企业管理崭新篇章，一文教你如何用虚拟工厂提升企业竞争力
<?xml version="1.0" encoding="utf-8" standalone="no"?>【25】从虚拟工厂到虚拟企业
各位专家，各位朋友：
我是第一次参加你们的会议，但还不算太陌生。因为我原来也搞系统工程，20年前，我和钱老都在全国政协，他是科技委员会主任，我是全国政协科技委员会委员。他写信给我，说系统工程学会缺少一个流程工业的专业委员会，建议我牵头成立一个过程系统工程专业委员会。为此我联系了八个部委成立了过程系统工程专业委员会，并担任了十年的主任委员。今年是钱老诞辰一百周年，也是我们过程系统学会成立二十周年，当然比你们(中国自动化学会)要年轻得多。我们最近召开年会时，参会的孙院士说我们也算自动化领域，邀请我来参加你们这个会。在此我就给大家简单介绍一下我们在学术上做的一些工作和今后的一些设想，同时也纪念钱老诞辰一百周年。
大家知道，工业可以分为两种类型，一种是所谓流程型(flow shop)工业，例如化工、冶金等工业；另一种是所谓工件型(job shop)工业，例如机械、电子等工业，过程系统工程主要研究流程型工业的系统工程问题。我们最初的研究是比较狭义的，就是过程的优化。化工过程是复杂的过程，过程优化要从单个设备的优化推进到工序、车间、工厂生产过程的优化。这个优化采取的办法主要是流程模拟法，由于优化对象是比较大的系统，所以模型的求解一般很难用解析法，而需要用其他一些方法，例如可以将一个流程在某一点上断开，然后通过不断的迭代，直到两边的数据吻合后达到最终的收敛。这种技术在流程型工厂中确实取得了比较好的效果，能够降低成本，节约物耗和能耗，但是从现在的技术发展来看，单纯考虑生产过程已经不能满足现代企业发展的要求，因此迫使我们在企业的水平上实现“综合集成，整体优化”的目标。
要达到这个目标，就要把生产管理和其他管理结合起来。我们原来搞的仅是生产管理部分，从工序到车间、工厂，因为物流过程是连续的，所以能够通过生产管理将流程连接起来。从流程型工业来说，我们也有一些生产管理软件，但与工件型工业的灵活制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)等相比，还不够成熟。目前我们正在努力将生产过程整合起来，构建虚拟工厂。但是进一步看来，还需要与企业管理相结合。大家知道，企业管理最初搞的是EDP(电子数据处理)，就是在各个部门用电脑代替人工，但是实际上它是一个个分散的孤岛，然后发展到MIS(管理信息系统)，有一个整体的动态数据库，大家可以共享并同步更新，最后进到DSS(决策支持系统)。我们在决策支持系统方面也进行了一系列的研究。提出了所谓的“五库”系统，即数据库、模型库、方法库、知识库、文字库，以及对用户友好的界面。我们希望能够将这两方面在企业层面结合起来，构建一个虚拟的企业。
我们目前的工作已经可以做到建立一个工厂的整体模型，即虚拟工厂。华东理工大学的团队已经在炼油和乙烯等方面建立了虚拟工厂，将进一步拓展到企业层面，再把企业层面的生产模型和管理部分的模型结合起来，就可以构建一个虚拟企业。这里面最主要的问题，就是在优化的时候选择什么样的模型。大家知道，从系统工程来说，优化多半是用数学规划模型，数学规划模型包括线性规划、非线性规划、整数规划、目标规划等等。根据我的经验，倾向于采用大型的线性目标规划来处理整体优化的问题。这方面我与其他两位学者在2000年出了一本书——《大型线性目标规划及其应用》，最近将由科学出版社再版。
为什么要用目标规划呢？目标规划的好处是：第一，便于处理多目标问题。多目标问题的处理是数学规划中很麻烦的事，通常的线性规划是对每个目标赋予权重；但权重的确定又是一个问题，为此提出了种种方法，例如萨蒂(Thomas LSaaty)提出的AHP(层次分析法)，把不同目标的相对重要性分成九级，通过构造一个矩阵来确定权重。但是这个多少还是带有主观色彩，而且有时候两两相比，只是一个定性的概念。目标规划是按照优先级来划分各个目标，这样处理多目标系统，要比加权的线性目标函数更好一些。
第二，目标规划本身是一种软约束，目标规划里面加了两个变量，一个是超过的变量，一个是不足的变量，所以整个模型是软约束。线性规划如果算出来无解，只能是无解，没有办法。但目标规划则因为是软约束，可以告诉你要满足某个条件还缺多少资源，需要补充，或者你有多少资源是多余的，可以移去。
第三，目标规划是将距各个目标值的偏差总和最小作为目标函数，便于处理多目标问题。
我们在解大型线性目标规划的时候遇到的问题，第一是多解。所以为了解决多解问题，就要加上一些约束条件。特别是对一些变量加上允许它变动范围的约束条件。第二个问题是在计算过程中有时不容易收敛，这时就需要采取一些计算策略。第三个问题是采用单纯形法处理大型目标规划问题时，由于基矩阵庞大且稀疏度高，不仅要占用较多的内存及计算时间，且由于迭代次数过多导致误差的积累，影响结果的精度。为此需要发展大型稀疏矩阵的压缩方法。今天因为时间关系就不详细介绍了，大家有兴趣可以看《大型线性目标规划及其应用》一书。我们曾经用这个模型研究过中国磷资源的开发系统等几个问题，在企业层级也做了一些工作。
我们希望将来能够构建虚拟企业，在企业中将生产过程和其他管理过程综合在一起，并且通过一些优化模型，做到整体优化，可以模拟在生产条件变化的情况下，会发生什么样的结果，应当采取什么样的措施来解决这些问题，同时它也可以起到模拟培训的作用。
此外，我现在正在推进虚拟商务的研究。实体经济生产过程首先是货币通过交换变成原材料、能源、劳动力、设备、厂房等，然后将这些生产要素综合起来，通过生产过程产出产品，产品通过流通变成商品，商品再通过交换又变成货币形式，就是马克思讲的实体经济的循环，货币通过这样的实体经济循环产生利润。目前我们的研究是分段的，例如PSE针对生产过程，电子商务针对交换过程，物流针对流通过程等。但是局部的优化并不等于全局的优化，要想真正做到整体优化，必须将整个实体经济的循环综合起来进行优化，实现从始到终(from door to door)的优化。
目前电子商务主要是集中在第二次交换(B2C)，还有一些是第一次交换(B2B)。PSE、CIMS、ERP等则主要针对生产过程，中间针对流通的物流研究则相对薄弱，而流通的交易成本通常要占到整个成本的20%左右。
从物流业的发展过程看来，最初是第一方物流，就是生产企业自己来搞物流，自己搞铁道专用线、搞车队，这些物流设施的利用率很低。因此逐渐发展到第二方物流，即专门提供物流服务的企业，生产企业可以租用它的物流设施。再进一步发展就出现了第三方物流，第三方物流企业掌握了物流需求和物流设施的信息，可以根据需求来配置物流的运作，例如某一企业要求什么时间把多少物料从A地运到B地，将要求提交第三方物流企业，它就可以根据所掌握的物流企业的信息来配置运力，以满足客户的要求。
最近又出现了第四方物流，就是整个供应链物流的优化。因为现在大型的跨国公司的业务是全球化的，由于生产过程数字化，它可以构建所谓全球制造网络，不一定都要在一个地方生产。它的物流问题一是各个零部件如何运输最合算，二是在什么地方组装最合适，这就需要建立物流中心，从供应链的角度来优化物流，实现全球性的物流布局。
如果将物流部分加进来，则整个实体经济的运营过程就可以在计算机上集成起来，进行整体的优化，这就是我所说的虚拟商务。目前国际上在这方面已开始有一些探索，我们国内也有一些企业在开拓第三方和第四方物流的业务，例如我国有一个第三方物流企业，自己不生产一吨煤炭，也没有一辆运输车，就是通过信息来组织物流设施，帮助电厂很快地从煤矿拿到煤炭。而且根据我国的特殊情况，还要把金融服务结合进去，因为我国的商务环境中信用程度不够高，煤矿怕电厂收到煤后拖延付钱，电厂则怕付钱后不能及时拿到煤。这个物流企业通过与银行合作，相当于具备了第三方支付的功能，只要从煤矿收到煤以后银行就马上付款，电厂收到煤后才同意银行从其账户中划款，中间的时间差通过银行解决了。这时银行提供的是风险很小的短期资金，而且可以从中拿到一些服务费用。这个企业发展很快，现在差不多已经做到每年1000万吨煤，每一吨煤可以赚到500元，目前我国煤炭产量是三十多亿吨，市场前景非常广阔。由此可见，信息技术在整个实体经济中发挥的作用将是很大的。
当然，随着信息技术的进步，可能有更多提高效率的措施。例如物联网的发展，从二维码或射频识别(RFID)，通过传感器传输，将物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，这样第三方物流企业就能够实时准确地盯住每一批货物，掌握它流动的情况。如果将物联网和云计算相结合，还能够达到更高的效率。
最近我看到一个国外企业，它的设想更进一步。它是将生产能力作为一种产品来交换，例如航空业的飞机如果不满座，那空余的生产能力就浪费掉了。这家公司的做法是把各个企业多余的生产能力的信息联系起来，然后把它转化成类似货币的单位来进行交换。例如你的飞机有空位子，我可以不买票，而是用我多余的生产能力(例如长途汽车上的空位)去交换。这就是通过信息技术进行的物物交换，非常有意思。从哲学上说这也是一种否定的否定，通过货币交换否定了物物交换，现在通过信息技术又可以在更高的层次上实现物物交换。
今天我给大家仅是简单介绍一下我们现在做的工作和新的进展。中央提出来要转变经济发展方式，我觉得最重要的一条就是要扎扎实实地进行我国的产业升级，既要优化产业结构，也要提高产业素质。通过这次金融危机可以看到，以金融为主体的虚拟经济，如果脱离了实体经济，是很危险的，甚至会造成金融危机。国外的虚拟经济规模(包括股市的市值加债券的余额，以及没有平仓的金融衍生产品合约余额)大概是800万亿美元，而全世界的GDP只有60多万亿美元，二者的比例高达13倍。但是对我国来说，这个比例最高的时候只有1.6倍，所以我们还要适当发展虚拟经济。但是虚拟经济的发展不应当脱离实体经济。现在我国有一些企业觉得自己辛辛苦苦从事产品生产，交了税以后没有多少利润。如果拿钱去炒黄金、放高利贷，可能取得的利润要高更多。这样搞的结果是，尽管钱赚得快、赚得多，但对整个国家的经济发展是不利的，因为虚拟经济如果不和实体经济结合，就不能创造社会价值。所以我们要努力地推动信息化，用信息技术来改造我们的传统产业，发展高新技术产业，把实体经济扎扎实实做好，然后通过虚拟经济对实体经济的促进和优化作用，进一步提高我国的劳动生产率，提高我国的经济发展水平。经济发展方式的转变，并不是简单地用加减法，更重要的是要用乘除法来实现。
谢谢大家！
附注：本文是作者在2011年11月27日于北京召开的“2011中国自动化大会暨钱学森诞辰一百周年及中国自动化学会十五周年会庆纪念大会”上的发言稿。