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　　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教指委關于“卓越工程師”經驗分享會上做了一張關于工程師能力模型的架構，當時只是粗淺的思考，基于RAMI4.0、IIRA的三維模型來思考這個問題，希望有一種更為結構性的能力模型與大學教育分享，最近與許多朋友交流后，自己先嘗試著對此進行詳盡的構架，希望能夠拋磚引玉，以期后續繼續深化細致，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，在智能時代融合協同成為了關鍵，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，因為在實際的架構上，自動化扮演了底層采集、控制與優化的角色，而信息化則是進行傳輸、存儲、數據聚合的任務，在智能化層解決優化、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通過互聯來連接，也可以存在于一個實體上，例如在一臺工業PC上即可實現控制、數據透明可視化、機器學習的任務。

　　（2）按流程劃維度看待能力

　　按照流程，一個系統包括了最初概念設計、開發與測試驗證、運行維護整個流程。在整個制造業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，當然，也可以是集成的平臺架構。

　　（3）理念、原則、方法、工具層級

　　與各個層級、各個流程對應的有理念、原則、方法和工具的培養與應用。對于不同領域或不同職責的人而言，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，而對于工程師現場維護則強調于具體的工具應用。

　　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造的過程。理念級主要指“系統的思維”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

　　（1）價值創造涵蓋整個制造：企業服務于客戶的更高的價值創造才能贏得信任，獲取自身的利益，而對于工程師同樣而言，雖然價值戰略定義的部分，但對工程師而言，必須明確為客戶創造價值這個本心，這當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于為客戶創造價值。

　　（2）信息化提升協同效率：信息化提升信息傳遞的效率、提高協同的效率，提高開發的效率—無論建模仿真還是軟件組件技術這些方法工具均服務于提升效率，機器提升生產效率，控制提升機器運行效率。

　　（3）品質與成本效率：無論機器的精度、重復精度等，都是為了解決更高的生產品質與效率問題。

　　理念是在指導行為，知行合一即是要認知目的—為什么的問題，是制造業各個環節都需要統籌思考的問題。這個能力不僅僅是企業的高層需要具備，而是工程師也需要由此認知。

　　2.2原則

　　同樣道理，這里也是貫穿而各自有其側重，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和準則。

　　（1）第一性原則：就是從事物的本源，目標以及機理模型去思考問題，創新思想往往來自對最本源的原理的認知，這是我們所缺乏的，因為傳統我們都是缺乏“正向設計”思想的，因此，就會缺乏本源性的認知，很多系統的開發原理其實都已經非常成熟，甚至在上百年前就已經存在，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）或者缺乏數據聯通的標準規范（今天有OPCUATSN這樣的技術來貫通各層）。

　　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，開放性包括技術的開放性、標準與規范，以確保數據在異構網絡里能夠進行開放連接，進而能夠達到對OT數據的結構性采集、傳輸、存儲、聚合，以便于智能化分析的應用。自動化系統同樣必須保持開放性—不僅是自動化系統間的互聯，而且也包括與信息系統的開放互聯。

　　（3）模塊化與標準化：自動化應對變化在于堅持模塊化與標準化，標準化解決效率，而模塊化解決靈活性重構應用，像貝加萊的mapp技術即基于PLCopen的標準化模塊，實現模塊化的應用，可以為機器提供各種應用的配置。

　　第一性原則、開放性原則、模塊化標準化也是創新設計的重要原則，當然不僅于此，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—當產生需要判斷的時候，我們需要回到問題的本源去思考，我們這樣是否為客戶創造了價值？我們是否遵循了開放性—不僅是技術，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）軟件復用與組件技術

　　曾經寫過一篇“銀彈技術”—在軟件工程里有一個寓意解決問題的“根本性”方法，而軟件復用與組件技術被認為是“根本性”解決問題的方法，由于軟件變得越來越復雜，需求變更、軟件復雜性等問題使得軟件成為了一個泥潭，為復用而設計軟件，將共性技術封裝即成為了提高機器開發效率的利器，而組件就像蓋房子的預制板一樣可以提高搭建的效率。

　　機電開發的V-Model也是一種方法體系，這個整體是為了提高開發工作中的成本效率。

　　（2）對于數據的分析與處理

　　信息化和智能化可以一同采用眾多的方法，包括機器學習、增強學習等，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—術業有專攻。

　　圖4工程師方法體系

　　當然，方法不僅局限于此，圖4僅對一些基本的方法進行了描述，包括選型的方法、維護的方法（預測性維護）、節能的方法（設備、管理、工藝節能）等。

　　2.4工具

　　工程師的工作最基本當然是使用工具了，這個工具在自動化、信息化、智能化方面都有對應的工具和方法。

　　（1）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、原則與方法而設計的，并且服務于概念設計、程序開發、驗證測試、運營維護的各個環節，例如貝加萊的AutomationStudio集成開放平臺可以滿足全流程的任務開發，并且具有與建模仿真，甚至最新的FMU/FMI多平臺聯合仿真工具的接口能力。

　　圖5工具的層級

　　（2）對于信息化同樣如此，包括云平臺的IaaS、XaaS等，以及安全相關的工具、分析相關的工具，智能化有各種Hadoop、數據庫技術、編程的工具與平臺，DigitalTwin實現的工具平臺。

　　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總結一下就是通過IT與OT的理念（創造價值）、遵循第一性原則，采用平臺工具實現價值的創造過程，包括流程、方法、規范與標準等的培養與訓練。

　　圖6工程師主要工作流程與任務

　　培養工程師，除了專業知識的堅實基礎，而在產業實際應用中，必須包括系統的價值驅動、原則、方法體系、工具的訓練，當然，這個不是一個工程師的工作，而是企業的人才開發、大學的教育培養的工作。

　　三、融合與創新

　　新的時代，需要是融合性人才—跨界，并且需要創新思想，因為，我們的前進總是走在未知的道路上，但，又不是無知的基礎上。很多技術、工藝、方法已有，如何融合去實現價值創造。

　　圖7關于智能時代的知識能力結構

　　圖7是參考奧地利維也和納大學教授關于對機電工程師的能力增強架構，可以看到：

　　（1）系統與接口的技能：由于制造業是一個多技術融合的應用，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域技術外還需要掌握接口技術。

　　（2）能夠用系統的理念方法創新的解決問題：其實，創新是一個底線需求，工具都是服務于價值的創造的，在一個新的時代，過去并沒有經驗可以依循，因此，一定是需要突破自身，跨界融合創造新的機會，使得技術融合為客戶謀得新的商業價值，無論是成本的降低，還是效率的提升。