中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所副總師、中國航空科技發(fā)展戰(zhàn)略研究專家組成員、國防科工委飛機制造業(yè)數(shù)字化工程專家 寧振波

制造業(yè)企業(yè)的分類、診斷與度量

裝備制造行業(yè)的產(chǎn)品研制有四個關(guān)鍵的階段：方案設(shè)計、工程研制、批生產(chǎn)和服務(wù)保障。方案設(shè)計包含兩個階段：一是需求分析、概念設(shè)計；二是總體的方案設(shè)計等。工程研制是指產(chǎn)品總體方案凍結(jié)后的產(chǎn)品研發(fā)階段。之后便可進入到生產(chǎn)階段和服務(wù)保障階段。這四個階段關(guān)注的內(nèi)容是不一樣的，因此指導(dǎo)方法和管理手段完全不同，但是在系統(tǒng)工程思想的指導(dǎo)下，可以把這四個階段統(tǒng)籌考慮。

由于各類裝備制造業(yè)企業(yè)千差萬別，現(xiàn)代企業(yè)分工越來越細，必須業(yè)有所專。從產(chǎn)品復(fù)雜度來說，類似航空母艦這樣的結(jié)構(gòu)件有上億的復(fù)雜產(chǎn)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(chǎn)品的數(shù)量屈指可數(shù)；從專業(yè)分類來說，八大專業(yè)門類以機械結(jié)構(gòu)為中心，根據(jù)需要加入電、光、磁、聲、流體、熱和核的任意構(gòu)成，形成了各種產(chǎn)品。各個企業(yè)生產(chǎn)不同產(chǎn)品，指導(dǎo)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(chǎn)同類產(chǎn)品的企業(yè)可合并同類項，預(yù)備相同或類似的解決方案；對于不同類型的企業(yè)，需要找出不同的解決方案；另外，同類型企業(yè)由于發(fā)展階段不同，需準備同一解決方案的不同技術(shù)路線。這樣通過分層次、分階段，即可完成我國制造業(yè)企業(yè)的分類。

現(xiàn)在正是“十三五”規(guī)劃的關(guān)鍵階段，編制規(guī)劃的方法學(xué)是：目標減去現(xiàn)狀就可以得到規(guī)劃方案。如何把規(guī)劃落在實處，這是難點和重點。目標是由現(xiàn)狀確定的，然而現(xiàn)狀卻很難判定。評判現(xiàn)狀就好似中醫(yī)的號脈，現(xiàn)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(yè)企業(yè)的現(xiàn)狀是基本上只能定性描述，卻無法量化考核。管理學(xué)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(yè)企業(yè)的現(xiàn)狀是缺少評價衡量的標準和工具。這就導(dǎo)致企業(yè)現(xiàn)狀定位模糊、混沌，規(guī)劃目標設(shè)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(yè)水平。

企業(yè)的成熟度和產(chǎn)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(yè)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(tài)調(diào)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(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，大量信息化人才聚集在硅谷，形成一個創(chuàng)新的大生態(tài)環(huán)境。由于大量人才的聚集，形成了一定優(yōu)秀的管理思想，這些思想是可以應(yīng)用到傳統(tǒng)企業(yè)里的。軟件成熟度評價就是其中一項。CMMI模型是美國卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)提出的。CMMI模型（見圖2）共五個等級，分別為初始級、可重復(fù)級、定義級、管理級和優(yōu)化級。

工業(yè)化的標志是標準化、模塊化、系列化及大批量生產(chǎn)產(chǎn)品的一致性。而我國的現(xiàn)實情況是在生產(chǎn)產(chǎn)品時，當發(fā)現(xiàn)設(shè)計或工藝出了問題，生產(chǎn)人員通常會在生產(chǎn)時自行采用修補手段，以求達到合格標準，這樣就造成了設(shè)計圖樣、工藝和最終產(chǎn)品的不一致。因此，我國制造業(yè)企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)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(yè)強大的地區(qū)，當發(fā)現(xiàn)設(shè)計或工藝出現(xiàn)問題時，會及時修改設(shè)計或工藝，同時會嚴格按照設(shè)計或工藝執(zhí)行，禁止在生產(chǎn)時自行采取修補手段，這樣其產(chǎn)品的一致性自然就高，質(zhì)量也得到了保證。標準是工業(yè)界最高的“法律”，應(yīng)嚴格執(zhí)行。但遺憾的是，按照CMMI模型第二級可重復(fù)級評判，即產(chǎn)品的一致性評判，我國90%的制造業(yè)企業(yè)可能就已經(jīng)無法達標了。

歐洲和美國是先完成了工業(yè)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(yè)化還未完成就進入到信息化社會，所以將工業(yè)化和信息化融合極為重要。工業(yè)化和信息化相融合遠不止將信息化軟件應(yīng)用到制造業(yè)，更重要的是要將優(yōu)秀的管理思想推廣應(yīng)用。

圖1 MBE評級

圖2 CMMI模型

大道至簡，Cyber在航空制造業(yè)中的應(yīng)用

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

這些戰(zhàn)略實際上異曲同工，都是手段和方法，目標就是把傳統(tǒng)的工業(yè)體系（以試錯法為核心）轉(zhuǎn)型為現(xiàn)代工業(yè)體系（以數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化為核心）。提法的不同實質(zhì)上是美國、德國和中國處于不同發(fā)展階段提出的戰(zhàn)略?！吨袊圃?025》明確指出：創(chuàng)新引領(lǐng)、提質(zhì)增效、綠色制造，以兩化深度融合為主線，以智能制造業(yè)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(tǒng)），欲了解CPS，必須先理解Cyber（賽博）。Cyber與Information（信息）區(qū)別很大。Cyber是控制、網(wǎng)絡(luò)、協(xié)同、眾創(chuàng)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(xiàn)Cybernetics一詞，譯為控制。1967年，國際互聯(lián)網(wǎng)先驅(qū)Darpa為編制兩臺不同計算機的通信協(xié)議，第一次提出了Cyberspace（賽博空間）的概念。現(xiàn)在，Cyber多作為前綴，代表與Internet或電腦相關(guān)的事物，即采用電子或計算機進行的控制。Cyber與Information的區(qū)別是：Cyber是一種控制機制，藉由信息來控制物質(zhì)、能量和信息；而Information是被控制的載體。

過去的產(chǎn)品研制是在物理空間的樣機設(shè)計、制造及試驗，而現(xiàn)在的產(chǎn)品研制是在Cyber空間中設(shè)計出數(shù)字樣機，包括機械系統(tǒng)的數(shù)字樣機、復(fù)雜的系統(tǒng)模型及流體模型等，當今的制造是從數(shù)字樣機到實物產(chǎn)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(fā)展趨勢是必須要走全數(shù)字模型的虛擬仿真的道路。

制造業(yè)有兩個很重要的要素：BOM和BOP。有言道，制造業(yè)得BOM者得天下。BOM即物料清單、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表。BOP即流程清單，實際內(nèi)涵就是標準。而標準需要落到作業(yè)指導(dǎo)書（即崗位說明書）上。這里所指的作業(yè)指導(dǎo)書已經(jīng)不僅限于手冊或word文檔，而是MBI，即基于模型的作業(yè)指導(dǎo)書。

以飛機研制為例，在Cyber空間做產(chǎn)品方案設(shè)計和產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品分析仿真，隨后是工藝設(shè)計、工藝仿真，然后是工裝設(shè)計、工裝仿真，接著是裝配設(shè)計、裝配仿真，最后在計算機上建立一個虛擬的飛行環(huán)境，進行飛機的虛擬飛行。這樣即實現(xiàn)了從設(shè)計到飛行的全程數(shù)字化（見圖3）。在這個過程中可以不斷發(fā)現(xiàn)設(shè)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(chǎn)品協(xié)同研發(fā)平臺。當所有問題解決之后，就可進入到生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，即Cyber物理空間生產(chǎn)，當然生產(chǎn)過程也需全程數(shù)字化。中航工業(yè)飛機研制大量的生產(chǎn)實例，研究的是虛實精確映射、賽博控制實體，這是必然的發(fā)展方向。

智能制造是在網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的基礎(chǔ)上，融入人工智能和機器人技術(shù)，形成人、機、物相互交互與深度融合的新一代制造系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化即互通互聯(lián)，將人、機、物聯(lián)起來并不是一件容易的事。在聯(lián)人方面，美國已有報道證明技術(shù)上可實現(xiàn)，將芯片植入人體做試驗，但這面臨重大的道德、法律風(fēng)險。機分為兩類：一類是生產(chǎn)、試驗、測試及檢測的設(shè)備，另外一類是水、暖、電、氣、溫度、濕度、壓力和環(huán)境等設(shè)施。將這些聯(lián)起來才能保證產(chǎn)品生產(chǎn)的高質(zhì)量、高水平。在聯(lián)物方面，有內(nèi)部物流和外部物流之分，外部物流指電子商務(wù)；內(nèi)部物流以制造業(yè)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(chǎn)品。這里產(chǎn)品形態(tài)每時每刻都在變化，狀態(tài)很難控制，所以內(nèi)部物流是聯(lián)物的難點。

如圖4所示，智能制造必然是以智能設(shè)計為切入點，向后延伸到智能工藝、生產(chǎn)和智能服務(wù)，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(chǎn)線。要注意的是，智能制造的特征（見圖5）是狀態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行，這是形成一個閉環(huán)的幾個重要環(huán)節(jié)，可重復(fù)迭代。

圖3 數(shù)字化生產(chǎn)線

圖 4

結(jié)語

我國工業(yè)發(fā)展較不均衡，有濟二、華為、聯(lián)想和海爾這樣的世界一流企業(yè)，也有很多手工作坊型的中小企業(yè)。這種不均衡性決定了信息時代中國制造業(yè)實現(xiàn)智能制造的戰(zhàn)略必然是工業(yè)2.0補課、工業(yè)3.0普及、工業(yè)4.0示范。目前，我國國內(nèi)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(guī)范，“十四五”大規(guī)模推廣。在這種形勢下，亟需做的是診斷分類：哪些企業(yè)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(xué)的演講中提到“Stay hungry，stay foolish（如饑似渴，如癡如呆）”。在新技術(shù)、新知識面前，我們需要如饑似渴地學(xué)習(xí)，并且要把自己當成傻瓜一樣去學(xué)習(xí)，這樣才能有所收獲。