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MRO系统支持人类持续生存的制造业

2011-02-07

第一次工业革命人类创造了用机械代替人力,极大地提高了劳动生产率,把人类从繁重的体力劳动中解放出来。自从电气化和电子自动化技术的出现,人类将部分脑力劳动也转化为自动化系统,社会生产力进一步发展,物质财富随之大幅度增加,人们开始有更多的时间享受生活。计算机技术则大大加速社会的进步,人们把越来越多的脑力劳动转移到计算机软件系统。人类从繁重的体力劳动和脑力劳动中解放出来后的生活方式和质量正在发生越来越大的变化。

在生产力低下的时代,人类活动仅仅满足于基本的生存条件。在物质开始丰富起来后,人类的生活不只是维持单纯的温饱,而是消耗更多的资源来满足各种享受的需要。伴随生产力的极大提高和人类享受的无限扩大,地球资源正在以前所未有的速度不断地消耗。埋藏在地下亿万年的石油已经有近二千年的使用历史,然而近百年来的用量远远超过历史上的总和。这种消耗的速度还在不断地加速,能源危机已经初见端倪。

在信息化时代,不仅可以制造出越来越多的产品,同时也产生越来越多的垃圾。成万吨的垃圾漂洋过海寻找落脚点的事件正在向人类发出警示:如果不改变人类的制造方式,无节制地消耗资源和无控制地产生有害的垃圾,地球将无法为人类提供持续生存环境。

MRO系统支持人类持续生存的制造业:产品全生命周期管理

单个产品全生命周期分成三个阶段。第一阶段是产品的设计与制造,称之为初始阶段(BOL),第二阶段是产品的使用与维护,称之为中期阶段(MOL),第三阶段是产品的报废与回收,称之为末期阶段(EOL)。在生产力低下的时代,产品末期以报废为主,俗称“从摇篮到坟墓”的制造模式。

为了人类在地球上更好地长期生存,信息化和工业化融合不仅是为了提高生产力,还必须承担起引领工业化朝着绿色环保、节能减排和循环利用的方向发展。产品全生命周期管理就是从产品开始诞生到下一代新产品的诞生的整个过程进行全面管理,优化和改变产品生命周期中每一个环节的工作模式来适应未来制造业的发展需要,俗称“从摇篮到摇篮”的制造模式。

以往人们普遍重视初期设计研发阶段的产品数据。其实对于复杂产品来说,中期跨越的时间长度要远远超过初期。从经济效益来讲,初期仅仅完成产品的制造,大量的经济价值是在中期创造出来的。末期的回收和再制造同样可以创造出新的价值。特别是中期和末期有关产品质量改进的信息对于提高初期产品性能具有至关重要的作用,因此后期产品数据管理至少应当受到与初期一样的重视。

从前产品一旦交付给用户以后,制造企业就失去对产品的控制权,也就无从谈起对产品中期和末期的管理。自从信息化技术出现以后,制造企业通过增强产品感知能力,利用物联网提供的信息交流平台,实时或准实时地获取产品中期的运行信息,提供最合理的维护维修支持,准确地判断末期产品报废的状态和可回收的价值,从而谋取远超过初期产品销售的经济效益。覆盖上述三个生命周期的管理系统才是真正意义的产品全生命周期管理(PLM)。

MRO系统支持人类持续生存的制造业:未来产品发展方向

利用现代高新技术将过去很多不可能变成可能,生产出大量改变人类生活方式的产品。在信息化时代产品的信息化程度将不断提高。有人预测未来汽车中40~50%的价值来自于嵌入式软件。这些软件不仅节省资源、提高产品使用价值,同时为改善产品中期的服务创造了前所未有的条件。嵌入式软件在未来产品中的比例将会越来越大,产品的智商也随之不断提高。这种智能化的产品会根据实际使用的需要自动选择最佳的能耗、完成必须的任务、尽可能地减少排放。

产品中各式各样的传感器实时采集各个关键部件的工作状态和性能,通过产品内部网络收集这些信息,利用嵌入式软件进行分析和判断,及时发出各种控制命令。产品内部计算机系统通过对外输入输出设备连接到无线或有线的物联网,将产品运行中的各类信息发布到世界任何地方,也可以接受任何地方传来的各种情报和指令。即使是到了应该报废的时候,感知系统能够自动通报真正需要报废和尚可重复利用的各部分状态,以及报废部分的处置方法。

未来智能化的产品可以大幅度降低产品使用的能耗,最大限度地减少无用的垃圾,在报废时能够得到最充分的回收利用。因此,为了适应人类持续生存的需要,制造业必须走信息化产品的道路。一方面是产品本身要不断增加信息化技术含量,提高产品感知能力和智能化水平。另一方面要加强信息化管理系统的支持,及时收集各类感知信息,发出正确的指令,执行绿色的行为,满足人类持续生存的各种需要。

制造服务的核心支持系统

1、 制造服务

信息化和机械化、电气化/电子化时代的产品最根本的差别是智能。产品通过RFID和各种传感器实时感知产品各个部分的工作状况,利用嵌入式软件和PLC等分析、决策、执行系统,以最佳的方式完成各种活动实现产品应有的价值。所有的感知信息和操作指令在物联网时代都可以通过远程通讯达到无处不能的境界。在此基础上,最终用户可以将产品的维护维修任务交给制造企业,减轻面对复杂产品难以承担的维护维修压力,集中精力做好产品运行管理,创造更多的使用价值。制造企业将生产制造的触角延伸到MOL阶段还能根据产品运行反馈的信息及时改进产品质量,提高维护维修效率,进一步增强企业竞争能力。这样的模式称之为制造服务。做好MOL阶段的产品数据管理以后,EOL阶段的问题就有了原始的数据,绿色制造也就有了闭环的回路。于是原来以产品制造为核心的生产制造模式逐渐转化为以产品运行过程中维护维修为核心的制造服务新模式。产品销售阶段在生产制造模式中代表企业获取利润的结束,而在制造服务模式中则代表企业获取利润的开始。在产品漫长的使用过程中,制造企业在产品创造使用价值的同时,通过维护维修服务取得持续不断的利润。因此,在制造服务模式中,企业跳出产品制造成本竞争的圈子,进入服务成本竞争的新环境。


2、 MRO2是制造服务的核心支持系统

发达国家早在上个世纪末就开始转换制造业模式。他们把高附加值的制造服务留下,将低附加值的生产制造从西方向东方转移。高附加值的制造服务业需要密集型的知识和高度的信息化技术。它不需要消耗大量的物质资源,也不会产生大量的污染和垃圾,却可以创造非常丰厚的利润。生产制造则刚好相反,需求消耗大量的物质资源和能源,产生很多污染和垃圾,相对来说是劳动力密集型的生产模式,获得的利润确远远不如高附加值的制造服务业。

同样的情况在中国改革开放30年的历史也验证了这个规律。首先发生在珠三角将生产制造向长三角转移,后来是长三角向西部转移的现象。为了实现从制造大国到制造强国的转变,关键是发展制造服务。而制造服务的前提条件是创新信息化的产品。因此,产品全生命周期管理系统自然而然成为这个转变的核心支持系统。由于BOL阶段的信息化技术相对成熟,关键就落到MOL和EOL阶段的产品数据管理信息化建设。

在MOL阶段需要管理的产品数据包括:保障产品处于正常工作的日常维护-Maintenance;当产品发生故障后使之恢复到正常状态的修复-Repair;为保持产品性能和寿命所作的翻新与革新的产品大修-Overhaul;产品运行过程中各种流程、活动、状态和资源等数据的记录-Operation。上述四方面数据的管理缩写成MRO2。

由于信息化产品自身具备一定的智能,所以在运行和维护维修时也发生很多质的变化:

* 维护维修的技术要求大大提高:信息化产品不仅结构复杂、电气/电子器件难以修复、嵌入式软件更是一般用户无法获取的知识资产。因此原来以产品拥有者自身进行维护维修的模式面临巨大的挑战。随着产品信息化程度的不断提升,这种状况只会越来越严峻。

* 维护维修的理论发生根本性变化:信息化产品的价值和可靠性不断提高。原来以故障修复为主的模式不能接受信息化产品故障带来的巨大损失。定期维修理论随着产品复杂程度的加深,很多情况不是使用出的问题,而是不该修的检修造成的损失。复杂的故障预测技术有了大量实时的状态信息变得更加容易和可靠,从而导致故障维修逐渐缩小、定期维修的比例也在降低、大量的维修都是建立在产品运行的实时状态基础上。总体维护维修的工作量大幅度减少、产品运行的可靠性也大幅度提升。

* 维护维修主体发生转变:早期以产品拥有者为主体的情况随着产品信息化程度的提高而逐步转移到专业的维修企业。最后由于维护维修工作具有很高的知识资产,专业维修企业也承担不起知识资产的成本,不得已将维护维修任务反馈给产品的原制造商。对于特别昂贵的产品,最终用户甚至采用租用的模式,回避产品日常维护维修工作的压力。

* 备品备件管理方式变化:最终用户逐渐将维护维修任务转移给专业维修公司,甚至返回到设备原厂商,用户自身就不再需要采购和管理大量的备品备件。负责维护维修的企业通过网络系统随时了解产品的运行状态,提前预测维护维修物资需求,通过集中的生产、运输、仓储,最大限度地利用备品备件的资源,有利于降低维护维修的成本。

* 企业盈利模式的变化:信息化产品的维护维修离不开产品的核心知识资产。高水平的保障产品正常运行离不开原厂商的直接支持。因此制造业企业逐渐将产品制造成本的竞争转化为服务成本和质量的竞争,在更为广泛的服务领域获取更多的利润。

* 现代服务离不开运行数据:信息化产品可以提供实时的运行数据。这些数据又是进行分析和预测产品运行状态和开展维护维修工作的直接依据。因此,在提供最佳的维护维修服务时,首先必须采集和管理产品的运行数据。换句话说,离开运行数据的管理就不可能实现精益和最佳的制造服务,也不可能为回收再利用提供准确的信息。

MRO2系统利用BOL阶段提供的维修知识和记录的运行监控数据,在物联网平台上开展产品的健康状况评价、故障预测、寿命评估、维修项目、维修需求、维修计划、维修执行、维修物料、维修人员、维修成本、产品履历、设计制造优化信息反馈等工作。在制定维修策略的时候,根据不同产品和关键部位的特点,分别选择故障维修、定期预防维修、可靠性为中心的视情维修等不同模式,最大限度减少维修不足或维修过度的缺点,实现精确维修的目的,有效地支持制造服务的新的经济增长点。

随着生产力的高速发展,为了保证人类持续生存的需要,现在的制造业模式必须加快转变的步伐。产品全生命周期管理的重点需要尽快从研究设计和生产制造阶段转移到时间跨度更长、管理难度更大的使用、维护、维修阶段和报废、回收、再利用阶段。通过节能、减排和回收再利用,创造人和自然和谐的生存环境。(清华大学软件学院兼职教授 莫欣农)

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