分散的資源、制造能力在網(wǎng)絡(luò)平臺進行集聚共享，形成網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同的組織模式。能力等級如下：14 網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同能力等

13、級12 、數(shù)據(jù)分析利用：能耗與安全管理優(yōu)化（流程）能耗與安全管理優(yōu)化是指通過現(xiàn)場各種儀器儀表、傳感器等采集和上傳能耗數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等，然后基于大量實時和歷史數(shù)據(jù)的分析優(yōu)化能耗效率、降低安全生產(chǎn)事故概率。能力等級如下：15 能耗與安全管理優(yōu)化能力等級13 、數(shù)據(jù)分析利用：服務(wù)化延伸服務(wù)化延伸主要指通過自建或利用第三方統(tǒng)一云平臺，整合企業(yè)設(shè)備、產(chǎn)線、生產(chǎn)、經(jīng)營、產(chǎn)品以及企業(yè)內(nèi)外部價值鏈上各類數(shù)據(jù)，并基于大數(shù)據(jù)建模分析提供數(shù)據(jù)增值服務(wù)，如產(chǎn)品遠程運維等，且正在形成或已經(jīng)按照一定的商業(yè)模式來經(jīng)營。能力等級如下：16 服務(wù)化延伸能力等級具體指標堅持易評估可量化的構(gòu)建原則。為便于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估體系的

14、快速應(yīng)用推廣，在選擇評估指標時既要避免指標信息遺漏，又不能過于繁瑣，需要從廣度和深度兩方面進行平衡。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度模型采用三層指標評估體系，3 大核心要素、13 個核心能力分別作為一級指標、二級指標。三級指標充分考慮了評估的簡單易行，力求突出重點，從近百個評估指標中分別選取了28 個和 23 個，形成了離散行業(yè)和流程行業(yè)的評估指標體系。離散行業(yè)包括3 個一級指標、11 個二級指標、28 個三級指標（如圖表17 所示）：17 離散行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估指標體系3 個一級指標、10 個二級指標、23 個三級指標（如圖表18 所示）：18在綜合集成要素中，主要評估車間層到企業(yè)層的縱向集成能力，企

15、業(yè)和供應(yīng)鏈上下游協(xié)同的橫向集成水平，MBE 構(gòu)建的端到端集成能力。主要評估企業(yè)的數(shù)據(jù)庫、知識庫建設(shè)情況，以及企業(yè)基于數(shù)據(jù)建模、權(quán)重設(shè)置權(quán)重設(shè)置將直接影響企業(yè)的評估結(jié)果，在整套評估體系中至關(guān)重要。本模型主要結(jié)合專家法、問卷調(diào)查法和試評估結(jié)果反向調(diào)整法（如圖表19 所示），確定了一級和二級指標的權(quán)重。首先， 在評估指標體系制定初期，在聯(lián)盟內(nèi)部和全社會廣泛征集業(yè)界專家和企業(yè)意見；然后，在線上試評估過程中，設(shè)置開放題，邀請應(yīng)答企業(yè)選擇其認為最重要的5 個指標并進行排序。最后，結(jié)合收集上來的問卷結(jié)果對權(quán)重進行調(diào)整，主要是為了避免出現(xiàn)少數(shù)指標分值很高而決定整體評估結(jié)果的情況。19 權(quán)重設(shè)置的思路和修正方法

16、根據(jù)專家和企業(yè)意見的反饋統(tǒng)計，各三級指標重要性被排在前5 名的次數(shù)相當。說明整體而言，各三級指標的重要性并無明顯差異，即權(quán)重配置基本相同，因此本模型對各二級指標下三級指標的權(quán)重采取了均值處理。經(jīng)過三輪修正，確定一級指標和二級指標的權(quán)重值如下：20 二級指標和三級指標的權(quán)重設(shè)置3. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估模型的應(yīng)用和試評估 指標量化采集依照評估指標體系，本模型設(shè)置了對應(yīng)的評估問卷，問卷題目包括定量和定性兩種，定量指標可以直接采集數(shù)值對應(yīng)不同分值，定性指標通過對不同發(fā)展程度給出階段性描述，然后根據(jù)企業(yè)具體實踐情況對應(yīng)不同分值。定量題均設(shè)置5 個層級，定性題設(shè)置3-5 個層級，設(shè)置方法主要依據(jù)上文中關(guān)

17、鍵能力的能力等級。每個層級對應(yīng)一定的分值，以下各舉一例（如圖表21 所示）。 實時結(jié)果計算21 定量指標和定性指標的量化采集及打分原則各選項均對應(yīng)100 分內(nèi)的不同分值，而且是分值越高越好，因此不需要對指標進行無量綱化處理，可直接應(yīng)用如下公式中的加權(quán)平均模型來計算具體的評價得分情況。 對應(yīng)星級評定評估問卷中每道題的選項設(shè)置均依照梯次遞進的思路，一定程度上反映了企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的過程。該模型可以對一級指標和二級指標中的單項能力進行評估，也可以對總體能力進行評估，最終評估結(jié)果采取星級制。一級指標和二級指標的單項能力評估分值和星級對應(yīng)原則如下：22 單項能力評估分值和星級對應(yīng)原則總體能力評估分值和

18、星級對應(yīng)時不僅要求總體分值達標，也對單項能力分值設(shè)置了門檻，避免了單項能力過于薄弱而總分達標的企業(yè)獲取較高星級的情況，如果總體分值達標，但某一單項能力分值未達標，則做降級處理，如A 企業(yè)總體分值達到了3 星，但其中一個單項能力低于35 分，則只能評定2 星。對應(yīng)原則如下：23 總體能力評估分值和星級對應(yīng)原則（二）試評估結(jié)果分析為了保證該評估模型的適用性和科學(xué)性，聯(lián)盟上線了在線評估調(diào)查問卷簡版，并邀請聯(lián)盟成員結(jié)合自身實際情況進行問卷填寫，并反饋對問卷的意見和建議。歷時2 周，聯(lián)盟共收到了有效問卷22 份，其中包括離散型制造企業(yè)12 個，流程型制造企業(yè)10 個，雖然樣本數(shù)量有限，但也一定程度上代表了當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)水平和發(fā)展特點，能夠為企業(yè)、研究機構(gòu)、政府部門等提供一定的參考。 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度總體能力水平基于本成熟度評估模型，22 份有效樣本中，1 星企業(yè) 1 家， 2 星企業(yè) 5 家， 3 星企業(yè) 9家， 4 星企業(yè) 6 家， 5 星企業(yè) 1 家， 其中有 4 家企業(yè)因單項能力弱被降級（如圖表24