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宁振波:数字化企业必须具备的四大能力

www.cechina.cn2021.11.26阅读 1203


  智能制造的本质就是高水平数字化技术的大规模应用,其核心是:
  产品本身的智能化
  产品系统结构定义的数字化
  产品研制生产过程的数字化
  以及庞大的零部件供应链的网络化
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  在今天所有的不确定性当中,可以说,数字化转型是确定的。拥有数字化能力已成为企业的基本功,数字化一定会全面改造所有行业,企业一定要利用数字化转型的机会来提升企业的管理、改造自己的组织、优化自己的产品。“或者数字化,或者灭亡”绝非危言耸听,是我们的必然选择。因为“数字化”不仅仅是一种技术,也是一种思维方式,涉及新型商业模式和消费模式,为企业进行组织、生产、贸易和创新提供了新的途径控制工程网版权所有,驱动企业生产方式、组织架构和商业模式发生深刻变革。

  工业经济下,企业能力体现在规模上;数字经济下,规模已不再是优势所在,更重要的是思维方式的转型甚至颠覆,以及利用数字化工具来放大员工的能力的程度,并善于从“数字化”角度来分析和挖掘企业发展的新模式、新价值、新商机,从而驱动效率提升、产品增值、流程再造和生态构建等。
  在我最新出版的著作《智能制造的本质》一书中明确提出智能制造的本质就是高水平数字化技术的大规模应用,其核心是:
  产品本身的智能化
  产品系统结构定义的数字化
  产品研制生产过程的数字化
  以及庞大的零部件供应链的网络化
  随着产品复杂度的提高、多专业的协同,企业必须用先进的数字化技术来统筹解决产品的研发、生产和多企业之间的协同问题。同时,企业应用数字化技术的重要基础和核心支撑是工业软件,工业软件是工业化的顶级产物,它封装了工业知识、建立了数据自动流动的规则体系。

  工业软件可以分为三大类:
  第一类是嵌入式软件,计算机软硬件构成的嵌入式系统,塑造了机器的大脑和灵魂,让机器变得聪明,功能可以随时定义和调整;
  第二类是产品研发类软件,从产品的设计、工艺、试制、试验、批生产到产品交付后的维护、维修保障控制工程网版权所有,都需要大量的研发软件;
  第三类是管理和协同软件,负责复杂工业体系及复杂产品研制过程中多企业之间的相互联通、管理和协同。由此,可以分解出未来企业必须具备的四大数字化能力。

  首先是产品的智能化能力。计算机软硬件嵌入产品形成的智能产品,已经是产品发展的必然趋势。将软件程序写入芯片,嵌入到产品或设备中,让软件成为其中的软零件、软装备,以“软件定义数据自动流动规则”的方式,根据工作场景自主决策,以精准的动作指令操控物理设备,就是现在我们用的各类智能化的产品。以我们常用的手机为例控制工程网版权所有,智能手机是软件定义的www.cechina.cn,有了基础的硬件如摄像头、麦克风之后,我们就可以用APP软件来定义手机的功能和性能:把手机定义为录音机,用的就是麦克风和相关软硬件;把手机定义为相机,用的就是摄像头和相关的软硬件。因此,软件定义产品就可以实现产品智能化,把常规的产品变成智能化的产品,使用简单,可以精准获取产品的运行状态,靠大量的传感器采集运行数据实现状态感知,根据这些数据进行分析和决策,反过来可以精准控制和管控,这就是数字化转型的能力之一。例如在F-22/F-35驾驶舱中用一块大液晶屏替代了过去数百个分离的仪表、开关和显示灯,以交互性良好的动态折叠菜单替代了成百上千个物理按键。每一架F-35 战斗机都搭载使用高速网络连接的几十台超级计算机,内有数千万行软件代码,是典型的“飞行计算机”。
  数字化企业必须具备的第二大能力是产品数字化定义的能力。何谓数字化定义能力?我们把产品分解开来,可以发现复杂产品有很多机械结构零件,也有很多电气、电子系统,还有光学、声学系统等,每个零件的设计都采用数字化的方法,定义出数字化的三维模型,有了模型,可以分析它的静力、动力、强度等特性,把这些虚拟的模型装配在一起,就形成了数字化的产品模型,也就是数字样机,英文就是DMU(Digital Mock-Up),这就是产品的数字化定义能力。
  产品的数字化定义是一个设计过程,每个零件和元器件都采用三维数字化定义后,我们就能够根据零件、部件、组件以及整机的三维数字化定义的模型进行工艺设计,然后指导生产和试验,从而指导整个研制过程,这就是数字化企业必须具备的第三大能力:产品研制过程数字化的能力。有了CAD/CAE/CAM/CAPP等工业软件,我们的产品研制过程就可以数字化、网络化,进而实现智能化,既加快研制进度,也降低成本,同时提高质量。产品的数字化定义能力是产品的源头,有了数字模型之后,把数字模型一直沿用到整个产品的研制过程,设计、工艺、试制、试验、批生产和维修,这就是产品研制过程的数字化。

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  上述讲到的数字化模型是虚拟模型,虚拟模型可以在网上流转、传递。由多个企业协同研制的复杂产品,企业就需要具备第四个数字化能力:管理和网络协同能力。多企业的管理和协同需要大量的管理和协同软件,企业之间的协同还需要有高速的通讯网络,以前的网络是有线的,现在随着无线通讯水平的快速提升,5G的应用会越来越广泛。因此未来企业的数字化能力,实际上基础架构是网络管理和协同能力。

波音777数字模型

  波音公司在20世纪90年代初,在波音777产品研制中就采用了大协作生产组织模式,以降低成本和缩短研制周期为目标,建立了一个完整的基于产品数字化定义的制造工程系统,使波音777的13250个零部件能由分布在北美洲、欧洲、亚洲和大洋洲的13个国家的545个工厂生产,并能很好地装配起来,使波音777按时飞上蓝天,投入到航空市场。波音777共装有1800多套计算机系统,包括集成的飞机信息管理系统、先进的三轴电传飞行控制系统、首次装备的增强型地面碰撞(临近)警告系统、地面机动照相系统等;
  在波音777产品的研制过程中采用的技术有:
  三维数字化建模,全面采用三维数字化技术、100%三维数字化产品定义、并将300万个零部件的信息存入数据库;
  数字化预装配,目的是为了大幅减少飞机研制过程中的设计错误、更改和返工,在产品数据集发放之前,尽量做好产品数字化模型的计算机装配仿真模拟工作,确保各构件之间有着良好的配合。
  波音777数字化研制技术的直接效益包括:
  3000个以上的装配界面取消了实物样件;
  减少了90%的工程更改(由6000处减少到600处);工程更改的周期缩短了一半;
  物料的返工减少了90%;机身的装配精度提高了50倍。

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  综上,数字化企业必须具备的四大能力:
  1.产品的智能化能力,把计算机软硬件配合在一起,嵌入到产品内,提升传统产品的水平和能力,这是产品本身内部的能力;
  2.产品的数字化定义能力,即产品数字化设计能力;
  3.有了数字化设计的模型,将模型延伸到产品的研制过程,就形成了第三大能力,产品研制过程数字化的能力;
  4.最后,为了能够实现产品的数字化定义能力和产品研制过程数字化的能力,就必须掌握管理协同和网络协同能力。
  《智能制造的本质》提出数字化转型的关键抓手是企业的主价值链,从产品策划、产品研发、工艺、生产制造、产品交付、市场销售和客户服务等做起,有了企业主价值链上准确、完整、实时的数据,管理和决策就容易了。但现实中很多企业往往感到这条路漫长又困难,喜欢绕道走,寻求捷径,例如先做数字化管理和决策支持等,这就会进入误区,导致很多失败的案例。所以,传统行业的数字化转型关键在于决策人的思想、观念、理念,而不是其他人。
  《智能制造的本质》
  作者:宁振波 著
  本书对智能制造的定义进行了分级解读。制造是工业体系CONTROL ENGINEERING China版权所有,隶属于自然科学领域;智能是人类的特有属性,隶属于社会科学领域。理解智能制造的本质,首先要解剖这四个字。“造”仅仅是生产的概念;“制”则含有系统的思想,也是制度、标准、规范、方法;制造不同于生产。
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