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工业化与信息化融合,任重道远

供稿:中国工控网 2016/8/17 9:05:53

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两化融合(工业化与信息化融合)是一个由国家提出的长期发展战略目标。从提出两化融合到现在已经有十多年了但两化还没有真正融合到一起,很多地方甚至还没有做好开始融合的准备。其背后的原因,错综复杂;其经历的时间,三十多年;其发展的势头,持续增强;其未来的情形,任重道远。

一、三十年前也跨界

两化融合不是今天才有的,也不是从2002年提出这个口号时才有的。如果考察一下两化融合的历史进程,可以回溯到改革开放早期。大约在上个世纪80年代初,伴随着IBM大型机、VAX小型机、阿波罗图形工作站等多种计算机进入中国,带来了一些运行在这些计算机上的机械设计、仿真软件、绘图软件、计算机软件语言,以及可以用软件语言调用的函数子程序接口和画线与渲染子程序接口,由此而有了“制造业信息化”的发端——开发计算机辅助设计(CAD)软件程序。在80年代中期机械部还推广过机电一体化技术,提倡用微电子技术改造机械设备。CAD软件和微电子属于信息技术,被设计和改造的机械属于工业化的范畴,这就构成了两化要素的最早的一种融合形式。

最初的CAD软件开发以二维绘图软件为主。当时能在阿波罗图形工作站上开发出来一套二维CAD软件的基本功能,会让人兴奋不已。笔者就是在那个时代,开始研发以二维图形裁剪为核心的交互式绘图软件系统。那个时候,能快速地画出一张符合技术要求的机械零件图,是一个非常重要的开发任务,零件图的图框、布图、尺寸、符号、技术要求标注等,都是必须要考虑的。如果能以“二维半”(二维形状拔高后的柱状形体)的形式做出一些零件立体图,那就是很高级的开发项目了。毕竟,一张可以随意修改每一根线条的零件图,胜过几乎无法修改的手绘图纸的千百倍,这就是信息化的力量。当年机械部、国家科委等都组织了多种形式的国家级开发项目,高校、研究所、企业都参与其中。笔者也参与了当年机械部组织的“七五”攻关项目、国家科委的计算机绘图软件、以及后来的甩图板等项目。由此,笔者跨入了“制造业信息化”这个领域,沉浸其中,一直行走至今。

跨界,在今天听起来或许很时髦,而在三十多年前干过这些项目的人都与笔者有同样的感觉和记忆:大家都是跨界的。要干这一行,首先要做的就是跨界:一大批出身于制造业的教师和技术人员,费力地啃起了软件工程、计算机曲线曲面、各种编程语言等专业课程,当然,也有部分原本学计算机的人,学习了机械设计等课程——但这一类学成者是极少数。道理很简单,出身机械制造的人,学习软件编程技术相对容易上手,只是多学了几门计算机类的工具知识课而已;而出身计算机的人想学习机械课程的难度和跨度就大多了,几乎是要换专业了。

这正是:

三十年前也跨界,软硬件加机械学。

白发徒增耗心血,多少编码不眠夜。


二、大小融合走过来

制造业就是通过资源要素做出各种产品的行业,包含了离散制造业和流程制造业,是工业化的主要目标对象。信息技术(IT)主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件,是信息化的主体构成。因此,我们可以这样来理解和定义:只要将信息技术与制造业的有关技术(以及现代管理技术等)结合起来产生应用成果,就都属于制造业信息化。开发CAD软件当然是属于制造业信息化的工作内容之一。

制造业信息化的应用与发展路径,是一个渐进发展的过程,是两化融合的一个缩影与子集,笔者将此称为小融合。制造业信息化经历了从早期的单项信息技术的应用,发展到多项技术集成应用等,从机械装备个别零件的数字化(加入传感器、RFID、OS等),发展到大部分零部件的数字化,最后发展到工业技术与信息技术全面交汇的两化融合,笔者将之称为大融合。

制造业信息化首先从小范围融合开始,涉及到信息技术在企业的产品研发、生产、管理等不同专业领,大致有五条平行发展的技术路线:

产品研发:从二维CAD、CAM、CAPP发展到三维CAD、CAE、CAT、PDM等,让工业产品的研发有了信息化手段;

产品本身:从印刻条码、激光条码/二维码等发展到嵌入RFID、芯片、传感器、计算内核等,让产品本身实现数字化;

自动产线:从PLC、机床数控系统,到自动化生产线、自动化物流等,让生产制造过程有了信息化手段;

企业管理:从财务软件、MRPII发展到ERP、PLM、CRM、BI、SCM、MES等,让企业在人财物以及销售和服务的管理上有了信息化手段;

管理思想:从工业工程、精益生产到5S、六西格玛等,让企业可以把现代管理思想纳入到信息化系统之中。

当这五条线上的小范围融合发展到一定阶段,就会逐渐彼此交汇,融合创新,形成比较全面的解决方案,当然也形成更大范围的两化融合。

在工信部2014年发布的“两化融合评估国家标准(GB/T23020-2013)”中,将企业两化融合发展分为四个阶段:起步建设、单项覆盖、集成提升和创新突破。其所描述的这四个阶段,与笔者实际观察到的制造业信息化的发展过程是基本吻合的。

真个是:

大小融合分步跨,五条路径信息化。

四个步骤可进阶,融合创新来当家。


三、影子专业三十年

 制造业信息化,在政府官方、学术层面、专业分类领域,很难说是一个非常清楚的领域。政府每年都有制造业信息化的立项,但是在学术层面并没有这个专业分类,在几乎所有的专业分类中和门户网站中,往往都很难找到“制造业信息化”这个专业分类。

相信读者对此也并不陌生。如果你打算购买图书,你在图书分类中找不到“制造业信息化”;如果打算在一个门户网站注册,在选择“专业分类”时,也一定会遇到这样的尴尬,要么你选择“计算机”专业,要么你选择“制造业”专业,根本没有“制造业信息化”这个专业分类。似乎笔者一直从事的“制造业信息化”工作,就是一个制造业的影子专业。说它有吧,它似乎很难在约定成俗的专业分类中找到自己的位置;说它没有吧,它又实实在在有一大批人在为之辛勤地奋斗着,有一大批成果在实实在在地产生并应用着。大约本世纪初,中航工业集团一飞院成功地实现“全数字化”开发飞豹战机,并且与西飞公司实现了设计制造一体化。这应该是当年制造业信息化发展的最高水平,也是两化融合的优秀案例。

在中国,在制造业信息化这一领域奋斗的人,不少人已经走过了三十年光阴。但令人遗憾的是,时至今日,制造业信息化在中国也没有类似于电子商务、互联网金融那样一般光鲜靓丽的定位与展示,仍然是一个影子般的客观存在。

君不见:

影子专业三十年,工业成果多贡献。

专业分类无处寻,空留绝技一招鲜。


四、两厢阵营两拨人

自从上个世纪90年代末电子商务兴起之后,“IT”迅速成为了一个时髦的专业术语,而这个专业,在政府部门特别是在当时的“信息产业部”的语境里,是一个真实的客观存在。

从专业内容上说,IT是一个相对模糊的概念,包含了一大批电子、通信、计算机软件、硬件、网络技术等;但是从概念划分上说,IT又是一个相对清晰的概念,即它属于“信息化”,但实际上与“制造业信息化”基本上并没有什么交集。因此十多年来,“信息化”发展得越快,立项越多,“信息化”与“制造业信息化”的距离也就拉得越开。

这种尴尬的关系以很多的形式体现出来,如政府的立项、宣传的口径、行业的会议、专家的讲演等。属于“信息化”的项目,基本由信产部(工信部前身之一)组织实施;属于民用“制造业信息化”项目,基本上由当时的机械部、科技部组织实施;而属于军工“制造业信息化”的项目,则由科工委(科工局前身)组织实施。2008年“工业与信息化部”成立后,对工业化中“制造业信息化”予以了重视,但是两化融合的实施效果还一时难以跟上。因为长期以来,两种信息化的两个阵营,泾渭分明,各说各话,互难融合。巨大的惯性持续至今。

笔者在三年前曾经参加了一个由某信息化组织搞的一个高端研讨会,真切地感受到这种“互难融合”:若干特邀发言专家,都在两化融合的大帽子下,高谈阔论纯IT话题,从芯片开发到操作系统,从电子商务到互联网金融,从手机软件到第四代物流,全程没有一个人是在谈论与工业化有关的“制造业信息化”。如此这般,两化融合中的“工业化”体现在哪里呢?会后,笔者跟同行专家戏称:“今天开了一个IT会议,与我等‘MIT’界人士毫无关系”——这里的MIT,当然不是麻省理工学院,而是指“制造业信息化(Manufacturing IT)”。

工业技术发展了两百多年,信息技术发展了近70年,一直彼此鲜有往来。两个领域各自有自己深厚的积累、技术的丰碑和学术的传人,各自有自己要忙的重大项目,各自有自己所建立的某种“智能”。只不过在三十多年前,以制造业信息化的名义,两大阵营轻轻地牵了根小手指,有了一个MIT,才走到了今天。但是,制造业信息化依然有一点儿找不到北了。

有感于:

两厢阵营两拨人,两种思路不相闻。

两类技术各摆桩,两个智能各自寻。


五、智造大潮卷两岸

两化融合实际上已经走了很长时间的路,即使有看上去的两大阵营,即使有不少的政策引导与推动,然而融合的意向似乎并不强烈。情况一直到两年前才发生改变。


似乎是在须臾间,科技革命的新风潮,开始剧烈地漫卷开来。业界似乎意识到,新老工业体系开始交替了,工业界概念开始随风飞舞,新的术语冲击并眩晕着人们的眼球。十几年前的“鼠标+水泥”,变成了今天的“数字化一切可以数字化的事物”,或者是“互联网+X” ,亦或是“软件定义一切(SDX)”。


德国人在2013年4月发布了《保障德国制造业的未来:关于实施工业4.0战略的建议》的报告,工业4.0石破天惊,拉响了一个巨大信号弹;而美国人在2012年发布了首份AMP报告《获取先进制造业国内竞争优势》,在2014年10月又发布了《加速美国先进制造业》,即AMP2.0。其他西方国家也纷纷跟进。


一条工业4.0的大河,剧烈冲刷着工业技术和信息技术的两岸;一波智能制造的大潮,将两岸观潮之人都卷入了大潮之中。


很多人开始认真思考这一轮以智能化为标识的新科技革命(或新工业革命)与两化融合的关系,并且快速跟进。一时间,甚至有人认为两化融合走偏了,已经过时了,跟不上现在工业4.0或智能制造的时髦了。


然而依笔者之见,中国的两化融合,不是方向不对,而是做得不够深入、不够广泛、不够彻底。即使工业4.0浪潮中,信息化也占据重要位置,只是这里的信息化,重点是以数字化信息为核心的信息化。仔细听听倡导工4的德国人在说什么:“数字化一切可以数字化的事物”,其实这就是对两化融合的最好注解。这句话中提到的“数字化”,就是所有的软件、硬件和网络技术,而“一切事物”,如果映射到中国的两化融合进程中,大致是这样三个阶段:首先是工业与信息化融合,其次是各个产业与信息化融合,最后是全社会与信息化融合。


这正是:


一条大河波浪宽,两个阵营据两边。


科技革命波涛涌,智造大潮卷两岸。


六、大势相融天促成

近两年来,工信部主管领导开始频繁使用两个“IT”(工业技术IT,信息技术IT)的术语,开始为这条大河的两岸架设桥梁,两种IT开始相向而行,两个阵营的两拨人真正有了融合的意味。笔者欣喜地看到,前不久由“中国信息化百人会”组织召开的第23次专题研讨会上,正式启动了“智能制造研究课题”,特邀一批制造业和制造业信息化的资深专家加入。两拨人能坐到一起,对智能制造的专题共同进行专项研究,在笔者的记忆里,似乎是第一次。这既反映出业界对新工业革命视野下对智能制造的需求与共识,也反映出两个阵营的学术方向的转变,当然,其背后的逻辑是大势所趋,不融合不行了。


事实上,在新老工业体系的交替中,单纯的工业技术,单纯的IT技术,都已经难以自行其是、单打独斗了。两个领域的融合发展是必由之路。其实,现在经常谈到的一个智能制造的关键使能技术——CPS(赛博物理系统),就包含了两种技术体系融合的一种具体落地形式:实体数字化,数字实体化。如果两拨人不坐到一起来研究与探讨,是无法深入理解其中的技术内涵和研发思路的。因为在CPS的语境中,作为数字虚体的C,与作为物理实体的P,已经开始是“你中有我,我中有你”,形成了“系统的系统”,形成了软件定义机器功能。因此,单纯的工业技术和单纯的IT技术都已经无法独挑大梁,两拨人坐到一起并且就此开始紧密的合作是必须的,而且是紧迫的。


两化融合,必须首先是两拨人的融合,两拨人必须要坐到一起来共商未来发展大计。当然,两拨人坐到了一起,不代表自此就一定能顺利融合,因为还有长期各说各话、各行其是所带来的两种思维的惯性、两种技术的解析和两种智能的隔阂。


笔者认为,未来智能技术的发展,将“倒逼”两化深入融合。这是智能制造的大势所趋,是智能技术的必由之路。未来,甚至人才的培养单位——高校,也会发生必要的专业调整,例如开设CPS专业到建立CPS学院,或者干脆把制造业学科与计算机应用学科直接合并,皆有可能。


见未来:


融亦不融总得融,大势所趋天促成。


一从开始无回路,自此渐消两阵营。


七、两种智能来赋能

两化融合,是一个长期的、战略性的同时又是艰苦的发展目标。工业化与信息化,绝不会自动融合,亦不会自行终止,更不会一蹴而就。即使今天冒出来很多新术语,诸如工业4.0、智能制造、大数据、数字孪生、CPS、互联网+,等等,也不过是两化融合的深入与发展,是两化融合的具体的落地形式。这些“新生代”术语的指向,实质上都是两化融合——因为,两化融合是新工业体系总体发展的大路径,智能化是发展方向,数字孪生是形态透明技术,CPS是使能技术,互联网+是赋能模式,大数据是使能与赋能的原料,而相对于传统的制造模式,未来的制造模式将转型升级为智能制造。


两化融合可以率先从两个领域的两种主流智能的融合开始:即源于工业领域长期积累的工业智能,与源于信息领域的人工智能,形成相互借鉴和融合。人工智能已经讨论得太多了,而关于工业智能,则可以参考工信部原副部长杨学山的见解:“其实任何自动化系统,不管它是生产的还是管理的,只要是自动化系统它就是智能系统。”因此,工业领域中大量使用的自动化系统,无论是用机械、自控、电子、软件等哪种技术实现的,其实都是工业智能系统。以工业智能和人工智能这两种智能技术为主体,兼顾其他智能技术(如跨界的CPS智能技术、生物智能技术等),是今后智能制造技术的主流发展方向。这两种智能的融合具有引领作用:当两种智能开始真正融合的时候,与此有关的两种技术、两种思路、两拨人等等,也都会顺势都走到一起。


笔者认为,企业的工业化水平从几点零起步并不重要,重要的是企业要逐步走向两化融合,研发与生产技术要走向自动化、数字化和网络化,由此而奠定走向智能制造的坚实基础。每个企业的情形不同,出发点不同,实现的路径必然有所不同,但是大方向,必定是各种表现形式的、逐步升级和深化的两化融合。


正所谓:


两种智能来赋能,融合先从两智融。


集成水平渐提升,适用方能共同赢。


八、工业理论再创新

两化融合的目标远景早已确立,两化融合的奋斗路径还很漫长。时代在快速地变化,从十几年前的世纪更替到今天的新老工业体系转换,也许会有人有疑问:还要不要坚持两化融合的大方向?历史是否还需要我们继续做好这个大课题?


两化融合的目标远景不应该、也不能够被抛弃,其具体的技术内涵和相应的概念体系可做适当的重新梳理。套用一句曾经流行的名言:“工业4.0一声炮响,给我们送来了德国工业自我革命的新理论”。在智能化的大视野里,在互联网无处不在的大环境中,这些新生代的西方工业发展理论,将推动我国的各界人士,重新重视制造业,重建中国自己的工业发展理论,也必将加速两化融合的理论嬗变与现实实践。


上个月,工信部软服司在京组织召开《面向新工业革命的信息化和工业化深度融合研究》开题报告会,旗帜鲜明地回答了这个问题,两化融合不仅要继续,而且要深入研究,要体现中国特色。这个研究课题非常有意义,是第一次把两化融合与新工业革命放在了一起进行研究。两个阵营的人马,需要冷静地深味其中含义,理清新工业革命的特点和两化融合的重点,以高度的自信和持久的恒心,完成对新工业革命的深入思考和长期实践。


可以说,两化融合举起了新工业哲学的大旗,是具有前瞻性的、独具中国特色的新型工业化理论。两化融合在工业发展的大思路上,兼容了新生代的工业发展理论(如工业4.0等),但是其理论本身并不完备,其落地技术并不具体。很多相关问题,有待于深入研究与补充。例如两化融合与工业革命的关系问题,与实践环节的匹配问题,与技术系统的演进周期的符合性问题,与第三产业(如制造服务化等)的集成问题,这些研究状态长期弱化,宣传口径时有调整的问题,都需要进行超越体制的、官方与民间智库相结合的综合研究。


从传统的工业经济理论到新的工业发展理论,从传统的工业技术哲学到新的工业技术哲学,两化融合已经开始由低拔高,与工业革命的发生与发展有所结合,同时也由浅入深,逐渐下沉到工业演进理论与产业融合创新路径的道路上。


有道是:


工业理论再创新,两化更待融合深。


德美经验可借鉴,卅载实践明乾坤。


九、小结

制造业信息化,实际上就是两化融合三十多年来一贯的、宝贵的一种尝试与实践。制造业信息化为中国培养了大量两化融合的人才,支撑了中国制造业在改革开放以来的快速发展。


两化融合,更难的融合在制造技术之外,牵扯到两拨人、两种思维、两种管理、两种学术等各方面的融合,也有来自工业界和来自信息界的两种智能的融合。融合的结果,将成为智能制造腾飞的助推器。


两化融合,亟需新的工业发展理论来指导。现在所有的新工业体系术语,其实质都是在为两化融合铺路架桥。对新工业发展理论的研究是我们要补的重要一课。德国、美国新工业化进程中的经验可为借鉴,而中国两化融合三十年的实践,更为此时定神深思继而以大步前行的明镜。


两化融合,始于改革开放,兴于世纪更替,盛于体系转型,必将辉煌于智能时代。


审核编辑(郑益文)
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