工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估模型

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估模型本文出自工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估白皮書》。本白皮書旨在為企業(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。與此同時，業(yè)界各方力量的應(yīng)用和反饋也將不斷促進聯(lián)盟修正該方法論中存在的問題，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供更科學(xué)更準(zhǔn)確的指導(dǎo)。一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估提出的原因

（一）工業(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。

（二）聯(lián)盟需構(gòu)建先導(dǎo)性的標(biāo)準(zhǔn)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。

（三）為企業(yè)提供一個便利的自我評價工具

當(dāng)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。

（四）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(dāng)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(biāo)、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。二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估模型

（一）評估模型的架構(gòu)

1、三大核心要素

遵循《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）?；ヂ?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、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。

圖1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估三大核心要素

2、兩大目標(biāo)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)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。

3、十三個關(guān)鍵能力和能力等級

通過對三大核心要素現(xiàn)階段發(fā)展所需具備的關(guān)鍵能力進行深入研究，本著化繁為簡、去粗取精、求同存異的原則，本模型提取了13個關(guān)鍵能力，其中面向離散行業(yè)的有11個，面向流程行業(yè)的有10個（如圖表2所示）。

尚未規(guī)劃開始規(guī)劃，嘗試建立供應(yīng)鏈上下游數(shù)據(jù)庫已經(jīng)采集整合了上游物料流轉(zhuǎn)數(shù)椐和下游客戶需求數(shù)據(jù)對采集數(shù)據(jù)進行處理和分析，使得企業(yè)內(nèi)部物料供應(yīng)管理實現(xiàn)了有效協(xié)同基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果實現(xiàn)了生產(chǎn)與供應(yīng)計劃的無縫對接，實現(xiàn)了與上游企業(yè)的及時數(shù)據(jù)共享與反饋協(xié)作圖13供應(yīng)鏈優(yōu)化能力等級（11）數(shù)據(jù)分析利用：網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同（離散）

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：

LIL2L3L4L5尚未規(guī)劃開始規(guī)劃，尚未實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部不同部門之間、不同工廠之間實現(xiàn)了本地協(xié)同設(shè)計和制造企業(yè)內(nèi)部不同部門之間、不同工廠之間實現(xiàn)了跨區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計和制造企業(yè)內(nèi)部與外部企業(yè)間實現(xiàn)了跨區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計和制造

圖14網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同能力等級（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：

L1L2L3L4L5尚未規(guī)劃開始規(guī)劃，采集了少量能耗數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)能夠通過現(xiàn)場各種檢測儀表或傳感器，采集絕大部分能耗數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)基于統(tǒng)一平臺整合了實時和歷史數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理和分析基于數(shù)據(jù)挖掘反饋結(jié)果優(yōu)化能耗和安全管理圖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：

L1L2L3L4L5尚未規(guī)劃開始規(guī)劃，尚未實現(xiàn)對企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)構(gòu)建了統(tǒng)一的工業(yè)數(shù)據(jù)平臺，并基于數(shù)據(jù)分析挖掘提供新型工業(yè)應(yīng)用服務(wù)對企業(yè)內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)構(gòu)建了統(tǒng)一的工業(yè)數(shù)據(jù)平臺，并基于數(shù)據(jù)分析挖掘提供新型工業(yè)應(yīng)用服務(wù)已形成商業(yè)模式，且開始產(chǎn)生收益圖16服務(wù)化延伸能力等級（二）評估模型的指標(biāo)體系

1、具體指標(biāo)

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)成熟度評估體系的快速應(yīng)用推廣，在選擇評估指標(biāo)時既要避免指標(biāo)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(biāo)評估體系，3大核心要素、13個核心能力分別作為一級指標(biāo)、二級指標(biāo)。三級指標(biāo)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(biāo)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(biāo)體系。

離散行業(yè)包括3個一級指標(biāo)、11個二級指標(biāo)、28個三級指標(biāo)（如圖表17所示）：

圖17離散行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估指標(biāo)體系

流程行業(yè)包括3個一級指標(biāo)、10個二級指標(biāo)、23個三級指標(biāo)（如圖表18所示）：

圖18流程行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估指標(biāo)體系

在互聯(lián)互通要素中，主要評估機床設(shè)備、工藝裝置、工業(yè)機器人、傳感設(shè)備、智能產(chǎn)線等生產(chǎn)要素的聯(lián)網(wǎng)能力及網(wǎng)絡(luò)、信息和安全基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平。在綜合集成要素中，主要評估企業(yè)從現(xiàn)場層、車間層到企業(yè)層的縱向集成能力，企業(yè)和供應(yīng)鏈上下游協(xié)同的橫向集成水平，以及基于產(chǎn)品全生命周期、工藝和產(chǎn)線等模型的MBE構(gòu)建的端到端集成能力。

在數(shù)據(jù)分析利用要素中，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、分析和挖掘是否形成了自反饋、自優(yōu)化、自決策的機制，是否衍生出了創(chuàng)新的業(yè)務(wù)模式。

2、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(biāo)的權(quán)重。首先，在評估指標(biāo)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(biāo)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(biāo)分值很高而決定整體評估結(jié)果的情況。

專家意見征集確定一級指標(biāo)、二級指標(biāo)、三級指標(biāo)權(quán)重值在線評估問卷調(diào)査評估結(jié)果反向調(diào)整圖19權(quán)重設(shè)置的思路和修正方法

根據(jù)專家和企業(yè)意見的反饋統(tǒng)計，各三級指標(biāo)重要性被排在前5名的次數(shù)相當(dāng)。說明整體而言，各三級指標(biāo)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(biāo)下三級指標(biāo)的權(quán)重采取了均值處理。

經(jīng)過三輪修正，確定一級指標(biāo)和二級指標(biāo)的權(quán)重值如下：一級指標(biāo)權(quán)重二級指標(biāo)離散型企業(yè)權(quán)重流程型企業(yè)權(quán)重互聯(lián)互通0.35智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)0.32智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)0.40信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)施0.48信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)施0.60生產(chǎn)資源連接0.20綜合集成0.33橫向集成0.28橫向集成0.32縱向集成0.48縱向集成0.50端到端集成0.24端到端集成0.18數(shù)據(jù)分析利用0.32運營智能決策0.20運營智能決策0.20產(chǎn)品生命周期優(yōu)化0.30生產(chǎn)智能管理0.30供應(yīng)鏈優(yōu)化0.25供應(yīng)鏈優(yōu)化0.24網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同0.15能粍與安全管理優(yōu)化0.16服務(wù)化延伸0.10服務(wù)化延伸0.10圖20二級指標(biāo)和三級指標(biāo)的權(quán)重設(shè)置三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度評估模型的應(yīng)用和試評估

（一）應(yīng)用方法

1、指標(biāo)量化采集

依照評估指標(biāo)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(biāo)可以直接采集數(shù)值對應(yīng)不同分值，定性指標(biāo)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)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）。三級指標(biāo)指標(biāo)量化采集打分原則生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)率(定量指標(biāo))1.0-20%20分2.21%-40%40分3.41%-60%60分4.61%-80%80分5.81%-100%100分協(xié)同設(shè)計(定性指標(biāo))1.來實現(xiàn)0分2企業(yè)或集團內(nèi)不同部門在產(chǎn)品設(shè)計階段實現(xiàn)了本地協(xié)同40分3企業(yè)或集團內(nèi)在產(chǎn)品設(shè)計階段基于統(tǒng)一的研發(fā)資源集成共享平臺實現(xiàn)了跨區(qū)域協(xié)同70分4.企業(yè)或集成內(nèi)部與外部企業(yè)之間基于統(tǒng)一的研發(fā)資源集成共享平臺實現(xiàn)了跨區(qū)域訪同100分圖21

定量指標(biāo)和定性指標(biāo)的量化采集及打分原則2、實時結(jié)果計算

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(biāo)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。

3、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(biāo)和二級指標(biāo)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(biāo)和二級指標(biāo)的單項能力評估分值和星級對應(yīng)原則如下：

1星2星3星4星5星一級/二級指標(biāo)能力0-20分21*40分41-60分61-80分81-100分圖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星級對應(yīng)時不僅要求總體分值達標(biāo)，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(biāo)的企業(yè)獲取較高星級的情況，如果總體分值達標(biāo)，但某一單項能力分值未達標(biāo)，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：

1星2星3星4星5星綜總體分值0-20分21~40分41-60分61-80分81-100分合互聯(lián)互通能力分值>10分>30分>50分>70分能綜合集成能力分值>10分>30分>50分>70分力數(shù)據(jù)分析利用能力分值>10分>30分>50分>70分圖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(dāng)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。

1、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所示）。

圖24工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度總體能力試評估結(jié)果以上評估結(jié)果顯示現(xiàn)階段我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度水平呈現(xiàn)如下特點：

圖25

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成熟度總體能力星級分布4.5%的企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)尚未啟動，設(shè)備和系統(tǒng)孤島問題明顯，數(shù)據(jù)采集工作尚未起步，數(shù)據(jù)價值意識薄弱。2