把飛機塞進電腦，工業數字化難在哪
http://www.moduwu.com 2016-11-22 16:06 來源：解放日報
在互聯網時代,“數字化”這個詞很多人并不陌生。但是工業領域的“數字化”究竟意味著什么?是不是給一個設備,裝上芯片和傳感器,再通過后臺編程軟件,設備就能搖身一變,成為“智能”呢?
答案當然是否定的。如果如此簡單,那么每家制造企業只需要擴招一批軟件工程師,幫設備寫寫代碼就行了。可現實是,工業領域的智能化進程仍然緩慢。工業數字化的難點究竟在哪里?
中國企業普遍誤讀數字化
把整臺飛機都轉化成數據,“塞”進電腦里,由電腦運算試飛結果,不再像傳統工業那樣,先造出一臺真飛機,讓它去做真實的撞墻試驗
2016年7月,上海華佗路1號參觀者如云。GE(美國通用電氣公司)在亞洲設立的第一家數字創新坊剛剛在此成立。
很多人對GE的印象,還停留在過去那個涉足航空、醫療、石油天然氣、發電、水處理、能源管理、運輸等多個領域的工業制造企業。但從4年前,GE就旗幟鮮明地宣布,要轉型成為一家“軟件公司”。
這不是口頭說說的。上海的這家數字創新坊,投資1100萬美元,占地4000平方米,未來數年,這里預計將迎接超過上千名“碼農”(軟件程序員),而不是產業工人。數字創新坊的效果立竿見影:僅開張3個月,這里就接待了上千名客戶,一半是來洽談業務,一半是政府機關、企事業單位前來參觀。
這一切,都因為今天的智能制造、工業4.0,已經繞不開一個關鍵支撐:數字化。
“中國企業對數字化的理解普遍是迷茫的。”說這話的人是陳萍生,美國林肯大學工程博士、美國國家一級注冊工程師。近幾年,他時常被國內各大企業、高校論壇請去演講,幾乎成為中國工業4.0轉型的“宣講者”和“推進者”。
許多中國企業誤以為,給車間或設備裝個芯片,編個程序,機器就能“數字化”了。在陳萍生看來,這是一種誤讀。工業數字化最關鍵的不是生產端,而是更前面的設計端。
打一個比方。傳統工業中,有人制造出一臺新設備,他必須全部造完,零件組裝好,隨后試運行,而運行中發現錯誤,修改是很累的,零件拆了改,改了再裝,一次次人工試驗、動手安裝,最終才能完成。
數字化是什么意思呢?就是這臺設備無需真的“造”出來。把每一個零部件的材料、物理屬性、形狀大小全部輸入電腦,怎樣運作的工作原理也輸入電腦。隨后由電腦來模擬它運行時是什么狀況,會有哪些效果。工程師如果覺得結果不過關,可以直接在電腦里修改設計。
陳萍生舉例,20多年前,美國制造波音飛機時,已經采取整機“數字化”,把整臺飛機都轉化成數據,“塞”進電腦里,由電腦運算試飛結果,不再像傳統工業那樣,先造出一臺真飛機,讓它去做真實的撞墻試驗。其背后能節省大量的人力和物力成本,而后續的修改流程也簡單到不可思議。當時電腦運算的精準度已經達到99%以上。
這才是真正的“數字化”。簡言之,是把現實中的工廠,從設備、流水線到車間,一切都轉化成數據,由電腦虛擬運作,產生一個個模擬結果。不滿意,直接在電腦里改。如果等一切都已經變成物理設備,成為真實的生產線,再提什么“數字化”,就為時已晚了。
優秀工程師都做不了的事情,電腦能做
遺憾的是,中國目前大部分制造企業,并沒有數字化的能力。一提智能制造,大家第一反應就是趕緊買智能設備。但關鍵之處其實在設計端就開始了
數字化的另一個作用更加驚人。對某些產品來說,全世界最優秀的工程師都做不了的事情,電腦卻能勝任。
作為頂尖工程師,陳萍生解釋,許多零部件的運算,有限的人力壓根無法完成。比如說,一塊規則的方形零件,人力能夠計算它的效能,可一旦零件是不規則形狀,邊緣彎彎曲曲,人力就無法計算了。而不可思議的是,電腦卻能。電腦運算時,可以把這個不規則零件,分割成為成百上千個規則的小方塊,再合并出一個運算結果。
過去,有一些設備號稱是“黑箱”,一旦完成封裝,人類就無法知道其內部發生什么變化,難以測算。可是現在這些都不是問題,只要提前把設備“數字化”,電腦就能算出“黑箱”里面究竟會發生什么。
對當代工程師來說,有些計算真的只能依靠電腦。換個角度說,一家工廠如果不進行“數字化”,那么制造某些產品時,往往只能“兩眼一抹黑”。我們也能略微理解,為什么某些中國制造的產品性能,總是比不過先進的“德國制造”。
陳萍生曾經接觸過一位中國工廠老板,他雇傭的工程師耗費了很大精力,才組建出一臺重型設備,體積龐大,效能低,但工程師已經盡力。
同樣的產品,另一家外企用“數字化”設計后再制造,體積不到一半,形狀漂亮,性能也在電腦里調試到了最佳。電腦在模擬運作時,可以給出一系列數據,工程師發現哪些地方受力小,就去掉一些以節省體積,哪些地方比較關鍵就重點改良。而中國廠家的工程師卻非得讓真實的設備一遍遍跑結果,修改時還不能真的“拆箱”大動干戈。
“這不是工程師水平高下的問題。”陳萍生說,“這就是數字化和傳統工業制造的區別。”
機器與機器之間怎樣連接?工廠怎樣安排流水線才會效率最高?一個崗位究竟需要幾個工人最合適?一切都可以在電腦的虛擬世界計算,找出一個最佳方案。當電腦運作了成百上千個方案后,它就會變成一個工業“數據庫”,為管理者提供決策參考。管理者不用跑現場,生產管理統統變成了數字。
遺憾的是,中國目前大部分制造企業,并沒有數字化的能力。一提智能制造,大家第一反應就是趕緊買智能設備。但關鍵之處其實在設計端就開始了。
光螺絲釘就能每年節省0.5億美元
電腦發現,有些緊固扣件是類似的,不需要重復采購;有些可以重復使用,一個工廠用完,可以挪到另一個工廠繼續用。結果,GE現在每年少購買0.5億美元的緊固扣件。這一切,人工做不到
理解了數字化,再來看GE的數字創新坊,就不難理解這家工業企業究竟想干什么。
GE的數字化轉型,其實是從自己做起的。譚瑞忠,GE數字集團中國區數字化首席技術官、上海GE數字創新坊總經理,講了一個螺絲釘的故事。
GE全球有500多家生產工廠,每年螺絲釘等緊固扣件的采購量就達到2.5億美元。當生產管理全部數字化后,電腦發現,有些緊固扣件是類似的,不需要重復采購;有些可以重復使用,一個工廠用完,可以挪到另一個工廠繼續用。結果,GE現在每年少購買0.5億美元的緊固扣件。這一切,人工做不到,只有電腦能發現。由此類推,幾年中GE的全球工廠已經節省了5億美元。如今,GE在全球成立數字創新坊,就是想把這套數字化工廠的經驗作為新業務,推廣給更多的工業客戶。
對中國的工業來說,如今充滿機遇。
有一家中國汽車制造工廠的高管對譚瑞忠說,他們認為未來的汽車廠不僅是制造商,更是服務商,從制造業轉型成為服務業。就連專業做電梯的迅達公司,也宣布自己要做服務。全球每天大約有10億人在使用迅達電梯。電梯其實可以定位人的出行軌跡,集成很多消費數據,未來人們可以通過電梯定制服務。
這一輪制造業轉型發展已經跳躍了工業領域,向服務業“跨界”。而所有這一切,都需要制造廠商搭建一個互聯網的數據平臺。
譚瑞忠說,最近他接到溫州小企業的參觀請求。“這是好事,從側面說明中國工業的轉型需求其實非常迫切。許多小企業都開始意識到,不轉不行。”
想賺快錢,就別涉足工業
房地產和金融業不斷擠壓工業。裴威有一次回到深圳去見老同事們,大家聊了兩個小時,其中1小時被迫在聊房地產
有一個問題始終難以解釋:中國的大型制造企業,不缺錢,也不愁人,他們為什么不能自己組建軟件團隊,進行數字化轉型?
裴威(化名)原本是通訊領域的軟件工程師,而后投身于工業。作為一名IT人士,他把原因歸納為三點:
其一是付不起薪水。數字化必須依靠電腦的工程軟件。而國內一直以來都覺得軟件不值錢,盜版泛濫,售價很低。IT人士可以選擇做金融軟件、互聯網軟件,工資高,就業面廣,這樣就會覺得開發工業軟件實在得不償失。
“連三級軟件工程師都不愿意做工業軟件開發。”裴威說,即使不論薪水,退一步說,廠長和管理層必須接受軟件是貴的,十分重視軟件人才才行。而目前,能盈利的工業軟件只有一種模式:軟件和硬件必須綁定一起賣。
其二,軟件人才即使愿意來,但他對工廠業務不理解。如果不知道工廠有幾個工位,互相怎么配合,生產流程怎樣,即使是頂尖的軟件人才短期也難以施展才華。
比如東方國信智能系統有限公司給洗發水企業定制系統開發。不同的洗發水企業采購流程五花八門。有的采購完全外包,有的每月有計劃,有的半年才出一個計劃,需要程序員準確掌握工廠的生產流程,背后功夫可見一斑。
“在國內,沒有兩家工廠的自動化程度一樣,沒有兩家工廠的系統一樣。”裴威說,而歐美早已走過群雄混戰的階段,幾家大廠和服務商在自動化和生產流程上已經建立了封閉的標準。
其三,房地產和金融業不斷擠壓工業。裴威有一次回到深圳去見老同事們,大家聊了兩個小時,其中1小時被迫在聊房地產。他只能總結說:“想賺快錢,就別涉足工業。”
譚瑞忠也是一名軟件工程師,做了26年的“碼農”。上海的數字創新坊一半以上員工都來自IT企業,如IBM、微軟、蘋果等。IT公司在轉型時,總會碰到一個難以突破的瓶頸,“我們永遠是乙方,給甲方做軟件時,很難真正做到位,IT公司想深入了解某個專業領域是比較難的。”譚瑞忠說。
而GE自帶很深的工業背景,搭建數字集團時,相當于在內部完成工業和數字化的整合,一切變得容易了,也由此吸引了一批IT人才。
GE為什么有動力組建數字團隊呢?裴威這樣揣摩:
“GE自己就是參與飛機發動機制造的,發動機市場漸趨飽和,新訂單少了怎么辦?一個新興市場就是發動機維修也可以賺錢,GE可以用數字化技術搶占維修市場。簡單說,因為GE本身就是賣高端產品的,它現在從賣產品升級到賣服務,且它的服務對象都比較有錢,所以動力很足。”
什么是真正的工業4.0
工業4.0和3.0沒有本質區別。工業4.0時代頻繁提及的技術,其實3.0時代早就存在,只是今天電腦更快,科技便宜,溝通成本低,環境成熟了
陳萍生有一個觀點,許多人表示驚訝。他說:嚴格講,工業4.0和3.0沒有本質區別。
上世紀80年代,他在美國讀書時已經學到了3D打印、AI機器人、大數據。上世紀90年代,美國的飛機已經在電腦里虛擬試飛。甚至再往前追溯,1969年,美國通用汽車工廠已經使用工業機器人。到了2000年,汽車工廠還是機械手臂,除了動作更快,兩者沒有本質差別。理念沒變,科技也沒有顛覆性突破,那么4.0和3.0的差異是什么呢?
簡單說,以前的科技非常昂貴,不好普及。現在我們一部手機里的數據,30年前用整個客廳都裝不下,還需要配發電機組和冷卻設備,而今天所有數據都可以集成在小小的手機里,連小朋友都可以玩,人和科技之間沒有了距離。科技開始變得便宜和普及了。技術并沒有發生顛覆性改變,但是它在不斷優化。
對工程設計來說也是如此,30年前電腦要算3天,現在電腦只需要1分鐘。10年前,網絡視頻技術就有了,只是民用網絡寬帶沒普及。
工業4.0時代頻繁提及的技術,其實3.0時代早就存在,只是今天電腦更快,科技便宜,溝通成本低,環境成熟了。幾十年前研發飛機的伙伴大多是美國本土公司。但到了今天,全球供應商可以一起共同開發。
“我們也不必把工業4.0太過神話。”陳萍生說,理解了它的本質,就懂得怎么用好它。
數字創新坊的一位工程師也表示,現在中國制造廠商的數字化軟件,就是他20年前剛畢業時用的。
呂川,中國科技大學少年班博士,如今已是東方國信智能系統有限公司的運營負責人,他認為,工業4.0需要達到一些標準:
首先得滿足柔性生產,多品種小批量。其次是生產端能夠延伸到服務端,比如原先廠家只賣空調壓縮機殼,賣完交易結束,但現在它可以在殼上進行數據記錄和監控,一旦熔鑄的環境溫度有異常,比如撞車,數據能夠跟蹤變化,提前預警,這就從賣產品轉變為賣服務。GE 所代表的美國制造業提倡的“工業互聯網”,其核心就是服務。
而第三是資源配置,從單個生產孤島連接為云平臺、云工廠。比如某個紙質印刷需要高端印刷機,云工廠能把所有高端印刷設備信息匯總,任務指派給附近設備。換句話說,生產力變得可以流動,那將突破經濟學的常規理論。
每家工業公司都成為智能公司
工廠老板的思維就是不相信虛擬,他們巴不得所有東西都眼見為實,隨后弄個鐵架子鎖在辦公室里,這樣才安全
懂得了數字化是什么,中國制造如何追趕?譚瑞忠認為首先還是觀念問題。
大公司如英特爾、迅達電梯,包括GE自己,都是董事長和高管們先意識到轉型,接下來執行就順暢了。如果企業一把手沒有這種轉型意識,往往注定一場空。
中國制造業的發端,是從低端民生用品起家的。憑著人口紅利,中國工廠可以用成百上千工人給國外大廠代工。這兩種模式帶動了我們的制造業起步。所以中國的工廠老板一般都比較勤奮、刻苦、事必躬親,卻對科技理解不足,缺少管理系統意識,也缺少團隊運作意識。
“一些工廠老板的思維就是不相信虛擬,他們巴不得所有東西都眼見為實,隨后弄個鐵架子鎖在辦公室里,這樣才安全。”呂川說,目前只有幾家全球大企業如波音、GE等才有實踐案例。因為飛機制造在設計之初就是計算機直接模擬的,自然而然后面信息數據采集、數據庫管理等都比較容易。而除此之外的工業領域,普遍比較保守。
“我接觸到的企業主,大多都是重資產,重視動手。對于數字化太過陌生,也不理解電腦。”陳萍生說,他甚至把希望寄托在企業主的二代、三代們身上,這批年輕人在互聯網環境長大,對于數字化一講就能懂,理念轉變可能更快。
呂川對未來保持樂觀。過去,中國的制造業是從短缺經濟發展而來,產品完成八九分就能銷售一空。然而我們已經進入一個產能過剩的時代,自然會倒逼中國工廠精益求精。
“我們的金融、房地產、純互聯網產品即將進入下半場,紅利開始降低。而工業已經開始意識到必須轉型。誰轉得早,未來就有無限的可能。”
有人說,新工業時代,每一家工業公司都應該成為軟件與分析公司。也有學者歸納,美國的“工業互聯網”是以軟帶硬,德國的“工業4.0”是以硬帶軟。對中國企業而言,走德國模式設備太貴,走美國模式在第一步數據采集端就跟不上。
全球都沒有標準答案,中國企業的路看來只能慢慢摸索。(記者 龔丹韻)
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