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宁振波:号脉《中国制造2025》
2015-12-07    来源:    发布者:
       1、制造业企业的分类、诊断与度量

  装备制造行业的产品研制有四个关键的阶段:方案设计、工程研制、批生产和服务保障。方案设计包含两个阶段:一是需求分析、概念设计;二是总体的方案设计等。工程研制是指产品总体方案冻结后的产品研发阶段。之后便可进入到生产阶段和服务保障阶段。这四个阶段关注的内容是不一样的,因此指导方法和管理手段完全不同,但是在系统工程思想的指导下,可以把这四个阶段统筹考虑。


  由于各类装备制造业企业千差万别,现代企业分工越来越细,必须业有所专。从产品复杂度来说,类似航空母舰这样的结构件有上亿的复杂产品,飞机有几百万零部件,汽车的零部件也有上万件,其中简单产品的数量屈指可数;从专业分类来说,八大专业门类以机械结构为中心,根据需要加入电、光、磁、声、流体、热和核的任意构成,形成了各种产品。各个企业生产不同产品,指导思想不同,工作方法不同,采用的工具各自不同,因此合理的分类必不可少。


  分类方法为:对于生产同类产品的企业可合并同类项,预备相同或类似的解决方案;对于不同类型的企业,需要找出不同的解决方案;另外,同类型企业由于发展阶段不同,需准备同一解决方案的不同技术路线。这样通过分层次、分阶段,即可完成我国制造业企业的分类。


  现在正是“十三五”规划的关键阶段,编制规划的方法学是:目标减去现状就可以得到规划方案。如何把规划落在实处,这是难点和重点。目标是由现状确定的,然而现状却很难判定。评判现状就好似中医的号脉,现状的诊断是核心。只有诊断对了问题,方可对症下药。


  但是,我国制造业企业的现状是基本上只能定性描述,却无法量化考核。管理学大师彼得·德鲁克曾言:“你如果无法度量它,就无法管理它。”装备制造业企业的现状是缺少评价衡量的标准和工具。这就导致企业现状定位模糊、混沌,规划目标设定易偏高或偏低,不符合实际。因此,需要一把标杆和尺子度量企业水平。


  企业的成熟度和产品的成熟度如何评价?有三个参考方法。第一个是MBE评级(见图1),这是美国国防部于1999年提出的对于企业能力的评估方法,非常值得借鉴。第二个是雷达图法,以信息化程度来评价。第一轮评价后,对于短项,可以加重考核尺度、增大投资力度,实行动态调整评价。第三个是借鉴软件成熟度模型CMMI。众所周知,近30年,信息产业发展迅速,大量信息化人才聚集在硅谷,形成一个创新的大生态环境。由于大量人才的聚集,形成了一定优秀的管理思想,这些思想是可以应用到传统企业里的。软件成熟度评价就是其中一项。CMMI模型是美国卡内基-梅隆大学提出的。CMMI模型(见图2)共五个等级,分别为初始级、可重复级定义级、管理级和优化级。

 

图1 MBE评级

 

图2 CMMI模型


  工业化的标志是标准化、模块化、系列化及大批量生产产品的一致性。而我国的现实情况是在生产产品时,当发现设计或工艺出了问题,生产人员通常会在生产时自行采用修补手段,以求达到合格标准,这样就造成了设计图样、工艺和最终产品的不一致。因此,我国制造业企业生产产品的一致性亟待提高,对此首先要解决的就是严格守“法”。在欧洲和美国这样的制造业强大的地区,当发现设计或工艺出现问题时,会及时修改设计或工艺,同时会严格按照设计或工艺执行,禁止在生产时自行采取修补手段,这样其产品的一致性自然就高,质量也得到了保证。标准是工业界最高的“法律”,应严格执行。但遗憾的是,按照CMMI模型第二级可重复级评判,即产品的一致性评判,我国90%的制造业企业可能就已经无法达标了。


  欧洲和美国是先完成了工业化,然后进入到了信息化社会,这是一个串行的过程。而中国工业化还未完成就进入到信息化社会,所以将工业化和信息化融合极为重要。工业化和信息化相融合远不止将信息化软件应用到制造业,更重要的是要将优秀的管理思想推广应用。


    2、大道至简,Cyber在航空制造业中的应用
  近年来,随着科技的飞速发展,新一轮的科技革命——IT革命悄然来袭,大数据的共享与分析、数字化与智能化成为必然趋势,这给传统制造业带来了强烈的冲击。为让制造业在IT革命的冲击下存活下来并继续发展,全球制造业大国纷纷出台应对策略:德国工业4.0、美国GE、工业互联网、AVM自适应航空航天运载器计划、美国制造业回归、CPS(赛博物理系统)、智能制造、中国两化融合、“互联网+”及《中国制造2025》……


  这些战略实际上异曲同工,都是手段和方法,目标就是把传统的工业体系(以试错法为核心)转型为现代工业体系(以数字化网络化为核心)。提法的不同实质上是美国、德国和中国处于不同发展阶段提出的战略。《中国制造2025》明确指出:创新引领、提质增效、绿色制造,以两化深度融合为主线,以智能制造业为突破口。智能制造通过人与智能机器的合作共事,扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。智能制造更新了制造自动化的概念,将其扩展到柔性化、智能化和高度集成化。


  欲知智能制造,必须了解CPS(赛博物理系统),欲了解CPS,必须先理解Cyber(赛博)。Cyber与Information(信息)区别很大。Cyber是控制、网络、协同、众创和虚拟。Cyber源自希腊语单词Kubernetes,意思为舵手。1947年,维纳的《控制论》中出现Cybernetics一词,译为控制。1967年,国际互联网先驱Darpa为编制两台不同计算机的通信协议,第一次提出了Cyberspace(赛博空间)的概念。现在,Cyber多作为前缀,代表与Internet或电脑相关的事物,即采用电子或计算机进行的控制。Cyber与Information的区别是:Cyber是一种控制机制,藉由信息来控制物质、能量和信息;而Information是被控制的载体。


  过去的产品研制是在物理空间的样机设计、制造及试验,而现在的产品研制是在Cyber空间中设计出数字样机,包括机械系统的数字样机、复杂的系统模型及流体模型等,当今的制造是从数字样机到实物产品。在仿真方面,以前是实物模型,然后是半实物模型,未来的发展趋势是必须要走全数字模型的虚拟仿真的道路。


  制造业有两个很重要的要素:BOM和BOP。有言道,制造业得BOM者得天下。BOM即物料清单、产品结构表。BOP即流程清单,实际内涵就是标准。而标准需要落到作业指导书(即岗位说明书)上。这里所指的作业指导书已经不仅限于手册或word文档,而是MBI,即基于模型的作业指导书。


  以飞机研制为例,在Cyber空间做产品方案设计和产品设计、产品分析仿真,随后是工艺设计、工艺仿真,然后是工装设计、工装仿真,接着是装配设计、装配仿真,最后在计算机上建立一个虚拟的飞行环境,进行飞机的虚拟飞行。这样即实现了从设计到飞行的全程数字化(见图3)。在这个过程中可以不断发现设计、工艺、制造、装配及试验的问题,可在计算机上迭代修改,这就形成了产品协同研发平台。当所有问题解决之后,就可进入到生产制造环节,即Cyber物理空间生产,当然生产过程也需全程数字化。中航工业飞机研制大量的生产实例,研究的是虚实精确映射、赛博控制实体,这是必然的发展方向。

 

图3 数字化生产线

 

图 4

 


图5 智能制造的特征

 

  智能制造是在网络化、数字化的基础上,融入人工智能和机器人技术,形成人、机、物相互交互与深度融合的新一代制造系统。网络化即互通互联,将人、机、物联起来并不是一件容易的事。在联人方面,美国已有报道证明技术上可实现,将芯片植入人体做试验,但这面临重大的道德、法律风险。机分为两类:一类是生产、试验、测试及检测的设备,另外一类是水、暖、电、气、温度、湿度、压力和环境等设施。将这些联起来才能保证产品生产的高质量、高水平。在联物方面,有内部物流和外部物流之分,外部物流指电子商务;内部物流以制造业为例,指的是从原材料进入工厂起,进行锻造、铸造、车铣、刨磨、表面处理、电镀及装配等,到最终形成产品。这里产品形态每时每刻都在变化,状态很难控制,所以内部物流是联物的难点。


  如图4所示,智能制造必然是以智能设计为切入点,向后延伸到智能工艺、生产和智能服务,向上延伸到智能管理。具体如何做?必然是从智能装备做起,到智能单元再到智能生产线。要注意的是,智能制造的特征(见图5)是状态感知、实时分析、自主决策和精准执行,这是形成一个闭环的几个重要环节,可重复迭代。


  3、结语
  我国工业发展较不均衡,有济二、华为、联想和海尔这样的世界一流企业,也有很多手工作坊型的中小企业。这种不均衡性决定了信息时代中国制造业实现智能制造的战略必然是工业2.0补课、工业3.0普及、工业4.0示范。目前,我国国内公开有94家智能制造示范试点。在“十三五”期间,在试点示范过程中形成标准和规范,“十四五”大规模推广。在这种形势下,亟需做的是诊断分类:哪些企业需要补课,哪些需要普及,哪些可以示范。


  乔布斯于2005年在斯坦福大学的演讲中提到“Stay hungry,stay foolish(如饥似渴,如痴如呆)”。在新技术、新知识面前,我们需要如饥似渴地学习,并且要把自己当成傻瓜一样去学习,这样才能有所收获。

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