制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的驅(qū)動(dòng)力和實(shí)施框架

來源：安世亞太
作者：丁杰

導(dǎo)讀：在新形勢下中國制造業(yè)面臨新的“�！迸c“機(jī)”，通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變、從工業(yè)經(jīng)濟(jì)向數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展成為必然趨勢。

在此過程中，提出和探討了應(yīng)用系統(tǒng)工程方法，將數(shù)字孿生體作為頂層工具，有助于將國家和地方政府、制造業(yè)企業(yè)，以及解決方案供應(yīng)商等相關(guān)方目標(biāo)和資源進(jìn)行整合，形成數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略和實(shí)施框架。

世界巨變和中國制造業(yè)的危與機(jī)
今年以來，世界巨變。世界經(jīng)濟(jì)衰退乃至引發(fā)經(jīng)濟(jì)危機(jī)，已逐漸成為現(xiàn)實(shí)，給中國制造業(yè)企業(yè)帶來了巨大挑戰(zhàn)和“危機(jī)”。

從“�！钡慕嵌瓤矗喝�球供應(yīng)鏈斷裂，國際貿(mào)易保護(hù)主義抬頭，逆全球化成為趨勢。市場容量沒有增長甚至還可能萎縮，供給產(chǎn)能過剩而客戶卻日益挑剔。質(zhì)量和成本只是參與玩家的敲門磚，而拿出獨(dú)特價(jià)值的產(chǎn)品和服務(wù)、乃至通過發(fā)掘新業(yè)態(tài)跑馬圈地，成為制造業(yè)企業(yè)發(fā)展和生存的關(guān)鍵。

從“機(jī)”的角度看：國際國內(nèi)格局正在重構(gòu)，“亂世出英雄”。2008年在美國次貸危機(jī)引起的世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)沖擊下，我國電子商務(wù)、移動(dòng)支付和現(xiàn)代物流等以前所未有的速度迅猛崛起，被譽(yù)為“新四大發(fā)明”。當(dāng)下，中國龐大且快速增長的國內(nèi)需求、門類齊全的現(xiàn)代工業(yè)體系、IT、DT和增材制造等數(shù)字化和制造新技術(shù)帶來的新生產(chǎn)力，及其在商業(yè)領(lǐng)域結(jié)合中國國情的成功經(jīng)驗(yàn)，都為中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和跨越式發(fā)展帶來機(jī)遇。

逆全球化趨勢下國際國內(nèi)制造業(yè)

格局正在重構(gòu)（源自網(wǎng)絡(luò)）

數(shù)字經(jīng)濟(jì)成為驅(qū)動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型的新動(dòng)能
市場變化使傳統(tǒng)制造業(yè)正在向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型，從傳統(tǒng)的批量制造向定制化柔性制造轉(zhuǎn)變，從產(chǎn)品制造過程向售前、售后的服務(wù)過程延伸。而售前的客戶需求引導(dǎo)、追蹤和針對(duì)性設(shè)計(jì)，以及在售后長時(shí)間服務(wù)過程中增加客戶粘性和實(shí)現(xiàn)再銷售，成為促進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)差異化競爭、提高附加值、業(yè)務(wù)延伸和利潤提升的關(guān)鍵。換言之，制造業(yè)正在從工業(yè)向服務(wù)業(yè)轉(zhuǎn)型與結(jié)合。

生產(chǎn)力水平的發(fā)展對(duì)于產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)和基礎(chǔ)設(shè)施的保障，如下圖所示。云大物智鏈等IT使能技術(shù)的發(fā)展，以及增材制造等制造工藝領(lǐng)域的突破，正在推動(dòng)第四次工業(yè)革命的到來，以及數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

“數(shù)字化的資源和信息”對(duì)于數(shù)字經(jīng)濟(jì)的作用，正如同石油和機(jī)械對(duì)于工業(yè)的作用，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，將數(shù)字燃料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)業(yè)動(dòng)能。而在此過程中，同樣需要數(shù)字新基建進(jìn)行保障。

生產(chǎn)力水平促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施保障和經(jīng)濟(jì)發(fā)展

（源自安世亞太）

數(shù)字經(jīng)濟(jì)已成為國家戰(zhàn)略，在“數(shù)字產(chǎn)業(yè)化”和“產(chǎn)業(yè)數(shù)字化”的目標(biāo)導(dǎo)向下，如何引入數(shù)字化理念和技術(shù)賦能傳統(tǒng)制造，則成為制造業(yè)企業(yè)獲得競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵。

制造業(yè)與服務(wù)業(yè)融合的數(shù)字經(jīng)濟(jì)

（源自工業(yè)4.0研究院）

近年來，國家各部委陸續(xù)發(fā)布“新基建”（國務(wù)院）、“3D打印列入十三五規(guī)劃”（國務(wù)院）、“先進(jìn)制造業(yè)與先進(jìn)服務(wù)業(yè)深度融合”（發(fā)改委）、“制造業(yè)設(shè)計(jì)能力提升”（發(fā)改委）、“促進(jìn)服務(wù)型制造發(fā)展”（工信部）、“國家軟件重大工程”（工信部）等規(guī)劃和支持政策，均反映了新形勢下制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的國家戰(zhàn)略。
系統(tǒng)工程方法和數(shù)字孿生體工具是推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的有力武器
制造業(yè)企業(yè)在推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，將面臨很多問題和挑戰(zhàn)。

例如國家發(fā)展改革委高技術(shù)司司長伍浩指出：當(dāng)前不少企業(yè)轉(zhuǎn)型主要存在三個(gè)問題：一是轉(zhuǎn)型能力不夠、“不會(huì)轉(zhuǎn)”，二是轉(zhuǎn)型成本偏高、“不能轉(zhuǎn)”，三是轉(zhuǎn)型陣痛期比較長，“不敢轉(zhuǎn)”。

我們認(rèn)為，解決的方案是“方法和工具”、“開源和生態(tài)”，以及“賦能和路徑”，本文重點(diǎn)討論“方法和工具”問題。系統(tǒng)工程是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的方法框架，而數(shù)字孿生體是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心關(guān)鍵使能技術(shù)和頂層工具。   

1.      系統(tǒng)工程方法
系統(tǒng)工程最早由中國航天、導(dǎo)彈和自動(dòng)化之父錢學(xué)森院士引入中國，錢學(xué)森院士指出：系統(tǒng)工程是組織管理“系統(tǒng)”的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用的科學(xué)方法，是一種對(duì)所有“系統(tǒng)”都具有普遍意義的科學(xué)方法。

系統(tǒng)工程已廣泛應(yīng)用于國際國內(nèi)航空航天等高端裝備研制領(lǐng)域，實(shí)踐證明對(duì)于復(fù)雜、龐大、多組織和新技術(shù)并行的大型工程具有突出的指導(dǎo)作用。

系統(tǒng)工程方法的主要特點(diǎn)是：

• 把研究對(duì)象作為一個(gè)整體來分析，分析總體中各個(gè)部分之間的相互聯(lián)系和相互制約關(guān)系，使總體中的各個(gè)部分相互協(xié)調(diào)配合，服從整體優(yōu)化要求。在分析局部問題時(shí)，是從整體協(xié)調(diào)的需要出發(fā)，選擇優(yōu)化方案，綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)的效果；
• 綜合運(yùn)用各種科學(xué)管理的技術(shù)和方法，定性分析和定量分析相結(jié)合；
  

• 對(duì)系統(tǒng)的外部環(huán)境和變化規(guī)律進(jìn)行分析，分析它們對(duì)系統(tǒng)的影響，使系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境的變化。
  

傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程方法以霍爾模型作為核心，提出了由時(shí)間維、邏輯維和知識(shí)維所構(gòu)成的三維空間抽象結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了系統(tǒng)工程的方法框架。

基于霍爾模型的系統(tǒng)工程方法框架

（源自Arthur David Hall）

該框架的優(yōu)勢是適合于大型項(xiàng)目的組織，在特定的邏輯維度（比如數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略目標(biāo)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展客觀規(guī)律）的基礎(chǔ)上，綜合考慮了知識(shí)維度（比如IT、DT、AI支撐和應(yīng)用環(huán)境，從可量化描述的工程領(lǐng)域到難以模型和量化的社會(huì)和藝術(shù)領(lǐng)域），以及時(shí)間維度（多項(xiàng)目組織的合理路徑，以及如何落地實(shí)施）之間的總體規(guī)劃和相互影響要素。

除此以外，系統(tǒng)工程方法在具體的數(shù)字孿生體項(xiàng)目實(shí)施中，如何構(gòu)建IT和DT系統(tǒng)部署以形成數(shù)字基建支撐平臺(tái)，如何應(yīng)用正向設(shè)計(jì)和DFAM面向增材的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新等，已形成很多本領(lǐng)域、本專業(yè)的實(shí)例化應(yīng)用。

例如下圖安世亞太提出基于模型的系統(tǒng)工程MBSE應(yīng)用于復(fù)雜裝備和系統(tǒng)研發(fā)。MBSE的方法和流程同樣也可作為指導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等數(shù)字孿生體使能技術(shù)系統(tǒng)的部署實(shí)施和架構(gòu)設(shè)計(jì)。

基于模型的系統(tǒng)工程MBSE應(yīng)用于復(fù)雜裝備

和系統(tǒng)研發(fā)（源自安世亞太）

2.      數(shù)字孿生體工具
應(yīng)用數(shù)字孿生體作為推進(jìn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的頂層工具，應(yīng)用系統(tǒng)工程方法進(jìn)行實(shí)例化，相對(duì)于其他架構(gòu)或信息化規(guī)劃和實(shí)施方法論，其優(yōu)勢在于：

數(shù)字孿生體的核心在于虛擬世界和物理世界的結(jié)合，更多地關(guān)注于虛實(shí)雙向互動(dòng)與促進(jìn)，適用于不斷迭代升級(jí)的轉(zhuǎn)型過程；

數(shù)字孿生體的應(yīng)用范圍更廣，從產(chǎn)品的數(shù)字孿生體，到供應(yīng)鏈和物流、產(chǎn)業(yè)數(shù)字孿生，乃至城市和軍事，已應(yīng)用到生產(chǎn)生活、國計(jì)民生的方方面面。在此框架下研究企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，可用一致性的模型進(jìn)行宏觀戰(zhàn)略思考和路徑規(guī)劃；

數(shù)字孿生體在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用

（源自北航陶飛教授）

數(shù)字孿生體在各領(lǐng)域的應(yīng)用，從模型到系統(tǒng)和案例，已具備很好的實(shí)踐基礎(chǔ)，各研究機(jī)構(gòu)也形成了很多研究成果。

數(shù)字孿生體系統(tǒng)的通用參考架構(gòu)和應(yīng)用場景

（源自安世亞太）

系統(tǒng)工程和數(shù)字孿生體相結(jié)合的數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)施框架
基于系統(tǒng)工程方法和數(shù)字孿生體工具的特點(diǎn)，初步構(gòu)建了下圖數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)施框架。

建立此框架的目的在于將數(shù)字化轉(zhuǎn)型的利益相關(guān)方（國家和地方政府、IT、DT和智能制造等解決方案服務(wù)商、制造業(yè)企業(yè)等），納入到一個(gè)可視化的坐標(biāo)系內(nèi)，相關(guān)方共同研討和豐富，形成一個(gè)清晰的戰(zhàn)略路徑。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)施框架

（源自安世亞太）

從三個(gè)坐標(biāo)軸和其組合形成的二維空間，最后到三維空間，分別描述其中要點(diǎn)如下：

系統(tǒng)維：是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要目標(biāo)，關(guān)注者主要是國家發(fā)改委、地方政府以及制造業(yè)企業(yè)。對(duì)于國家來說主要是國際競爭和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，對(duì)于地方政府來說主要是地區(qū)經(jīng)濟(jì)和差異化競爭策略；對(duì)于企業(yè)來說主要是如何通過新產(chǎn)品、新市場和新業(yè)態(tài)，提升競爭力；

認(rèn)知維：是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的動(dòng)能和技術(shù)支撐，關(guān)注者主要是國家工信部、科技部和IT、DT、工業(yè)自動(dòng)化和高端裝備等解決方案供應(yīng)商。對(duì)于國家來說主要是把握、跟隨或引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展趨勢，解決“卡脖子”問題；對(duì)于供應(yīng)商來說主要是把握技術(shù)演進(jìn)趨勢、形成獨(dú)特競爭優(yōu)勢、GPT（通用目的技術(shù)）產(chǎn)業(yè)化等目標(biāo)；

項(xiàng)目維：是數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)施落地的具體路徑，以上各相關(guān)者都關(guān)注。對(duì)于國家和地方政府來說，如何制定和實(shí)施導(dǎo)向型政策；對(duì)于供應(yīng)商和企業(yè)來說如何順應(yīng)大勢和踩住節(jié)拍；

系統(tǒng)維和認(rèn)知維的結(jié)合：GPT技術(shù)熟化、跨越新技術(shù)“裂谷”，與產(chǎn)業(yè)需求相結(jié)合，轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力；

系統(tǒng)維和項(xiàng)目維的結(jié)合：以戰(zhàn)略目標(biāo)為核心的資源合理匹配，包括人才與組織、工具與方法、流程與標(biāo)準(zhǔn)等，總體規(guī)劃、制定制造業(yè)企業(yè)賦能戰(zhàn)略、導(dǎo)向型政策和營造生態(tài)環(huán)境；

認(rèn)知維和項(xiàng)目維的結(jié)合：主要是技術(shù)解決方案供應(yīng)商與實(shí)施計(jì)劃的匹配和落地，比如項(xiàng)目組規(guī)劃、建立成熟度標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)狀評(píng)估、實(shí)施細(xì)節(jié)和效果測量等；

以上三維結(jié)合：即形成制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的目標(biāo)、規(guī)劃、資源和路徑。

研究和借鑒世界先進(jìn)工業(yè)國家的數(shù)字經(jīng)濟(jì)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型經(jīng)驗(yàn)
新工業(yè)革命和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢，已成為世界先進(jìn)工業(yè)國家的共識(shí)，并根據(jù)各自的目標(biāo)和國情制定了相應(yīng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型促進(jìn)戰(zhàn)略。

1.      德國中小企業(yè)（比中國定義的中小企業(yè)要大）數(shù)字化業(yè)務(wù)流程轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略以聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部領(lǐng)導(dǎo)，建立了德國中小企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型框架（下圖）。以中小企業(yè)4.0等大型資助板塊為方向，眾多小型資助項(xiàng)目為核心，多個(gè)促進(jìn)中心為技術(shù)指導(dǎo)的全面引導(dǎo)系統(tǒng)；與研究機(jī)構(gòu)或大學(xué)及其他利益相關(guān)者共同合作，分為短期、中期和長期計(jì)劃來具體實(shí)施促進(jìn)中小企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略，旨在為中小企業(yè)提供免費(fèi)的、方便理解的、實(shí)用的數(shù)字化相關(guān)指導(dǎo)。

德國中小企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型邏輯架構(gòu)

（源自安世亞太）

2.      美國ManufacturingUSA成為推動(dòng)美國制造的新平臺(tái)和相關(guān)技術(shù)的“孵化器”。美國制造并沒有囿于“制造業(yè)回歸”的思路，而是“尋找新領(lǐng)地”，把未來的優(yōu)勢（設(shè)計(jì)和創(chuàng)新）放在核心位置。

美國尋找“新領(lǐng)地”發(fā)揮設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的優(yōu)勢

（源自工業(yè)4.0研究院）

3.      英國則將數(shù)字孿生體應(yīng)用提升到國家戰(zhàn)略層面，提出了數(shù)字孿生體國家戰(zhàn)略。對(duì)于通過數(shù)字孿生體應(yīng)用于提升公眾生活便捷性、拓展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模式、減少資源浪費(fèi)等方面，發(fā)布了具體的信息管理框架路線和國家級(jí)數(shù)字孿生體原則。

英國國家級(jí)數(shù)字孿生體原則

（源自工業(yè)4.0研究院）

綜上，深刻理解新形勢下中國制造業(yè)的“�！迸c“機(jī)”，把握“數(shù)字經(jīng)濟(jì)”下“服務(wù)型制造”的發(fā)展趨勢，以“系統(tǒng)工程”方法和“數(shù)字孿生體”工具構(gòu)建制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略和實(shí)施框架。同時(shí)在研究世界先進(jìn)工業(yè)國家做法的基礎(chǔ)上，中國制造業(yè)揚(yáng)長避短和實(shí)現(xiàn)差異化競爭，從而轉(zhuǎn)危為機(jī)，繼往開來，革故鼎新。

—作者—

丁杰
安世亞太戰(zhàn)略合作部副總經(jīng)理，數(shù)字孿生體實(shí)驗(yàn)室顧問；六西格瑪黑帶、TOGAF高級(jí)認(rèn)證（2015），美國質(zhì)量協(xié)會(huì)ASQ和企業(yè)架構(gòu)聯(lián)盟AEA會(huì)員；二十余年制造業(yè)管理咨詢和信息化規(guī)劃，三年增材制造生態(tài)圈戰(zhàn)略合作經(jīng)營經(jīng)驗(yàn)。