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当今世界主要工业国家都在经历数字化转型,企业界普遍相信生产线的智能化改造将带来经济上的成功.2016年,世界经济论坛的数字化转型倡议指出：2016-2025年这十年间,各行业的数字化转型有望带来上百万亿美元的社会和企业价值,包括汽车、电子产品、航空航天、机床等離散工业的数字化转型的潜在累积价值将达到数十万亿美元.中国工程院李国杰院士甚至认为“新经济本质上是工业经济向数字经济过渡”,数字化技术对工业经济的驱动力将加速提升.
目前,中国工业体系的数字化进程已经进入提速阶段.可是,即使是美国、德国等传统工业强国,在数字化技术的工业应用中尚且面临诸多挑战.例如,如何使工厂中成千上万个传感器和生产过程更好融合?如何创新规划工具使数字化工厂的规划周期更短、更自动化?如何保障信息安全,消除工业企业对大数据、云计算信息安全问题的担忧疑虑等本文重点探讨离散工业面临的数字化瓶颈和突破之道.
离散工业的协作痛点
如果由五个画师分开画一个杯子,各画五分之一,能否保证五张图完美拼接到一起?貌似很难,要有足够默契才能做到.如果是五百个画师、五千个画师甚至五万个画师,分工、协作画好那么一个杯子,如何做到完美拼接?一定要有“极端标准化的操作工具、工序、流程”+“严丝合缝进行衔接”才有可能做到.
诸如飞机、船舶、汽车、武器装备、电子设备、机床等都属于离散工业,如同数百、数千画师协作画好一个杯子,“始终面临难以驾驭的协作痛点”.
小小的一部智能手机,由数百个零部件组装而成,背后有上百家供应商提供支持.像飞机、汽车这样复杂的产品,则要有几十万个甚至上百万个零部件进行精密组装,一个汽车制造商至少需要260家左右的各类配套和外协企业,一个民用飞机制造商则需要上千家外协、外供企业的配合.一个完整的终端产品要经过产品设计、生产规划、制造工程、生产执行和售后服务这几个阶段,每一个零部件也要经历这个过程.
例如,一款汽车需要上千人设计,设计人员大概要设计3年、生产模具1年、建设生产工厂4年,至少需要8年时间.外界很难想象,汽车座椅上的一个金属零部件,其设计材料就多达数千页.必须做到“极端标准化”,要是任何一个阶段、任何一个细节出了状况（或者精度不行）,最后的产品就可能组装不起来.这就导致漫长的研发周期,制造商不敢轻易开动生产线实现量产,担心生产线一旦运行起来,想换型号就很困难了,“极端标准化”会使得整个制造环节丧失柔性.
为什么大量PE（私募股权投资）、VC（风险投资）资金更愿意进入移动互联网、VR/AR（虚拟现实和增强现实）、Fintech（金融科技）等行业,很少听说这些逐利资金进入制造业?前者是虚拟经济,后者是实体经济.
马云曾说：“全中国把互联网经济称之为虚拟经济,事实上虚拟经济的主体是金融界.”而运行一家工业企业,远比做一家互联网公司或者金融公司难得多.因为工业企业的协作体系太大,产业链太长,从上下游信息一直到生产线实际运行,不像金融和互联网（金融、互联网的产品已经都数字化了）,即使工业企业内部有一些管理系统,也就像是这一地的玻璃碎片,要想把这个图拼好、做成一个完整的杯子,实在不容易.
工业数字化第一步：底层数据共享
联合国工业发展组织 （UNIDO）将现代工业体系分成39个大类、191个中类、525个小类,而中国工业体系全球唯一拥有当中全部工业门类,其中很多工业的产品类型和生产工艺的组织方式是离散式的.那么,为何普遍相信“工业数字化”能使“离散式生产”变得更有效率?工业数字化的逐步实现有一个历史过程：
模拟绘图阶段：最初,工业界寻求用软件来模仿和增强人的行为方式,例如,绘图软件最早模仿的就是人在纸面上的作画行为.
人机交互阶段：经过一段时期发展,人机交互技术开始走向成熟,工程师和设计人员开始用CAD软件模仿产品的结构和外观,CAE软件模仿产品在各种物理场情况下的力学性能,CAM软件模仿零部件和夹具在加工过程中的刀轨情况,CAPP软件模仿工艺过程,CAT软件模仿产品的测量/测试过程,等等.
数字孪生阶段：近些年来,一些前沿工业企业已经不满足于“长得非常像”某些实体事物的三维图形,希望数字虚体空间中的虚拟事物和物理实体空间中的实体事物之间具有可以联接通道、可以相互传输数据和指令的交互关系,即实现“数字化双胞胎工厂”,也叫“数字孪生”.
数字孪生,是工业数字化的高级阶段.数字化工厂的解决方案非常简单,就是五百个画师甚至五万个画师,都在同一张图纸上一起作画.数字化工厂就是提供了一张底板纸,一个底层数据库,然后把原来的一个个系统,研发、生产、制造、服务什么的都插进去,构成一幅完整拼图.
更确切说,何谓“数字化的离散式生产”?就是要将所有零部件的生产过程都放在同一个系统来进行.传统的离散式生产,是各画各的图纸,然后根据一个标准拼接起来.“数字化的离散式生产”是各方共用一张底板纸,大家一起一笔一笔添上去,由“接下来等接下来等”变成“一边等一边等”,先形成一个虚拟工厂,然后再将虚拟工厂和真实工厂实现同步.
为什么说“数字化生产就是要实现完全用不到纸张的生产车间”?传统的制造过程一般是先出一张设计图纸,然后交给生产部门做出样品,图纸返回研发部改进后再生产.在数字化制造下,从研发到制造基于同一个数据平台,改变了传统制造节奏,研发和生产几乎同步,完全不需要纸质的图纸.这种节奏的改变带来的是产品上市时间的大大压缩、生产效率和产品质量的全面提升.
工业数字化将从根本上解决“传统工业在效率提升方面所面临的困难”.让工人加班,以非常标准的方式工作,不能有任何浪费的动作,这种提高生产效率的方式已经越来越不适用了.此外,不断变化的市场需求,对制造业的灵活性提出了更高要求,特别是写作化生产需求越来越多.而那种原创于福特公司的大规模流水线装配作业,很难兼顾生产效率和灵活性,必将在工业数字化的浪潮中,实现脱胎换骨的深刻变革.
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参考文献：
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