沒有喝彩也要前行
——清華大學莫欣農教授的MRO夢

文/曉雷

沒有喝彩也要前行
——清華大學莫欣農教授的MRO夢

文/曉雷

為應對第四次工業革命的大潮悄然來襲，作為我國知名學者，清華大學莫欣農教授和他的同伴們開啟了艱難的MRO登峰之旅。雖路途坎坷，仍砥礪前行；縱使無人喝彩，依然低頭奮進、孜孜不輟。

莫欣農：畢業于清華大學工程數學力學系流體力學專業,后續攻清華大學力學系動力學與控制專業碩士學位。先后參加水利建設丶船舶制造丶衛星總體設計丶CAD/PDM系統開發和應用丶組建合資計算機公司丶擔任外資軟件公司顧問等工作。歷任航天部衛星總體設計部姿態控制設計高級工程師、航天CAD/CAM培訓中心AVIDM（國產PDM軟件）系統開發的圖形組長。并先后在美國CV公司、SUN公司、EDS公司任PDM高級顧問。現為清華大學軟件學院兼職教授,擔任國家863計劃的PLM通用業務參考模型丶實施效益評價和實施方法論研究課題組組長,參與國家863計劃的MRO課題研究。

編者按：從美國CPS系統及德國“工業4.0”戰略的發布，到“中國制造2025”規劃的醞釀，人們對于第四次工業革命的關注日益高漲，對于其美妙藍圖的描述和相關進展的報道頻頻見諸于媒體和網絡。相對輿論的甚囂塵上，在那些走在最前沿、從事相關研發的科技權威眼中，未來的第四次工業革命將走向何方？

為此，記者有幸在清華軟件學院采訪到了莫欣農教授——我國最早從事智能制造相關項目MRO課題的研究者之——一位在我國這塊曾經是MRO荒原上開荒辟路的先行者；一位從零開始攻關MRO課題、并以相關成果成為國家科技進步二等獎獲得者之一的年近七十高齡、仍在為我國MRO研發、推廣以及MRO人才的培養傾注心血、默默耕耘的耆德碩老。

MRO（Maintenance, Repair Overhaul Operation）源于國外，最初應用于航空設備的管理。是一項對大型復雜設備進行維護、維修、大修及運營管理的服務項目。“第四次工業革命剛剛起步，仍在不斷的探索中，也許還要經歷幾年、十幾年，甚至更長時間的完善，我們只能砥礪前行”。在莫教授眼中：“先端科研總是走要在需求展現之前，不想落后于人，就只能在荒蕪的土地上低頭前行，很多時候，前面沒有你可以抬頭看到的方向，你只能走一步看一步，沒有鮮花、沒有喝彩，在這個漫長的行程中，必須能夠耐得了寂寞、承受得住失敗，幸好我的身邊還有默默同行的伙伴”。

工業4.0時代，智能、網絡、信息深度融合

問：自今年下半年以來，對于“中國制造2025”規劃醞釀中的種種猜想，以及其進展的頻繁曝光，繼美國2006年2月發布《美國競爭力計劃》，將信息物理系統(CyberPhysicsSystem，簡稱CPS)列為重要研究項目及2013年4月德國推出德國“工業4.0”戰略之后，再一次引發了人們對于“工業智能化”的熱議。請您談談“中國制造2025”規劃、德國“工業4.0”戰略和美國CPS這三者之間的異同。

莫欣農：自上世紀90年代以來，我國制造業發展迅猛。國家統計局發布的報告顯示，隨著工業基礎建設的加強，生產能力的不斷擴張，我國已經逐漸成為一個世界制造業大國。而我國制造業花攢錦簇、舉世矚目的背后，則是研發投入不足、勞動生產率低、管理能力差、盈利下降及耗能高等“大而不強”的無奈與窘迫。為將我國打造成制造業強國，中國工程院于去年年底提出編制“中國制造2025”發展綱要。核心為“創新驅動、質量為先、綠色發展、結構優化”，主線是“信息技術與制造技術深度融合的數字化網絡化智能化制造”。

其后，工信部會同國家發展改革委、財政部，著手制定《中國制造2025》規劃綱要，為中國制造業勾勒發展藍圖。自此“中國制造2025”規劃作為中國制造業未來10年的頂層規劃和路線圖，開始醞釀并逐漸升溫。至今年7月底，中國工程院將泉州列為“中國制造2025”地方樣板，并規劃其三大核心：智能制造，質量品牌提升和服務型制造。

德國“工業4.0”概念的提出，源于2011年漢諾威工業博覽會，最初的想法只是通過物聯網等媒介來提高德國制造業水平。兩年后《保障德國制造業的未來：關于實施“工業4.0”戰略的建議》的報告發表，定義“工業4.0”的核心為信息物聯網、服務互聯網與制造業的融合創新。同時指出，“工業4.0”會將智能技術和網絡投入到工業應用中，從而進一步鞏固德國作為生產地以及制造設備供應國和IT業務解決方案供應國的領先地位。

CPS的出現源于2005年5月，美國國會要求美國科學院評估美國的技術競爭力，并提出維持和提高這種競爭力的建議。同年年底研究報告《站在風暴之上》問世，次年年初《美國競爭力計劃》將CPS列為重要的研究項目。

CPS作為計算進程和物理進程的統一體，是集成計算、通信與控制于一體的智能系統。該系統通過人機交互接口實現和物理進程的交互，使用網絡化空間以遠程的、可靠的、實時的、安全的、協作的方式操控一個物理實體。包含了環境感知、嵌入式計算、網絡通信和網絡控制等系統工程，使物理系統具有計算、通信、精確控制、遠程協作和自治功能。它注重計算資源與物理資源的緊密結合與協調。CPS是在環境感知的基礎上，深度融合計算、通信和控制能力的可控可信可擴展的網絡化物理設備系統，它通過計算進程和物理進程相互影響的反饋循環實現深度融合和實時交互來增加或擴展新的功能，以安全、可靠、高效和實時的方式檢測或者控制物理實體。

通過對“中國制造2025”規劃、德國“工業4.0”戰略和美國CPS這三者的對比，我們不難發現，雖然說法各異，但究其根本，其核心均為智能、網絡、信息三者的深度融合。作為工業史上的第四次變革，從本質上講，這三者可謂異曲同工，均可以稱之為工業4.0。

問：請您談談您對于工業史上的這次變革——工業4.0的認識。

莫欣農：首先讓我們回顧一下工業史上以往的三次變革，或者說三次工業革命。18世紀的第一次工業革命，源于蒸汽機的出現，實現了機械化生產；19世紀的第二次工業革命，是電力的應用所帶來的大規模化流水線生產；20世紀的第三次工業革命，歸功于電子信息技術的應用，實現了工業自動化。而這第四次工業革命的起步，則得益于計算機及網絡從量變到質變的發展與應用，我們可以稱這為工業智能化。

工業智能化是通過物聯網、信息通信技術與大數據分析，把不同設備通過數據交互連接到一起，讓工廠內部，甚至工廠之間都能成為一個整體，在自動化之上，形成制造的智能化。其戰略核心為智能制造。包含兩大主題：智能工廠與智能生產。

智能工廠主要關注智能化生產系統及過程，以及網絡分布式生產設施的實現。

我們現在談及工業生產，常常要講集中、集群，看起來這樣似乎更便捷、更經濟。然而隨著城市的快速發展，這種高度集中帶來的是通勤時間的增加、物流成本的上升和環境資源的分配不當。而智能工廠則可以因地制宜、合理分配有限資源，分散建廠，統一各廠的機械、電器和通信標準。以物聯網和服務互聯網為基礎，智能制造設備可對生產過程進行智能化監控。由此，智能工廠能夠自行運轉，且工廠間零件與機器可以相互交流。結合大數據技術，智能工廠還能對生產與修理作出可能的提示。這使得工廠設備脫離固有生產線的束縛，可以不斷做出智能的調整，從而使得一次性生產的產品也可以通過頗具收益的方式制造出來，打破了標準化生產的成本優勢。

智能生產是在智能工廠的基礎上進一步加入了人的要素，同時強調生產過程本身，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動、3D打印以及增材制造等技術在工業生產過程中的應用等。目前大部分制造系統都采用集中式控制方案，在中央控制機器上獨立地進行處理，工人主要負責監控維修控制機器。未來的智能生產是以人為中心的基于CPS為智能輔助系統創造更優秀的人機互動模式。

智能維修，綜合化、網絡化是大勢所趨

問：您對工業4.0的描述，的確給了我們一個很美好的預期，那么面對工業4.0——這一歷史變革之潮，我們該從哪里入手，需要做些什么呢？

莫欣農：工業4.0”的核心組成可以分為制造、信息物聯網與互聯網三個部分。以德國、美國為例，在制造方面，德國有優勢；信息物聯網方面，美國有優勢；而我國在互聯網方面，則擁有著優勢的人力資源基礎和巨大的發展潛力。從這部分入手，充分發揮我們的人力資源優勢，也許可以成為我國工業4.0發展的一個契機。

說到人力資源的應用，設備的維護、維修及運營操作無疑占有舉足輕重的地位。這里我們就要談到智能維修和傳統維修的區別了。

相對于傳統的事后維修、預防維修、定期檢修，智能維修更接近于預測性維修，但比之更先進、更廣泛。計算機技術和信息技術以及網絡技術的發展，促使智能維修將向著綜合化、網絡化的方向發展，與傳統維修有著顯著的差異，主要表現為以下四點。

維修計劃：將設備狀態、運營情況、維修記錄及財務分析等有機的融合在一起，通盤考慮權衡，實現優化維修決策、維修規劃、維修訓練及備件計劃等多項功能。

狀態監測：依據監測設備運行狀態數據，進行分析比對，自動做出增減監測頻次、調整監測項目等決策并實施。

數據分析：自動進行狀態監測大數據的處理分析，找出規律，提高設備維護、維修和運營管理水平。

創新反饋：通過對設備狀態、使用效率、故障處理等數據的的跟蹤分析，反饋設備設計的修改和創新知識。

清楚的了解了智能維修的上述特點，我們也就可以明確了未來努力的方向。

推廣MRO,前行的路還很漫長

問：那么，這些年來，您對于MRO的研究是否就是基于智能維修方面的考量呢？

莫欣農：是的。由于智能維修涵蓋的范圍很廣，不可能一蹴而就。可以說，這些年來，對于智能維修的研究，一直在進行。MRO作為智能維修的重要組成部分和有力的支持基礎，如何讓MRO在我國落地、對MRO進行適應性研究就是我和很多MRO研究者共同努力的方向。

早在“十一五”后期，我們就已經在考慮智能維修在我國落地的問題。為此，國家863計劃于2009年啟動了MRO項目。2009～2011年的第一期以探討為主，我們參考國外MRO經驗，自主研發了MRO管理軟件，重點突破智能維修服務的關鍵技術，并在唐安煤礦和田悅化工等企業成功實施。

2012～2013年，863課題組MRO項目的第二期對MRO加以充實、重新定義。在最初的系統上，增加了狀態監測及數據分析內容。將MRO服務范圍擴充到狀態監測、數據分析和維修服務三個部分。

在狀態監測方面初步解決了大量異構協議的工況數據傳輸、接收、解析的動態處理技術，系統能夠適應幾臺到幾十萬臺設備同時進行狀態監測的需要。下一步還要解決智能化的狀態監測問題。

在處理大量設備實時狀態數據和維修數據的存儲、查詢和分析方面，我們采用大數據處理的方法，改變傳統的關系型數據庫的結構，用去中性化的手段實現幾十萬臺設備多年的狀態數據顯示與分析。下一步還要不斷增加各種實用的分析工具，提高分析效率。

上述二項技術在與三一重工的深度合作中，利用自主研發的MRO系統軟件，整合大數據處理系統，為三一重工10萬臺工程機械的狀態監測和維修管理提供了以往看不到的分析數據和及時的指導意見。

問：請您談談我國MRO現狀及發展方向。

莫欣農：受益于我國863計劃課題組MRO項目的實施，除我們清華軟件學院外，哈爾濱工業大學、北方交通大學、陜西鼓風機集團等也在MRO的研發上投入了大量的精力。今年8月15日，863課題組清華軟件學院MRO項目的第二期“復雜裝備狀態監測與運維服務支撐軟件平臺開發”課題通過了科技部組織的結題驗收。

該課題針對我國制造業MRO服務的核心業務需求，解決了以下問題：

·探索出復雜裝備新型運維服務模式及核心業務模型。

·突破以下關鍵技術：

■可擴展的高通量實時狀態監測數據管理框架；

■基于NoSQL的大規模狀態監測數據存儲與分析；

■基于智能學習模型的航空發動機健康狀態預測；

■基于運維數據的可靠性建模；

■基于中性BOM的跨生命周期數據集成。

·開發了具有自主知識產權的、可擴展的復雜裝備狀態監測與運維服務支持軟件平臺：

■復雜裝備運維服務通用核心構件；

■面向制造方和使用方的運維服務信息化專用構件。

·創立了中國MRO支撐軟件平臺社區。

課題成果在三一重工、金風科技、東方汽輪機等工程機械、發電裝備、軍工裝備等多個行業龍頭企業得到了推廣應用，取得了顯著的社會與經濟效益。課題成果在2012年、2013年分別獲得國家教育部科技進步一等獎和中國電子學會科技進步一等獎。

幾年來的研發可以說成績斐然。然而，我國的MRO發展依然是道路曲折。在863課題期間，利用項目經費，連續召開三屆全國性的MRO技術研討會，對幾十家大型企業進行MRO培訓，但最終達成合作者寥寥無幾。

相對于我國MRO市場化的舉步維艱，擁有專業市場營銷團隊及豐富市場資源的西門子在MRO服務市場化進展相對順利一些。西門子的MRO是有針對性的服務和維護管理，在專注于原有MRO的產品維護、修理及大修之外，增加的資產管理體系，從而持續不斷地支持產品和資產的維護、修理和大修。達到在一個系統上對運營和維護進行全盤管理、設計和組織的目的。

其維修和維護過程可立即在數據上得到體現，并能夠創建個性化的工作包，實現待處理進程的結構化分工。在與ERP應用程序集成后，可優化資源監控，如需求指標、可用性檢查、庫存管理等。為實現最佳維護，還可以對各個組件進行風險分析，并根據不同的標準對其進行評估，其結果可用于尋找相應的維護方法。

如何讓我國MRO科研成果“斷奶”，為更多的企業所認同和應用，達到企業與科研機構雙贏；經濟、社會效益雙豐收，進一步支持研發的持續進行，并最終取得豐碩成果的市場化運作，也是我們不得不考慮的新課題。

問：對于我國工業智能化的發展及MRO現狀和發展，您有什么建議或者期望。

莫欣農：無論是工業智能化，還是智能維修，都是歷史的必然發展趨向，無可阻擋。我們對于MRO的研發正是順應這個歷史潮流而行。或許有人認為現在談MRO還為時過早，市場也有待于進一步成長和開發。或許前期的巨大投入換不來立竿見影的經濟回報，但科研就是這樣，投入與產出，不應該用短時間的收益來衡量。對于新項目的開發，我們不可能等到市場成熟、被國外產品完全占據瓜分之后才開始運作。

我希望我國的工業智能化也好、MRO也好，能夠引起更多的關注和支持。希望可以通過這次訪談，能夠吸引更多的人了解我國的工業發展，了解MRO，參與到MRO的推廣中，為我國工業智能化發展做出貢獻。聚沙成塔、集腋成裘，希望讀者可以借助貴刊這個平臺，集思廣議，為我國MRO的發展獻計獻策。我更期望，通過我們的努力，可以看到我國的MRO項目盡早成熟，為智能維修、智能制造打下堅實的基礎，讓我國在工業智能化發展中，可以與歐美強國分庭抗禮，共享市場。這個或許可以算是我的一個MRO 夢想吧。