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PTC:工程機械ESG產品研發重大變革

發布日期:2022-04-26 作者:本站 所屬欄目:最新動態

在剛結束的2022“兩會”期間,ESG(可持續發展)、綠色、低碳、研發、創新等關鍵詞再次成為熱點。去年“兩會”上,“碳達峰”、“碳中和”被首次寫入政府工作報告,以“雙碳”目標為核心的ESG戰略進入到了所有國民經濟領域,其中也包括作為國民經濟支柱的工程機械制造行業。PTC工程機械行業資深技術專家朱海波強調,不要看工程機械的數量遠低于汽車的數量,但工程機械行業的碳排放水平與汽車行業不相上下,甚至更高。


在去年公布的首份“中國百強科技企業ESG指數”,近半數科技企業處于二星級以下水平,其中僅6家電氣及機械制造企業上榜,整體處于中下水平。對于工程機械企業的研發負責人來說,“雙碳”目標意味著什么?產品研發部門應該如何轉型應對這一挑戰?從而使產品獲得差異化競爭優勢,幫助企業提前走出新一輪的下行周期?朱海波以國際工程機械龍頭小松為例指出,ESG產品研發體系變革是工程機械行業研發的重大趨勢。


極限ESG:月球挖掘機


ESG對于中國工程機械企業來說,不僅意味著產品從燃油向電動的全面更新換代,更意味著對整個產品研發體系的全面創新和發展——將ESG戰略與產品研發創新體系融合起來,為工程機械企業的長期戰略發展服務,塑造未來產品、服務和解決方案的核心競爭力。


2021年底,國際工程機械龍頭小松宣布,其提出的“月球建筑設備數字孿生技術開發提案”已入選日本的外太空自動化施工項目,小松“挖掘機登月計劃”通過無人駕駛、數字孿生、遠程操作等實施月球工程雖然還處于概念階段,但也對全球工程機械行業提出了未來工程環境極限挑戰。


朱海波強調,無人駕駛、數字孿生、遠程操作以及在月球使用的太陽能和電力等新能源都是ESG科技戰略的產物,小松月球挖掘機雖然僅僅是一個產品,但卻是小松ESG戰略下產品創新體系的高度集成——小松在2019年4月提出了結合ESG戰略的“DANTOSTU Value—Forward共同推進可持續發展”計劃,該計劃通過對產品、服務和流程的數字化轉型,產生解決ESG問題的正向循環,實現未來的安全、高生產力、智能和清潔的施工環境。


小松“DANTOSTU Value”計劃包括:高度集成了ICT能力和電動能源等高質量、高附加值產品,這些產品可自動化甚至自主運行、基于電力、可遠程遙控;實現可視化的下一代產品運維,應用物聯網和AI技術的預測性維護、基于產品序列號的生命周期支持和下一代遠程控制管理系統;承諾安全與生產力的智慧施工,通過優化平臺與解決方案實現自主決策裝備機械、根據施工計劃自動組織無人施工的日常運行等。


向龍頭企業學什么


作為國際工程機械的龍頭,小松的產品研發和創新體系,值得中國的工程機械、煙機、煤機、紡機、農機、機床等制造企業學習。對于小松來說,并沒有為ESG劃出獨立的資源或獨立的產品線,而將ESG融入到了小松自2001年開始的Dantotsu絕對優勢研發工程大戰略中,而小松月球挖掘機也是小松Dantotsu大戰略發展的成果之一。在小松可見的成就背后,是一整套面向企業未來戰略發展的研發工程體系。


對于任何企業來說,研發既是技術創新戰略,也是企業管理戰略。特別是以工程機械為代表的工業企業來說,產品技術創新與研發節奏要與市場需求相結合。工程機械企業都是重資產模式,無法像微軟或IBM等輕資產模式那樣保持充裕的現金流,甚至可以維持龐大的企業基礎研究院。工程機械產品具有多品種、小批量、按單生產、結構復雜等特點,同時工程機械行業又具有重資產、周期性、產品研發時間長等特點,因此工程機械的研發是一個需要綜合考慮企業資源、市場需求、產品特點、技術創新、盈利水平等的創新工程。


小松在2001年左右提出Dantotsu絕對優勢戰略,一個大的背景是當年小松出現了公司有史以來首次運營虧損:1970年代到2000年左右,小松公司呈現國際化和多元化,早期的海外市場帶動了對工程機械的規?;枨?;2000年左右,海外市場進入停滯期,同時小松為追求多元化發展而進入了非工程機械領域,大規模投資加劇了小松的資本和資源消耗,導致出現了高投入、低利潤甚至虧損的狀態;2000年左右出現虧損后,小松選擇戰略重組,放棄多元化而聚焦重點戰略領域,同時在產品研發上也推出了Dantotsu絕對優勢戰略,即放棄平均主義而對部分產品性能或配置有所犧牲,再將所有資源投入到打造讓競爭對手幾年時間都無法趕上的突出優勢;2001年至今,隨著小松推進Dantotsu絕對優勢戰略,小松公司的海外市場不降反升,而且取得了比之前更大的海外市場份額,目前小松的海外市場營收占公司整體超過80%。


中國工程機械行業經歷了2009年到2014年的國內大規模投資擴張,在2015年左右進入了降本增效的階段,當時與小松公司存在14年到15年的差距,經過了2018年到2019年的國家政策調整而大力發展電動設備后,2022年的中國工程機械行業與小松公司的差距縮短到了5年左右。朱海波強調,小松公司的絕對優勢在于建立了完整的產品研發體系,以及智慧施工端向研發端不斷反饋數據,形成了從產品研發到生產交付再到施工應用的完整鏈條。而中國工程機械企業的研發水平目前仍處于盲目采購軟件而忽視業務的真正需求、重視單項技術而忽視搭建完整技術體系、跟進熱點創新而缺乏完整研發藍圖的階段,需要向國際龍頭企業學習圍繞產品正向設計,從產品需求、系統工程、設計協同和仿真到現場應用等的完整閉環迭代研發體系。


作為全球工業軟件領域的頂級技術供應商,PTC也是小松Dantotsu絕對優勢戰略背后的主要技術提供商,特別是圍繞小松智能產品管理體系提供了端到端的數字主線平臺,從設計數據、工藝數據到服務數據,完整支撐小松從產品開發到生產制造和交付再到銷售、運營與服務的全生命周期??梢哉f,小松整體研發體系是基于PTC技術和產品構建,再通過PTC工業物聯網平臺連入現場施工,通過數字孿生應用將工況數據反饋給研發等環節。


具體來看,在智能產品設計與管理方面,PTC的Creo CAD平臺和Windchill PLM平臺等支持小松的智能產品軟硬件設計,實現了產品軟硬件設計的平臺化與模塊化,特別是支持電動產品的快速設計,打造軟硬件的協同設計環境,并基于工況構建數字孿生驅動下的設計仿真迭代體系;在有了設計數據后,PTC平臺通過端到端的BOM管理,支持銷售的快速選配,即模塊化產品配置,快速滿足客戶的定制化需求;而有了訂單數據后,即可以通過貨架式配件管理,構建訂單的生產制造計劃,進而支持敏捷和精益生產制造。


三大ESG研發方案


從小松實踐可以得出,企業研發體系構建不是一蹴而就的,需要依托企業發展現狀,按照“重基礎-突效益-強體系”發展思路進行構建。


借鑒CMM成熟度模型,企業數字化成熟度分為以下5個層級:Level 1——初始級(Ad Hoc),即數字化舉措僅為響應單點業務挑戰,與企業戰略匹配性低,且不注重用戶體驗;Level 2——機遇級(Opportunistic),即已認識到數字化戰略應融入業務戰略,但仍欠缺一體化的數字化體系規劃,數據、流程仍存在斷點;Level 3——重復級(Repeatable),即企業制定了數字化的藍圖及推廣路線,導入方法論循序構建內部運營的數字化體系,但并未實現產品及服務的創新;Level 4——管理級(Managed),即數字化藍圖與業務戰略緊密關聯,數字化技術賦能企業進行產品及服務體驗的變革;Level 5——優化級(Optimized),即企業具有顛覆性特征,數字化技術持續驅動企業商業模式創新,并能夠影響市場,帶動生態環境的重塑。


其中,Level 1和Level 2屬于“重基礎”階段,Level 3屬于“突效益”階段,Level 4和Level 5屬于“強體系”階段。重基礎核心是信息化補短板,企業對產品研發、工藝、服務、項目等基礎能力進行規劃和實施。突效益核心是數字化賦能,企業依托PLM/ERP/MES等基礎平臺,通過數字主線技術實現人財物的聯系,打造高效的研發能力,進而提升企業盈利能力。強體系核心是打造柔性可持續擴展研發體系,不斷融合新技術、新手段,構建新場景、新能力,支撐企業持續的研發創新轉型。


縱觀國內整個工程機械行業,多數企業仍處于Level 2,行業龍頭已經推進Level 3能力建設,但小松已經達到了Level 4,并向Level 5邁進。當前,中國工程機械行業進入ESG轉型新階段,大部分企業已經或正在接近完成信息化基礎平臺搭建,進入數字化賦能實現企業降本增效階段,借鑒小松的智能產品研發實踐,朱海波向中國的工程機械企業推薦三大PTC解決方案,以滿足“十四五”期間面向ESG的工程機械產品研發創新變革。


首先是基于人工智能的創新設計。工程機械的產品研發經歷五大階段:3D建模、MBD應用、實時仿真設計、創成式設計、AR協同。目前大多數工程機械企業已經應用了前兩種設計方案,而創成式設計即由人工智能輔助的創新設計,則是面向ESG綠色低碳的新型研發設計方案。


創成式設計即把人工智能融入CAD軟件中,由CAD系統自動完成設計,創成式設計的結果還支持3D打印,降低耗材的同時讓零部件更輕、更節能、更環保。PTC Creo 8.0以上版本支持人工智能輔助設計,底層是一套由PTC多年積累的知識庫,再加上通過PTC ThingWorx數字孿生返回的施工現場數據,由“知識+數據”驅動人工智能為企業研發團隊提供創新設計思路。同時ThingWorx數字孿生提供的數據驅動用于仿真載荷譜,從而讓仿真實驗更接近實際工況。簡單理解,PTC面向人工智能的創新設計方案就是“創成式設計+數字孿生”。


第二是基于產品數字主線的模塊化產品配置管理方案,幫助企業打造面向降本增效的研發創新體系:實現由面向訂單研發向面向平臺化模塊化研發模式的轉變,打造面向平臺化模塊化設計組織體系和標準體系;由產品研發逆向設計向面向需求、仿真、試驗的正向設計模式轉變,縮短產品研發周期,提升產品性能;由電子文檔、結果管理、線下管理向結構化文檔、過程管理、線上管理模式轉變;由訂單全新設計向訂單貨架選配、快速制造交付模式轉變。


PTC Windchill PLM支撐產品平臺化模塊化研發,實現產品BOM、模塊、流程等一體化管理, 并借助ThingWorx數字主線技術打通產品全生命周期過程中BOM、模塊、流程及人員角色,實現訂單的高配置、高重用、端到端在線,進而提高訂單交付效率和質量,將研發團隊的精力從完成訂單研發轉向真正的產品創新和技術創新,整體升級了工程機械企業的研發平臺和研發效率,建立了更綠色、更低碳、更高效能的研發體系。


第三是端到端的敏捷軟件研發體系方案。隨著工程機械產品的電動化以及集成了越來越多的ICT技術,面向敏捷的軟件研發、軟硬一體化集成、軟件的云化部署和遠程運維、軟件研發與數字孿生結合等成為工程機械智能產品設計的重要方向。一方面在瀑布式研發基礎上,面向敏捷研發對需求、開發、代碼、測試等數據重組,并打造敏捷流程體系,支撐敏捷軟件研發;另一方面將軟件研發與數字主線和數字孿生結合,通過數字主線實現軟件研發、灌裝、運維端到端管理,通過數字孿生將使用軟件過程中的數據返回研發端,從而對軟件進行持續的迭代和優化。


PTC Windchill PLM平臺從整體上支撐實現敏捷軟件研發體系,已經融合到Windchill平臺的Integrity軟件應用生命周期解決方案極大提升了軟件研發和軟硬一體化集成的生產力和效率,而基于PTC ThingWorx的產品數字主線平臺和數字孿生則可以將軟件生命周期的各個階段連接起來形成數據鏈的全貫通,從而對軟件持續迭代優化。


整體來說:“十四五”期間,中國工程機械行業整體進入了降本增效、向研發創新要效益的階段,整體需要在研發方面補課,需要向國際龍頭企業學習建立完整的研發體系,再將ESG戰略融入到研發體系中,打造面向長期可持續發展的具有極強競爭力的智能產品體系,最終在國際市場與國內市場“雙循環”中建立全新的中國工程機械品牌形象。而煙機、煤機、紡機、農機、機床等重型裝備企業都可以從工程機械的ESG產品研發實踐中分享研發創新紅利,從而整體推進中國重型裝備的高質量發展。

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