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把飞机塞进电脑,工业数字化难在哪

把飞机塞进电脑,工业数字化难在哪

  在互联网时代,“数字化”这个词很多人并不陌生。但是工业领域的“数字化”究竟意味着什么?是不是给一个设备,装上芯片和传感器,再通过后台编程软件,设备就能摇身一变,成为“智能”呢?

  答案当然是否定的。如果如此简单,那么每家制造企业只需要扩招一批软件工程师,帮设备写写代码就行了。可现实是,工业领域的智能化进程仍然缓慢。工业数字化的难点究竟在哪里?

  中国企业普遍误读数字化

  把整台飞机都转化成数据,“塞”进电脑里,由电脑运算试飞结果,不再像传统工业那样,先造出一台真飞机,让它去做真实的撞墙试验

  2016年7月,上海华佗路1号参观者如云。GE(美国通用电气公司)在亚洲设立的第一家数字创新坊刚刚在此成立。

  很多人对GE的印象,还停留在过去那个涉足航空、医疗、石油天然气、发电、水处理、能源管理、运输等多个领域的工业制造企业。但从4年前,GE就旗帜鲜明地宣布,要转型成为一家“软件公司”。

  这不是口头说说的。上海的这家数字创新坊,投资1100万美元,占地4000平方米,未来数年,这里预计将迎接超过上千名“码农”(软件程序员),而不是产业工人。数字创新坊的效果立竿见影:仅开张3个月,这里就接待了上千名客户,一半是来洽谈业务,一半是政府机关、企事业单位前来参观。

  这一切,都因为今天的智能制造、工业4.0,已经绕不开一个关键支撑:数字化。

  “中国企业对数字化的理解普遍是迷茫的。”说这话的人是陈萍生,美国林肯大学工程博士、美国国家一级注册工程师。近几年,他时常被国内各大企业、高校论坛请去演讲,几乎成为中国工业4.0转型的“宣讲者”和“推进者”。

  许多中国企业误以为,给车间或设备装个芯片,编个程序,机器就能“数字化”了。在陈萍生看来,这是一种误读。工业数字化最关键的不是生产端,而是更前面的设计端。

  打一个比方。传统工业中,有人制造出一台新设备,他必须全部造完,零件组装好,随后试运行,而运行中发现错误,修改是很累的,零件拆了改,改了再装,一次次人工试验、动手安装,最终才能完成。

  数字化是什么意思呢?就是这台设备无需真的“造”出来。把每一个零部件的材料、物理属性、形状大小全部输入电脑,怎样运作的工作原理也输入电脑。随后由电脑来模拟它运行时是什么状况,会有哪些效果。工程师如果觉得结果不过关,可以直接在电脑里修改设计。

  陈萍生举例,20多年前,美国制造波音飞机时,已经采取整机“数字化”,把整台飞机都转化成数据,“塞”进电脑里,由电脑运算试飞结果,不再像传统工业那样,先造出一台真飞机,让它去做真实的撞墙试验。其背后能节省大量的人力和物力成本,而后续的修改流程也简单到不可思议。当时电脑运算的精准度已经达到99%以上。

  这才是真正的“数字化”。简言之,是把现实中的工厂,从设备、流水线到车间,一切都转化成数据,由电脑虚拟运作,产生一个个模拟结果。不满意,直接在电脑里改。如果等一切都已经变成物理设备,成为真实的生产线,再提什么“数字化”,就为时已晚了。

  优秀工程师都做不了的事情,电脑能做

  遗憾的是,中国目前大部分制造企业,并没有数字化的能力。一提智能制造,大家第一反应就是赶紧买智能设备。但关键之处其实在设计端就开始了

  数字化的另一个作用更加惊人。对某些产品来说,全世界最优秀的工程师都做不了的事情,电脑却能胜任。

  作为顶尖工程师,陈萍生解释,许多零部件的运算,有限的人力压根无法完成。比如说,一块规则的方形零件,人力能够计算它的效能,可一旦零件是不规则形状,边缘弯弯曲曲,人力就无法计算了。而不可思议的是,电脑却能。电脑运算时,可以把这个不规则零件,分割成为成百上千个规则的小方块,再合并出一个运算结果。

  过去,有一些设备号称是“黑箱”,一旦完成封装,人类就无法知道其内部发生什么变化,难以测算。可是现在这些都不是问题,只要提前把设备“数字化”,电脑就能算出“黑箱”里面究竟会发生什么。

  对当代工程师来说,有些计算真的只能依靠电脑。换个角度说,一家工厂如果不进行“数字化”,那么制造某些产品时,往往只能“两眼一抹黑”。我们也能略微理解,为什么某些中国制造的产品性能,总是比不过先进的“德国制造”。

  陈萍生曾经接触过一位中国工厂老板,他雇佣的工程师耗费了很大精力,才组建出一台重型设备,体积庞大,效能低,但工程师已经尽力。

  同样的产品,另一家外企用“数字化”设计后再制造,体积不到一半,形状漂亮,性能也在电脑里调试到了最佳。电脑在模拟运作时,可以给出一系列数据,工程师发现哪些地方受力小,就去掉一些以节省体积,哪些地方比较关键就重点改良。而中国厂家的工程师却非得让真实的设备一遍遍跑结果,修改时还不能真的“拆箱”大动干戈。

  “这不是工程师水平高下的问题。”陈萍生说,“这就是数字化和传统工业制造的区别。”

  机器与机器之间怎样连接?工厂怎样安排流水线才会效率最高?一个岗位究竟需要几个工人最合适?一切都可以在电脑的虚拟世界计算,找出一个最佳方案。当电脑运作了成百上千个方案后,它就会变成一个工业“数据库”,为管理者提供决策参考。管理者不用跑现场,生产管理统统变成了数字。

  遗憾的是,中国目前大部分制造企业,并没有数字化的能力。一提智能制造,大家第一反应就是赶紧买智能设备。但关键之处其实在设计端就开始了。

  光螺丝钉就能每年节省0.5亿美元

  电脑发现,有些紧固扣件是类似的,不需要重复采购;有些可以重复使用,一个工厂用完,可以挪到另一个工厂继续用。结果,GE现在每年少购北京赛车pk10买0.5亿美元的紧固扣件。这一切,人工做不到

  理解了数字化,再来看GE的数字创新坊,就不难理解这家工业企业究竟想干什么。

  GE的数字化转型,其实是从自己做起的。谭瑞忠,GE数字集团中国区数字化首席技术官、上海GE数字创新坊总经理,讲了一个螺丝钉的故事。

  GE全球有500多家生产工厂,每年螺丝钉等紧固扣件的采购量就达到2.5亿美元。当生产管理全部数字化后,电脑发现,有些紧固扣件是类似的,不需要重复采购;有些可以重复使用,一个工厂用完,可以挪到另一个工厂继续用。结果,GE现在每年少购买0.5亿美元的紧固扣件。这一切,人工做不到,只有电脑能发现。由此类推,几年中GE的全球工厂已经节省了5亿美元。如今,GE在全球成立数字创新坊,就是想把这套数字化工厂的经验作为新业务,推广给更多的工业客户。

  对中国的工业来说,如今充满机遇。

  有一家中国汽车制造工厂的高管对谭瑞忠说,他们认为未来的汽车厂不仅是制造商,更是服务商,从制造业转型成为服务业。就连专业做电梯的迅达公司,也宣布自己要做服务。全球每天大约有10亿人在使用迅达电梯。电梯其实可以定位人的出行轨迹,集成很多消费数据,未来人们可以通过电梯定制服务。

  这一轮制造业转型发展已经跳跃了工业领域,向服务业“跨界”。而所有这一切,都需要制造厂商搭建一个互联网的数据平台。

  谭瑞忠说,最近他接到温州小企业的参观请求。“这是好事,从侧面说明中国工业的转型需求其实非常迫切。许多小企业都开始意识到,不转不行。”

  想赚快钱,就别涉足工业

  房地产和金融业不断挤压工业。裴威有一次回到深圳去见老同事们,大家聊了两个小时,其中1小时被迫在聊房地产

  有一个问题始终难以解释:中国的大型制造企业,不缺钱,也不愁人,他们为什么不能北京赛车pk10官网自己组建软件团队,进行数字化转型?

  裴威(化名)原本是通讯领域的软件工程师,而后投身于工业。作为一名IT人士,他把原因归纳为三点:

  其一是付不起薪水。数字化必须依靠电脑的工程软件。而国内一直以来都觉得软件不值钱,盗版泛滥,售价很低。IT人士可以选择做金融软件、互联网软件,工资高,就业面广,这样就会觉得开发工业软件实在得不偿失。

  “连三级软件工程师都不愿意做工业软件开发。”裴威说,即使不论薪水,退一步说,厂长和管理层必须接受软件是贵的,十分重视软件人才才行。而目前,能盈利的工业软件只有一种模式:软件和硬件必须绑定一起卖。

  其二,软件人才即使愿意来,但他对工厂业务不理解。如果不知道工厂有几个工位,互相怎么配合,生产流程怎样,即使是顶尖的软件人才短期也难以施展才华。

  比如东方国信智能系统有限公司给洗发水企业定制系统开发。不同的洗发水企业采购流程五花八门。有的采购完全外包,有的每月有计划,有的半年才出一个计划,需要程序员准确掌握工厂的生产流程,背后功夫可见一斑。

  “在国内,没有两家工厂的自动化程度一样,没有两家工厂的系统一样。”裴威说,而欧美早已走过群雄混战的阶段,几家大厂和服务商在自动化和生产流程上已经建立了封闭的标准。

  其三,房地产和金融业不断挤压工业。裴威有一次回到深圳去见老同事们,大家聊了两个小时,其中1小时被迫在聊房地产。他只能总结说:“想赚快钱,就别涉足工业。”

  谭瑞忠也是一名软件工程师,做了26年的“码农”。上海的数字创新坊一半以上员工都来自IT企业,如IBM、微软、苹果等。IT公司在转型时,总会碰到一个难以突破的瓶颈,“我们永远是乙方,给甲方做软件时,很难真正做到位,IT公司想深入了解某个专业领域是比较难的。”谭瑞忠说。

  而GE自带很深的工业背景,搭建数字集团时,相当于在内部完成工业和数字化的整合,一切变得容易了,也由此吸引了一批IT人才。

  GE为什么有动力组建数字团队呢?裴威这样揣摩:

  “GE自己就是参与飞机发动机制造的,发动机市场渐趋饱和,新订单少了怎么办?一个新兴市场就是发动机维修也可以赚钱,GE可以用数字化技术抢占维修市场。简单说,因为GE本身就是卖高端产品的,它现在从卖产品升级到卖服务,且它的服务对象都比较有钱,所以动力很足。”

  什么是真正的工业4.0

  工业4.0和3.0没有本质区别。工业4.0时代频繁提及的技术,其实3.0时代早就存在,只是今天电脑更快,科技便宜,沟通成本低,环境成熟了

  陈萍生有一个观点,许多人表示惊讶。他说:严格讲,工业4.0和3.0没有本质区别。

  上世纪80年代,他在美国读书时已经学到了3D打印、AI机器人、大数据。上世纪90年代,美国的飞机已经在电脑里虚拟试飞。甚至再往前追溯,1969年,美国通用汽车工厂已经使用工业机器人。到了2000年,汽车工厂还是机械手臂,除了动作更快,两者没有本质差别。理念没变,科技也没有颠覆性突破,那么4.0和3.0的差异是什么呢?

  简单说,以前的科技非常昂贵,不好普及。现在我们一部手机里的数据,30年前用整个客厅都装不下,还需要配发电机组和冷却设备,而今天所有数据都可以集成在小小的手机里,连小朋友都可以玩,人和科技之间没有了距离。科技开始变得便宜和普及了。技术并没有发生颠覆性改变,但是它在不断优化。

  对工程设计来说也是如此,30年前电脑要算3天,现在电脑只需要1分钟。10年前,网络视频技术就有了,只是民用网络宽带没普及。

  工业4.0时代频繁提及的技术,其实3.0时代早就存在,只是今天电脑更快,科技便宜,沟通成本低,环境成熟了。几十年前研发飞机的伙伴大多是美国本土公司。但到了今天,全球供应商可以一起共同开发。

  “我们也不必把工业4.0太过神话。”陈萍生说,理解了它的本质,就懂得怎么用好它。

  数字创新坊的一位工程师也表示,现在中国制造厂商的数字化软件,就是他20年前刚毕业时用的。

  吕川,中国科技大学少年班博士,如今已是东方国信智能系统有限公司的运营负责人,他认为,工业4.0需要达到一些标准:

  首先得满足柔性生产,多品种小批量。其次是生产端能够延伸到服务端,比如原先厂家只卖空调压缩机壳,卖完交易结束,但现在它可以在壳上进行数据记录和监控,一旦熔铸的环境温度有异常,比如撞车,数据能够跟踪变化,提前预警,这就从卖产品转变为卖服务。GE 所代表的美国制造业提倡的“工业互联网”,其核心就是服务。

  而第三是资源配置,从单个生产孤岛连接为云平台、云工厂。比如某个纸质印刷需要高端印刷机,云工厂能把所有高端印刷设备信息汇总,任务指派给附近设备。换句话说,生产力变得可以流动,那将突破经济学的常规理论。

  每家工业公司都成为智能公司

  工厂老板的思维就是不相信虚拟,他们巴不得所有东西都眼见为实,随后弄个铁架子锁在办公室里,这样才安全

  懂得了数字化是什么,中国制造如何追赶?谭瑞忠认为首先还是观念问题。

  大公司如英特尔、迅达电梯,包括GE自己,都是董事长和高管们先意识到转型,接下来执行就顺畅了。如果企业一把手没有这种转型意识,往往注定一场空。

  中国制造业的发端,是从低端民生用品起家的。凭着人口红利,中国工厂可以用成百上千工人给国外大厂代工。这两种模式带动了我们的制造业起步。所以中国的工厂老板一般都比较勤奋、刻苦、事必躬亲,却对科技理解不足,缺少管理系统意识,也缺少团队运作意识。

  “一些工厂老板的思维就是不相信虚拟,他们巴不得所有东西都眼见为实,随后弄个铁架子锁在办公室里,这样才安全。”吕川说,目前只有几家全球大企业如波音、GE等才有实践案例。因为飞机制造在设计之初就是计算机直接模拟的,自然而然后面信息数据采集、数据库管理等都比较容易。而除此之外的工业领域,普遍比较保守。

  “我接触到的企业主,大多都是重资产,重视动手。对于数字化太过陌生,也不理解电脑。”陈萍生说,他甚至把希望寄托在企业主的二代、三代们身上,这批年轻人在互联网环境长大,对于数字化一讲就能懂,理念转变可能更快。

  吕川对未来保持乐观。过去,中国的制造业是从短缺经济发展而来,产品完成八九分就能销售一空。然而我们已经进入一个产能过剩的时代,自然会倒逼中国工厂精益求精。

  “我们的金融、房地产、纯互联网产品即将进入下半场,红利开始降低。而工业已经开始意识到必须转型。谁转得早,未来就有无限的可能。”

  有人说,新工业时代,每一家工业公司都应该成为软件与分析公司。也有学者归纳,美国的“工业互联网”是以软带硬,德国的“工业4.0”是以硬带软。对中国企业而言,走德国模式设备太贵,走美国模式在第一步数据采集端就跟不上。

  全球都没有标准答案,中国企业的路看来只能慢慢摸索。

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