兩化融合(工業化與信息化融合)是一個由國家提出的長期發展戰略目標。從提出兩化融合到現在已經有十多年了但兩化還沒有真正融合到一起,很多地方甚至還沒有做好開始融合的準備。其背后的原因,錯綜復雜;其經歷的時間,三十多年;其發展的勢頭,持續增強;其未來的情形,任重道遠。
一、三十年前也跨界
兩化融合不是今天才有的,也不是從2002年提出這個口號時才有的。如果考察一下兩化融合的歷史進程,可以回溯到改革開放早期。大約在上個世紀80年代初,伴隨著IBM大型機、VAX小型機、阿波羅圖形工作站等多種計算機進入中國,帶來了一些運行在這些計算機上的機械設計、仿真軟件、繪圖軟件、計算機軟件語言,以及可以用軟件語言調用的函數子程序接口和畫線與渲染子程序接口,由此而有了“制造業信息化”的發端——開發計算機輔助設計(CAD)軟件程序。在80年代中期機械部還推廣過機電一體化技術,提倡用微電子技術改造機械設備。CAD軟件和微電子屬于信息技術,被設計和改造的機械屬于工業化的范疇,這就構成了兩化要素的最早的一種融合形式。
最初的CAD軟件開發以二維繪圖軟件為主。當時能在阿波羅圖形工作站上開發出來一套二維CAD軟件的基本功能,會讓人興奮不已。筆者就是在那個時代,開始研發以二維圖形裁剪為核心的交互式繪圖軟件系統。那個時候,能快速地畫出一張符合技術要求的機械零件圖,是一個非常重要的開發任務,零件圖的圖框、布圖、尺寸、符號、技術要求標注等,都是必須要考慮的。如果能以“二維半”(二維形狀拔高后的柱狀形體)的形式做出一些零件立體圖,那就是很高級的開發項目了。畢竟,一張可以隨意修改每一根線條的零件圖,勝過幾乎無法修改的手繪圖紙的千百倍,這就是信息化的力量。當年機械部、國家科委等都組織了多種形式的國家級開發項目,高校、研究所、企業都參與其中。筆者也參與了當年機械部組織的“七五”攻關項目、國家科委的計算機繪圖軟件、以及后來的甩圖板等項目。由此,筆者跨入了“制造業信息化”這個領域,沉浸其中,一直行走至今。
跨界,在今天聽起來或許很時髦,而在三十多年前干過這些項目的人都與筆者有同樣的感覺和記憶:大家都是跨界的。要干這一行,首先要做的就是跨界:一大批出身于制造業的教師和技術人員,費力地啃起了軟件工程、計算機曲線曲面、各種編程語言等專業課程,當然,也有部分原本學計算機的人,學習了機械設計等課程——但這一類學成者是極少數。道理很簡單,出身機械制造的人,學習軟件編程技術相對容易上手,只是多學了幾門計算機類的工具知識課而已;而出身計算機的人想學習機械課程的難度和跨度就大多了,幾乎是要換專業了。
這正是:
三十年前也跨界,軟硬件加機械學。
白發徒增耗心血,多少編碼不眠夜。
二、大小融合走過來
制造業就是通過資源要素做出各種產品的行業,包含了離散制造業和流程制造業,是工業化的主要目標對象。信息技術(IT)主要是應用計算機科學和通信技術來設計、開發、安裝和實施信息系統及應用軟件,是信息化的主體構成。因此,我們可以這樣來理解和定義:只要將信息技術與制造業的有關技術(以及現代管理技術等)結合起來產生應用成果,就都屬于制造業信息化。開發CAD軟件當然是屬于制造業信息化的工作內容之一。
制造業信息化的應用與發展路徑,是一個漸進發展的過程,是兩化融合的一個縮影與子集,筆者將此稱為小融合。制造業信息化經歷了從早期的單項信息技術的應用,發展到多項技術集成應用等,從機械裝備個別零件的數字化(加入傳感器、RFID、OS等),發展到大部分零部件的數字化,最后發展到工業技術與信息技術全面交匯的兩化融合,筆者將之稱為大融合。
制造業信息化首先從小范圍融合開始,涉及到信息技術在企業的產品研發、生產、管理等不同專業領,大致有五條平行發展的技術路線:
產品研發:從二維CAD、CAM、CAPP發展到三維CAD、CAE、CAT、PDM等,讓工業產品的研發有了信息化手段;
產品本身:從印刻條碼、激光條碼/二維碼等發展到嵌入RFID、芯片、傳感器、計算內核等,讓產品本身實現數字化;
自動產線:從PLC、機床數控系統,到自動化生產線、自動化物流等,讓生產制造過程有了信息化手段;
企業管理:從財務軟件、MRPII發展到ERP、PLM、CRM、BI、SCM、MES等,讓企業在人財物以及銷售和服務的管理上有了信息化手段;
管理思想:從工業工程、精益生產到5S、六西格瑪等,讓企業可以把現代管理思想納入到信息化系統之中。
當這五條線上的小范圍融合發展到一定階段,就會逐漸彼此交匯,融合創新,形成比較全面的解決方案,當然也形成更大范圍的兩化融合。
在工信部2014年發布的“兩化融合評估國家標準(GB/T23020-2013)”中,將企業兩化融合發展分為四個階段:起步建設、單項覆蓋、集成提升和創新突破。其所描述的這四個階段,與筆者實際觀察到的制造業信息化的發展過程是基本吻合的。
真個是:
大小融合分步跨,五條路徑信息化。
四個步驟可進階,融合創新來當家。
三、影子專業三十年
制造業信息化,在政府官方、學術層面、專業分類領域,很難說是一個非常清楚的領域。政府每年都有制造業信息化的立項,但是在學術層面并沒有這個專業分類,在幾乎所有的專業分類中和門戶網站中,往往都很難找到“制造業信息化”這個專業分類。
相信讀者對此也并不陌生。如果你打算購買圖書,你在圖書分類中找不到“制造業信息化”;如果打算在一個門戶網站注冊,在選擇“專業分類”時,也一定會遇到這樣的尷尬,要么你選擇“計算機”專業,要么你選擇“制造業”專業,根本沒有“制造業信息化”這個專業分類。似乎筆者一直從事的“制造業信息化”工作,就是一個制造業的影子專業。說它有吧,它似乎很難在約定成俗的專業分類中找到自己的位置;說它沒有吧,它又實實在在有一大批人在為之辛勤地奮斗著,有一大批成果在實實在在地產生并應用著。大約本世紀初,中航工業集團一飛院成功地實現“全數字化”開發飛豹戰機,并且與西飛公司實現了設計制造一體化。這應該是當年制造業信息化發展的最高水平,也是兩化融合的優秀案例。
在中國,在制造業信息化這一領域奮斗的人,不少人已經走過了三十年光陰。但令人遺憾的是,時至今日,制造業信息化在中國也沒有類似于電子商務、互聯網金融那樣一般光鮮靚麗的定位與展示,仍然是一個影子般的客觀存在。
君不見:
影子專業三十年,工業成果多貢獻。
專業分類無處尋,空留絕技一招鮮。
四、兩廂陣營兩撥人
自從上個世紀90年代末電子商務興起之后,“IT”迅速成為了一個時髦的專業術語,而這個專業,在政府部門特別是在當時的“信息產業部”的語境里,是一個真實的客觀存在。
從專業內容上說,IT是一個相對模糊的概念,包含了一大批電子、通信、計算機軟件、硬件、網絡技術等;但是從概念劃分上說,IT又是一個相對清晰的概念,即它屬于“信息化”,但實際上與“制造業信息化”基本上并沒有什么交集。因此十多年來,“信息化”發展得越快,立項越多,“信息化”與“制造業信息化”的距離也就拉得越開。
這種尷尬的關系以很多的形式體現出來,如政府的立項、宣傳的口徑、行業的會議、專家的講演等。屬于“信息化”的項目,基本由信產部(工信部前身之一)組織實施;屬于民用“制造業信息化”項目,基本上由當時的機械部、科技部組織實施;而屬于軍工“制造業信息化”的項目,則由科工委(科工局前身)組織實施。2008年“工業與信息化部”成立后,對工業化中“制造業信息化”予以了重視,但是兩化融合的實施效果還一時難以跟上。因為長期以來,兩種信息化的兩個陣營,涇渭分明,各說各話,互難融合。巨大的慣性持續至今。
筆者在三年前曾經參加了一個由某信息化組織搞的一個高端研討會,真切地感受到這種“互難融合”:若干特邀發言專家,都在兩化融合的大帽子下,高談闊論純IT話題,從芯片開發到操作系統,從電子商務到互聯網金融,從手機軟件到第四代物流,全程沒有一個人是在談論與工業化有關的“制造業信息化”。如此這般,兩化融合中的“工業化”體現在哪里呢?會后,筆者跟同行專家戲稱:“今天開了一個IT會議,與我等‘MIT’界人士毫無關系”——這里的MIT,當然不是麻省理工學院,而是指“制造業信息化(Manufacturing IT)”。
工業技術發展了兩百多年,信息技術發展了近70年,一直彼此鮮有往來。兩個領域各自有自己深厚的積累、技術的豐碑和學術的傳人,各自有自己要忙的重大項目,各自有自己所建立的某種“智能”。只不過在三十多年前,以制造業信息化的名義,兩大陣營輕輕地牽了根小手指,有了一個MIT,才走到了今天。但是,制造業信息化依然有一點兒找不到北了。
五、智造大潮卷兩岸
上篇中已經提到,兩化融合實際上已經走了很長時間的路。即使有看上去的兩大陣營,即使有不少的政策引導與推動,然而融合的意向似乎并不強烈。情況一直到兩年前才發生改變。
似乎是在須臾間,科技革命的新風潮,開始劇烈地漫卷開來。業界似乎意識到,新老工業體系開始交替了,工業界概念開始隨風飛舞,新的術語沖擊并眩暈著人們的眼球。十幾年前的“鼠標+水泥”,變成了今天的“數字化一切可以數字化的事物”,或者是“互聯網+X” ,亦或是“軟件定義一切(SDX)”。
德國人在2013年4月發布了《保障德國制造業的未來:關于實施工業4.0戰略的建議》的報告,工業4.0石破天驚,拉響了一個巨大信號彈;而美國人在2012年發布了首份AMP報告《獲取先進制造業國內競爭優勢》,在2014年10月又發布了《加速美國先進制造業》,即AMP2.0。其他西方國家也紛紛跟進。
一條工業4.0的大河,劇烈沖刷著工業技術和信息技術的兩岸;一波智能制造的大潮,將兩岸觀潮之人都卷入了大潮之中。
很多人開始認真思考這一輪以智能化為標識的新科技革命(或新工業革命)與兩化融合的關系,并且快速跟進。一時間,甚至有人認為兩化融合走偏了,已經過時了,跟不上現在工業4.0或智能制造的時髦了。
然而依筆者之見,中國的兩化融合,不是方向不對,而是做得不夠深入、不夠廣泛、不夠徹底。即使工業4.0浪潮中,信息化也占據重要位置,只是這里的信息化,重點是以數字化信息為核心的信息化。仔細聽聽倡導工4的德國人在說什么:“數字化一切可以數字化的事物”,其實這就是對兩化融合的最好注解。這句話中提到的“數字化”,就是所有的軟件、硬件和網絡技術,而“一切事物”,如果映射到中國的兩化融合進程中,大致是這樣三個階段:首先是工業與信息化融合,其次是各個產業與信息化融合,最后是全社會與信息化融合。
這正是:
一條大河波浪寬,兩個陣營據兩邊。
科技革命波濤涌,智造卷大潮兩岸。
六、大勢相融天促成
近兩年來,工信部主管領導開始頻繁使用兩個“IT”(工業技術IT,信息技術IT)的術語,開始為這條大河的兩岸架設橋梁,兩種IT開始相向而行,兩個陣營的兩撥人真正有了融合的意味。筆者欣喜地看到,前不久由“中國信息化百人會”組織召開的第23次專題研討會上,正式啟動了“智能制造研究課題”,特邀一批制造業和制造業信息化的資深專家加入。兩撥人能坐到一起,對智能制造的專題共同進行專項研究,在筆者的記憶里,似乎是第一次。這既反映出業界對新工業革命視野下對智能制造的需求與共識,也反映出兩個陣營的學術方向的轉變,當然,其背后的邏輯是大勢所趨,不融合不行了。
事實上,在新老工業體系的交替中,單純的工業技術,單純的IT技術,都已經難以自行其是、單打獨斗了。兩個領域的融合發展是必由之路。其實,現在經常談到的一個智能制造的關鍵使能技術——CPS(賽博物理系統),就包含了兩種技術體系融合的一種具體落地形式:實體數字化,數字實體化。如果兩撥人不坐到一起來研究與探討,是無法深入理解其中的技術內涵和研發思路的。因為在CPS的語境中,作為數字虛體的C,與作為物理實體的P,已經開始是“你中有我,我中有你”,形成了“系統的系統”,形成了軟件定義機器功能。因此,單純的工業技術和單純的IT技術都已經無法獨挑大梁,兩撥人坐到一起并且就此開始緊密的合作是必須的,而且是緊迫的。
兩化融合,必須首先是兩撥人的融合,兩撥人必須要坐到一起來共商未來發展大計。當然,兩撥人坐到了一起,不代表自此就一定能順利融合,因為還有長期各說各話、各行其是所帶來的兩種思維的慣性、兩種技術的解析和兩種智能的隔閡。
筆者認為,未來智能技術的發展,將“倒逼”兩化深入融合。這是智能制造的大勢所趨,是智能技術的必由之路。未來,甚至人才的培養單位——高校,也會發生必要的專業調整,例如開設CPS專業到建立CPS學院,或者干脆把制造業學科與計算機應用學科直接合并,皆有可能。
見未來:
融亦不融總得融,大勢所趨天促成。
一從開始無回路,自此漸消兩陣營。
七、兩種智能來賦能
兩化融合,是一個長期的、戰略性的同時又是艱苦的發展目標。工業化與信息化,絕不會自動融合,亦不會自行終止,更不會一蹴而就。即使今天冒出來很多新術語,諸如工業4.0、智能制造、大數據、數字孿生、CPS、互聯網+,等等,也不過是兩化融合的深入與發展,是兩化融合的具體的落地形式。這些“新生代”術語的指向,實質上都是兩化融合——因為,兩化融合是新工業體系總體發展的大路徑,智能化是發展方向,數字孿生是形態透明技術,CPS是使能技術,互聯網+是賦能模式,大數據是使能與賦能的原料,而相對于傳統的制造模式,未來的制造模式將轉型升級為智能制造。
兩化融合可以率先從兩個領域的兩種主流智能的融合開始:即源于工業領域長期積累的工業智能,與源于信息領域的人工智能,形成相互借鑒和融合。人工智能已經討論得太多了,而關于工業智能,則可以參考工信部原副部長楊學山的見解:“其實任何自動化系統,不管它是生產的還是管理的,只要是自動化系統它就是智能系統。”因此,工業領域中大量使用的自動化系統,無論是用機械、自控、電子、軟件等哪種技術實現的,其實都是工業智能系統。以工業智能和人工智能這兩種智能技術為主體,兼顧其他智能技術(如跨界的CPS智能技術、生物智能技術等),是今后智能制造技術的主流發展方向。這兩種智能的融合具有引領作用:當兩種智能開始真正融合的時候,與此有關的兩種技術、兩種思路、兩撥人等等,也都會順勢都走到一起。
筆者認為,企業的工業化水平從幾點零起步并不重要,重要的是企業要逐步走向兩化融合,研發與生產技術要走向自動化、數字化和網絡化,由此而奠定走向智能制造的堅實基礎。每個企業的情形不同,出發點不同,實現的路徑必然有所不同,但是大方向,必定是各種表現形式的、逐步升級和深化的兩化融合。
正所謂:
兩種智能來賦能,融合先從兩智融。
集成水平漸提升,適用方能共同贏。
八、工業理論再創新
兩化融合的目標遠景早已確立,兩化融合的奮斗路徑還很漫長。時代在快速地變化,從十幾年前的世紀更替到今天的新老工業體系轉換,也許會有人有疑問:還要不要堅持兩化融合的大方向?歷史是否還需要我們繼續做好這個大課題?
兩化融合的目標遠景不應該、也不能夠被拋棄,其具體的技術內涵和相應的概念體系可做適當的重新梳理。套用一句曾經流行的名言:“工業4.0一聲炮響,給我們送來了德國工業自我革命的新理論”。在智能化的大視野里,在互聯網無處不在的大環境中,這些新生代的西方工業發展理論,將推動我國的各界人士,重新重視制造業,重建中國自己的工業發展理論,也必將加速兩化融合的理論嬗變與現實實踐。
上個月,工信部軟服司在京組織召開《面向新工業革命的信息化和工業化深度融合研究》開題報告會,旗幟鮮明地回答了這個問題,兩化融合不僅要繼續,而且要深入研究,要體現中國特色。這個研究課題非常有意義,是第一次把兩化融合與新工業革命放在了一起進行研究。兩個陣營的人馬,需要冷靜地深味其中含義,理清新工業革命的特點和兩化融合的重點,以高度的自信和持久的恒心,完成對新工業革命的深入思考和長期實踐。
可以說,兩化融合舉起了新工業哲學的大旗,是具有前瞻性的、獨具中國特色的新型工業化理論。兩化融合在工業發展的大思路上,兼容了新生代的工業發展理論(如工業4.0等),但是其理論本身并不完備,其落地技術并不具體。很多相關問題,有待于深入研究與補充。例如兩化融合與工業革命的關系問題,與實踐環節的匹配問題,與技術系統的演進周期的符合性問題,與第三產業(如制造服務化等)的集成問題,這些研究狀態長期弱化,宣傳口徑時有調整的問題,都需要進行超越體制的、官方與民間智庫相結合的綜合研究。
從傳統的工業經濟理論到新的工業發展理論,從傳統的工業技術哲學到新的工業技術哲學,兩化融合已經開始由低拔高,與工業革命的發生與發展有所結合,同時也由淺入深,逐漸下沉到工業演進理論與產業融合創新路徑的道路上。
有道是:
工業理論再創新,兩化更待融合深。
德美經驗可借鑒,卅載實踐明乾坤。
九、小結
制造業信息化,實際上就是兩化融合三十多年來一貫的、寶貴的一種嘗試與實踐。制造業信息化為中國培養了大量兩化融合的人才,支撐了中國制造業在改革開放以來的快速發展。
兩化融合,更難的融合在制造技術之外,牽扯到兩撥人、兩種思維、兩種管理、兩種學術等各方面的融合,也有來自工業界和來自信息界的兩種智能的融合。融合的結果,將成為智能制造騰飛的助推器。
兩化融合,亟需新的工業發展理論來指導。現在所有的新工業體系術語,其實質都是在為兩化融合鋪路架橋。對新工業發展理論的研究是我們要補的重要一課。德國、美國新工業化進程中的經驗可為借鑒,而中國兩化融合三十年的實踐,更為此時定神深思繼而以大步前行的明鏡。
兩化融合,始于改革開放,興于世紀更替,盛于體系轉型,必將輝煌于智能時代。