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制造业迫切需要创新生态系统的建设
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SeanSong 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2020-05-19 13:57:47 楼主

一、制造创新生态系统研究的迫切性

 

今天,制造业正在推进智能制造,而智能制造最为显著的特征在于集成,也即三大集成:从底层传感器到云端的数据垂直方向集成,机器与机器之间的横向集成(M2M),以及端到端(设计、制造、供应链、用户、财务等)的集成,而这种集成本身则意味着更多的连接—人们将聚焦都放在了技术的集成,包括了通信的规范与标准/软件的接口连接,然而,更为重要的则是我们需要一种制造业创新的生态,因为如果没有良好的顶层设计,这种推进将会非常低效、混乱,就像很多年来不断推进的计算机集成制造(CIMS)、两化融合、工业互联网等一样,不断的追逐欧美先进国家建立在坚实产业基础之上的规划、愿景,最终沦为“概念炒作”、“造词”、然后成为一些企业以各种名头骗取补贴,而真正做事的企业却又不愿意参与其中—因为真正需要的投资这点补贴又太少,还有太多的流程和监管—流于形式,没有真正发挥其高效的运行机制,推进产业真正的升级,使得制造如此强大的今天—仅仅是制造,而没有真正掌握核心技术,如高端机床、工业软件、芯片等。

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图1-数字化的变革从金字塔到分布式对等架构[1]

从以下几个方面先阐述生态系统建设的必要性,先抛开生态系统理论背景,而从产业实际来进行表述:

 

1.智能集成是一种跨界的集成,涵盖了数字化设计,包括了建模仿真过程CAD/CAE/CAPP,也包括了生产运营管理的ERP、MoM、PLM等IT架构软件,还包括了MES系统以及OT端(Operational Technology),在OT端则包含了具体的机械、电气、工艺的技术集成,当然也包括了运营管理。如果说软件是工业知识的载体,也是竞争力的塑造关键,那么这些集成就是在软件之间的集成,那么统一的规范,则变得至关重要,在欧洲,包括各家仿真软件基于FMU/FMI(功能模型单元FunctionalMock-up Unit,而其接口称为Functional Mock-Up Interface)实现集成,在现场端的集成,IIC、LNI 4.0等均定义了将OPCUA规范实现信息建模与语义互操作的连接实现。

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图2-基于FMI接口的多种仿真软件之间的协同

这种技术的变革在企业内部对企业的组织架构会产生影响,简单说,我们不能用集中式架构的组织架构来匹配“分布式计算”的运营系统,另一面,在企业外部,一个独立的企业无法应对来自一个“集团军”的挑战,企业必须打破原有的壁垒与其它企业联合才能赢得市场。

 

2.智能时代的利益再分配问题,所谓的革命如果没有影响利益格局不能称之为“革命”,在历史上,技术变革带来的质变往往也伴随着生产关系的变革,跨界的力量希望借助于在其他领域的成功进入制造业分一杯羹以扩张自己的商业版图,因为原有市场已经饱和,而既有的制造业则希望通过新技术的采用巩固原有的竞争壁垒,尽管技术视角这是一种合作,但是,从商业的视角却是一种竞争力量,跨界有创新,跨界同样要冒风险,不仅仅是自己的转型失败,也可能是被降维打击而失去既有阵地,但是,对于一个国家而言,必须去拥抱这种变化,才能让整体产业在融合中合并同类项,降低产业整体成本,进军国际市场,而非仅仅在内部搏杀。

 

3.数字时代的生存战略:不确定性、干扰对于企业永远存在,而且是在加剧,企业的竞争战略必须,原有通过行业特殊工艺Know-How的独特核心竞争力模式难以应对集团军作战的对方,例如单机的生产无法应对连线的整机厂商的竞争力,传统企业的单个企业就掌握某项核心技术的能力也被打破,例如,机器视觉、机器学习、数字孪生这些都是非常具有专业性的跨界领域,它与传统制造现场的融合本身就意味着企业自建一个这样的研发队伍显然无法与专业的来自IT巨头们的实力竞争,如Machael Porter所说—战略就是选择不做什么,那么,哪些你不做的,就交给合作伙伴,来自生态系统里的其它企业、组织来配合。

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图3-迈克尔.波特(图片来源于网络)

这也正是今天各种联盟越来越多的原因,各种论坛/讨论更多的原因,在制造业里诸如各种产业联盟、技术组织与协会,各家公司加入了各种由政府、协会、媒体、企业等各种力量建立的联盟试图建立一个生态系统,来获得一种相互的资源,然而,在很多时候,更像是一个开会的组织、社交的组织,并不能真正产生有意义的合作,因此,非常有必要对这些联盟进行一些梳理和思考,如何更为有效的构建制造创新的生态系统,创新来自于跨界,这种生态系统在其开始即具有“创新”的要素。

 

二、当前生态建设的问题

当前的各种产业联盟生态系统组织存在的一些问题,需要进行改善,包括几个方面:

 

1.缺乏有需求的大型企业的参与,提出明确的需求,大企业会存在比较多在知识产权保护、技术泄密等方面的问题,尝试新的技术需要较大的投入,而这种做小白鼠的工作与其自身的工作压力不相符,因此,积极性不高,如何设计驱动力让其原意领导产业发展也是需要考虑的。

 

2.目前很多联盟主要产生了一些白皮书,而这些白皮书,通常都有一些对国外的抄袭,仅在描绘一个愿景,需求的提出也通常并没有经过前期严格的调研,用事实说话,主要停留在定性说明,并且对问题的解构也缺乏专业,而用了一些建制派“专家”,通常喜欢大学与研究机构,而事实上,现场有神明,真正的制造专家往往是在现场大量实践的人,它不同于科学,因此,很多时候,教授往往不一定比高级技师更懂现场,也许政府和大学、研究机构都属于一个“体制内”的,具有相同的风格,而且,拿出这些大的Title更能给人以高端大气的感觉,—脱离现场实际的专家的视角和观点,往往缺乏逻辑与事实的说服力,其指导意义并不大。

生态系统必须是一种具体的利益驱动型的发展性组织,而不是一种联盟、市场、信息平台的角色,否则,这样没有实质性内容的组织,就会缺乏真正的影响力。

 

3.体制性的约束:目前很多所谓的联盟实际上是处于“非法”状态,未经民政部注册或没有管理部门,因此,在财务、法律上都存在潜在问题,这导致其业务运营会受到限制,无法发挥其真正更为广泛的产业聚集和协同的能力。

 

4.缺乏专业的组织设计:实际上,一个联盟也应该最好有专业的机构为其进行设计,大家都不愿意花钱请个咨询公司的专业人士来进行规划设计,通常都是几个发起人或公司靠着情怀要干点事情,每个人在其领域都很专业,但是,却对怎么运行一个非盈利组织没有专业的设计能力—而这也是普遍存在的问题,也并非制造业才有。

 

 

三、生态建设也同样需要专业

 

制造业的人基本上都是“工程”背景,即,工科出身,机械工程、材料工程、电气工程、通信工程,在大学里也被称为“硬学科”,来自硬学科的人总是会有些对软科学,如管理科学与工程、组织架构、战略、人力资源这些有一些不那么认同,因为,觉得硬的科学技术才是“真本事”,这是一种很硬朗的制造业文化,显著的比较就是工科的人可以去转行从事管理工作,而几乎鲜有管理口专业的人转向工程技术领域,这种不可逆使得理工科专业的人先天觉得管理无用,或者认为那些东西都是“虚”的,而不像工程技术那么实在,可以验证,可以精确测量与控制。

 

这个有一定的背景原因,在于中国的管理科学领域的人通常都非来自工程领域,而工程领域又有显著的门槛,这使得一个外行很难管理一个内行,另一方面,国内的管理科学领域的专业通常都讲的是一些国外的知名学府和专家的理论,而不同于国内的管理科学领域,哈佛,耶鲁的管理学教授们都具有深厚的产业功底,就像迈克尔.波特这样的大咖,本身就经营着自己的管理咨询公司,并且担任PTC的顾问,而IBM的咨询业务本身来自于其在研发管理方面自身的深厚功底,这使得国内的教授,咨询公司面对工业领域的企业时,就很难有说服力,讲的都是来自于丰田的精益生产而又缺乏实操,对于各种战略的咨询却对产业无法了解,这都使得管理专家难以赢得信任。

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图4-《竞争的衰亡》(图片来源于网络)

战略管理领域自James Moore的《竞争的衰亡》一书出版也逐渐转向了生态系统建设,而不是原有的核心竞争力的塑造问题,这是一个大的趋势,显然也符合今天产业的发展。构建生态系统—必须相信“术业有专攻”,而非是一种“人脉”、“信息获取”平台,这将使得生态系统无法真正的运行,取得良好效果。

 

四、生态系统建设参考NNMI和IVI


在这里,我们以美国制造创新网络,现在称为制造业美国(Manufacturing USA)和日本的工业价值链促进会IVI为例,希望从中对产业生态建设有一些借鉴。

4.1NNMI美国国家制造创新网络研究院

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图5-ManufacturingUSA

制造业领域的生态系统建设,我们可以参考一下美国的Manufacturing USA,早起它是称为NNMI-美国国家制造创新网络,由14个制造创新中心构成,其有着明确的目标设定,即,通过共建产业生态系统、劳动力培养三大战略目标,如图6显示了其在生态中的构建,NNMI设定了明确的体系目标、架构、阶段性目标(里程碑)、关键技术难题、资金分配、会员等级、专利转让与优先权、劳动力培养计划等一系列相应的匹配政策,使得其达成该领域的技术能够在全球市场获得竞争力,其聚焦于技术成熟度等级TRL3-7和制造成熟度等级MRL3-7这个阶段,即,在实验室已经有了概念,小型测试,但是,由于成本、技术成熟度等问题而无法大量推广,其旨在通过一种政府引导的技术投资,杠杆作用带动产业投资,用一笔小的资金通过杠杆撬动10倍的研发投入,再撬动数倍的产业市场发展。

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图6-NNMI的生态系统战略[3]

 在NNMI的前期由咨询公司Nexight进行了早起的文献综述、产业调研、专家访谈,对目标进行了定义,并组织由中立的大学担任组织的领导者,由End User,机械制造商,材料供应商,技术提供商等产业链上下游共同面对产业难题,制定ProjectCall计划,并由各个企业或研究机构提交提案来制定其项目计划,以及分享计划,这样就可以推动整个产业链条上的企业之间进行合作,通常会由波音、洛克希德.马丁、雷神等终端企业提出需求,然后政府资助,企业自筹各50%的方式而不是大量的资金补贴出去的方式,这样可以使得企业自身有付出,更为重视,而其更多看重产业协同中的合作。

 

在NNMI的生态中包含了NextFlex-针对柔性混合电子,这是面向可穿戴设备、柔性电子产品等领域所开发的技术,IACMI-针对碳纤维增强复合材料,面向的领域包括了汽车减重设计,氢燃料电池储罐、风力发电叶片等重大的市场,PA-Power America,针对柔性混合电子SiC、GaN宽禁带功率电子,AM-增材制造、AFFOA-革命性纤维等共计14个,每个领域都面对着以产业协同制造来解决材料、能源问题,这个生态将围绕制造的材料与能源,以制造创新,包括机械、仿真、自动化、材料、工艺等领域的企业共同解决产业实际问题,并发布和拟定了关键技术的攻关课题组,这是一种围绕制造的协同,而非仅仅以“本位主义”所主导的工业互联网、人工智能驱动制造业的逻辑。

 

真很关键,就在于制造创新的本质是“寻求经济性”,在工艺、流程、质量方面的不断提升,通过不断的完善使得这些技术具有经济性,从而获得产业大规模应用,最终目的在于美国产业协同降低自身整体的成本,进而在全球市场获得领导地位。

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图7-NextFlex柔性混合电子的技术路线图[4]

 

图7则显示了其为柔性混合电子制定了方向、技术路线图、测试平台的架构。

当然,特朗普的上台,使得大家担心NNMI是否能够继续,但是,实际上,这些组织目前仍然在运行之中,另外,关于美国制造创新网络研究院的机制,当时参与研究时有一种感觉,这个架构很好,但是,美国属于“弱政府,强企业”,因此,未必能够很好的执行,而中国则是强政府,其执行效率更高,但是,可能更需要一种科学的方法体系来构建生态,这样会发挥出更大的力量。

 

2.日本工业价值链促进会-IVI

第二个例子就是日本的IVI-Industrial Value-Chain Imitative,工业价值链促进会,其制造构建一个生态系统,以应对在智能制造时代的企业之间协同问题,其具有显著的三个特征:

(1).工业互联网技术是为精益制造服务的:这里明确了工业互联网的角色扮演,并非像中国一样成为了一种主导力量,试图Internet+的形式来主导制造业,而在日本制造业以精益为显著特征的情况下,互联网技术就是一种工具,这个定位应该是明确的。

(2).致力于共同构建连接的规范:IVI首先对制造场景进行了梳理,然后聚焦大家的共性问题,定义了针对各种设备、软件之间协同连接的“松散”型规范,大家共同制定各自行业的规范,信息模型,使得各个软件之间可以进行协同,达到语义互操作,而在中国,显然,这样的联盟似乎也未能成型,中国似乎并不愿意采用国际通行的规范,而试图另起炉灶,然而,这个道路必须建立在非常深厚的工业基础和结构性思维的文化根基上,如果缺乏这个根基,因为标准与规范通常是建立在较高的生产管理水准之上的,它并非是技术,而是一种管理理念的落实,即,规范与标准是产业能力的一种外在表现形式,而其内核则在产业的制造运营能力。

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图8-IVI所设计的企业之间的连接规范方法[5]

 

图8是IVI干的实际工作,构建一个企业之间信息交互的接口和规范,并且是一种松散而非强制的方式,各个企业都可以建立自己的本地字典(Local Dictionary),这些字典保存了企业自身的Know-How,并映射到通用字典(Common Dictionary),这些用于连接、配置整个生产系统,而对于用户,则根据选择配置这个对象字典,他们可以在整个联盟的字典库中去查询对应的厂商的字典,如图8所示。

制造业的生态系统往往必须建立在技术规范与标准之上,因为,制造业有一个基础连接问题,包括物理连接、数据连接、物料流、价值流的连接。

 

(3).生态系统建设同样是IVI的核心要旨,来自于各个领域的End User,OEM,自动化厂商,IT厂商均加入了IVI,共同发布各自的需求,图9显示了这个生态系统中各方的关系,而图9右侧的软件则是由IVI开发了用于用户与供应商对其数据、信息、流程、功能、场地等进行配置的软件。

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图9-IVI的生态系统构建[6]

 

另外,IVI还有一个与欧美复杂架构不同的,在于他们会用一种非常通俗易懂的、卡通形式来传播他们的思想和行动,使得成员更易于理解,这与其本身具有的动漫产业文化有一定的影响。

 

德国的工业4.0本身是由Fraunhofer研究院主导,包括了德国国家标准组织、大型企业共同组建,实力也是同样雄厚,关于德国的产业组织在过去有很多的表述,这里不做过多赘述。

 

五、对于制造创新生态系统建设的一些想法

 

对于制造业的生态系统建设,结合国外的一些经验,觉得有以下一些建议:

(1)必须有明确的目标设定和顶层利益驱动力的设定:只有利益才能驱动灵魂—这是2013年李克强总理在担任总理记者招待会上的原话,产业生态建设必然是如此的,其核心是为企业在这里谋取福利,不是一种荣誉,而是实实在在的产业合作利益的期望能够被满足,有落地的项目和研究合作计划。

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图10-IACMI的计划与里程碑设定[7]

 

图10为IACMI制定的关于碳纤维在汽车减重设计中的阶段性目标和具体的任务目标,具有清晰的数字量化其目标的达成,当然,IACMI本身有整体的目标,比如5年内将成本降低50%,可重复利用率达到95%。

 

(2)必须有中国自身独特的文化背景下的设计,必须考虑到企业的层次,技术等级,各自的状况,由大型企业担纲,设计一种利益出让和互信机制,让企业能够在这个过程中所参与的项目的收益(专利与成果)能够有一定的保护,而另外,能够让资源又同时能够被更多企业分享-美国采用的优先6个月的机制,这样保证了一部分利益同时让研发投入可以被整个产业链分享,降低该领域的技术研发整体成本。

 

(3)精准的产业调研,引入专业咨询机构对整个产业的问题进行梳理,对核心关键技术进行可量化的目标设定,具体到参数,所需的技术标准与规范,而不是笼统的列一个“包含各种术语”的词汇筐,装下各种词汇的概念讨论一样的模式。

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图11-IACMI进行的调研流程[8]

图11则是ICAMI进行的外部咨询公司Nexight进行前期调研的过程,形成产业的目标设定和关键技术挑战等的梳理,具有非常强的针对性。

 

(4).必须确保中立组织对生态的领导,由于技术往往牵扯到利益,私有的企业必然会有所保留,而中立组织的专家具有行业的大局观以及公益的特性,这使得需要由具有中立组织的担纲。

(5).公开与透明的机制:不能有暗箱操作的可能,对于每个参与招标的企业都是机会均等,并且,这个可能与产业文化相关,必须有一定的法律保障,对于违反公开原则的各种操作必须有惩罚机制,否则,就会成为一种内部人控制的“圈子”分享资源的情况。

 

(6).教育机构必须作为一个“必须”的力量参与其中,不仅大学,也包括职业技术类院校也“必须”有机会参与其中,有一定的倾向性配对企业共同参与研发、人员培养,必须作为一个核心力量,始终被考虑在内。

 

(7).管理咨询类专家也需要参与其中,对组织设计进行调研、观察、分析,并同时形成一种逐步进化的“制造生态系统”建设的理论与实践融合的体系,通过对这样的制造生态系统的问题分析、数据统计、模式研究,形成中国特色的制造创新网络体系理论,而不能完全照搬国外的理论、方法与模式。

 

以上,仅作为思考,希望更多的专家对于本文给予建议,包括深入研究的方向、方法等。

 

来源:微信号 说东道西

作者:宋华振

该作品已获作者授权,未经许可,禁止任何个人及第三方转载。


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