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中航工业宁振波:智能制造,基础是流程、难点在架构

shangkun 2018-8-3 10:08

主题为“互联•感知•体验的”2018 Innovation Tour(创新之旅)暨Software AG中国区用户大会,6月7日在北京千禧大酒店举行。本次论坛吸引了来自全国金融、电信、汽车、航空航天等各行业用户,以及相关合作伙伴近300人。

会上,中国航空工业集团公司信息技术中心首席顾问宁振波以“智能制造,基础是流程,难点在架构”为题发表主题演讲。

中国航空工业集团公司信息技术中心首席顾问宁振波

宁振波首先表示,非常荣幸能够参加这个会议;Software AG是欧洲最大的软件公司之一。

理解智能制造核心,推进“中国制造2025”

“中国制造2025”始于2016年,国家连续三份文件推进智能制造逐步落地,落到工业互联网上。工业互联网要干什么事情?联的是生产设备、生产要素。

很多人一说连设备,就认为把设备的聋哑瞎治好了,这有点聪明过头。生产过程中采集出来的数据,可以形成生产过程的产品模型,产品模型合适不合适,还需要和设计模型、理论模型进行比对。

智能制造的核心是要解决研发问题。工业互联网只是走向研发的第一步而已。

智能化不是一个简单的过程。前三次工业革命每一次都是一个长期的过程。如果把2013年4月汉诺威博览会德国推出“工业4.0”算是第四次工业革命起步的话,那实际上现在才刚刚抬起脚,第一步还没走出去。

“所以要慎重谈智能化,要多谈数字化,数字化的基础就是好的流程,而智能一定要有大量的传感器,一定要有数字化作数据,还有网络连接,在人的支撑下才能实现智能化。”宁振波说。

备受肯定的《三体智能革命》

前年宁振波与相关专家撰写了一本名叫《三体智能革命》的书,剖析新工业革命本质——数字虚体(Cyber-physical System,CPS)。《三体智能革命》指出的智能进化路径,就是从物理实体(physical-Conscious System)到意识人体(Conscious-Cyber System),到数字虚体;德国工业4.0的第一个建立的系统就是数字虚体系统。

宁振波解释说,宇宙是由物理实体构成的,物理式的演变,演变出植物和动物。动物的最高形态是智能,人类创造发明了数学、物理和化学方法也发明了电脑,把知识经验和生产技术变成软件,物理实体变成数字虚体了。数字虚体有两个作用,一是作为一种技术系统,把产品变得有点“聪明”,但还做不到智能,二是作为模型来指导产品的研发和制造。因此,三体中最核心的还是人,人类用数学建模方法把物理实体建成数字虚体,具体过程就是智能制造的基础建模。

设计、制造和实验是制造业三大技术,是新工业革命的管理体系。

传统的研制技术设计和制造分离的,流程简单,设计制造和实验串行,迭代一次好几个月甚至好几年,如今CPS环境下,迭代一次最多仅需几天,快的时候几分钟,这么一来,对流程体系构成了全新的挑战。

数字经济下的流程体系该如何建?

在CPS环境中,手工生产线改建成了数字化的生产线,通过大量的仿真实验不断发现问题,解决问题,指导简化减少甚至取消实物实验,实物实验由过去的每件必试改进为验证性实验;未来建成智能化的生产线,形成新的工业体系。

2016年5月17日,中国工程院周济院长亲自主持了三体智能革命的相关研讨会;并在去年12月7日在南京举行的第二届世界智能制造大会上对团队为“中国制造2025”作出的理论贡献和实践经验表示感谢。

中国制造大而不强,核心是研发不强。问题在哪里?

宁振波认为,核心是从数学模型到数字模型的演变过程。这个演变过程就是需求、概念、总体设计,也是国际上所有知名的工业企业不告诉中国人的。

“中国制造2025”落地在智能制造上,简单说是五句话:创新驱动、提质增效、绿色发展,以两化深度融合为主线、以智能制造为突破口。

智能制造的由来和引进

智能制造由来和引进一定是从波音777开始的。

人类历史是一部战争史。直到1991年苏联解体,不打仗了,全人类才静下心来做国计民生的建设工作,因此工业体系以前是作战体系,为打仗做准备的,现在是以国计民生为中心的。

波音777就是最佳案例,从零件、组建部件开始,到777全机再到787的全体系的管理,都起源于波音777的全数字样机。波音777的设计用了8台大型计算机、3200套大型CAD工作站、2万台PC机,都是没有联网的,1991年用了800个互不关联的软件,形成了14个BOM表(物料清单或产品结构表),按理一个产品只能有一个BOM,14个就意味着波音777研制会有很多问题。

问题有哪些?一是一天数万人在计算机上的工作,软件又不关联,所生成的天量工业大数据无法有效管理;二是三维设计、三维模型表达不了生产过程中的数据,因此三维模型设计之后又生成二维图纸,在二维图纸上表达材料、工艺、制造和检测的数据,工作量巨大。

尽管如此,波音公司解决了这些问题,波音777产品质量好,生产进度短,成世界上最盈利的飞机。

1996年,波音联合全球16家公司推动美国机械公司协会(ASME)建立了ASM1Y14.41标准,也就是MBD的标准,即基于模型的定义,换句话说,在三维模型上可以表达几何数据、材料数据、工艺数据以及生产过程必需的所有数据、检测数据,意味着未来生产可以不要蓝图,不要图纸,不要工艺卡片也不要文档,一句话,全数字化了。

全数字化就是智能制造的基础,这个不难。因为,从2010年之后,中国航空工业研制的所有新飞机全部都没有图纸了。

企业数字化转型要遵从的标准

任何事情,都需要持续优化,持续优化的过程就是流程优化的过程。这是管理层的职责。

宁振波指出,数字化转型没有具体的标准,国家标准只是指导方针,行业标准只能作为框架,真正的秘诀是企业实际需求。要结合实际,因企制宜;以信息化推进模式转型和架构治理,促进集团整体IT能力的提升。这是中航工业多年来坚持执行的一个方针。工程系统、组织系统、企业管理构成了企业管理的生命周期,流程梳理是将其关联的唯一的方法和手段。

中航工业的智能制造总体架构基于国家两化融合评估架构体系,倾尽了集团之努力,共分五层。以企业管理层为例,目标是状态感知(即感知产品状态、车间状态、过程状态、资源状态)、实时分析(进行质量分析、周期分析、成本分析、效率分析)、自主决策(实现工艺决策、生产排产、资源计划、绩效考评),精准执行(实时调度、故障解决、资源配送、工艺生成),最后实现螺旋提升,这是一个闭环迭代的过程。

从六西格玛管理体系到流程,流程是核心

讲流程,不得不提到美国通用电气的六西格玛管理体系。

在短短20年间,通用电气的市场资本增长30多倍,达到了4500亿美元,排名从世界第10提升到第一,从一家制造业巨头转变为以服务业和电子商务为导向的企业巨人,董事长和CEO杰克•韦尔奇(Jack Welch)所推行的"六西格玛"标准、全球化和电子商务,几乎重新定义了现代企业。

六西格玛管理体系就是流程管理体系,流程被当作通用电气的核心资产,每年都进行优化,但在中国常年不被重视。实际上,这个问题非常关键,因为牵扯到了管理。

在企业,单项技术的应用非常简单,牵涉到管理就是推不动。从一个半殖民半封建的国家过渡到一个工业社会国家,路还很长。中国企业要脚踏实地,好好学习工业,好好学习管理,好好研究流程。

企业愿意投资购买CAD/CAE/CAPP/CAM等大量的管理软件应用,但产品如何定义?如何分析?如何优化?如何验证?如果流程搞不清楚,软件就成了垃圾。

所以核心是流程。

工业软件太庞大、太复杂。1991年波音777研制的时候有800种毫不关联的软件,到2005年787研制的时候波音有8000种相互关联的软件。实现关联,靠的就是流程。有了软件的思想,加上各专业的知识,可以形成多专业的设计、仿真、分析、工艺、制造软件。传统工业体系转型升级绝对不是简单的CAD/CAE/CAPP/CAM,而是多专业的。

工业体系有多大,软件就有多庞大。

智能制造,难点是建模型,焦点在仿真工业技术软件化;工业技术大规模的变成单个软件以后,就变成类似手机的APP,这就是工信部推动的2020年20万个工业APP上线、2025年百万APP上线。

过去老讲创新,创新有很多问题,中国的创新总是单点在打,而不是体系型的,一说要搞技术创新,技术人员钻到技术里面了,只搞技术;说搞市场创新,就钻到市场里面;搞管理创新,就搞到组织上去,实际上这三个要素是密不可分的。

要想创新,市场、技术和管理的互动、演化、约束和发展,才能形成一个完整的创新体系,缺任何一点都不行。

实现创新,靠的也是流程体系。

流程可以把企业的组织、技术和产品形成一个完善的体系。中国每个单位都很独立,组织体系,树状架构;技术体系,树状架构;产品体系,树状架构,任何产品的研制,与这三个架构密不可分,但这三者之间的关系是非常复杂的、立体的网状关系,不是单独、简单的树状关系,要理清,靠的仍然是流程。没有流程永远搞不清楚。

流程是企业重大要素的融合、价值实现的载体。

流程五大要素与中航工业的实践

一个复杂的组织体,有输入也有输出,有外部约束和内部资源,但是,输出一定要创造价值。工厂作为一个复杂组织体,输入是什么?有很多市场调研,要研制什么产品,输入进来之后,决策机构要研究什么能干,什么不能干,这就是外部约束,法律法规、政策、财务、税务、人力资源等等,在能干的条件下调动内部资源,把上游关系、下游关系约束关系权利理清楚,把输入转化为有价值的输出。

这就是流程的五大要素:组织体、输入、输出、外部约束、内部资源。

流程梳理清楚,才有可能提出问题,如哪些流程是断头的,哪些没有输入,哪些有冗余,哪些输出没有价值,一下显性化了。端到端的流程解决方案让企业迈上一个巨大的台阶。

ARIS流程建模解决流程复杂体的一个最佳的工具。

中航工业集团与Software AG合作之前,画流程体系依靠excel表,花了好几年时间好不容易画清楚了,但组织机构一变,画的表全作废,没有人愿意再改第二遍。2010年双方合作之后,中航工业用Software AG的ARIS建立模型,因为流程是相互关联的,牵一发动全身,任何复杂的、立体的、网状的架构只要有一处变动,其他相关的流程系统自行调整。当年,中航工业集团全面推动了流程变革,核心就用的是ARIS。

以飞机研制整体流程为例,中航工业把产品研发流程模型化,把产品制造流程模型化,把产品交付与保障流程模型化,这个过程中,流程建模特别有价值。

总结

宁振波总结说,三体智能演进路径首先是连接,然后是持续,三是测量,四是预测,最后是优化。这个过程就是流程体系持续发展、优化进步的模型;智能制造的核心是工业软件,工业软件是软件定义的制造业;智能制造的本质就是软件化的工业技术与生产体系,它们促进生产关系的优化重构,而生产关系的优化和重构就是优化流程,流程就是核心。

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