智能時代工程師能力三維模型V2.0
智能時代工程師能力三維模型V2.0
文/宋華振
去年在上海交通大學(xué)教指委關(guān)于“卓越工程師”經(jīng)驗分享會上做了一張關(guān)于工程師能力模型的架構(gòu)，當(dāng)時只是粗淺的思考，基于RAMI4.0、IIRA的三維模型來思考這個問題，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，最近與許多朋友交流后，自己先嘗試著對此進(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單構(gòu)架，主要是想以幾個維度來闡述如何定義工程師的能力需求，在智能時代融合協(xié)同成為了關(guān)鍵，知識與能力變得更為綜合而全局。
圖1初稿-工程師能力模型
這個初始架構(gòu)是基于三個維度的思考：
（1）在縱向自動化、信息化、智能化三個層面的問題解決
雖然自己也認(rèn)為這個是淺薄之見，不過，為了簡化可以這么理解，因為在實際的架構(gòu)上，自動化扮演了底層采集、控制與優(yōu)化的角色，而信息化則是進(jìn)行傳輸、存儲、數(shù)據(jù)聚合的任務(wù)，在智能化層解決優(yōu)化、策略的問題，更為全局。這三個層級在物理上既可以是獨立運行的系統(tǒng)通過互聯(lián)來連接，也可以存在于一個實體上，例如在一臺工業(yè)PC上即可實現(xiàn)控制、數(shù)據(jù)透明可視化、機器學(xué)習(xí)的任務(wù)。
?。?）按流程劃維度看待能力
按照流程，一個系統(tǒng)包括了最初概念設(shè)計、開發(fā)與測試驗證、運行維護(hù)整個流程。在整個制造業(yè)的流程里對工程師不同階段使用的方法與工具也會有不同，當(dāng)然，也可以是集成的平臺架構(gòu)。
?。?）理念、原則、方法、工具層級
與各個層級、各個流程對應(yīng)的有理念、原則、方法和工具的培養(yǎng)與應(yīng)用。對于不同領(lǐng)域或不同職責(zé)的人而言，其所需的能力也是不同的，例如對于偏重于管理的則傾向于概念性技能，而對于工程師現(xiàn)場維護(hù)則強調(diào)于具體的工具應(yīng)用。
二、模型展開
圖1的模型可以展開，為其每個維度賦予實際的內(nèi)容，包括思想、原則、方法、工具的各個維度的立方體，因此闡述如下：
2.1理念級
理念是一個統(tǒng)籌性的，即，如何在整體上看待工程師的工作，工程師同樣是一個價值創(chuàng)造的過程。理念級主要指“系統(tǒng)的思維”問題，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
?。?）價值創(chuàng)造涵蓋整個制造：企業(yè)服務(wù)于客戶的更高的價值創(chuàng)造才能贏得信任，獲取自身的利益，而對于工程師同樣而言，雖然價值戰(zhàn)略定義的部分，但對工程師而言，必須明確為客戶創(chuàng)造價值這個本心，這當(dāng)然并非從智能化的角度來看待價值—價值是涵蓋每個層級的思考，無論自動化、信息化還是智能化都是服務(wù)于為客戶創(chuàng)造價值。
?。?）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，提高開發(fā)的效率—無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，機器提升生產(chǎn)效率，控制提升機器運行效率。
（3）品質(zhì)與成本效率：無論機器的精度、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—為什么的問題，是制造業(yè)各個環(huán)節(jié)都需要統(tǒng)籌思考的問題。這個能力不僅僅是企業(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，如果說理念告訴我們方向的話，原則就是判斷的依據(jù)和準(zhǔn)則。
?。?）第一性原則：就是從事物的本源，目標(biāo)以及機理模型去思考問題，創(chuàng)新思想往往來自對最本源的原理的認(rèn)知，這是我們所缺乏的，因為傳統(tǒng)我們都是缺乏“正向設(shè)計”思想的，因此，就會缺乏本源性的認(rèn)知，很多系統(tǒng)的開發(fā)原理其實都已經(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，計算能力不足（存儲、計算資源不足）或者缺乏數(shù)據(jù)聯(lián)通的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（今天有OPCUATSN這樣的技術(shù)來貫通各層）。
圖3原則的把握
（2）開放性原則：對于信息化而言，其原則就是把握開放性，開放性包括技術(shù)的開放性、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)行開放連接，進(jìn)而能夠達(dá)到對OT數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)性采集、傳輸、存儲、聚合，以便于智能化分析的應(yīng)用。自動化系統(tǒng)同樣必須保持開放性—不僅是自動化系統(tǒng)間的互聯(lián)，而且也包括與信息系統(tǒng)的開放互聯(lián)。
?。?）模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化：自動化應(yīng)對變化在于堅持模塊化與標(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，實現(xiàn)模塊化的應(yīng)用，可以為機器提供各種應(yīng)用的配置。
第一性原則、開放性原則、模塊化標(biāo)準(zhǔn)化也是創(chuàng)新設(shè)計的重要原則，當(dāng)然不僅于此，對于工程師而言，要更為多的把握原則性，包括工作的守時、判斷是非—當(dāng)產(chǎn)生需要判斷的時候，我們需要回到問題的本源去思考，我們這樣是否為客戶創(chuàng)造了價值？我們是否遵循了開放性—不僅是技術(shù)，而且思想開放。
2.3方法
具體到了方法就是需要不同的層級思考問題，可以從下往上看：
（1）軟件復(fù)用與組件技術(shù)
曾經(jīng)寫過一篇“銀彈技術(shù)”—在軟件工程里有一個寓意解決問題的“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”解決問題的方法，由于軟件變得越來越復(fù)雜，需求變更、軟件復(fù)雜性等問題使得軟件成為了一個泥潭，為復(fù)用而設(shè)計軟件，將共性技術(shù)封裝即成為了提高機器開發(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。
機電開發(fā)的V-Model也是一種方法體系，這個整體是為了提高開發(fā)工作中的成本效率。
?。?）對于數(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，包括機器學(xué)習(xí)、增強學(xué)習(xí)等，這部分我的理解不深，大致有個概念，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，這個工具在自動化、信息化、智能化方面都有對應(yīng)的工具和方法。
?。?）自動化工具：包括建模仿真的工具如MapleSim、MATLAB/Simulink，也包括平臺級的工具如AutomationStudio，以及電機選型的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題，而工具是基于理念、原則與方法而設(shè)計的，并且服務(wù)于概念設(shè)計、程序開發(fā)、驗證測試、運營維護(hù)的各個環(huán)節(jié)，例如貝加萊的AutomationStudio集成開放平臺可以滿足全流程的任務(wù)開發(fā)，并且具有與建模仿真，甚至最新的FMU/FMI多平臺聯(lián)合仿真工具的接口能力。
圖5工具的層級
?。?）對于信息化同樣如此，包括云平臺的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)庫技術(shù)、編程的工具與平臺，DigitalTwin實現(xiàn)的工具平臺。
具體到實際的工程師日常工作，就可以有一系列的流程、方法、工具來支撐，圖6總結(jié)一下就是通過IT與OT的理念（創(chuàng)造價值）、遵循第一性原則，采用平臺工具實現(xiàn)價值的創(chuàng)造過程，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)知識的堅實基礎(chǔ)，而在產(chǎn)業(yè)實際應(yīng)用中，必須包括系統(tǒng)的價值驅(qū)動、原則、方法體系、工具的訓(xùn)練，當(dāng)然，這個不是一個工程師的工作，而是企業(yè)的人才開發(fā)、大學(xué)的教育培養(yǎng)的工作。
三、融合與創(chuàng)新
新的時代，需要是融合性人才—跨界，并且需要創(chuàng)新思想，因為，我們的前進(jìn)總是走在未知的道路上，但，又不是無知的基礎(chǔ)上。很多技術(shù)、工藝、方法已有，如何融合去實現(xiàn)價值創(chuàng)造。
圖7關(guān)于智能時代的知識能力結(jié)構(gòu)
圖7是參考奧地利維也和納大學(xué)教授關(guān)于對機電工程師的能力增強架構(gòu)，可以看到：
?。?）系統(tǒng)與接口的技能：由于制造業(yè)是一個多技術(shù)融合的應(yīng)用，用于解決實際的問題，因此一個工程師無法掌握所有的知識，因此，需要協(xié)作，而這個時候自動化、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)。
?。?）能夠用系統(tǒng)的理念方法創(chuàng)新的解決問題：其實，創(chuàng)新是一個底線需求，工具都是服務(wù)于價值的創(chuàng)造的，在一個新的時代，過去并沒有經(jīng)驗可以依循，因此，一定是需要突破自身，跨界融合創(chuàng)造新的機會，使得技術(shù)融合為客戶謀得新的商業(yè)價值，無論是成本的降低，還是效率的提升。
