文/曉雷

沒有喝彩也要前行
——清華大學(xué)莫欣農(nóng)教授的MRO夢

文/曉雷

為應(yīng)對第四次工業(yè)革命的大潮悄然來襲，作為我國知名學(xué)者，清華大學(xué)莫欣農(nóng)教授和他的同伴們開啟了艱難的MRO登峰之旅。雖路途坎坷，仍砥礪前行；縱使無人喝彩，依然低頭奮進(jìn)、孜孜不輟。

莫欣農(nóng)：畢業(yè)于清華大學(xué)工程數(shù)學(xué)力學(xué)系流體力學(xué)專業(yè),后續(xù)攻清華大學(xué)力學(xué)系動力學(xué)與控制專業(yè)碩士學(xué)位。先后參加水利建設(shè)丶船舶制造丶衛(wèi)星總體設(shè)計丶CAD/PDM系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用丶組建合資計算機(jī)公司丶擔(dān)任外資軟件公司顧問等工作。歷任航天部衛(wèi)星總體設(shè)計部姿態(tài)控制設(shè)計高級工程師、航天CAD/CAM培訓(xùn)中心AVIDM（國產(chǎn)PDM軟件）系統(tǒng)開發(fā)的圖形組長。并先后在美國CV公司、SUN公司、EDS公司任PDM高級顧問?，F(xiàn)為清華大學(xué)軟件學(xué)院兼職教授,擔(dān)任國家863計劃的PLM通用業(yè)務(wù)參考模型丶實施效益評價和實施方法論研究課題組組長,參與國家863計劃的MRO課題研究。

編者按：從美國CPS系統(tǒng)及德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略的發(fā)布，到“中國制造2025”規(guī)劃的醞釀，人們對于第四次工業(yè)革命的關(guān)注日益高漲，對于其美妙藍(lán)圖的描述和相關(guān)進(jìn)展的報道頻頻見諸于媒體和網(wǎng)絡(luò)。相對輿論的甚囂塵上，在那些走在最前沿、從事相關(guān)研發(fā)的科技權(quán)威眼中，未來的第四次工業(yè)革命將走向何方？

為此，記者有幸在清華軟件學(xué)院采訪到了莫欣農(nóng)教授——我國最早從事智能制造相關(guān)項目MRO課題的研究者之——一位在我國這塊曾經(jīng)是MRO荒原上開荒辟路的先行者；一位從零開始攻關(guān)MRO課題、并以相關(guān)成果成為國家科技進(jìn)步二等獎獲得者之一的年近七十高齡、仍在為我國MRO研發(fā)、推廣以及MRO人才的培養(yǎng)傾注心血、默默耕耘的耆德碩老。

MRO（Maintenance, Repair Overhaul Operation）源于國外，最初應(yīng)用于航空設(shè)備的管理。是一項對大型復(fù)雜設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、維修、大修及運營管理的服務(wù)項目。“第四次工業(yè)革命剛剛起步，仍在不斷的探索中，也許還要經(jīng)歷幾年、十幾年，甚至更長時間的完善，我們只能砥礪前行”。在莫教授眼中：“先端科研總是走要在需求展現(xiàn)之前，不想落后于人，就只能在荒蕪的土地上低頭前行，很多時候，前面沒有你可以抬頭看到的方向，你只能走一步看一步，沒有鮮花、沒有喝彩，在這個漫長的行程中，必須能夠耐得了寂寞、承受得住失敗，幸好我的身邊還有默默同行的伙伴”。

工業(yè)4.0時代，智能、網(wǎng)絡(luò)、信息深度融合

問：自今年下半年以來，對于“中國制造2025”規(guī)劃醞釀中的種種猜想，以及其進(jìn)展的頻繁曝光，繼美國2006年2月發(fā)布《美國競爭力計劃》，將信息物理系統(tǒng)(CyberPhysicsSystem，簡稱CPS)列為重要研究項目及2013年4月德國推出德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略之后，再一次引發(fā)了人們對于“工業(yè)智能化”的熱議。請您談?wù)劇爸袊圃?025”規(guī)劃、德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略和美國CPS這三者之間的異同。

莫欣農(nóng)：自上世紀(jì)90年代以來，我國制造業(yè)發(fā)展迅猛。國家統(tǒng)計局發(fā)布的報告顯示，隨著工業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)的加強(qiáng)，生產(chǎn)能力的不斷擴(kuò)張，我國已經(jīng)逐漸成為一個世界制造業(yè)大國。而我國制造業(yè)花攢錦簇、舉世矚目的背后，則是研發(fā)投入不足、勞動生產(chǎn)率低、管理能力差、盈利下降及耗能高等“大而不強(qiáng)”的無奈與窘迫。為將我國打造成制造業(yè)強(qiáng)國，中國工程院于去年年底提出編制“中國制造2025”發(fā)展綱要。核心為“創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化”，主線是“信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造”。

其后，工信部會同國家發(fā)展改革委、財政部，著手制定《中國制造2025》規(guī)劃綱要，為中國制造業(yè)勾勒發(fā)展藍(lán)圖。自此“中國制造2025”規(guī)劃作為中國制造業(yè)未來10年的頂層規(guī)劃和路線圖，開始醞釀并逐漸升溫。至今年7月底，中國工程院將泉州列為“中國制造2025”地方樣板，并規(guī)劃其三大核心：智能制造，質(zhì)量品牌提升和服務(wù)型制造。

德國“工業(yè)4.0”概念的提出，源于2011年漢諾威工業(yè)博覽會，最初的想法只是通過物聯(lián)網(wǎng)等媒介來提高德國制造業(yè)水平。兩年后《保障德國制造業(yè)的未來：關(guān)于實施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略的建議》的報告發(fā)表，定義“工業(yè)4.0”的核心為信息物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)的融合創(chuàng)新。同時指出，“工業(yè)4.0”會將智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)投入到工業(yè)應(yīng)用中，從而進(jìn)一步鞏固德國作為生產(chǎn)地以及制造設(shè)備供應(yīng)國和IT業(yè)務(wù)解決方案供應(yīng)國的領(lǐng)先地位。

CPS的出現(xiàn)源于2005年5月，美國國會要求美國科學(xué)院評估美國的技術(shù)競爭力，并提出維持和提高這種競爭力的建議。同年年底研究報告《站在風(fēng)暴之上》問世，次年年初《美國競爭力計劃》將CPS列為重要的研究項目。

CPS作為計算進(jìn)程和物理進(jìn)程的統(tǒng)一體，是集成計算、通信與控制于一體的智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過人機(jī)交互接口實現(xiàn)和物理進(jìn)程的交互，使用網(wǎng)絡(luò)化空間以遠(yuǎn)程的、可靠的、實時的、安全的、協(xié)作的方式操控一個物理實體。包含了環(huán)境感知、嵌入式計算、網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)控制等系統(tǒng)工程，使物理系統(tǒng)具有計算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)作和自治功能。它注重計算資源與物理資源的緊密結(jié)合與協(xié)調(diào)。CPS是在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，深度融合計算、通信和控制能力的可控可信可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)，它通過計算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實現(xiàn)深度融合和實時交互來增加或擴(kuò)展新的功能，以安全、可靠、高效和實時的方式檢測或者控制物理實體。

通過對“中國制造2025”規(guī)劃、德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略和美國CPS這三者的對比，我們不難發(fā)現(xiàn)，雖然說法各異，但究其根本，其核心均為智能、網(wǎng)絡(luò)、信息三者的深度融合。作為工業(yè)史上的第四次變革，從本質(zhì)上講，這三者可謂異曲同工，均可以稱之為工業(yè)4.0。

問：請您談?wù)勀鷮τ诠I(yè)史上的這次變革——工業(yè)4.0的認(rèn)識。

莫欣農(nóng)：首先讓我們回顧一下工業(yè)史上以往的三次變革，或者說三次工業(yè)革命。18世紀(jì)的第一次工業(yè)革命，源于蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，實現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)；19世紀(jì)的第二次工業(yè)革命，是電力的應(yīng)用所帶來的大規(guī)模化流水線生產(chǎn)；20世紀(jì)的第三次工業(yè)革命，歸功于電子信息技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了工業(yè)自動化。而這第四次工業(yè)革命的起步，則得益于計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)從量變到質(zhì)變的發(fā)展與應(yīng)用，我們可以稱這為工業(yè)智能化。

工業(yè)智能化是通過物聯(lián)網(wǎng)、信息通信技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析，把不同設(shè)備通過數(shù)據(jù)交互連接到一起，讓工廠內(nèi)部，甚至工廠之間都能成為一個整體，在自動化之上，形成制造的智能化。其戰(zhàn)略核心為智能制造。包含兩大主題：智能工廠與智能生產(chǎn)。

智能工廠主要關(guān)注智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)。

我們現(xiàn)在談及工業(yè)生產(chǎn)，常常要講集中、集群，看起來這樣似乎更便捷、更經(jīng)濟(jì)。然而隨著城市的快速發(fā)展，這種高度集中帶來的是通勤時間的增加、物流成本的上升和環(huán)境資源的分配不當(dāng)。而智能工廠則可以因地制宜、合理分配有限資源，分散建廠，統(tǒng)一各廠的機(jī)械、電器和通信標(biāo)準(zhǔn)。以物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，智能制造設(shè)備可對生產(chǎn)過程進(jìn)行智能化監(jiān)控。由此，智能工廠能夠自行運轉(zhuǎn)，且工廠間零件與機(jī)器可以相互交流。結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，智能工廠還能對生產(chǎn)與修理作出可能的提示。這使得工廠設(shè)備脫離固有生產(chǎn)線的束縛，可以不斷做出智能的調(diào)整，從而使得一次性生產(chǎn)的產(chǎn)品也可以通過頗具收益的方式制造出來，打破了標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的成本優(yōu)勢。

智能生產(chǎn)是在智能工廠的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加入了人的要素，同時強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)過程本身，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動、3D打印以及增材制造等技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。目前大部分制造系統(tǒng)都采用集中式控制方案，在中央控制機(jī)器上獨立地進(jìn)行處理，工人主要負(fù)責(zé)監(jiān)控維修控制機(jī)器。未來的智能生產(chǎn)是以人為中心的基于CPS為智能輔助系統(tǒng)創(chuàng)造更優(yōu)秀的人機(jī)互動模式。

智能維修，綜合化、網(wǎng)絡(luò)化是大勢所趨

問：您對工業(yè)4.0的描述，的確給了我們一個很美好的預(yù)期，那么面對工業(yè)4.0——這一歷史變革之潮，我們該從哪里入手，需要做些什么呢？

莫欣農(nóng)：工業(yè)4.0”的核心組成可以分為制造、信息物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)三個部分。以德國、美國為例，在制造方面，德國有優(yōu)勢；信息物聯(lián)網(wǎng)方面，美國有優(yōu)勢；而我國在互聯(lián)網(wǎng)方面，則擁有著優(yōu)勢的人力資源基礎(chǔ)和巨大的發(fā)展?jié)摿?。從這部分入手，充分發(fā)揮我們的人力資源優(yōu)勢，也許可以成為我國工業(yè)4.0發(fā)展的一個契機(jī)。

說到人力資源的應(yīng)用，設(shè)備的維護(hù)、維修及運營操作無疑占有舉足輕重的地位。這里我們就要談到智能維修和傳統(tǒng)維修的區(qū)別了。

相對于傳統(tǒng)的事后維修、預(yù)防維修、定期檢修，智能維修更接近于預(yù)測性維修，但比之更先進(jìn)、更廣泛。計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，促使智能維修將向著綜合化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，與傳統(tǒng)維修有著顯著的差異，主要表現(xiàn)為以下四點。

維修計劃：將設(shè)備狀態(tài)、運營情況、維修記錄及財務(wù)分析等有機(jī)的融合在一起，通盤考慮權(quán)衡，實現(xiàn)優(yōu)化維修決策、維修規(guī)劃、維修訓(xùn)練及備件計劃等多項功能。

狀態(tài)監(jiān)測：依據(jù)監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析比對，自動做出增減監(jiān)測頻次、調(diào)整監(jiān)測項目等決策并實施。

數(shù)據(jù)分析：自動進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測大數(shù)據(jù)的處理分析，找出規(guī)律，提高設(shè)備維護(hù)、維修和運營管理水平。

創(chuàng)新反饋：通過對設(shè)備狀態(tài)、使用效率、故障處理等數(shù)據(jù)的的跟蹤分析，反饋設(shè)備設(shè)計的修改和創(chuàng)新知識。

清楚的了解了智能維修的上述特點，我們也就可以明確了未來努力的方向。

推廣MRO,前行的路還很漫長

問：那么，這些年來，您對于MRO的研究是否就是基于智能維修方面的考量呢？

莫欣農(nóng)：是的。由于智能維修涵蓋的范圍很廣，不可能一蹴而就?？梢哉f，這些年來，對于智能維修的研究，一直在進(jìn)行。MRO作為智能維修的重要組成部分和有力的支持基礎(chǔ)，如何讓MRO在我國落地、對MRO進(jìn)行適應(yīng)性研究就是我和很多MRO研究者共同努力的方向。

早在“十一五”后期，我們就已經(jīng)在考慮智能維修在我國落地的問題。為此，國家863計劃于2009年啟動了MRO項目。2009～2011年的第一期以探討為主，我們參考國外MRO經(jīng)驗，自主研發(fā)了MRO管理軟件，重點突破智能維修服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，并在唐安煤礦和田悅化工等企業(yè)成功實施。

2012～2013年，863課題組MRO項目的第二期對MRO加以充實、重新定義。在最初的系統(tǒng)上，增加了狀態(tài)監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析內(nèi)容。將MRO服務(wù)范圍擴(kuò)充到狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和維修服務(wù)三個部分。

在狀態(tài)監(jiān)測方面初步解決了大量異構(gòu)協(xié)議的工況數(shù)據(jù)傳輸、接收、解析的動態(tài)處理技術(shù)，系統(tǒng)能夠適應(yīng)幾臺到幾十萬臺設(shè)備同時進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測的需要。下一步還要解決智能化的狀態(tài)監(jiān)測問題。

在處理大量設(shè)備實時狀態(tài)數(shù)據(jù)和維修數(shù)據(jù)的存儲、查詢和分析方面，我們采用大數(shù)據(jù)處理的方法，改變傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)，用去中性化的手段實現(xiàn)幾十萬臺設(shè)備多年的狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示與分析。下一步還要不斷增加各種實用的分析工具，提高分析效率。

上述二項技術(shù)在與三一重工的深度合作中，利用自主研發(fā)的MRO系統(tǒng)軟件，整合大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，為三一重工10萬臺工程機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測和維修管理提供了以往看不到的分析數(shù)據(jù)和及時的指導(dǎo)意見。

問：請您談?wù)勎覈鳰RO現(xiàn)狀及發(fā)展方向。

莫欣農(nóng)：受益于我國863計劃課題組MRO項目的實施，除我們清華軟件學(xué)院外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北方交通大學(xué)、陜西鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)等也在MRO的研發(fā)上投入了大量的精力。今年8月15日，863課題組清華軟件學(xué)院MRO項目的第二期“復(fù)雜裝備狀態(tài)監(jiān)測與運維服務(wù)支撐軟件平臺開發(fā)”課題通過了科技部組織的結(jié)題驗收。

該課題針對我國制造業(yè)MRO服務(wù)的核心業(yè)務(wù)需求，解決了以下問題：

·探索出復(fù)雜裝備新型運維服務(wù)模式及核心業(yè)務(wù)模型。

·突破以下關(guān)鍵技術(shù)：

■可擴(kuò)展的高通量實時狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)管理框架；

■基于NoSQL的大規(guī)模狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲與分析；

■基于智能學(xué)習(xí)模型的航空發(fā)動機(jī)健康狀態(tài)預(yù)測；

■基于運維數(shù)據(jù)的可靠性建模；

■基于中性BOM的跨生命周期數(shù)據(jù)集成。

·開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、可擴(kuò)展的復(fù)雜裝備狀態(tài)監(jiān)測與運維服務(wù)支持軟件平臺：

■復(fù)雜裝備運維服務(wù)通用核心構(gòu)件；

■面向制造方和使用方的運維服務(wù)信息化專用構(gòu)件。

·創(chuàng)立了中國MRO支撐軟件平臺社區(qū)。

課題成果在三一重工、金風(fēng)科技、東方汽輪機(jī)等工程機(jī)械、發(fā)電裝備、軍工裝備等多個行業(yè)龍頭企業(yè)得到了推廣應(yīng)用，取得了顯著的社會與經(jīng)濟(jì)效益。課題成果在2012年、2013年分別獲得國家教育部科技進(jìn)步一等獎和中國電子學(xué)會科技進(jìn)步一等獎。

幾年來的研發(fā)可以說成績斐然。然而，我國的MRO發(fā)展依然是道路曲折。在863課題期間，利用項目經(jīng)費，連續(xù)召開三屆全國性的MRO技術(shù)研討會，對幾十家大型企業(yè)進(jìn)行MRO培訓(xùn)，但最終達(dá)成合作者寥寥無幾。

相對于我國MRO市場化的舉步維艱，擁有專業(yè)市場營銷團(tuán)隊及豐富市場資源的西門子在MRO服務(wù)市場化進(jìn)展相對順利一些。西門子的MRO是有針對性的服務(wù)和維護(hù)管理，在專注于原有MRO的產(chǎn)品維護(hù)、修理及大修之外，增加的資產(chǎn)管理體系，從而持續(xù)不斷地支持產(chǎn)品和資產(chǎn)的維護(hù)、修理和大修。達(dá)到在一個系統(tǒng)上對運營和維護(hù)進(jìn)行全盤管理、設(shè)計和組織的目的。

其維修和維護(hù)過程可立即在數(shù)據(jù)上得到體現(xiàn)，并能夠創(chuàng)建個性化的工作包，實現(xiàn)待處理進(jìn)程的結(jié)構(gòu)化分工。在與ERP應(yīng)用程序集成后，可優(yōu)化資源監(jiān)控，如需求指標(biāo)、可用性檢查、庫存管理等。為實現(xiàn)最佳維護(hù)，還可以對各個組件進(jìn)行風(fēng)險分析，并根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行評估，其結(jié)果可用于尋找相應(yīng)的維護(hù)方法。

如何讓我國MRO科研成果“斷奶”，為更多的企業(yè)所認(rèn)同和應(yīng)用，達(dá)到企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)雙贏；經(jīng)濟(jì)、社會效益雙豐收，進(jìn)一步支持研發(fā)的持續(xù)進(jìn)行，并最終取得豐碩成果的市場化運作，也是我們不得不考慮的新課題。

問：對于我國工業(yè)智能化的發(fā)展及MRO現(xiàn)狀和發(fā)展，您有什么建議或者期望。

莫欣農(nóng)：無論是工業(yè)智能化，還是智能維修，都是歷史的必然發(fā)展趨向，無可阻擋。我們對于MRO的研發(fā)正是順應(yīng)這個歷史潮流而行。或許有人認(rèn)為現(xiàn)在談MRO還為時過早，市場也有待于進(jìn)一步成長和開發(fā)?；蛟S前期的巨大投入換不來立竿見影的經(jīng)濟(jì)回報，但科研就是這樣，投入與產(chǎn)出，不應(yīng)該用短時間的收益來衡量。對于新項目的開發(fā)，我們不可能等到市場成熟、被國外產(chǎn)品完全占據(jù)瓜分之后才開始運作。

我希望我國的工業(yè)智能化也好、MRO也好，能夠引起更多的關(guān)注和支持。希望可以通過這次訪談，能夠吸引更多的人了解我國的工業(yè)發(fā)展，了解MRO，參與到MRO的推廣中，為我國工業(yè)智能化發(fā)展做出貢獻(xiàn)。聚沙成塔、集腋成裘，希望讀者可以借助貴刊這個平臺，集思廣議，為我國MRO的發(fā)展獻(xiàn)計獻(xiàn)策。我更期望，通過我們的努力，可以看到我國的MRO項目盡早成熟，為智能維修、智能制造打下堅實的基礎(chǔ)，讓我國在工業(yè)智能化發(fā)展中，可以與歐美強(qiáng)國分庭抗禮，共享市場。這個或許可以算是我的一個MRO 夢想吧。