導讀

GB/T 39116-2020《智能制造能力成熟度模型》國家標準自2020年發布以來受到業界廣泛關注。很多智能制造從業人員參加智能制造成熟度模型培訓班進行系統性學習，截止2023年5月底，已累計5800余名學員參與培訓并取得結業證書。有不少學員反映，雖然3天課程收獲很多，但學完之后不知在工作中如何應用；還有些企業在自診斷平臺上進行自診斷，但不理解成熟度模型標準條款的含義；還有些人員時間有限，無法參與為期3天的培訓班，如何進行國家標準的自學習。

針對以上問題，本人結合以往培訓授課經歷，總結了一些學習與應用智能制造能力成熟度模型（下簡稱：成熟度模型）方法，希望為大家提供一些幫助。

知識背景要求

曾經有學員咨詢：不是IT專業人員，不了解IT技術，可以看懂智能制造能力成熟度模型么？針對這一顧慮，可能在部分條款上有一點影響，但總體上，不影響對成熟度模型的理解。雖然模型中包含一定的IT技術，特別是在“網絡”、“信息安全”、“集成”、“數據”等能力子域，以及其他能力子域的四級、五級條款需要IT知識，但只要多查看相關技術資料，技術原理大致可以理解。

然而，對于一些未去過制造企業的人員，即使從事IT工作（比如互聯網應用開發人員），但對制造企業生產相關業務不了解，反倒會影響對成熟度模型的理解。

企業開展智能制造的目的是提升制造業務活動管控能力，想要提升的前提，應先了解企業當前制造業務如何運轉，提升的需求在哪里，再去想用哪些智能技術手段實現，而對于高等級智能制造建設需求，還需了解行業生產工藝流程與關鍵工序裝備運行。

因此，在成熟度培訓班授課時，每個能力子域會經常用一定時間先講清生產各職能業務活動，為學員補齊業務認知的短板，將智能技術應用的業務場景先描繪清楚。

智能制造能力成熟度模型結構

等級

智能制造能力成熟度模型的五個等級，可看作是企業開展智能制造經歷的五個發展階段。企業經歷的這些階段不是像登臺階一樣，一躍邁過，而是像爬一個緩坡，在長期的智能制造建設日積月累下，潛移默化實現智能化發展階段的平滑過渡，智能技術導入帶來的業務變革，縱向提升、橫向拓寬了企業制造能力。

模型的等級特征提煉了企業各發展階段智能制造的通用特征。

大多數企業的智能制造歷程，從創立初期業務管理大量應用電子表格（一級）到上線信息系統，生產現場從手工裝備到半自動、自動化裝備，通過智能化技術規范生產管理與生產作業執行（二級）。隨著信息系統增多、數字化裝備增多，為打破信息交互壁壘，促進跨業務協同，提升業務流轉響應能力，企業開展信息系統集成、設備集成活動（三級）。

很多企業在這一階段后期智能化建設停止不前，感覺所有業務都已經數字化覆蓋，信息全部貫通，沒有新的項目可實施；而這一階段更需要用戶側，基于數據分析實現日常信息到工業知識的沉淀與積累，智能制造建設從構建知識的復用與決策環境入手，并將隱性的知識和經驗轉換為顯性的數據分析模型，用于生產過程工藝、質量、計劃、資源的優化與預測（四級）。而以上提到的規范、集成、優化，分別是成熟度模型二級、三級、四級的等級特征。

能力子域

成熟度模型包含的20個能力子域，可以分為兩部分，一部分是推進智能制造建設的基礎共性資源與保障，即“人員”、“技術”、“資源”，另一部分是圍繞產品從設計到生產的主要“制造”活動。第一部分的業務職能與企業統籌運營管理及智能制造責任與推進職能相關，第二部分圍繞企業訂單交付、產品價值實現的業務職能相關，其能力子域分別對應企業的生產相關業務部門。

業務活動

在能力子域之下是各等級的成熟度條款要求，這里標準隱含了一層結構——業務活動。

“工藝設計”能力子域的三級包含a) b) c) d) 共4個條款，這4個條款分別對應“工藝設計環境”，“工藝知識管理”、“工藝仿真應用”、“工藝設計業務協同”4項業務活動，再看“工藝設計”能力子域的四級也有a) b) c) d) 4個條款，同樣也分別對應以上4項業務活動。因此，在各等級條款要求之上抽象出這層維度，即業務活動維度，理解這層維度有助于后續深入學習成熟度模型。

成熟度模型學習方法

成熟度模型提供了層級的、具體的、實操的智能制造建設方向指引，各能力子域條款涵蓋的信息量大，部分條款文字描述簡潔，不是很容易理解。有些人讀完以后感覺都懂了，但又感覺很模糊，或想象不到應用場景，以及不知道模型如何應用。這里提供一些學習方法和應用思路，分別是：

思為何 識需求

逆向看 定目標

分階段 明路徑

察關聯 促協同

柔性擴 建完整

思為何 識需求

成熟度模型表面上指導如何進行智能制造建設，但究其背后，每項條款都是在解決生產業務中遇到的問題。因此，在理解條款要求基礎上，不乏思考下，為何會設置這樣的要求？

由此也引導企業，在開展智能制造建設之前，應把解決的“問題”明確好，把“為何”要做思考清楚，這要比建設過程更重要。思考“為何”就是識別需求，把握關鍵建設要點。對于有些建設項目企業未必是需要的，或者不是急迫的，不必盲目投入建設；還有些項目有潛在需求，但企業未真正意識到。

成熟度模型“裝備”子域三級b條款，“應建立關鍵工序設備的三維模型庫”。很多企業表示，暫時沒有裝備五級a條款的“數字孿生”需求，不必積累裝備的三維模型。然而，裝備的三維模型還有其他應用點，如“工藝設計”三級c的工藝仿真要求，仿真時需要裝備、生產環境的三維模型。同時，部分大型復雜裝備的維修，為了解裝備內部結構，定位故障部位，判斷故障影響，也需要三維模型的支持；部分流程行業，裝備的三維模型用于新員工培訓，了解裝備生產工藝流程與工作機理。

此外，企業為提高生產質量、效率，降低能耗，對生產裝備進行技術改造活動也需要裝備的三維模型。很多企業引進國外的生產裝備，供應商只允許使用裝備，不允許改造，企業也不敢改造，在裝備自主可控方面受制于人。所以，“裝備”三級b條款，從側面上，也是鼓勵企業具備一定的裝備研發、改造能力。隨著企業向四級、五級行業龍頭發展，生產裝備的智能程度與工藝先進性要保持領先地位，需要與裝備廠商聯合研發，甚至靠企業自身探索。

逆向看 定目標

在學習能力子域各等級條款時，通常采用從低等級到高等級的正向查閱方式，這也與企業智能制造建設逐級提升相一致。

一些行業龍頭企業，已具備一定智能制造成果，在制定長期智能制造戰略規劃時，缺少可參考的對象，難以確定建設目標。這時不妨查看成熟度模型較高等級的條款要求，先確定未來建設目標，再逆向進行建設。

企業提出未來向大規模定制生產方式轉型發展。結合成熟度模型，以五級a條款“建立產品個性化定制平臺，具備個性化定制的接口與能力”，作為“產品設計”智能化建設目標。這就需要將外部個性化需求與內部產品配置構型打通，建立產品BOM數據、數字化模型的自動轉換接口。而建立“接口”的前提，是在產品設計過程形成“參數化、模塊化”設計方式，即將產品切分為可獨立個性化配置的子模塊，并建立產品參數化設計模板，實現子部件參數化尺寸驅動與模型生成，即“產品設計”能力子域四級a要求。而實現產品“參數化、模塊化”設計需要積累總結相似產品的通用特征，形成產品族或產品系列的參數化設計模板，明確尺寸間的關聯約束，以及可復用的產品族BOM的基礎構型、三維模型等，這些“模板”、“約束”、“基礎構型”都是產品設計知識，即三級a條款產品知識庫的建立。

由此可見，從五級a → 四級a → 三級a，為實現大規模個性化定制方式的產品設計，需要建立客戶端到企業端的產品個性化定制接口平臺，需要建立敏捷的設計知識應用環境，以及基于信息系統的結構化設計知識沉淀。這樣，企業不僅制定了智能制造建設目標，還明確了建設路徑。

分階段 明路徑

如前所述，由于各能力子域包含“業務活動”這一維度，使得各等級間同一業務活動的條款橫向關聯，引導企業在長期智能制造建設中分階段、分步驟建設，并提供路徑指引。這一路徑不僅是指導智能制造建設的技術路徑，也是企業制造業務能力提升的路徑。

“設備管理”子域三級d條款，針對設備運維管理業務，引導企業基于IT/OT集成，敏捷處理設備故障報修、維修過程；當企業實現這一目標后，如何繼續提升設備故障響應能力？四級a條款給出答案，繼續引導企業提前預知設備故障發生，將故障事后響應處理變為事前預測感知，并進行應對性維護。

如何實現故障事前預測感知，四級a條款給出實現路徑：“基于設備運行模型和設備故障知識庫”，而這兩項分別是三級a條款與三級c條款要求。設備故障的發生與設備運行信息相關（設備機構運行參數、特定產品的加工工藝參數、生產環境影響要素等），首先需要辨別哪些因素與發生故障相關，這就需要對歷史設備故障事件進行分析，判斷故障影響因子，對歷史發生故障時，多因子運行數據進行擬合確定關聯因子，分析結果也轉為設備故障知識庫的知識內容，即三級c條款；再對這些關聯影響因子進行實時采集與監控，即三級a條款。因此，為了實現設備故障預測性維護，對故障知識的總結以及實時的設備運行模型就成為實現設備智能運維的關鍵技術路徑。

重關聯 促協同

成熟度模型條款之間的關聯，不僅體現在上述同一業務活動、不同等級的躍遷關聯，還體現在同一等級內、不同業務活動間的關聯協同。重視這種智能制造建設關聯，讓企業成為一個高效運行的有機體。

采購能力子域，通過采購業務執行（三級a條款），收集供應商的供貨表現信息，通過信息系統對供應商進行量化評價（三級b條款），其供應商評價表現結果又會指導供應商采購份額的分配，從而改變采購計劃模型（三級a條款）。

設備管理二級c條款，在設備管理系統中實現點巡檢、維護保養狀態管理，就是在全面掌握設備的運行情況，為合理調整設備保養計劃（二級b條款）提供完整數據支撐。

此外，不同能力子域的條款也具有相關性。

采購能力子域二級a條款要求信息系統中實現物料需求計劃編排，提高編排效率，而計劃與調度能力子域二級b條款，也涉及到物料計劃運算，只是建設重點由物料需求計劃的制訂環境（通過信息系統）轉移到是否考慮安全庫存、BOM數量、時間等約束。

柔性擴 建完整

智能制造能力成熟度模型作為國家標準，綜合考慮各行業智能制造的通用性、普適性。然而，企業在導入、應用模型時，可不拘泥于標準條款，基于自身生產工藝特點和業務管理特點，增加一些本行業的智能制造建設重點，擴展智能制造業務活動，將智能制造體系建設完整。例如，針對多種物料的復雜投料（或裝配）作業場景，在“生產作業”能力子域增加物料的投料防錯校驗要求。對標準未提到的業務活動進行柔性化擴展，明確特殊業務活動在各等級的建設項，完整再現業務活動的發展歷程。成熟度模型培訓講師，張巍老師和宋躍武老師都曾在授課中，對國家標準條款進行柔性化擴展。

針對“人員技能”能力子域，按業務活動的顯性化擴展如下表所示。黑色字體為國家標準原文，藍色字體為擴展增加內容。在“人力資源”業務方面，顯性化增加高新技術應用人才、復合型人才、專家型人才團隊建設需求。在“人才培養技能提升”業務方面，顯性化一級基礎能力要求，并補充三級、四級關于人員能力量化評估內容。在“知識管理應用”業務方面補充一級、二級關于知識的初級管理能力要求。企業也可結合業務發展需要，構建自身相應業務活動的高等級要求（五級）。

不同角色人員學習應用模型方式

制造企業人員、解決方案供應商、評估人員日常工作目標不同，在學習與應用智能制造能力成熟度模型時各有側重點。

制造企業人員

對于制造企業人員，應用成熟度模型可以指導企業智能制造規劃與建設，應用的前提是對成熟度模型進行系統性學習。學習的主體，不僅包含企業智能制造、IT、裝備研發部門人員，更需要包含生產車間、采購、計劃、倉儲、設備管理等生產業務部門人員。

學習方式可以通過“為什么”來識別需求，即標準條款提到的建設項是否適合本企業應用場景？是否能夠解決企業存在的問題？是否與企業未來戰略目標匹配？能否對業務能力優化提出建設新需求？

企業根據業務部門提出的需求，判斷已有系統環境是否支持需求實現，若不支持，再規劃在哪個系統環境實現，是否需要新一代信息技術支撐，然后確定建設項目的重要度與優先級。企業智能制造建設過程中，應對照標準抓住關鍵實現點，不盲目求多、求全，跟蹤應用成效。

解決方案供應商

軟件解決方案供應商可利用成熟度模型優化軟件產品，提供軟件系統集成接口、二次開發接口，增加軟件產品的適配性與可擴展能力，從聚焦軟件產品功能轉移到應用場景的適用性。

針對MRP物料需求計劃運算功能，有的企業采購物料種類多，需基于產品BOM展開運算；有的企業物料相對固定，按安全庫存進行大批量備貨，需基于安全庫存提醒的物料需求運算。系統軟件應支持不同采購模式的物料需求解決方案。

此外，對于系統軟件供應商，應提升現場系統操作的便利性。

倉儲配送三級b條款，在執行物料入庫上架操作時，PDA掃描物料條碼后，應能自動提醒當前可存放物料的空庫位的位置，而不應讓庫內作業人員耗時耗力到處找空的庫位存放。如果軟件再進行優化，針對大批量物料入庫揀貨作業，實現對物料上架、揀貨順序指引，最短化行走路徑，還能極大減輕庫內人員勞動強度，提高庫內作業效率。

裝備硬件解決方案供應商可結合成熟模型標準，提升裝備的柔性加工與實時調度能力，開放與上層應用系統的作業程序調用接口、調度執行接口，并結合裝備歷史應用表現數據，增強裝備自主故障預警預測能力、在線性能優化能力。

對于咨詢診斷解決方案供應商，應能結合成熟度模型標準構建完整的咨詢與診斷服務工作體系，針對不同訪談對象形成業務調研方案，判斷并分析通過智能技術能夠解決的業務問題，并匯集優秀的智能應用場景案例，供企業適宜性借鑒。

CMMM^?評估人員

CMMM^?評估人員基于成熟度模型對企業智能制造建設成果進行驗證。評估人員應結合條款要求，分析從何種角度驗證企業具備此項能力，需企業舉證哪方面案例，提供哪些信息。對于某些正式生產環境的系統和裝備，為了不影響企業正常生產，評估驗證工作還要考慮間接驗證方式。

對于條款中“基于模型自動生成”的驗證，可以從業務模型機理，模型輸入輸出數據在信息系統中的展示界面，自動觸發操作方式及日志，系統內模型約束設置的完備性，數學求解計算公式，生成結果數據的合理性及校驗等多方面進行綜合判斷。

此外，評估人員還需要精準把握每個條款的關鍵審核點，能夠辨別企業當前能力水平或提供的證據是否滿足條款要求，以及滿足程度強弱，明確能力缺失及未來提升方向。當評估人員面對不同行業時，又能根據行業特點靈活變換驗證內容，以企業達到實際建設結果為導向，不教條智能制造實現方式。

采購四級a條款，對于實現協同供應鏈，既可以考慮標準提到的“與供應商銷售系統集成”；也可以采用自建供應商協同平臺，為每家供應商開通業務協同賬號；或者采用VMI供應商管理庫存方式，共享供應商物料庫存信息。

隨著企業智能制造能力提升以及智能技術的發展，智能制造能力成熟度模型國家標準也在與時俱進，不斷修訂完善。希望更多的制造企業學習成熟度模型，應用好成熟度模型，受益于成熟度模型。同時，也歡迎更多的智能制造從業人士參加智能制造能力成熟度培訓班，以及加入國家標準的研制工作，共同探討，交流學習。