號脈《中國制造2025》——裝備制造企業應如何突破困局

中航工業綜合技術研究所副總師、中國航空科技發展戰略研究專家組成員、國防科工委飛機制造業數字化工程專家 寧振波

制造業企業的分類、診斷與度量

裝備制造行業的產品研制有四個關鍵的階段：方案設計、工程研制、批生產和服務保障。方案設計包含兩個階段：一是需求分析、概念設計；二是總體的方案設計等。工程研制是指產品總體方案凍結后的產品研發階段。之后便可進入到生產階段和服務保障階段。這四個階段關注的內容是不一樣的，因此指導方法和管理手段完全不同，但是在系統工程思想的指導下，可以把這四個階段統籌考慮。

由于各類裝備制造業企業千差萬別，現代企業分工越來越細，必須業有所專。從產品復雜度來說，類似航空母艦這樣的結構件有上億的復雜產品，飛機有幾百萬零部件，汽車的零部件也有上萬件，其中簡單產品的數量屈指可數；從專業分類來說，八大專業門類以機械結構為中心，根據需要加入電、光、磁、聲、流體、熱和核的任意構成，形成了各種產品。各個企業生產不同產品，指導思想不同，工作方法不同，采用的工具各自不同，因此合理的分類必不可少。

分類方法為：對于生產同類產品的企業可合并同類項，預備相同或類似的解決方案；對于不同類型的企業，需要找出不同的解決方案；另外，同類型企業由于發展階段不同，需準備同一解決方案的不同技術路線。這樣通過分層次、分階段，即可完成我國制造業企業的分類。

現在正是“十三五”規劃的關鍵階段，編制規劃的方法學是：目標減去現狀就可以得到規劃方案。如何把規劃落在實處，這是難點和重點。目標是由現狀確定的，然而現狀卻很難判定。評判現狀就好似中醫的號脈，現狀的診斷是核心。只有診斷對了問題，方可對癥下藥。

但是，我國制造業企業的現狀是基本上只能定性描述，卻無法量化考核。管理學大師彼得·德魯克曾言：“你如果無法度量它，就無法管理它?！毖b備制造業企業的現狀是缺少評價衡量的標準和工具。這就導致企業現狀定位模糊、混沌，規劃目標設定易偏高或偏低，不符合實際。因此，需要一把標桿和尺子度量企業水平。

企業的成熟度和產品的成熟度如何評價？有三個參考方法。第一個是MBE評級（見圖1），這是美國國防部于1999年提出的對于企業能力的評估方法，非常值得借鑒。第二個是雷達圖法，以信息化程度來評價。第一輪評價后，對于短項，可以加重考核尺度、增大投資力度，實行動態調整評價。第三個是借鑒軟件成熟度模型CMMI。眾所周知，近30年，信息產業發展迅速，大量信息化人才聚集在硅谷，形成一個創新的大生態環境。由于大量人才的聚集，形成了一定優秀的管理思想，這些思想是可以應用到傳統企業里的。軟件成熟度評價就是其中一項。CMMI模型是美國卡內基-梅隆大學提出的。CMMI模型（見圖2）共五個等級，分別為初始級、可重復級、定義級、管理級和優化級。

工業化的標志是標準化、模塊化、系列化及大批量生產產品的一致性。而我國的現實情況是在生產產品時，當發現設計或工藝出了問題，生產人員通常會在生產時自行采用修補手段，以求達到合格標準，這樣就造成了設計圖樣、工藝和最終產品的不一致。因此，我國制造業企業生產產品的一致性亟待提高，對此首先要解決的就是嚴格守“法”。在歐洲和美國這樣的制造業強大的地區，當發現設計或工藝出現問題時，會及時修改設計或工藝，同時會嚴格按照設計或工藝執行，禁止在生產時自行采取修補手段，這樣其產品的一致性自然就高，質量也得到了保證。標準是工業界最高的“法律”，應嚴格執行。但遺憾的是，按照CMMI模型第二級可重復級評判，即產品的一致性評判，我國90%的制造業企業可能就已經無法達標了。

歐洲和美國是先完成了工業化，然后進入到了信息化社會，這是一個串行的過程。而中國工業化還未完成就進入到信息化社會，所以將工業化和信息化融合極為重要。工業化和信息化相融合遠不止將信息化軟件應用到制造業，更重要的是要將優秀的管理思想推廣應用。

圖1 MBE評級

圖2 CMMI模型

大道至簡，Cyber在航空制造業中的應用

近年來，隨著科技的飛速發展，新一輪的科技革命——IT革命悄然來襲，大數據的共享與分析、數字化與智能化成為必然趨勢，這給傳統制造業帶來了強烈的沖擊。為讓制造業在IT革命的沖擊下存活下來并繼續發展，全球制造業大國紛紛出臺應對策略：德國工業4.0、美國GE、工業互聯網、AVM自適應航空航天運載器計劃、美國制造業回歸、CPS（賽博物理系統）、智能制造、中國兩化融合、“互聯網+”及《中國制造2025》……

這些戰略實際上異曲同工，都是手段和方法，目標就是把傳統的工業體系（以試錯法為核心）轉型為現代工業體系（以數字化網絡化為核心）。提法的不同實質上是美國、德國和中國處于不同發展階段提出的戰略。《中國制造2025》明確指出：創新引領、提質增效、綠色制造，以兩化深度融合為主線，以智能制造業為突破口。智能制造通過人與智能機器的合作共事，擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。智能制造更新了制造自動化的概念，將其擴展到柔性化、智能化和高度集成化。

欲知智能制造，必須了解C P S（賽博物理系統），欲了解CPS，必須先理解Cyber（賽博）。Cyber與Information（信息）區別很大。Cyber是控制、網絡、協同、眾創和虛擬。Cyber源自希臘語單詞Kubernetes，意思為舵手。1947年，維納的《控制論》中出現Cybernetics一詞，譯為控制。1967年，國際互聯網先驅Darpa為編制兩臺不同計算機的通信協議，第一次提出了Cyberspace（賽博空間）的概念?，F在，Cyber多作為前綴，代表與Internet或電腦相關的事物，即采用電子或計算機進行的控制。Cyber與Information的區別是：Cyber是一種控制機制，藉由信息來控制物質、能量和信息；而Information是被控制的載體。

過去的產品研制是在物理空間的樣機設計、制造及試驗，而現在的產品研制是在Cyber空間中設計出數字樣機，包括機械系統的數字樣機、復雜的系統模型及流體模型等，當今的制造是從數字樣機到實物產品。在仿真方面，以前是實物模型，然后是半實物模型，未來的發展趨勢是必須要走全數字模型的虛擬仿真的道路。

制造業有兩個很重要的要素：BOM和BOP。有言道，制造業得BOM者得天下。BOM即物料清單、產品結構表。BOP即流程清單，實際內涵就是標準。而標準需要落到作業指導書（即崗位說明書）上。這里所指的作業指導書已經不僅限于手冊或word文檔，而是MBI，即基于模型的作業指導書。

以飛機研制為例，在Cyber空間做產品方案設計和產品設計、產品分析仿真，隨后是工藝設計、工藝仿真，然后是工裝設計、工裝仿真，接著是裝配設計、裝配仿真，最后在計算機上建立一個虛擬的飛行環境，進行飛機的虛擬飛行。這樣即實現了從設計到飛行的全程數字化（見圖3）。在這個過程中可以不斷發現設計、工藝、制造、裝配及試驗的問題，可在計算機上迭代修改，這就形成了產品協同研發平臺。當所有問題解決之后，就可進入到生產制造環節，即Cyber物理空間生產，當然生產過程也需全程數字化。中航工業飛機研制大量的生產實例，研究的是虛實精確映射、賽博控制實體，這是必然的發展方向。

智能制造是在網絡化、數字化的基礎上，融入人工智能和機器人技術，形成人、機、物相互交互與深度融合的新一代制造系統。網絡化即互通互聯，將人、機、物聯起來并不是一件容易的事。在聯人方面，美國已有報道證明技術上可實現，將芯片植入人體做試驗，但這面臨重大的道德、法律風險。機分為兩類：一類是生產、試驗、測試及檢測的設備，另外一類是水、暖、電、氣、溫度、濕度、壓力和環境等設施。將這些聯起來才能保證產品生產的高質量、高水平。在聯物方面，有內部物流和外部物流之分，外部物流指電子商務；內部物流以制造業為例，指的是從原材料進入工廠起，進行鍛造、鑄造、車銑、刨磨、表面處理、電鍍及裝配等，到最終形成產品。這里產品形態每時每刻都在變化，狀態很難控制，所以內部物流是聯物的難點。

如圖4所示，智能制造必然是以智能設計為切入點，向后延伸到智能工藝、生產和智能服務，向上延伸到智能管理。具體如何做？必然是從智能裝備做起，到智能單元再到智能生產線。要注意的是，智能制造的特征（見圖5）是狀態感知、實時分析、自主決策和精準執行，這是形成一個閉環的幾個重要環節，可重復迭代。

圖3 數字化生產線

圖 4

結語

我國工業發展較不均衡，有濟二、華為、聯想和海爾這樣的世界一流企業，也有很多手工作坊型的中小企業。這種不均衡性決定了信息時代中國制造業實現智能制造的戰略必然是工業2.0補課、工業3.0普及、工業4.0示范。目前，我國國內公開有94家智能制造示范試點。在“十三五”期間，在試點示范過程中形成標準和規范，“十四五”大規模推廣。在這種形勢下，亟需做的是診斷分類：哪些企業需要補課，哪些需要普及，哪些可以示范。

喬布斯于2005年在斯坦福大學的演講中提到“Stay hungry，stay foolish（如饑似渴，如癡如呆）”。在新技術、新知識面前，我們需要如饑似渴地學習，并且要把自己當成傻瓜一樣去學習，這樣才能有所收獲。