——清华大学莫欣农教授的MRO梦
为应对第四次工业革命的大潮悄然来袭，作为我国知名学者，清华大学莫欣农教授和他的同伴们开启了艰难的MRO登峰之旅。虽路途坎坷，仍砥砺前行；纵使无人喝彩，依然低头奋进、孜孜不辍。
从美国CPS系统及德国“工业4.0”战略的发布，到“中国制造2025”规划的酝酿，人们对于第四次工业革命的关注日益高涨，对于其美妙蓝图的描述和相关进展的报道频频见诸于媒体和网络。相对舆论的甚嚣尘上，在那些走在最前沿、从事相关研发的科技权威眼中，未来的第四次工业革命将走向何方？
为此，记者有幸在清华软件学院采访到了莫欣农教授——我国最早从事智能制造相关项目MRO课题的研究者之一—一位在我国这块曾经是MRO荒原上开荒辟路的先行者；一位从零开始攻关MRO课题、并以相关成果成为国家科技进步二等奖获得者之一的年近七十高龄、仍在为我国MRO研发、推广以及MRO人才的培养倾注心血、默默耕耘的耆德硕老。
MRO（Maintenance, Repair Overhaul Operation）源于国外，最初应用于航空设备的管理。是一项对大型复杂设备进行维护、维修、大修及运营管理的服务项目。“第四次工业革命刚刚起步，仍在不断的探索中，也许还要经历几年、十几年，甚至更长时间的完善，我们只能砥砺前行”。在莫教授眼中：“先端科研总是走要在需求展现之前，不想落后于人，就只能在荒芜的土地上低头前行，很多时候，前面没有你可以抬头看到的方向，你只能走一步看一步，没有鲜花、没有喝彩，在这个漫长的行程中，必须能够耐得了寂寞、承受得住失败，幸好我的身边还有默默同行的伙伴”。
莫欣农：毕业于清华大学工程数学力学系流体力学专业,后续攻清华大学力学系动力学与控制专业硕士学位。先后参加水利建设丶船舶制造丶卫星总体设计丶CAD/PDM系统开发和应用丶组建合资计算机公司丶担任外资软件公司顾问等工作。历任航天部卫星总体设计部姿态控制设计高级工程师、航天CAD/CAM培训中心AVIDM（国产PDM软件）系统开发的图形组长。并先后在美国CV公司、SUN公司、EDS公司任PDM高级顾问。现为清华大学软件学院兼职教授,担任国家863计划的PLM通用业务参考模型丶实施效益评价和实施方法论研究课题组组长,参与国家863计划的MRO课题研究。
工业4.0时代，智能、网络、信息深度融合
问：自今年下半年以来，对于“中国制造2025”规划酝酿中的种种猜想，以及其进展的频繁曝光，继美国2006年2月发布《美国竞争力计划》，将信息物理系统(CyberPhysicsSystem，简称CPS)列为重要研究项目及2013年4月德国推出德国“工业4.0”战略之后，再一次引发了人们对于“工业智能化”的热议。请您谈谈“中国制造2025”规划、德国“工业4.0”战略和美国CPS这三者之间的异同。
莫欣农：自上世纪90年代以来，我国制造业发展迅猛。国家统计局发布的报告显示，随着工业基础建设的加强，生产能力的不断扩张，我国已经逐渐成为一个世界制造业大国。而我国制造业花攒锦簇、举世瞩目的背后，则是研发投入不足、劳动生产率低、管理能力差、盈利下降及耗能高等“大而不强”的无奈与窘迫。为将我国打造成制造业强国，中国工程院于去年年底提出编制“中国制造2025”发展纲要。核心为“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化”，主线是“信息技术与制造技术深度融合的数字化网络化智能化制造”。
其后，工信部会同国家发展改革委、财政部，着手制定《中国制造2025》规划纲要，为中国制造业勾勒发展蓝图。自此“中国制造2025”规划作为中国制造业未来10年的顶层规划和路线图，开始酝酿并逐渐升温。至今年７月底，中国工程院将泉州列为“中国制造2025”地方样板，并规划其三大核心：智能制造，质量品牌提升和服务型制造。
德国“工业4.0”概念的提出，源于2011年汉诺威工业博览会，最初的想法只是通过物联网等媒介来提高德国制造业水平。两年后《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》的报告发表，定义“工业4.0”的核心为信息物联网、服务互联网与制造业的融合创新。同时指出，“工业4.0”会将智能技术和网络投入到工业应用中，从而进一步巩固德国作为生产地以及制造设备供应国和IT业务解决方案供应国的领先地位。
CPS的出现源于2005年5月，美国国会要求美国科学院评估美国的技术竞争力，并提出维持和提高这种竞争力的建议。同年年底研究报告《站在风暴之上》问世，次年年初《美国竞争力计划》将CPS列为重要的研究项目。
CPS作为计算进程和物理进程的统一体，是集成计算、通信与控制于一体的智能系统。该系统通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。包含了环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。它注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调。CPS是在环境感知的基础上，深度融合计算、通信和控制能力的可控可信可扩展的网络化物理设备系统，它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式检测或者控制物理实体。
通过对“中国制造2025”规划、德国“工业4.0”战略和美国CPS这三者的对比，我们不难发现，虽然说法各异，但究其根本，其核心均为智能、网络、信息三者的深度融合。作为工业史上的第四次变革，从本质上讲，这三者可谓异曲同工，均可以称之为工业4.0。
问：请您谈谈您对于工业史上的这次变革——工业4.0的认识。
莫欣农：首先让我们回顾一下工业史上以往的三次变革，或者说三次工业革命。18世纪的第一次工业革命，源于蒸汽机的出现，实现了机械化生产；19世纪的第二次工业革命，是电力的应用所带来的大规模化流水线生产；20世纪的第三次工业革命，归功于电子信息技术的应用，实现了工业自动化。而这第四次工业革命的起步，则得益于计算机及网络从量变到质变的发展与应用，我们可以称这为工业智能化。
工业智能化是通过物联网、信息通信技术与大数据分析，把不同设备通过数据交互连接到一起，让工厂内部，甚至工厂之间都能成为一个整体，在自动化之上，形成制造的智能化。其战略核心为智能制造。包含两大主题：智能工厂与智能生产。
智能工厂主要关注智能化生产系统及过程，以及网络分布式生产设施的实现。
我们现在谈及工业生产，常常要讲集中、集群，看起来这样似乎更便捷、更经济。然而随着城市的快速发展，这种高度集中带来的是通勤时间的增加、物流成本的上升和环境资源的分配不当。而智能工厂则可以因地制宜、合理分配有限资源，分散建厂，统一各厂的机械、电器和通信标准。以物联网和服务互联网为基础，智能制造设备可对生产过程进行智能化监控。由此，智能工厂能够自行运转，且工厂间零件与机器可以相互交流。结合大数据技术，智能工厂还能对生产与修理作出可能的提示。这使得工厂设备脱离固有生产线的束缚，可以不断做出智能的调整，从而使得一次性生产的产品也可以通过颇具收益的方式制造出来，打破了标准化生产的成本优势。
智能生产是在智能工厂的基础上进一步加入了人的要素，同时强调生产过程本身，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动、3D打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的应用等。目前大部分制造系统都采用集中式控制方案，在中央控制机器上独立地进行处理，工人主要负责监控维修控制机器。未来的智能生产是以人为中心的基于CPS为智能辅助系统创造更优秀的人机互动模式。
智能维修，综合化、网络化是大势所趋
问：您对工业４.０的描述，的确给了我们一个很美好的预期，那么面对工业4.0——这一历史变革之潮，我们该从哪里入手，需要做些什么呢？
莫欣农：工业4.0”的核心组成可以分为制造、信息物联网与互联网三个部分。以德国、美国为例，在制造方面，德国有优势；信息物联网方面，美国有优势；而我国在互联网方面，则拥有着优势的人力资源基础和巨大的发展潜力。从这部分入手，充分发挥我们的人力资源优势，也许可以成为我国工业4.0发展的一个契机。
说到人力资源的应用，设备的维护、维修及运营操作无疑占有举足轻重的地位。这里我们就要谈到智能维修和传统维修的区别了。
相对于传统的事后维修、预防维修、定期检修，智能维修更接近于预测性维修，但比之更先进、更广泛。计算机技术和信息技术以及网络技术的发展，促使智能维修将向着综合化、网络化的方向发展，与传统维修有着显著的差异，主要表现为以下四点。
维修计划：将设备状态、运营情况、维修记录及财务分析等有机的融合在一起，通盘考虑权衡，实现优化维修决策、维修规划、维修训练及备件计划等多项功能。
状态监测：依据监测设备运行状态数据，进行分析比对，自动做出增减监测频次、调整监测项目等决策并实施。
数据分析：自动进行状态监测大数据的处理分析，找出规律，提高设备维护、维修和运营管理水平。
创新反馈：通过对设备状态、使用效率、故障处理等数据的的跟踪分析，反馈设备设计的修改和创新知识。
清楚的了解了智能维修的上述特点，我们也就可以明确了未来努力的方向。
推广MRO,前行的路还很漫长
问：那么，这些年来，您对于MRO的研究是否就是基于智能维修方面的考量呢？
莫欣农：是的。由于智能维修涵盖的范围很广，不可能一蹴而就。可以说，这些年来，对于智能维修的研究，一直在进行。MRO作为智能维修的重要组成部分和有力的支持基础，如何让MRO在我国落地、对MRO进行适应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，我们就已经在考虑智能维修在我国落地的问题。为此，国家863计划于2009年启动了MRO项目。2009～2011年的第一期以探讨为主，我们参考国外MRO经验，自主研发了MRO管理软件，重点突破智能维修服务的关键技术，并在唐安煤矿和田悦化工等企业成功实施。
2012～2013年，863课题组MRO项目的第二期对MRO加以充实、重新定义。在最初的系统上，增加了状态监测及数据分析内容。将MRO服务范围扩充到状态监测、数据分析和维修服务三个部分。
在状态监测方面初步解决了大量异构协议的工况数据传输、接收、解析的动态处理技术，系统能够适应几台到几十万台设备同时进行状态监测的需要。下一步还要解决智能化的状态监测问题。
在处理大量设备实时状态数据和维修数据的存储、查询和分析方面，我们采用大数据处理的方法，改变传统的关系型数据库的结构，用去中性化的手段实现几十万台设备多年的状态数据显示与分析。下一步还要不断增加各种实用的分析工具，提高分析效率。
上述二项技术在与三一重工的深度合作中，利用自主研发的MRO系统软件，整合大数据处理系统，为三一重工10万台工程机械的状态监测和维修管理提供了以往看不到的分析数据和及时的指导意见。
问：请您谈谈我国MRO现状及发展方向。
莫欣农：受益于我国863计划课题组MRO项目的实施，除我们清华软件学院外，哈尔滨工业大学、北方交通大学、陕西鼓风机集团等也在MRO的研发上投入了大量的精力。今年8月15日，863课题组清华软件学院MRO项目的第二期“复杂装备状态监测与运维服务支撑软件平台开发”课题通过了科技部组织的结题验收。
该课题针对我国制造业MRO服务的核心业务需求，解决了以下问题：
·探索出复杂装备新型运维服务模式及核心业务模型。
·突破以下关键技术：
·可扩展的高通量实时状态监测数据管理框架；
·基于NoSQL的大规模状态监测数据存储与分析；
·基于智能学习模型的航空发动机健康状态预测；
·基于运维数据的可靠性建模；
·基于中性BOM的跨生命周期数据集成。
·开发了具有自主知识产权的、可扩展的复杂装备状态监测与运维服务支持软件平台：
·复杂装备运维服务通用核心构件；
·面向制造方和使用方的运维服务信息化专用构件。
·创立了中国MRO支撑软件平台社区。
课题成果在三一重工、金风科技、东方汽轮机等工程机械、发电装备、军工装备等多个行业龙头企业得到了推广应用，取得了显著的社会与经济效益。课题成果在2012年、2013年分别获得国家教育部科技进步一等奖和中国电子学会科技进步一等奖。
几年来的研发可以说成绩斐然。然而，我国的MRO发展依然是道路曲折。在863课题期间，利用项目经费，连续召开三届全国性的MRO技术研讨会，对几十家大型企业进行MRO培训，但最终达成合作者寥寥无几。
相对于我国MRO市场化的举步维艰，拥有专业市场营销团队及丰富市场资源的西门子在MRO服务市场化进展相对顺利一些。西门子的MRO是有针对性的服务和维护管理，在专注于原有MRO的产品维护、修理及大修之外，增加的资产管理体系，从而持续不断地支持产品和资产的维护、修理和大修。达到在一个系统上对运营和维护进行全盘管理、设计和组织的目的。
其维修和维护过程可立即在数据上得到体现，并能够创建个性化的工作包，实现待处理进程的结构化分工。在与ERP应用程序集成后，可优化资源监控，如需求指标、可用性检查、库存管理等。为实现最佳维护，还可以对各个组件进行风险分析，并根据不同的标准对其进行评估，其结果可用于寻找相应的维护方法。
如何让我国MRO科研成果“断奶”，为更多的企业所认同和应用，达到企业与科研机构双赢；经济、社会效益双丰收，进一步支持研发的持续进行，并最终取得丰硕成果的市场化运作，也是我们不得不考虑的新课题。
问：对于我国工业智能化的发展及MRO现状和发展，您有什么建议或者期望。
莫欣农：无论是工业智能化，还是智能维修，都是历史的必然发展趋向，无可阻挡。我们对于MRO的研发正是顺应这个历史潮流而行。或许有人认为现在谈MRO还为时过早，市场也有待于进一步成长和开发。或许前期的巨大投入换不来立竿见影的经济回报，但科研就是这样，投入与产出，不应该用短时间的收益来衡量。对于新项目的开发，我们不可能等到市场成熟、被国外产品完全占据瓜分之后才开始运作。
我希望我国的工业智能化也好、MRO也好，能够引起更多的关注和支持。希望可以通过这次访谈，能够吸引更多的人了解我国的工业发展，了解MRO，参与到MRO的推广中，为我国工业智能化发展做出贡献。聚沙成塔、集腋成裘，希望读者可以借助贵刊这个平台，集思广议，为我国MRO的发展献计献策。我更期望，通过我们的努力，可以看到我国的MRO项目尽早成熟，为智能维修、智能制造打下坚实的基础，让我国在工业智能化发展中，可以与欧美强国分庭抗礼，共享市场。这个或许可以算是我的一个MRO 梦想吧。
