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“新四化”带来百年大变革 系统工程:汽车行业迎来新的方法论

  来源:中国汽车报网 有187人浏览 日期:2021-03-26放大字体  缩小字体

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   ◆清华大学教授连小珉(主要学术研究方向为汽车电子控制、汽车动态测控理论与技术、汽车噪声控制等)

  ◆国家智能网联汽车创新中心、国汽(北京)智能网联汽车技术研究院高级系统工程师梁浩

  编前:智能化、网联化趋势正在悄然改变传统汽车。汽车的复杂度不断提升,大量全新的元器件进入汽车领域,诸多业外企业聚焦汽车板块,智能网联技术带来了产品的持续升级和用户体验的改善,行业原有的供应链被叠加上了新的价值维度。不过,随之而来的是制造汽车产品复杂度和难度开始超出独立企业的资源边界——汽车产品快速地从传统的机械、电子产品,向机械、电子、软件、网络等多维度信息物理载体转变。

  作为多学科、多领域交叉的载体,汽车的系统复杂度也在急速提升。这使原本面向超大型工程管理的系统工程科学有了用武之地,其必将成为未来一段时间内我国从汽车大国迈向汽车强国,实现高质量发展的重要助力。

  系统工程究竟如何与汽车行业“挂上了钩”,未来又将如何推进我国汽车产业的发展?本专刊编辑部将通过一系列访谈、报道寻找答案。

  ——自发形成朴素的系统工程思维

  汽车工业诞生至今已百余年,形成了独具特色且行之有效的一套研发、设计、采购、生产、销售和售后服务体系。这一体系稳定而高效,支撑起了世界汽车工业。平心而论,存在于体系之中的诸多方法、工具、经验并非源自中国汽车工业的原始创新,因此在应用过程中,一来不是非常得心应手,二来效果也会被打折扣。

  【《中国汽车报》:汽车行业有没有对系统工程思维的运用?具体来看,是如何体现的?

  连小珉:在世界范围内,汽车工业高度发达,研发设计、产业组织、生产管理等效率很高,这一点尤其明显地反映在大型企业身上。世界知名的企业基本都有自己一套独特而行之有效的方法和丰富的实践经验,用于指导实际发展。

  我们站在汽车业外进行观察,这些经验总结实际上自发形成了较为朴素的系统工程思维。它与汽车产品的诞生、发展和不断完善息息相关。最初,汽车的复杂度没有那么高,随着技术的进步,产品不断升级,变得越来越复杂。而这一过程不是一个突然“爆发”的瞬间,而是前后延展、近乎均匀地分布在百余年的发展历程中。就此,汽车行业形成了自己的技术进步节奏,不断稳妥地升级、进化。因此,汽车工业现在的经验总结,可以说是一种基于类似“自然进化”色彩的自觉应用,带有一定被动性(不主动指导实际),却行之有效。

  坦诚地讲,我国汽车工业在相当程度上学习、借鉴、吸收了世界汽车工业及国外优秀企业的先进发展经验。从合资开始,国内汽车企业就开始系统地学习现代汽车工业的理念、方法。在某种意义上说,这是一种被动的习得。

  梁浩:这或许与我们在建立汽车合资公司过程中,对硬件的重视程度始终高于对软件的重视程度有一定关联。

  连小珉:可以举一个例子来说明。比如新车质量,看似是质量问题,但它并不是一个孤立的存在,而是系统性的问题反映在了质量方面。这个细节问题应当引起国内汽车行业和企业的重视,进而思考如何主动应用系统工程的思维、方法、工具加以解决。

  质量管控就是一个典型的系统工程,如果能够自觉运用系统工程的思维,就可以达到事半功倍的效果。国外大型车企依靠全面质量管理,使自己的产品赢得了市场,从而进入巨头俱乐部,其过程也是自发、朴素的系统工程(思维)应用。我国汽车产量世界第一,产品质量如何也达到一流水平?如果在生产过程应用系统工程的方法对质量进行全面管控,相信一定能离这个目标越来越近。

  梁浩:目前,汽车行业对技术的追求已得到社会公认,但对质量的追求还没达到这样的认可水平。从全球视角看,德国产品的质量拥有口碑,企业很早就具有居安思危的意识。它们通过“工业4.0”,希望保持世界一流的工业制造优势,用数字经济去支撑传统的实体经济,实现数字化转型,提高工业质量水平。

  从产业视角来看,我国航空领域的大飞机项目也可以作为“他山之石”——获取美国联邦航空管理局(FAA)的适航认证过程进展缓慢,并不是因为生产质量的原因,而是一度被卡在关系到质量(安全)控制的基础性设计过程证明文件缺失上。

  ——汽车新时代更需系统工程助力

  我国在新能源汽车保有量上虽然独步全球,但用户使用体验、配套设施建设、产品全生命周期维护等方面仍有很大进步空间。通常,我们习惯于在行业、企业内部找问题,但如果变换视角,新能源汽车产业发展至今尚未突破的一些瓶颈,比如电池衰减较快、续驶里程有限、充电存在短板等问题,是否可以在产业兴起之时就通过更好的系统设计加以规避?这些问题值得行业相关人士认真思考。

  【《中国汽车报》:我国新能源汽车的推广在全球处于较为领先的地位,是否有必要运用系统工程思维?】

  连小珉:我国新能源汽车推广的确取得了非常巨大的成功。在国家的大力支持下,从上世纪80年代,学术界就开始进行预研储备,现在终于变成了现实,中国成为目前世界第一大纯电动汽车市场,这是了不起的成就。居安思危,我们需要清醒地认识到在发展过程中遇到的问题。比如,针对提升电力补充的用户体验、纯电动汽车的拆解报废回收及相应的污染防治问题,还需进一步设计、完善解决方案。

  这些问题中有相当一部分,是发展新能源汽车产业初期未曾料到或未给予足够重视的。换言之,当时我们可能还没有运用系统工程的思维来做整体的谋划。更准确地说,可能对新能源汽车带给汽车交通体系的冲击,没有加以重视。

  系统和体系在概念上区别很大,体系是由多个成员系统构成的一个大系统,(系统即system;体系即system of systems)。汽车交通体系应该是一个有多个成员系统组成的庞大体系。由于长期的进化,燃油车所在的汽车交通体系相对自洽且成熟,成员系统包括汽车的产品制造与售后服务系统、燃油的生产与供给系统、原材料的生产与供应系统、道路网络的建设与维护系统、交通法律法规的制定与执行系统等。

  当我们将新能源汽车嵌入汽车交通体系进行观察,也许行业所遇到的很多问题都会“有解”。新能源汽车作为新产品进入体系,原体系否需要进行相应的改进,是否需要增加新的成员系统?原有的成员系统是否需要有相应的改进?这些问题如果在新产品发展初期,以系统工程思维的角度加以审视,相信会大有裨益。

  【《中国汽车报》:就目前出现的这些短板和问题,能否通过系统工程的方法和思维加以弥补和修复?】

  连小珉:就当下来看是可行的,而且是非常必要的,我们可以用系统工程的思维重新审视,汽车交通体系里还缺少什么,还需要改进什么。对于新能源汽车推广初期,缺少对汽车交通体系冲击的预研与对策制定,我们可以后续加以弥补;还有一些属于技术问题,它们需要较长时间加以解决,刚好为体系的完善留出了余地。当然前提是,我们必须从系统工程规划层面弄清问题,具备全局观。

  ——不能再被动等待要主动作为

  发展智能网联汽车是挑战更是机遇。从全球范围看,主要汽车制造国基于各自的实际情况纷纷提出了汽车智能化、网联化发展的规划。汽车在传感设备、电子电气架构等诸多层面迎来巨大变革,其幅度与规模超越了以往传统汽车企业小步快走式的产品迭代经验。这是由智能网联时代汽车技术的复杂程度决定的,更是由多系统同时高速变化的特点决定的,传统的方法论必然会遭遇“天花板”。

  系统工程现在之所以应该也必须得到汽车行业足够重视的原因还在于,新技术的种类、复杂度会在一个较短时间内爆炸式增长,传统的方法论将呈现难以预料的局限性。

  对中国汽车行业而言,面前没有成熟的道路,可供参考的经验少之又少。用怎样的方式方法,才能少走或不走弯路?只有依靠自身独特的产业优势,形成“中国方案”才是正解。国内汽车行业需要主动地运用系统工程思维,作为向前探索的工具,它是“拐杖”、更是“防护网”。

  【《中国汽车报》:系统工程思维的特点是什么,为何值得汽车工业重视?】

  梁浩:系统工程领域的核心观点之一,即涌现性。在产品设计中,汽车企业比较习惯于叠加,用叠加的方式实现1+1=2的效果。但是在实际情况下,由于涌现性的存在,产品功能的不断累加很可能造成1+1<2的结果。系统工程就可以帮助我们从整体上进行考虑、把握,避免陷入这样的困局。

  除此之外,体系(system of systems)还有其他特点:多成员系统构成,成员系统之间相互独立,成员系统的暂时性及地域分布性。我们研究体系的目的是为了优化全局,但整体优化有时候与各独立系统的发展有冲突。每个成员系统优化到最好,可能整体的运行效率并不是最好,这就需要利用系统工程的思维进行宏观研究。

  整车企业或零部件供应商,更多是追求盈利最大化,因而有可能限制了自己对整体布局的思考,这本来也不全是它们应承担的责任。所以,就需要一个单独或更高层次的机构,对整个体系进行整体规划,设计兼具鲁棒性和适应性的架构,然后不断在架构层面进行演进,支持不同产品的形态、不同的产品系统加入或改变,同时还要保证整个体系的稳定性。

  我们也应该借助系统工程,推动汽车产业的进一步发展,以尽可能小的代价获得尽可能大的成长。智能网联汽车的发展提供了这样一个契机,让我们重新审视汽车交通体系的构建。

  事实上,系统思维并没有想象中的那么陌生。从近现代来看,我国对系统工程的应用并不落后。在美国第一次将系统工程思维应用在“曼哈顿计划”后没多久,钱学森就着手用系统方法论来指导国内的“两弹一星”事业。

  连小珉:在国内汽车行业推广系统工程,是有文化优势的。但目前的形势是行业被动地接受了这样的系统和方法。现在,我们在许多领域发展速度极快,甚至走在了世界前列,从前学到的那一套跟不上现有的发展速度了。所以,探讨自主的技术方法论和工程思维开始成为非常重要和必要的事情,并且具有一定的紧迫性。

  让全行业“整齐划一”地认识到系统工程思维、工具、方法的重要性、紧迫性并不现实。汽车市场是一个充分竞争的市场,应充分依靠市场的作用,让经济规律发挥应有的作用和效能。消费者会用脚投票,淘汰落后者。市场的压力将迫使企业向源头要方案。

  值得强调的是,中国汽车行业正在迈入一个全新的时代,出现了新的需求、新的技术、新的产业生态环境。所谓“时不我待”,我们不能再被动地等待规律的自我形成。为了加快建设步伐,取得更好的效果,我们要在总结原有产业规律的基础上,按照系统工程的思维对认识论、方法论加以改造,发挥主动思维,利用系统工程的优势,实现体系的正向进化和发展,这也是中国汽车产业保持在世界前列位置的必要条件。


   
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