中國航空工業(yè)集團(tuán)公司信息技術(shù)中心首席顧問寧振波
寧振波首先表示,非常榮幸能夠參加這個(gè)會(huì)議;Software AG是歐洲最大的軟件公司之一。
理解智能制造核心,推進(jìn)“中國制造2025”
“中國制造2025”始于2016年,國家連續(xù)三份文件推進(jìn)智能制造逐步落地,落到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要干什么事情?聯(lián)的是生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)要素。
很多人一說連設(shè)備,就認(rèn)為把設(shè)備的聾啞瞎治好了,這有點(diǎn)聰明過頭。生產(chǎn)過程中采集出來的數(shù)據(jù),可以形成生產(chǎn)過程的產(chǎn)品模型,產(chǎn)品模型合適不合適,還需要和設(shè)計(jì)模型、理論模型進(jìn)行比對。
智能制造的核心是要解決研發(fā)問題。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)只是走向研發(fā)的第一步而已。
智能化不是一個(gè)簡單的過程。前三次工業(yè)革命每一次都是一個(gè)長期的過程。如果把2013年4月漢諾威博覽會(huì)德國推出“工業(yè)4.0”算是第四次工業(yè)革命起步的話,那實(shí)際上現(xiàn)在才剛剛抬起腳,第一步還沒走出去。
“所以要慎重談智能化,要多談數(shù)字化,數(shù)字化的基礎(chǔ)就是好的流程,而智能一定要有大量的傳感器,一定要有數(shù)字化作數(shù)據(jù),還有網(wǎng)絡(luò)連接,在人的支撐下才能實(shí)現(xiàn)智能化?!睂幷癫ㄕf。
備受肯定的《三體智能革命》
前年寧振波與相關(guān)專家撰寫了一本名叫《三體智能革命》的書,剖析新工業(yè)革命本質(zhì)——數(shù)字虛體(Cyber-physical System,CPS)。《三體智能革命》指出的智能進(jìn)化路徑,就是從物理實(shí)體(physical-Conscious System)到意識(shí)人體(Conscious-Cyber System),到數(shù)字虛體;德國工業(yè)4.0的第一個(gè)建立的系統(tǒng)就是數(shù)字虛體系統(tǒng)。
寧振波解釋說,宇宙是由物理實(shí)體構(gòu)成的,物理式的演變,演變出植物和動(dòng)物。動(dòng)物的最高形態(tài)是智能,人類創(chuàng)造發(fā)明了數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)方法也發(fā)明了電腦,把知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)技術(shù)變成軟件,物理實(shí)體變成數(shù)字虛體了。數(shù)字虛體有兩個(gè)作用,一是作為一種技術(shù)系統(tǒng),把產(chǎn)品變得有點(diǎn)“聰明”,但還做不到智能,二是作為模型來指導(dǎo)產(chǎn)品的研發(fā)和制造。因此,三體中最核心的還是人,人類用數(shù)學(xué)建模方法把物理實(shí)體建成數(shù)字虛體,具體過程就是智能制造的基礎(chǔ)建模。
設(shè)計(jì)、制造和實(shí)驗(yàn)是制造業(yè)三大技術(shù),是新工業(yè)革命的管理體系。
傳統(tǒng)的研制技術(shù)設(shè)計(jì)和制造分離的,流程簡單,設(shè)計(jì)制造和實(shí)驗(yàn)串行,迭代一次好幾個(gè)月甚至好幾年,如今CPS環(huán)境下,迭代一次最多僅需幾天,快的時(shí)候幾分鐘,這么一來,對流程體系構(gòu)成了全新的挑戰(zhàn)。
數(shù)字經(jīng)濟(jì)下的流程體系該如何建?
在CPS環(huán)境中,手工生產(chǎn)線改建成了數(shù)字化的生產(chǎn)線,通過大量的仿真實(shí)驗(yàn)不斷發(fā)現(xiàn)問題,解決問題,指導(dǎo)簡化減少甚至取消實(shí)物實(shí)驗(yàn),實(shí)物實(shí)驗(yàn)由過去的每件必試改進(jìn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn);未來建成智能化的生產(chǎn)線,形成新的工業(yè)體系。
2016年5月17日,中國工程院周濟(jì)院長親自主持了三體智能革命的相關(guān)研討會(huì);并在去年12月7日在南京舉行的第二屆世界智能制造大會(huì)上對團(tuán)隊(duì)為“中國制造2025”作出的理論貢獻(xiàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表示感謝。
中國制造大而不強(qiáng),核心是研發(fā)不強(qiáng)。問題在哪里?
寧振波認(rèn)為,核心是從數(shù)學(xué)模型到數(shù)字模型的演變過程。這個(gè)演變過程就是需求、概念、總體設(shè)計(jì),也是國際上所有知名的工業(yè)企業(yè)不告訴中國人的。
“中國制造2025”落地在智能制造上,簡單說是五句話:創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、提質(zhì)增效、綠色發(fā)展,以兩化深度融合為主線、以智能制造為突破口。
智能制造的由來和引進(jìn)
智能制造由來和引進(jìn)一定是從波音777開始的。
人類歷史是一部戰(zhàn)爭史。直到1991年蘇聯(lián)解體,不打仗了,全人類才靜下心來做國計(jì)民生的建設(shè)工作,因此工業(yè)體系以前是作戰(zhàn)體系,為打仗做準(zhǔn)備的,現(xiàn)在是以國計(jì)民生為中心的。
波音777就是最佳案例,從零件、組建部件開始,到777全機(jī)再到787的全體系的管理,都起源于波音777的全數(shù)字樣機(jī)。波音777的設(shè)計(jì)用了8臺(tái)大型計(jì)算機(jī)、3200套大型CAD工作站、2萬臺(tái)PC機(jī),都是沒有聯(lián)網(wǎng)的,1991年用了800個(gè)互不關(guān)聯(lián)的軟件,形成了14個(gè)BOM表(物料清單或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表),按理一個(gè)產(chǎn)品只能有一個(gè)BOM,14個(gè)就意味著波音777研制會(huì)有很多問題。
問題有哪些?一是一天數(shù)萬人在計(jì)算機(jī)上的工作,軟件又不關(guān)聯(lián),所生成的天量工業(yè)大數(shù)據(jù)無法有效管理;二是三維設(shè)計(jì)、三維模型表達(dá)不了生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù),因此三維模型設(shè)計(jì)之后又生成二維圖紙,在二維圖紙上表達(dá)材料、工藝、制造和檢測的數(shù)據(jù),工作量巨大。
盡管如此,波音公司解決了這些問題,波音777產(chǎn)品質(zhì)量好,生產(chǎn)進(jìn)度短,成世界上最盈利的飛機(jī)。
1996年,波音聯(lián)合全球16家公司推動(dòng)美國機(jī)械公司協(xié)會(huì)(ASME)建立了ASM1Y14.41標(biāo)準(zhǔn),也就是MBD的標(biāo)準(zhǔn),即基于模型的定義,換句話說,在三維模型上可以表達(dá)幾何數(shù)據(jù)、材料數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)過程必需的所有數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù),意味著未來生產(chǎn)可以不要藍(lán)圖,不要圖紙,不要工藝卡片也不要文檔,一句話,全數(shù)字化了。
全數(shù)字化就是智能制造的基礎(chǔ),這個(gè)不難。因?yàn)椋瑥?010年之后,中國航空工業(yè)研制的所有新飛機(jī)全部都沒有圖紙了。
企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型要遵從的標(biāo)準(zhǔn)
任何事情,都需要持續(xù)優(yōu)化,持續(xù)優(yōu)化的過程就是流程優(yōu)化的過程。這是管理層的職責(zé)。
寧振波指出,數(shù)字化轉(zhuǎn)型沒有具體的標(biāo)準(zhǔn),國家標(biāo)準(zhǔn)只是指導(dǎo)方針,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)只能作為框架,真正的秘訣是企業(yè)實(shí)際需求。要結(jié)合實(shí)際,因企制宜;以信息化推進(jìn)模式轉(zhuǎn)型和架構(gòu)治理,促進(jìn)集團(tuán)整體IT能力的提升。這是中航工業(yè)多年來堅(jiān)持執(zhí)行的一個(gè)方針。工程系統(tǒng)、組織系統(tǒng)、企業(yè)管理構(gòu)成了企業(yè)管理的生命周期,流程梳理是將其關(guān)聯(lián)的唯一的方法和手段。
中航工業(yè)的智能制造總體架構(gòu)基于國家兩化融合評估架構(gòu)體系,傾盡了集團(tuán)之努力,共分五層。以企業(yè)管理層為例,目標(biāo)是狀態(tài)感知(即感知產(chǎn)品狀態(tài)、車間狀態(tài)、過程狀態(tài)、資源狀態(tài))、實(shí)時(shí)分析(進(jìn)行質(zhì)量分析、周期分析、成本分析、效率分析)、自主決策(實(shí)現(xiàn)工藝決策、生產(chǎn)排產(chǎn)、資源計(jì)劃、績效考評),精準(zhǔn)執(zhí)行(實(shí)時(shí)調(diào)度、故障解決、資源配送、工藝生成),最后實(shí)現(xiàn)螺旋提升,這是一個(gè)閉環(huán)迭代的過程。
從六西格瑪管理體系到流程,流程是核心
講流程,不得不提到美國通用電氣的六西格瑪管理體系。
在短短20年間,通用電氣的市場資本增長30多倍,達(dá)到了4500億美元,排名從世界第10提升到第一,從一家制造業(yè)巨頭轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑?wù)業(yè)和電子商務(wù)為導(dǎo)向的企業(yè)巨人,董事長和CEO杰克?韋爾奇(Jack Welch)所推行的”六西格瑪”標(biāo)準(zhǔn)、全球化和電子商務(wù),幾乎重新定義了現(xiàn)代企業(yè)。
六西格瑪管理體系就是流程管理體系,流程被當(dāng)作通用電氣的核心資產(chǎn),每年都進(jìn)行優(yōu)化,但在中國常年不被重視。實(shí)際上,這個(gè)問題非常關(guān)鍵,因?yàn)闋砍兜搅斯芾怼?/p>
在企業(yè),單項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用非常簡單,牽涉到管理就是推不動(dòng)。從一個(gè)半殖民半封建的國家過渡到一個(gè)工業(yè)社會(huì)國家,路還很長。中國企業(yè)要腳踏實(shí)地,好好學(xué)習(xí)工業(yè),好好學(xué)習(xí)管理,好好研究流程。
企業(yè)愿意投資購買CAD/CAE/CAPP/CAM等大量的管理軟件應(yīng)用,但產(chǎn)品如何定義?如何分析?如何優(yōu)化?如何驗(yàn)證?如果流程搞不清楚,軟件就成了垃圾。
所以核心是流程。
工業(yè)軟件太龐大、太復(fù)雜。1991年波音777研制的時(shí)候有800種毫不關(guān)聯(lián)的軟件,到2005年787研制的時(shí)候波音有8000種相互關(guān)聯(lián)的軟件。實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián),靠的就是流程。有了軟件的思想,加上各專業(yè)的知識(shí),可以形成多專業(yè)的設(shè)計(jì)、仿真、分析、工藝、制造軟件。傳統(tǒng)工業(yè)體系轉(zhuǎn)型升級絕對不是簡單的CAD/CAE/CAPP/CAM,而是多專業(yè)的。
工業(yè)體系有多大,軟件就有多龐大。
智能制造,難點(diǎn)是建模型,焦點(diǎn)在仿真工業(yè)技術(shù)軟件化;工業(yè)技術(shù)大規(guī)模的變成單個(gè)軟件以后,就變成類似手機(jī)的APP,這就是工信部推動(dòng)的2020年20萬個(gè)工業(yè)APP上線、2025年百萬APP上線。
過去老講創(chuàng)新,創(chuàng)新有很多問題,中國的創(chuàng)新總是單點(diǎn)在打,而不是體系型的,一說要搞技術(shù)創(chuàng)新,技術(shù)人員鉆到技術(shù)里面了,只搞技術(shù);說搞市場創(chuàng)新,就鉆到市場里面;搞管理創(chuàng)新,就搞到組織上去,實(shí)際上這三個(gè)要素是密不可分的。
要想創(chuàng)新,市場、技術(shù)和管理的互動(dòng)、演化、約束和發(fā)展,才能形成一個(gè)完整的創(chuàng)新體系,缺任何一點(diǎn)都不行。
實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新,靠的也是流程體系。
流程可以把企業(yè)的組織、技術(shù)和產(chǎn)品形成一個(gè)完善的體系。中國每個(gè)單位都很獨(dú)立,組織體系,樹狀架構(gòu);技術(shù)體系,樹狀架構(gòu);產(chǎn)品體系,樹狀架構(gòu),任何產(chǎn)品的研制,與這三個(gè)架構(gòu)密不可分,但這三者之間的關(guān)系是非常復(fù)雜的、立體的網(wǎng)狀關(guān)系,不是單獨(dú)、簡單的樹狀關(guān)系,要理清,靠的仍然是流程。沒有流程永遠(yuǎn)搞不清楚。
流程是企業(yè)重大要素的融合、價(jià)值實(shí)現(xiàn)的載體。
流程五大要素與中航工業(yè)的實(shí)踐
一個(gè)復(fù)雜的組織體,有輸入也有輸出,有外部約束和內(nèi)部資源,但是,輸出一定要?jiǎng)?chuàng)造價(jià)值。工廠作為一個(gè)復(fù)雜組織體,輸入是什么?有很多市場調(diào)研,要研制什么產(chǎn)品,輸入進(jìn)來之后,決策機(jī)構(gòu)要研究什么能干,什么不能干,這就是外部約束,法律法規(guī)、政策、財(cái)務(wù)、稅務(wù)、人力資源等等,在能干的條件下調(diào)動(dòng)內(nèi)部資源,把上游關(guān)系、下游關(guān)系約束關(guān)系權(quán)利理清楚,把輸入轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的輸出。
這就是流程的五大要素:組織體、輸入、輸出、外部約束、內(nèi)部資源。
流程梳理清楚,才有可能提出問題,如哪些流程是斷頭的,哪些沒有輸入,哪些有冗余,哪些輸出沒有價(jià)值,一下顯性化了。端到端的流程解決方案讓企業(yè)邁上一個(gè)巨大的臺(tái)階。
ARIS流程建模解決流程復(fù)雜體的一個(gè)最佳的工具。
中航工業(yè)集團(tuán)與Software AG合作之前,畫流程體系依靠excel表,花了好幾年時(shí)間好不容易畫清楚了,但組織機(jī)構(gòu)一變,畫的表全作廢,沒有人愿意再改第二遍。2010年雙方合作之后,中航工業(yè)用Software AG的ARIS建立模型,因?yàn)榱鞒淌窍嗷リP(guān)聯(lián)的,牽一發(fā)動(dòng)全身,任何復(fù)雜的、立體的、網(wǎng)狀的架構(gòu)只要有一處變動(dòng),其他相關(guān)的流程系統(tǒng)自行調(diào)整。當(dāng)年,中航工業(yè)集團(tuán)全面推動(dòng)了流程變革,核心就用的是ARIS。
以飛機(jī)研制整體流程為例,中航工業(yè)把產(chǎn)品研發(fā)流程模型化,把產(chǎn)品制造流程模型化,把產(chǎn)品交付與保障流程模型化,這個(gè)過程中,流程建模特別有價(jià)值。
總結(jié)
寧振波總結(jié)說,三體智能演進(jìn)路徑首先是連接,然后是持續(xù),三是測量,四是預(yù)測,最后是優(yōu)化。這個(gè)過程就是流程體系持續(xù)發(fā)展、優(yōu)化進(jìn)步的模型;智能制造的核心是工業(yè)軟件,工業(yè)軟件是軟件定義的制造業(yè);智能制造的本質(zhì)就是軟件化的工業(yè)技術(shù)與生產(chǎn)體系,它們促進(jìn)生產(chǎn)關(guān)系的優(yōu)化重構(gòu),而生產(chǎn)關(guān)系的優(yōu)化和重構(gòu)就是優(yōu)化流程,流程就是核心。
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