智能制造能力成熟度模型(1.0版)

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1、(1.0 版) 智能制造能力成熟度模型 白 皮 书 ESI TMTM 中国电子技术标准化研究院 中国电子技术标准化研究院 2016年9月20日发布 ESI CHINA MANUFACTURING MATURITY MODEL 前 言 当前智能制造正在引领制造方式变革和制造业产业升级，并成为全球新一轮制造业 竞争的制高点。为了有序推进我国智能制造的快速发展，2015年工业和信息化部装备工 业司启动智能制造标准化专项，将标准化作为推动智能制造发展的重要内容之一，其目 的是通过标准化来凝聚行业共识，引领企业向标准靠拢，避免方向走偏，降低融合发展 的风险。智能制造评价指标体系及成熟度模型标准化与试验验

2、证系统是智能制造标 准化专项的研究课题之一，经过近一年的努力，现已完成智能制造能力成熟度模型 标准草案。 为了确保对标准的准确理解与有效应用，我们研究提出了智能制造能力成熟度模 型白皮书（1.0）。本白皮书旨在为企业实施智能制造提供指导，帮助企业认清自身所 处的发展阶段，能够根据能力成熟度模型进行自我评估与诊断，达到有针对性的提升和 改进智能制造能力的目的。 智能制造能力成熟度模型是在对国内外相关成熟度模型研究的基础上，结合我国智 能制造的特点和企业的实践经验总结出的一套方法论，它给出了组织实施智能制造要达 到的阶梯目标和演进路径，提出了实现智能制造的核心要素、特征和要求，为内外部相 关利益方

3、提供了一个理解当前智能制造状态、建立智能制造战略目标和实施规划的框 架。该模型参考借鉴了国家智能制造标准体系建设指南（2015年版）中智能制造系 统架构提出的生命周期、系统层级和智能功能3个维度，对智能制造的核心特征和要素进 行提炼总结，归纳为“智能+制造”两个维度，最后展现为一维的形式，即设计、生产、 物流、销售、服务、资源要素、互联互通、系统集成、信息融合、新兴业态10大类核心 能力以及细化的27个域。模型中对相关域进行从低到高5个等级（规划级、规范级、集 成级、优化级、引领级）的分级与要求。根据使用者的不同需求，可分为整体成熟度模 型和单项能力模型。 智能制造能力成熟度模型及其标准化工作

4、还需不断的结合企业实践进行完善和改 进，希望通过本白皮书的发布能够使更多的企业、专家了解我们的研究成果。我们也欢 迎任何单位和个人对本白皮书的内容提出宝贵意见，并共同参与到标准的编制过程中。 联系单位：中国电子技术标准化研究院 通信地址：北京市东城区安定门东大街1号（100007） 联 系 人：杨梦培 联系电话：010-64102805/6 电子邮件： 版权声明 本白皮书版权属于中国电子技术标准化研究院（工业和信息化部电子工业标准化研 究院）。 使用说明：未经中国电子技术标准化研究院事先的书面授权，不得以任何方式复 制、抄袭、影印、翻译本文档的任何部分。凡转载或引用本文的观点、数据，请注明 “

5、来源：中国电子技术标准化研究院”。 目 录 一、概述 二、智能制造能力成熟度模型 （一）智能制造能力成熟度模型的提出 （二）模型架构与能力成熟度矩阵 1、维度 2、类和域 3、等级 4、成熟度要求 （三）智能制造能力成熟度要求 1、设计 2、生产 3、物流 4、销售 5、服务 6、资源要素 7、互联互通 8、系统集成 9、信息融合 10、新兴业态 四、相关理论的对比分析 （一）软件能力成熟度模型 （二）智能制造系统架构 （三）工业4.0就绪度 （四）制造成熟度模型 （五）罗兰贝格模型 001 005 005 007 008 008 009 010 011 011 013 017 031 031

6、 三、模型的应用 （一）整体成熟度模型分级 （二）单项能力模型分级 （三）模型的应用 018 018 020 023 024 025 026 028 028 029 029 032 032 033 034 五、总结与展望035 附录 基于智能制造能力成熟度模型的评价方法 036 （一） 模型与评价 （二）评价过程 036 036 1、选择模型 2、选择评价域 3、基于问题的评价 4、给出分值与等级 037 037 038 039 （三）评价示例 040 参考文献 致 谢 一、概 述 （一）智能制造是当前制造业转型升级的必经之路 制造业是国民经济的支柱，是一国经济增 长的源动力。没有一个强大而具

7、有创新性的制 造业体系，任何一个经济体都不可能实现繁荣 发展。然而，自国际金融危机爆发以来，世界 各国制造业均面临着市场需求萎缩、产值下降 等困境，客户个性化需求增加、交货期要求越 来越短、低能耗高资源利用率等挑战倒逼制造 业要转型升级。与此同时，云计算、大数据、 物联网等新兴技术逐渐兴起，给各国制造业企 业带来了新的转型思路。因此，主要经济体纷 纷提出了利用信息技术提升传统制造业发展的 国家级战略和规划，如美国的“先进制造业国 家战略计划”、德国的“工业4.0”、日本的 “科技工业联盟”、英国的“工业2050战 略”、中国的“中国制造2025”等，制造业 已成为各国在新一轮技术革命和产业变革

8、中占 据制高点的必争战场。 2012年2月，美国出台了“先进制造业国 家战略计划”，提出建设“智能”制造技术平 台以加快智能制造的技术创新，随后，大力推 动以“工业互联网”和“新一代机器人”为特 征的智能制造战略布局。2011年12月，德国 通过政府、弗劳恩霍夫研究所和各州政府合作 投资于数控机床、制造和工程自动化行业应用 制造研究，并于2013年正式实施以智能制造 为主体的“工业4.0”战略，巩固其制造业领 先地位。日本提出通过加快发展协同式机器人、 无人化工厂提升制造业的国际竞争力。英国提 出科技改变生产，信息通讯技术、新材料等科 技将在未来与产品和生产网络的融合，极大改 变产品的设计、制

9、造、提供甚至使用方式。 2015年5月，我国出台了制造强国中长期发展 战略规划中国制造2025，全面部署推进 我国制造强国战略实施，坚持创新驱动、智能 转型、强化基础、绿色发展，加快我国从制造 大国向制造强国转变。图1-1为各国不同的制 造业转型途径对比图。 图1-1各国不同的制造业转型途径 智能制造智能制造 CPS 智能制造智能制造 对比各国关于制造业转型发展的战略规 划，我们不难发现，在这场占据制造业产业变 革制高点的争夺中，各国都将发展智能制造作 为其战略核心，不断推动制造业向数字化、网 络化、智能化发展，向绿色化、服务化转型。 在可以预见的未来，以智能制造为代表的新一 轮产业革命，将是

10、释放未来竞争力的关键，发 展智能制造是制造业转型升级的必经之路。 001 智能制造能力成熟度模型白皮书 China Manufacturing Maturity Model （二）对智能制造的理解与认识 针对智能制造内涵，各国各机构都有不同的定义，表1-1对不同国家或机构对智能制造的理解 做了对比。 表1-1 智能制造内涵对比表 来 源来 源定 义定 义侧 重 点侧 重 点 通过广泛应用互联网技术，实时感知、监控生 产过程中产生的海量数据，实现生产系统的智 能分析和决策，生产过程变得更加自动化、网 络化、智能化，使智能生产、网络协同制造、 大规模个性化制造成为生产新业态。 侧重信息物理融合系

11、统（CPS）的应用以 及生产新业态 有以下核心特征：互操作性和增强生产力的全 面数字化制造企业；通过设备互联和分布式智 能来实现实时控制和小批量柔性生产；快速响 应市场变化和供应链失调的协同供应链管理； 集成和优化的决策支撑用来提升能源和资源使 用效率；通过产品全生命周期的高级传感器和 数据分析技术来达到高速的创新循环。 侧重柔性生产、协同 供应链、能源和资源 利用等智能制造目标 集成了网络产生的数据和信息，包括了制造型 和供应链型企业所涉及的实时分析、推理、设 计、规划和管理等各方面，即制造智能，可通 过广泛的、全面的、有目的地使用基于传感器 产生的数据进行分析、建模、仿真和集成，为 企业提

12、供实时的决策支持。 侧重数据与信息的获 取、建模、应用、分 析等 德国工业4.0 美国智能制造系 统现行标准体系 美国智能制造领导 力联盟（SMLC） 基于物联网、大数据、云计算等新一代信息技 术，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活 动的各个环节，具有信息深度自感知、智慧优 化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造 过程、系统与模式的总称。 中国国家智能制 造标准体系建设指 南（2015年版） 涵盖新技术、制造全 过程、智能特征等各 方面。 本文的研究主要遵循了我国给出的智能制造定义，并在此基础上进一步剖析了智能制造的特点： 智能+制造：智能+制造：智能技术应用到设计、生产、销售、物流和服务

13、等制造全过程，实现了从各业务 单元乃至企业整体的数字化、网络化以及智能化，达到了感知、执行及控制决策的闭环。 集成互联：集成互联：各种设备、系统以及人等通过有效的集成、互联技术，实现了连接、交互与协同。 数据驱动：数据驱动：制造过程中的各类数据经过采集、加工及分析，形成可用的知识、模型，用于对各 制造环节进行评价、监控、预测、控制以及决策优化。 模式创新：模式创新：智能制造引导个性化定制、协同制造、远程运维等新型业态，推动企业转型。 China Manufacturing Maturity Model 智能制造能力成熟度模型白皮书 002 当前，以中国制造2025为总纲，工 信部采取了多项措施

14、推动智能制造工作的落 实，包括制定发布智能制造工程实施指南 （20162020年）、开展智能制造试点示 范专项行动、开展智能制造标准化工作等。此 外，各省市、企业也呈现出对智能制造的强烈 需求，据调研统计，江苏、广东、浙江等省年 需设备投资达10400亿元，浙江省有64.2%的 被调研企业有机器换人的想法，福建省几乎所 有参与调研的企业都希望开展智能制造。由此 可见，从国家战略、地方政策强有力的支撑， 到产业基层积极自发的原动力，我国智能制造 的发展已形成了自上而下的外部合力，前景可期。 然而，当前智能制造的发展仍处于初始阶 段。企业对智能制造的理解不统一，对自身智 能制造的定位、现状和发展路

15、径不明确，缺少 系统的方法论来指导实施，缺少行业内实施智 能制造的经验和做法案例等问题亟待解决。一 方面，政府和各类企业具有推广和发展智能制 造的强烈愿望；另一方面，企业对自身到底处 于智能制造的什么水平并不清楚，不能明确该 如何去分步实施智能制造。这种供需不对等的 矛盾极大地影响了智能制造的有效落地。 工业4.0就绪度可以视作是解决此矛盾一 个有效的参考方案。工业4.0就绪度是由德国 机械设备制造业联合会（VDMA）提出，旨在 解决德国制造业面临的两大问题：一是当前德 （三）我国智能制造的发展现状 国 的 机 械 制 造 工 业 处 于 工 业4 . 0的 哪 一 阶 段；二是要想在企业中成

16、功实施工业4.0必须 具备的条件以及企业当前哪些情况需要进行相 应的改变。VDMA于2015年4月至8月间对德 国雇员在20人以上的234家机械和装备工程企 业的工业4.0就绪度现状进行调研，调研结果 （图1-2示）显示德国机械和装备工程领域仅 有5.6%的企业处于3级以上，约80%的企业还 处于门外汉或初学者的水平。 德国机械和装备工程领域工业4.0 就绪度调研结果(%) 01020304050 0级-未规划级 1级-初始级 2级-中间级 3级-熟练级 4级-专家级 5级-行业顶尖级 38.9 37.6 17.9 4.6 1 0 图1-2 德国机械和装备工程领域工业4.0就绪度调研结果图 德国制造业一直领先世界，工业4.0的评 价方法是否适合中国的产业环境？其路径方法 能否指导中国的制造企业？中国企业该如何建 立适合自己的智能制造发展之路？通过对中国 企业实施智能制造的调研研究，提出中国智能 制造能力成熟度模型、明确智能制造发展路径 将是我国制造企业发展智能制造的有效手段。 003 智能制造能力成熟度模型白皮书 C