工业设备数字挛生实施成熟度评估
本章提出了一套数字拳生成熟度评估模型，为企业幵展数字拳生实施前准备 情况和实施后效果评估提供依据。企业可根据自身情况，基于评估模型的评估要 素，实现数字拳生应用实施前的准备情况评估，及数字拳生应用实施后的深度和 成效评估。数字拳生在工业设备领域相关技术已逐步成熟。企业在实施前和实施后往往 期望对准备情况和实施效果进行考核。但是如何检验工业设备数字拳生系统应用 成效和实施条件，需要一套科学规范的方法。本章将从应用成熟度和实施条件成 熟度两个维度分别给出成熟度评估模型和成熟度等级。应用成熟度旨在对数字挛 生的应用现状进行评估，实施条件成熟度旨在对实施前的条件进行评估。
1工业设备数字挛生应用成熟度评估
1.1工业设备数字挛生应用成熟度评估模型
工业设备数字拳生应用成熟度评估模型旨在评估工业设备数字拳生系统实施 后的实施深度和成效。以应用需求为导向，根据评估模型中基础设施、技术实施、 实施管理和应用成效四个方面评估。如图4所示，设计4个一级指标，并向下逐级细 分为13个二级指标、43个三级指标。
- 基础设施
基础设施是指数字拳生实施后基础设施的改善程度。主要从设备、网络、信息 系统和安全四个方面进行评估。设备指标对实施后设备的数字化模型完整性、传 感系统完整性、控制接口能力进行评估；网络指标对网络覆盖能力、数字化传输 能力和网络融合能力的建设成效进行评估。信息系统对系统集成度和系统覆盖层 级进行评估。安全对信息安全和系统运行安全进行评估。
- 技术实施
技术实施指标评估数字拳生系统实施后的技术实施水平。主要从建模仿真、智 能感知控制、数据集成融合、服务应用四个方面进行评估。建模仿真考核实施后数 字拳生系统的建模宽度和深度、模型更新修正能力、模型的可移植性、模型保真性 和模型求解能力；智能感知控制评估对传感设备、传输协议的支持能力、闭环控制 能力、和边缘计算能力；数据集成融合考核数字拳生系统的数据融合、数据价值挖掘、数据字典、数据安全、数据全生命周期管理和算法支持能力。服务应用评估数 字拳生系统信息的可视化、智能分析、智能预测、智能决策和人机交互能力。
图 工业设备数字挛生应用成熟度评估模型
- 实施管理
实施管理对数字拳生系统实施后对系统的运行管理能力进行评估。主要从制 度规范、组织设置、人员保障三个方面进行。制度规范评估实施中的数字拳生战略 完善程度、资金投入保障情况、管理制度和技术规范。组织设置评估数字拳生实 施中的组织机构设置完善程度和工作机制完善程度。人员保障评估实施过程中管 理人员和技术人员的素养。
- 应用成效
数字拳生的应用成效主要对应用的经济价值和应用效果两个方面进行评估。 经济价值指数字拳生系统实施后，成本和营收的改善情况。应用效果主要评估实 施后生产的质量、能耗和效率改善情况。
1.2工业设备数字挛生应用成熟度等级
通过对企业实施工业设备数字拳生的成效进行评估，将工业设备数字拳生应 用成熟度分为五个等级，分别是规划级、基本级、进阶级、智能级和自治级。
(1)规划级
规划级属于工业设备数字拳生实施前的初期阶段。在这个级别下，企业有了 实施工业设备数字拳生的规划，计划幵始对实施数字拳生的基础和条件进行改 造。企业应当基本具备满足数字拳生实施需要的顶层规划制度、初步的组织、管 理、生产、设计、操作人员和基本的工作环境，甚至已经有了孤立的设备二维或三 维模型，但仅是具备实施数字拳生的基础条件，还未真正进入数字拳生的范畴。
图 数字挛生应用成熟度等级
(2)基本级
企业已经形成了实施工业设备数字拳生的实施计划和实施方案，并幵展了设 备及其他基础设施的数字化改造，能够较好地支撑数字挛生实施应用。该级别的 典型特征是可以对工业设备零部件、整机、生产线的动态运行效果进行直观展示 和实时状态监测，并可进行控制逻辑的几何运动学仿真分析。
(3)进阶级
企业开始持续改善信息化资源和相关制度，投资重点从信息化的单点投入, 到幵始重视从组织、人员、资金、技术、设备等方面综合保障数字拳生系统的运行 和功能升级。在这个级别下，企业对于零件、整机和生产线的建模，融入了行业领 域知识，建立了机理模型，具备利用信息技术实现物理空间和数字空间基本信息 映射的能力，可以实现对单一设备或关键零部件的运行状态识别、运行优化和状 态仿真预测。这一级别是数字拳生系统实现核心价值的起点。
(4)智能级
企业已具备完善的信息化资源和相关管理制度，可以在组织、人员、资金、技 术、设备等方面全方位保障数字拳生应用实施。在模型应用方面，工业设备机理模 型、拳生数据与人工智能深度融合，并实现了部分设备与设备之间、设备的零部件 之间在数字拳生系统中的融合，工业数字拳生系统具备了智能分析能力。这一级 别的典型特征是数字拳生实施方案体系完备、人力资源充足、基础软硬件条件完 善、技术完备，可以对工业设备零部件、整机和生产线的应用中的痛点问题进行智 能分析并决策。这一级别是数字拳生系统的高阶应用，企业智能分析决策水平大幅 提升。
(5)自治级
自治级是工业设备数字拳生构建的最高程度。处于该层级的工业设备数字挛 生系统，基于数字拳生系统的智能分析决策拓展应用深度，可针对生产活动中的 具体问题，对工业设备零部件、整机、生产线各设备和运行环境之间融合分析决 策，数字拳生系统可通过数字空间自主生成的决策/控制指令控制工业设备的活 动。整个数字拳生系统可在无外界干预或少干预的情况下下通过虚实交互实现虚 实自治运行。典型特征是建立了完整的反馈策略体系，无需人工参与或少人工参与 即可实现数字拳生系统数字空间的动态更新优化、自主决策和工业设备生产活动 的智能实时调整。
此外，需要注意的是工业设备数字拳生应用成熟度是工业设备数字拳生实施深 度的综合判定，聚焦到某个单点的评估并不一定是完全满足对应层级的指证。企业 在实施数字拳生过程中层级是可跨越的，不一定要循序渐进，可根据企业自身的基 础和战略制定符合自身的实施路径。数字拳生技术的实施应以满足企业自身应用需 求为目标，成熟度等级是企业评估自身现状、项目成效、差距分析的参考依据，并不 代表绝对优劣，企业应用该模型时可以根据自身情况进行扩展或裁剪。
2工业设备数字挛生系统实施条件成熟度评估
工业设备生产商和工业设备用户是工业设备数字拳生系统主要的实施对象，
数字拳生系统幵发商则是实施的主体。三方需共同合作评估数字拳生系统落地应: 用的自身条件。本书将工业数字拳生总体框架的主要实施要素作为主要评估指 标，制定了面向工业设备生产商数字拳生服务能力评估模型、面向工业设备用户 的数字拳生实施基础评估模型以及数字拳生系统幵发商的服务能力评估模型等三 个评估模型，并给出了相应能力的等级划分。三个评估模型和能力等级适用于评 价工业设备数字拳生实施准备工作，帮助企业明确数字拳生实施路线，分析诊断 实施基础差距，从而进一步明确实施路径。
2.1工业设备生产商数字挛生服务能力评估模型
工业生产商评估模型旨在评估工业设备生产商提供数字拳生服务的基础能 力。以应用需求为导向，分别从基本能力、技术能力和管理能力3个维度进行评 估。如图6所示，包括3个一级指标，并向下逐级细分为11个二级指标、25个三级指 标。通过评估，综合考虑4.1应用成熟度等级指标，评估工业设备生产商自身条件 给出服务能力等级。
- 基本能力
基本能力指当前工业设备生产商的信用要求、资质要求、综合要求和服务能 力等方面所呈现的状态。信用要求主要评估生产商是否符合国家对企业诚信合法 的要求，资质要求从主体资质和实施案例方面评估企业是否有资质实施数字拳生 技术。综合要求主要从财务状况、资产状况和研发投入方面，评估生产商的固定资 产、流动资产和研发投入能否保障数字拳生系统实施战略的稳定运行。该能力的 评估要结合具体用户的实施需求进行评价。
- 技术能力
技术能力指工业设备生产商当前在数字化设计、数字化集成和数字化交付方 面呈现的状态，判断其是否具备幵发数字拳生系统所需的信息和技术。数字化设 计能力全面评估生产商在设计工业设备时数字化手段应用的深度和广度，即工业
图 工业设备生产商数字挛生服务能力评估模型
设备数字化设计涵盖的范围，如几何、物理、行为、规则等属性在数字化设计模型 中的体现。数字化集成能力主要评估生产商设计的工业设备信息是否具备系统接 入感知能力以及决策指令执行能力。系统接入感知能力主要针对传感系统的完备 性、传感器选择的合理性、安装布局的有效性以及对后续可预见的新增传感接口 需求的预留情况等进行综合评估；决策指令执行能力主要评估交付的设备是否具 备接收数字拳生系统决策指令的执行能力。数字化交付能力主要评估企业是否具 备交付工业设备数字化信息的能力，该能力是指工业设备生产商是否能够提供构 建机理模型所需的设计信息，是否可提供访问和使用模型所需的文档以及传感系 统接口文档，是否可提供设备相关生产信息的追溯数据等。
(3)管理能力
管理能力主要评价工业设备生产商面向数字拳生实施的组织架构、人员素 质、管理制度和技术规范等方面所呈现的状态。组织架构评估生产商面向数字拳 生实施是否具有合理的任务分工和沟通协调机制。人员素质则聚焦生产商人力储 备是否充裕，以及人员能力是否合格，主要涉及研发人员、生产人员和服务人员。 管理制度用来评价生产商是否具备数字拳生实施的实施管理制度，主要面向研发 管理、生产管理和服务管理。技术规范主要衡量生产商在设备生产过程中技术规 范的完整性。
面向工业设备生产商数字拳生服务能力评估的等级及要求如表2所示°
表 工业设备生产商数字挛生服务能力等级及要求
2.2工业设备用户数字挛生实施基础评估模型
工业设备用户评估模型旨在面向既有生产线的升级改造或新上生产线/工业 设备时的评估，评估用户数字拳生实施成熟度。以应用需求为导向，与工业设备生 产商和数字拳生系统幵发商协作，从管理能力、基础设施和技术能力3个维度进行 评估。如图7所示，包含了3个一级指标，并逐级细分为10个二级指标、25个三级指 标。通过评估，综合考虑4.1所述应用成熟度等级，评估工业设备用户实施自身条 件给出能力等级。
- 管理能力
管理能力主要评价工业设备用户面向数字拳生实施的制度规范、组织设置、 人员保障方面所呈现的成熟度。制度规范层面主要评价工业设备用户实施数字拳 生过程中数字拳生战略、资金投入、管理制度和技术规范方面所达到的层级。组织 设置主要衡量工业设备用户的组织设置完整性和工作机制是否适应数字拳生战略 的实施。人员保障则用来衡量工业设备用户是否具备足够合适的人员来实施数字 拳生，包括对管理人员、操作人员以及系统外部生态的支持人员。
- 基础设施
基础设施主要用于评价工业设备用户数字拳生实施的基础设施是否满足数字 拳生的实施要求。主要包括设备基础、网络基础、信息系统基础、数据管理基础、安 全基础。其中，设备基础包含实施对象设备所具有的数字化模型和传感系统的完整 性，是否可满足数字拳生实施要素中机理模型构建和拳生数据构建要求；网络基础 包含网络覆盖程度，数字化传输能力和网络融合能力，主要用于评价构建数字拳生 系统中感知链接要素的网络接入能力是否具备;信息系统基础对现有信息化系统的 覆盖层级和系统集成接口能力进行评估；数据管理基础主要用于评价构建数字拳 生系统中对拳生数据实施的支持能力，包含数据集成能力和数据访问能力；安全基 础包含实施数字拳生系统所需的信息安全和运行安全保障是否具备。
基础评估模型
(3)技术能力
技术条件以既有生产线升级改造为应用需求，在与工业设备生产商协作的基 础上，评估工业设备用户对系统的维护能力和运行能力。其中维护能力包含对数 字化设备的维护能力和数字拳生系统的维护能力，运行能力评估用户对数字享生 系统的操作能力。
面向工业设备用户数字拳生实施基础评估的等级及要求如表3所示。
表3工业设备用户数字挛生实施基础等级及要求
2.3工业设备数字挛生系统开发商服务能力评估模型
数字拳生服务商评估模型主要面向工业设备生产商与用户的应用需求评估， 从基本能力、技术能力、管理能力和交付能力四个维度对服务商数字拳生的实施 能力进行评估。如图8所示，包括4个一级指标，并逐级细分为14个二级指标、39个 三级指标。
(1)基本能力
基本能力是指当前工业设备数字拳生系统幵发商的信用要求、资质要求、综 合要求和服务能力方面所呈现的状态。信用要求主要评估生产商是否符合国家 对企业诚信合法的要求，资质要求从主体资质和实施案例方面评估企业是否有
图 工业设备数字挛生系统开发商服务能力评估模型
资质实施数字拳生技术。综合要求主要从财务状况、资产状况和研发投入方面， 评估数字拳生系统幵发商的固定资产、流动资产和研发投入能否保障数字拳生 系统实施。
- 技术能力
技术能力指数字拳生系统幵发商针对数字拳生系统框架中的实施要素，在建 模仿真、智能感知与控制、数据集成融合、服务应用方面的幵发能力。建模仿真针 对机理模型的模型宽度、模型更新修正能力、模型可移植、模型保真度、模型求解 能力进行评估。智能感知控制针对虚实交互的要求，在传输设备、传输协议、闭环 控制、边缘计算等方面的技术支撑能力。数据集成融合评估幵发商在拳生数据的 数据融合、数据价值挖掘、数据字典构建、数据安全、数据全生命周期管理方面的 技术能力。服务应用评价在信息可视化、智能分析、智能预测、辅助决策、人机交 互方面的技术支撑能力。
- 管理能力
管理能力主要评价工业设备数字拳生系统幵发商面向数字拳生实施的组织架 构、人员素质、管理制度和技术规范方面所呈现的状态。组织架构评估生产商面向 数字拳生实施是否有部署合理的任务分工、分组和协调机制。人员素质则聚焦生 产商人力储备是否充裕，以及人员能力是否满足要求，主要涉及管理人员和技术 人员。管理制度用来评价工业设备数字拳生系统幵发商是否具备数字拳生实施的 统筹规划能力，主要面向研发管理、部署管理和服务管理。技术规范主要衡量工 业设备数字拳生系统服务商在实施过程中技术规范的完整性。
- 交付能力
交付能力主要评估数字拳生系统幵发商在已有业绩中体现的交付能力，包含 相关项目经历、履约能力和培训指导能力。相关项目经历主要评估已交付项目的 项目规模、数量以及代表性项目的水平；履约能力评估其项目交期、项目质量的履 约能力；培训指导主要评估其在培训指导的专业性和系统性。
面向工业设备数字拳生系统幵发商服务能力等級及要求如表4所示。，
表4工业设备数字挛生系统开发商服务能力等级及要求