智能時(shí)代工程師能力三維模型V2.0

去年在上海交通大學(xué)教指委關(guān)于“卓越工程師”經(jīng)驗(yàn)分享會(huì)上做了一張關(guān)于工程師能力模型的架構(gòu)，當(dāng)時(shí)只是粗淺的思考，基于RAMI4.0、IIRA的三維模型來(lái)思考這個(gè)問(wèn)題，希望有一種更為結(jié)構(gòu)性的能力模型與大學(xué)教育分享，但是，困惑于自己的認(rèn)知局限，也僅有個(gè)初略的想法，一直想能夠把它細(xì)化，最近與許多朋友交流，逐漸有了點(diǎn)認(rèn)知，先嘗試著對(duì)此進(jìn)行詳盡的構(gòu)架，希望能夠拋磚引玉，以期后續(xù)繼續(xù)深化細(xì)致。稱之為V2.0版本。

 

一、總體框架思考

圖1是去年12月的第一版的工程師能力簡(jiǎn)單構(gòu)架，主要是想以幾個(gè)維度來(lái)闡述如何定義工程師的能力需求，在智能時(shí)代融合協(xié)同成為了關(guān)鍵，知識(shí)與能力變得更為綜合而全局。

 

圖1  初稿-工程師能力模型

這個(gè)初始架構(gòu)是基于三個(gè)維度的思考：

（1）在縱向自動(dòng)化、信息化、智能化三個(gè)層面的問(wèn)題解決

雖然自己也認(rèn)為這個(gè)是淺薄之見(jiàn)，不過(guò)，為了簡(jiǎn)化可以這么理解，因?yàn)樵趯?shí)際的架構(gòu)上，自動(dòng)化扮演了底層采集、控制與優(yōu)化的角色，而信息化則是進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)聚合的任務(wù)，在智能化層解決優(yōu)化、策略的問(wèn)題，更為全局。這三個(gè)層級(jí)在物理上既可以是獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)通過(guò)互聯(lián)來(lái)連接，也可以存在于一個(gè)實(shí)體上，例如在一臺(tái)工業(yè)PC上即可實(shí)現(xiàn)控制、數(shù)據(jù)透明可視化、機(jī)器學(xué)習(xí)的任務(wù)。

（2）按流程劃維度看待能力

按照流程，一個(gè)系統(tǒng)包括了最初概念設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與測(cè)試驗(yàn)證、運(yùn)行維護(hù)整個(gè)流程。在整個(gè)制造業(yè)的流程里對(duì)工程師不同階段使用的方法與工具也會(huì)有不同，當(dāng)然，也可以是集成的平臺(tái)架構(gòu)。

（3）理念、原則、方法、工具層級(jí)

與各個(gè)層級(jí)、各個(gè)流程對(duì)應(yīng)的有理念、原則、方法和工具的培養(yǎng)與應(yīng)用。對(duì)于不同領(lǐng)域或不同職責(zé)的人而言，其所需的能力也是不同的，例如對(duì)于偏重于管理的則傾向于概念性技能，而對(duì)于工程師現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)則強(qiáng)調(diào)于具體的工具應(yīng)用。

 

二、模型展開(kāi)

圖1的模型可以展開(kāi)，為其每個(gè)維度賦予實(shí)際的內(nèi)容，包括思想、原則、方法、工具的各個(gè)維度的立方體，因此闡述如下：

2.1理念級(jí)

理念是一個(gè)統(tǒng)籌性的，即，如何在整體上看待工程師的工作，工程師同樣是一個(gè)價(jià)值創(chuàng)造的過(guò)程。理念級(jí)主要指“系統(tǒng)的思維”問(wèn)題，如何站在全局的看待自身的工作以及努力的方向。

 

圖2  工程師的理念

（1）價(jià)值創(chuàng)造涵蓋整個(gè)制造：企業(yè)服務(wù)于客戶的更高的價(jià)值創(chuàng)造才能贏得信任，獲取自身的利益，而對(duì)于工程師同樣而言，雖然價(jià)值戰(zhàn)略定義的部分，但對(duì)工程師而言，必須明確為客戶創(chuàng)造價(jià)值這個(gè)本心，這當(dāng)然并非從智能化的角度來(lái)看待價(jià)值—價(jià)值是涵蓋每個(gè)層級(jí)的思考，無(wú)論自動(dòng)化、信息化還是智能化都是服務(wù)于為客戶創(chuàng)造價(jià)值。

（2）信息化提升協(xié)同效率：信息化提升信息傳遞的效率、提高協(xié)同的效率，提高開(kāi)發(fā)的效率—無(wú)論建模仿真還是軟件組件技術(shù)這些方法工具均服務(wù)于提升效率，機(jī)器提升生產(chǎn)效率，控制提升機(jī)器運(yùn)行效率。

（3）品質(zhì)與成本效率：無(wú)論機(jī)器的精度、重復(fù)精度等，都是為了解決更高的生產(chǎn)品質(zhì)與效率問(wèn)題。

 

理念是在指導(dǎo)行為，知行合一即是要認(rèn)知目的—為什么的問(wèn)題，是制造業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)都需要統(tǒng)籌思考的問(wèn)題。這個(gè)能力不僅僅是企業(yè)的高層需要具備，而是工程師也需要由此認(rèn)知。

 

2.2 原則

同樣道理，這里也是貫穿而各自有其側(cè)重，原則是工作中的判斷力，如果說(shuō)理念告訴我們方向的話，原則就是判斷的依據(jù)和準(zhǔn)則。

（1）第一性原則：就是從事物的本源，目標(biāo)以及機(jī)理模型去思考問(wèn)題，創(chuàng)新思想往往來(lái)自對(duì)最本源的原理的認(rèn)知，這是我們所缺乏的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)我們都是缺乏“正向設(shè)計(jì)”思想的，因此，就會(huì)缺乏本源性的認(rèn)知，很多系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)原理其實(shí)都已經(jīng)非常成熟，甚至在上百年前就已經(jīng)存在，并且一直在沿用，只是以前的方法、工具不到位，計(jì)算能力不足（存儲(chǔ)、計(jì)算資源不足）或者缺乏數(shù)據(jù)聯(lián)通的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（今天有OPC UA TSN這樣的技術(shù)來(lái)貫通各層）。

 

圖3  原則的把握

（2）開(kāi)放性原則：對(duì)于信息化而言，其原則就是把握開(kāi)放性，開(kāi)放性包括技術(shù)的開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，以確保數(shù)據(jù)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)里能夠進(jìn)行開(kāi)放連接，進(jìn)而能夠達(dá)到對(duì)OT數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)性采集、傳輸、存儲(chǔ)、聚合，以便于智能化分析的應(yīng)用。自動(dòng)化系統(tǒng)同樣必須保持開(kāi)放性—不僅是自動(dòng)化系統(tǒng)間的互聯(lián)，而且也包括與信息系統(tǒng)的開(kāi)放互聯(lián)。

（3）模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化：自動(dòng)化應(yīng)對(duì)變化在于堅(jiān)持模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化解決效率，而模塊化解決靈活性重構(gòu)應(yīng)用，像貝加萊的mapp技術(shù)即基于PLCopen的標(biāo)準(zhǔn)化模塊，實(shí)現(xiàn)模塊化的應(yīng)用，可以為機(jī)器提供各種應(yīng)用的配置。

 

第一性原則、開(kāi)放性原則、模塊化標(biāo)準(zhǔn)化也是創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要原則，當(dāng)然不僅于此，對(duì)于工程師而言，要更為多的把握原則性，包括工作的守時(shí)、判斷是非—當(dāng)產(chǎn)生需要判斷的時(shí)候，我們需要回到問(wèn)題的本源去思考，我們這樣是否為客戶創(chuàng)造了價(jià)值？我們是否遵循了開(kāi)放性—不僅是技術(shù)，而且思想開(kāi)放。

 

2.3 方法

具體到了方法就是需要不同的層級(jí)思考問(wèn)題，可以從下往上看：

（1）.軟件復(fù)用與組件技術(shù)

曾經(jīng)寫過(guò)一篇“銀彈技術(shù)”—在軟件工程里有一個(gè)寓意解決問(wèn)題的“根本性”方法，而軟件復(fù)用與組件技術(shù)被認(rèn)為是“根本性”解決問(wèn)題的方法，由于軟件變得越來(lái)越復(fù)雜，需求變更、軟件復(fù)雜性等問(wèn)題使得軟件成為了一個(gè)泥潭，為復(fù)用而設(shè)計(jì)軟件，將共性技術(shù)封裝即成為了提高機(jī)器開(kāi)發(fā)效率的利器，而組件就像蓋房子的預(yù)制板一樣可以提高搭建的效率。

機(jī)電開(kāi)發(fā)的V-Model也是一種方法體系，這個(gè)整體是為了提高開(kāi)發(fā)工作中的成本效率。

（2）.對(duì)于數(shù)據(jù)的分析與處理

信息化和智能化可以一同采用眾多的方法，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)等，這部分我的理解不深，大致有個(gè)概念，不做闡述，整體思想就是各自有其方法—術(shù)業(yè)有專攻。

 

圖4  工程師方法體系

當(dāng)然，方法不僅局限于此，圖4僅對(duì)一些基本的方法進(jìn)行了描述，包括選型的方法、維護(hù)的方法（預(yù)測(cè)性維護(hù)）、節(jié)能的方法（設(shè)備、管理、工藝節(jié)能）等。

2.4 工具

工程師的工作最基本當(dāng)然是使用工具了，這個(gè)工具在自動(dòng)化、信息化、智能化方面都有對(duì)應(yīng)的工具和方法。

（1）.自動(dòng)化工具：包括建模仿真的工具如MapleSim、MATLAB/Simulink，也包括平臺(tái)級(jí)的工具如Automation Studio，以及電機(jī)選型的ServoSoft等，電氣圖紙的EPLAN這樣的工具，工具用于讓我們高效的解決問(wèn)題，而工具是基于理念、原則與方法而設(shè)計(jì)的，并且服務(wù)于概念設(shè)計(jì)、程序開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證測(cè)試、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，例如貝加萊的Automation Studio集成開(kāi)放平臺(tái)可以滿足全流程的任務(wù)開(kāi)發(fā)，并且具有與建模仿真，甚至最新的FMU/FMI多平臺(tái)聯(lián)合仿真工具的接口能力。

 

圖5  工具的層級(jí)

（2）.對(duì)于信息化同樣如此，包括云平臺(tái)的IaaS、XaaS等，以及安全相關(guān)的工具、分析相關(guān)的工具，智能化有各種Hadoop、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、編程的工具與平臺(tái)，Digital Twin實(shí)現(xiàn)的工具平臺(tái)。

具體到實(shí)際的工程師日常工作，就可以有一系列的流程、方法、工具來(lái)支撐，圖6總結(jié)一下就是通過(guò)IT與OT的理念（創(chuàng)造價(jià)值）、遵循第一性原則，采用平臺(tái)工具實(shí)現(xiàn)價(jià)值的創(chuàng)造過(guò)程，包括流程、方法、規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)等的培養(yǎng)與訓(xùn)練。

 

圖6  工程師主要工作流程與任務(wù)

 

培養(yǎng)工程師，除了專業(yè)知識(shí)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，而在產(chǎn)業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，必須包括系統(tǒng)的價(jià)值驅(qū)動(dòng)、原則、方法體系、工具的訓(xùn)練，當(dāng)然，這個(gè)不是一個(gè)工程師的工作，而是企業(yè)的人才開(kāi)發(fā)、大學(xué)的教育培養(yǎng)的工作。

 

三、融合與創(chuàng)新

新的時(shí)代，需要是融合性人才—跨界，并且需要?jiǎng)?chuàng)新思想，因?yàn)椋覀兊那斑M(jìn)總是走在未知的道路上，但，又不是無(wú)知的基礎(chǔ)上。很多技術(shù)、工藝、方法已有，如何融合去實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造。

 

圖7 關(guān)于智能時(shí)代的知識(shí)能力結(jié)構(gòu)

圖7是參考奧地利維也和納大學(xué)教授關(guān)于對(duì)機(jī)電工程師的能力增強(qiáng)架構(gòu)，可以看到：

（1）.系統(tǒng)與接口的技能：由于制造業(yè)是一個(gè)多技術(shù)融合的應(yīng)用，用于解決實(shí)際的問(wèn)題，因此一個(gè)工程師無(wú)法掌握所有的知識(shí)，因此，需要協(xié)作，而這個(gè)時(shí)候自動(dòng)化、信息化、智能化的工程師都需要掌握自身領(lǐng)域技術(shù)外還需要掌握接口技術(shù)。

（2）.能夠用系統(tǒng)的理念方法創(chuàng)新的解決問(wèn)題：其實(shí)，創(chuàng)新是一個(gè)底線需求，工具都是服務(wù)于價(jià)值的創(chuàng)造的，在一個(gè)新的時(shí)代，過(guò)去并沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可以依循，因此，一定是需要突破自身，跨界融合創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)，使得技術(shù)融合為客戶謀得新的商業(yè)價(jià)值，無(wú)論是成本的降低，還是效率的提升。

 

希望大家對(duì)此提出異議，留言發(fā)表意見(jiàn)，畢竟，每個(gè)人都有認(rèn)知局限，必須借助于大家的力量，希望能夠讓這個(gè)模型更為完善。