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楊善林院士談高端裝備智能制造工程管理

2018-12-03796

高端裝備智能制造工程管理

Engineering Management for High-endEquipment Intelligent Manufacturing,

ShanLin YANG, Jianmin WANG, Leyuan SHI, Yuejin TAN, Fei QIAO, 

Frontiers of Engineering Management, 

Nov. 2018, Volume 5 Issue 4, Pages 420-450.

關鍵詞:高端裝備,智能制造,工程管理,信息技術

 

 

01

論文主題

      高端裝備智能制造工程管理是一個工程技術與管理技術深度融合的系統工程,集自然科學、技術科學、工程科學、系統科學、社會科學和人文精神于一體,通過科學技術創新、組織管理創新和體制機制創新的有機融合,實現綜合集成創新,在高端裝備智能制造工程中具有戰略統領性。以互聯網、云計算、大數據、人工智能為主要內容的新一代信息技術的發展深刻地影響著高端裝備智能制造及其工程管理過程,在產品構造系統技術、產品全生命周期管理、制造資源組織、制造模式創新和企業生態系統重構等方面都產生了重大影響。


      本文系統性地分析了新一代信息技術對高端裝備智能制造及其工程管理帶來的深刻影響,并在此基礎上全面綜述了新一代信息技術環境下高端裝備智能制造工程跨生命周期管理、網絡協同管理、創新研制任務集成管理、智能工廠的運營優化、質量與可靠性管理以及信息管理與智能決策等關鍵科學問題當前的研究熱點、研究挑戰和未來的研究方向。



 

02

研究背景


      高端裝備智能制造處于裝備制造價值鏈高端和產業鏈的核心環節,是國家科技水平和綜合實力的重要標志,是國家技術進步和產業轉型升級的重要保障,是事關國家經濟安全和國防安全的戰略性產業,大力發展高端裝備智能制造是國家重大戰略需求。


 

     在高端裝備智能制造領域,有很多卡脖子技術,高端裝備智能制造工程管理技術是其中之一。當前,以互聯網、云計算、大數據、人工智能為主要內容的新一代信息技術深度融合到高端裝備制造過程,引發高端裝備制造業的組織方式和管理模式發生重大變革,推動高端裝備制造業的新一輪重大技術創新和管理創新,在諸多方面極其深刻地影響著高端裝備制造業的制造模式和發展戰略。


     圍繞新一代信息技術環境下高端裝備智能制造及其工程管理,以美國、德國、英國等世界發達國家和地區把發展新一代信息技術環境下高端裝備智能制造作為國家競爭制高點之一,提出并實施了新的發展戰略與計劃,例如,美國先后發布了“先進制造伙伴計劃”和“先進制造業國家戰略計劃”,德國制定了“‘工業4.0’戰略”,英國、法國和日本也相繼頒布了“英國制造2025”、“工業振興新計劃”以及“2014制造業白皮書”等一系列發展高端裝備智能制造業的戰略舉措。


      我國政府著重強調新一代信息技術與制造業的深度融合,先后發布了《中國制造2025》、《國務院關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》、《新一代人工智能發展規劃》等多項與加快高端裝備智能制造業發展相關的產業規劃和政策措施。除此之外,美國通用電氣、波音和德國西門子等世界一流高端裝備制造企業紛紛搶占新一代信息技術環境下產業競爭制高點和技術制高點,積極發力高端裝備智能制造相關產業。面對高端裝備智能制造業國際競爭的新格局和新一代信息技術環境下高端裝備智能制造產業發展的新要求,需要我們系統深入地研究高端裝備智能制造工程管理中面臨的一系列關鍵科學問題。


 

03

研究內容


      新一代信息技術與制造系統的深度融合,擴展了高端裝備產品價值鏈,產品技術和制造技術更為復雜,科技創新更加密集,開發、生產和服務中的協作更加緊密,大規模定制、服務化制造、協同化制造等新型制造模式不斷涌現,使得高端裝備智能制造工程管理呈現出新的特征:(1)制造數據多元化。高端裝備制造數據來源復雜、類型豐富、體量龐大、價值密度低、更新快;(2)制造產品服務化。新一代信息技術使得高端裝備產品進化為智能互聯產品,在此背景下高端裝備演變為一系列集成服務;(3)制造方式個性化。企業能夠快速準確發現客戶需求,按照客戶個性化需求,以低成本實現大規模定制化生產;(4)制造過程協同化。新一代信息技術環境下高端裝備制造的競爭是整個價值網絡的競爭,需要通過價值鏈的橫向集成和制造企業內部縱向集成,實現制造過程協同;(5)制造資源全球化。新一代信息技術環境下,分布在不同時間和空間維度的設備、生產線、生產車間、企業等多層次的制造服務資源可以通過服務化的方式實現跨時空集成與共享。


      這些新的特征改變了高端裝備智能制造過程中人與人、人與組織、組織與組織、組織與資源等交互方式和行為方式,進而使得新一代信息技術環境下高端裝備智能制造工程管理中的跨生命周期管理、網絡協同管理、創新研制任務集成管理、智能工廠的運營優化、質量與可靠性管理以及信息管理與智能決策等關鍵科學問題面臨新的研究熱點與研究挑戰。關鍵科學問題及相互關系如下圖所示:

 

     在高端裝備智能制造工程跨生命周期管理方面。業務過程集成、業務過程優化、數據集成與溯源、外部信息源的發現與融合、數據質量控制是當前高端裝備智能制造工程跨生命周期管理的研究熱點。但在新一代信息技術環境下,異構業務過程集成、基于海量業務運行日志的定量優化業務流程、端到端數據集成與溯源、制造領域外部信息資源的發現與融合是未來研究的重點方向。


     在高端裝備智能制造工程網絡協同管理方面。當前裝備制造業供應鏈、服務鏈以及價值網絡等方面的研究缺乏一定的系統性。在新一代信息技術環境下,制造供應鏈端到端集成與協同優化、服務鏈的構建與協同調度、價值網絡的建模與評估、價值網絡的預測與動態演化是高端裝備智能制造工程網絡協同管理未來研究的重點方向。


     在高端裝備智能制造創新研制任務集成管理方面。任務需求分析與管理、任務分解與資源配置、網絡建模與分析以及系統集成驗證等研究領域是當前的研究熱點。在新一代信息技術環境下,將集中圍繞數據驅動的高端裝備創新研制用戶需求獲取與分析、數據驅動的高端裝備創新研制任務資源動態優化配置、數據驅動的高端裝備創新研制任務網絡化建模與評價、數據與模型驅動的高端裝備創新研制任務集成與驗證評估等開展工作。


     在高端裝備智能制造智能工廠的運營優化方面。當前圍繞制造系統建模、工業大數據、復雜制造系統調度優化等方面存在大量探索性研究。在新一代信息技術環境下,智能工廠的建模理論與方法、基于工業大數據分析的智能工廠知識發現和知識管理方法、智能制造系統的適應性調度和閉環優化、智能工廠運行模式和管理方法是未來研究的重點方向。


     在高端裝備智能制造質量與可靠性管理方面。傳統的大批量生產質量控制方法、大樣本可靠性分析方法和壽命預測方法已經不能適應智能制造環境下高端裝備制造全生命周期質量與健康管理的新要求。未來將重點研究工業互聯網環境下高端裝備智能制造工程的質量管理、“互聯網+”環境下質量控制與評價方法、工業互聯網環境下高端裝備壽命預測技術以及故障診斷與健康管理平臺的集成與應用等領域。


     在高端裝備智能制造工程的信息管理與智能決策方面。當前圍繞裝備制造的信息管理方法、高端裝備制造信息服務的語義集成與交互、面向服務的云制造信息系統結構設計方法、智能決策方法和決策支持系統等方面存在大量研究性工作。在新一代信息技術環境下,應重點研究面向產品生命周期的數據資源管理方法、信息服務標準、面向云制造信息服務系統開放式結構設計方法、多層次動態智能決策方法和決策支持系統結構等領域。

 

04

結語總結


      高端裝備智能制造工程管理是一類多層次、多學科、多主體深度耦合的復雜系統工程,是思想性、科學性、技術性和工具性的統一體。在對新一代信息技術環境下高端裝備智能制造工程管理理論與方法的研究中,需要我們從更高的維度對智能制造工程管理活動予以關注與思考,以辯證的思維方式審視智能制造工程管理中的關鍵科學問題,從而在工程管理理論與工程管理實踐的循環推進中,推動工程管理理念與工程管理技術深度融合,工程管理體系與工程管理細節協調統一,工程管理規范與工程管理創新互相促進,工程管理隊伍與工程管理制度共同提升。

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