第二章 抓住技术创新的机遇
创新项目是人择难题。但人们经常发现,成功的项目往往并不太难。这种现象背后的原因是:创新成功往往不是解决了人择难题,而是避开了人择难题。避开人择难题是有条件的,需要借助于外部环境的变化。所谓时势造英雄,就是英雄人物把握天时、地利等外部条件变化的机会,成就自己伟大的事业。技术创新的成功,同样需要把握外部条件的改变并顺势而为。
背离理论的算法
20世纪80年代中期,宝钢从国外引进一款用于控制钢坯温度的软件。按照现在的说法,就是所谓的工业App。这个软件的核心技术之一,是用数学模型计算钢坯的表面温度。专业人士都知道,传热过程是用“热传导方程”描述的,但奇怪的是,国外技术人员却用了一种自创的代数模型来计算。这种计算方法不符合物理学原理,精度自然也不会高。
照常理推断,国外专家不可能不知道热传导方程,为什么偏偏不用呢?
笔者在现场调研时了解到,这个软件首次上线时,占用了40%以上的机时,把其他功能的响应速度都拖慢了。于是我意识到,国外之所以采取这种特殊的做法,也是不得已而为之:采用热传导方程的算法计算精度高、符合物理学原理,但计算量却相对较大,无法满足实时运算的要求。在当时的条件下,国外专家只好寻找一种计算量低的简化算法。这件事启发我们,要准确认识工程师的方法论。
工程师的方法论
科学家相信真理是唯一的,他们研究问题时,关注结论是否正确。但工程师考虑问题时,首先关注的是“现实可行性”,以及是否具备经济性。
英国统计学家George Box认为,所有模型都是错的,但有些是有用的。人们为特定目的建立模型,总要进行各种简化,模型与实际对象之间的差异是难免的。
工程师在建立和使用模型时,会受到各种现实条件的制约。模型的“正确性”和“现实可行性”之间可能存在矛盾。工程师的任务是解决实际问题,要把“现实可行性”放在首位。所以,在计算机性能有限的年代,国外技术人员宁可选择精度低的算法,也要满足实时计算的要求。
在技术创新过程中,理论“正确性”与“现实可行性”的矛盾是经常发生的。
工程师并不缺乏基本的科学理论知识。对他们来说,理论方法往往既是最优的,也是最容易想到的。反之,背离理论,往往既不容易想到,也不是最优的。工程师之所以放弃理论上的做法,是因为受到现实条件的“约束”而变得不可行,但是工程师必须在现实中找到可行的办法。
工程师的思维特点是面临特定问题时,需要找到解决这个问题的方法,这就好比人们要去某个地方,需要找到一条可行的道路。“两点之间直线最短”,最近理论上的道路就是连接两点的直线。但现实中往往会遇到各种麻烦,比如,在直线道路上横亘着一条河流,走不过去,但有一座桥,如图2.1所示。这样,理论上最短的道路在现实中就是行不通的。要到达目的地,人们首先关心的不是理论最优,而是现实中走得过去。现实中最优的路径并不是直线,而是绕道下游的那座桥。
在图2.1中“目的地”是期望达到的目标,“路径”是工程师找的方法,“河流”是现实中的困难和约束,“桥”则是现实中可以借助的条件。这样,就可以把工程师的方法论总结为:方法决定于目标、条件和约束。
这个比喻告诉我们,现实方法与理论方法的差异,往往是现实约束导致的。优秀的工程师,需要直面现实的约束,借助现实的条件,才能找到现实中最好的方法。工程师工作的前提,就是准确把握现实中的目标、条件和约束。只有这样,才能做到“理论联系实际”。
在创新的活动中,工程师往往会遇到各种约束,使得理论上最优的方法走不通。这种现象经常发生的。导致这种现象的原因也可以用“人择难题”来解释:理论上的最优方法往往是最容易想到的,如果这样的方法走得通,前人很早就走了,就没有今天创新的机会了。
工程师的任务是要找到现实中可行的方法,也就是在现实约束(条件)下可行的方法。这些方法的效果往往比理论效果要差,却是不容易想到的。想到这些现实可行却“不是理论上最优”的方法,恰恰体现了工程师的水平。在计算钢坯温度的例子中,国外专家能够想到那种奇怪的算法并不容易,需要对算法有相当深入和透彻的理解。
基础条件与创新
善于创新的人不仅要善于把握时机,还要善于结合某些特有的优势。它们是创新的“天时”和“地利”,是创新者的外部条件。外部条件不具备的时候,个人很难靠智慧和努力取得成功。
前面谈到,由于计算机性能差,国外的控制软件计算传热时无法采用热传导方程。与国外同行相比,我是幸运的。我到宝钢工作时,计算机系统刚刚升级,性能比之前的十多年提升了很多。于是,我直接采用了理论上正确并且精度更高的热传导方程计算传热,控制效果好了很多。显然,我的成功并不是因为理论水平高,而是技术条件不同。于是,我产生了如下感悟:
基础技术条件的改变,是创新的机会。
创新是“人择难题”,当代人想到的办法,前人往往也能想到。但是,如果我们具备了前人所不具备的条件,就可以使用那些前人想得到却做不到的方法。这样,我们不必拥有超越前辈的天赋,就能做到创新成功。从技术发展史看,这个逻辑也是符合实际的。
15世纪,有人开始设想用机械代替牲畜拉车。但是,由于没有合适的动力装置,就不具备实现这个设想的条件。瓦特发明蒸汽机以后,动力条件发生了改变。史蒂芬孙抓住这个机会,发明了火车,但火车必须在固定的钢轨上运行。对个人来说,由于路线受到约束,火车并不是理想的交通工具。然而,在史蒂芬孙的时代,蒸汽机是仅有的动力装置。当时的蒸汽机重达8吨,装有蒸汽机的车子很难在当时的道路上行驶,只能为其铺设钢轨。一百多年后,内燃机技术逐渐成熟,其重量只有200公斤。卡尔·本茨抓住这个机会,发明了能在普通道路上行驶的汽车。
在技术发展史上,经常会有一种现象:多个人几乎同时发明了同一项技术。究其原因,就是某个核心技术突然出现,让当时的许多人同时具备了创新的条件。例如,1885年10月,卡尔·本茨发明了三轮汽车;同一年的年底,戴姆勒发明了四轮汽车。两个人同年发明汽车的原因是内燃机技术成熟了,卡尔·本茨和戴姆勒同时利用了这个条件。
纵观人类技术发展史,就会发现,引发特定领域技术进步的条件,往往来自这个领域之外。比如,农业技术的发展,得益于钢铁冶炼技术的进步;摩天大楼的出现,得益于电梯的发明。所以,创新者往往是复合型人才,有着跨专业的学识和见地,容易把握技术条件改变的机会。
数字化技术成为热点后,相关部门和机构组织了工业App开发、数据分析、数据建模等大赛。从技术角度看,大多数成功的案例并未都采用新的算法,技术上也并不都采用最新技术。这些技术之所以能够成为热点,有两方面的原因。计算机的性能更好、数据条件更好是其中的一个原因。另外一个原因是技术的经济性不一样了。
影响技术经济性的主要因素有两个:成本和需求。摩尔定律的持续,降低了相关技术的成本;经济社会的发展,提升了技术的需求。
需求拉动的作用
技术演进的特点之一是新技术会催生更多的新技术。
汽车发明了之后,交通灯才开始广泛应用;交通灯多了以后,人们才想到建设高速公路;高速公路多了以后,立交桥的数量才大量增加。
技术创新是做前人没有做过的工作。前人没做的原因大体上可以分成两种:一是受技术条件限制做不出来;二是没有需求或需求不强烈、技术的性价比不合适,也就没有人想去做。于是,我们可以从另外的角度寻找创新的机会并破解“人择难题”:
需求的改变,是创新的机会。
1943年,马斯洛提出了一种需求层次理论,他将人的需求从低到高分成五种,分别为生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我实现需求。总体上看,人的经济和社会地位越高,需求的层次也就越高。随着经济社会的发展,整个社会的需求也会向高端发展,从而带动市场的变化,为创新提供新的需求。
随着企业对产品质量、生产效率、安全、环保等要求的提高,对技术的要求也越来越高。先进技术往往出现在质量要求高、成本敏感度低、价值创造能力强的行业,例如,军事、航空航天、汽车高铁、冶金石化等。
经济和社会发展带来需求的变化,需求的变化会改变技术的经济性。我们注意到,先进技术往往首先出现在发达国家。一个重要的原因是:发达国家的需求领先。发达国家的企业对质量、效率、研发和服务能力的要求越高,就越容易带动新技术的出现和发展。相比之下,发展中国家的企业相对落后,创新机会较少,创新的难度也较大。
需要特别指出的是,随着互联网技术的发展,另外一种创新模式开始出现——用互联网促进知识的扩散、资源的共享等。这些创新,本质上促进了技术成本的降低。
创新的机遇期
欲破曹公,宜用火攻;万事俱备,只欠东风。
创新成功需要很多必要的条件。在创新发生之前,往往需要静心等待某个关键条件的出现。这个最后成立的关键条件,就是催生创新的“东风”。早于“东风”的时间点,创新工作往往不会成功;晚于这个时间点,别人可能会成功,自己也就失去了机会。
领先半步是先驱,领先一步是先烈。创新不仅要认准方向,还要把握时机。
创新的最佳机会往往发生在关键技术条件刚刚具备,市场需求刚刚出现的时候。在这种条件下,竞争者的数量少,个体成功的机会也就大。所以,需求和条件刚刚改变的时刻,是创新的机遇期。
不过,在这个机遇期,条件往往不太成熟,需求也不会太强烈。技术上会遇到困难和约束,经济上也不容易取得成功。所以,面对困难和约束是创新活动中的常态。创新的成功,往往要放弃理想的目标,这就是创新往往只能领先半步的原因,也是技术以演进方式发展的原因。
很多人对“领先半步”不屑一顾。其实,伟大的技术往往是半步、半步地前进,持续改进的结果。
史蒂芬孙制造的火车比马车还慢,而磁悬浮列车时速超过了400公里。新中国成立初期,炼1吨钢需要消耗接近20吨煤,而现在只需要几百公斤的煤。最早的照相机有1米多高,而现在有些相机只有针孔大小。
在竞争激烈的领域,能够“领先半步”就相当不容易了,能决定创新的成败。
穿鲨鱼皮泳衣游泳可以减少4%的阻力,看起来作用不大,但是,在奥运会这种高水平的赛事上,选手之间的差距原本就非常小。鲨鱼皮泳衣带来的这种差别,相当于第一名和第四名之间的差距。
创新条件的差异
20多年前,有位前辈对我说,宝钢值得做的东西特别多。因为很小的改进,就会带来巨大的效益。比如,钢材收得率提高0.1%,每年就能节约上万吨钢。与之相比,在一些小型加工工厂里,材料的利用率只有60%左右,即便把利用率提高到100%,产生的效益也是有限的。
“需求与条件的改变”让人们有机会超越前辈,成就创新。但是,不同国家、不同行业、不同企业的具体条件是有差异的,机会也不相同。同样的技术在一个企业用得好,换一个企业可能就做不好。现实中的创新往往出现在基础条件好、需求强烈的地方。所以,识别创新的机会不仅要看“天时”,还要看“地利”。所谓的地利,就是企业和场景中特殊的条件。这些条件可能会提高经济价值,也可能会降低技术难度。事实上,技术创新往往来自特殊企业的个性化需求。
工业互联网能够促进企业“从制造到服务”的转型。对飞机发动机制造商来说,这种转型是值得做的,但对玩具飞机制造商却是不值得做的。“流水线上的个性化定制”是工业4.0的典型场景,这样的场景或许适合生产西装的厂家,却不一定适合生产袜子的厂家。
大约20年前,笔者从事质量分析工作。宝钢老专家王洪水先生对我讲,热轧的数据条件比连铸好,建议先从热轧开展这项工作。“数据条件好”就是做数据分析的“地利”。
高端制造企业常常是新技术的策源地,本质上就是创新的“地利”好。新技术往往产生于发达国家,也是因为这些国家的“地利”优势。从事数字化转型时,质量和效率要求高、自动化和信息化程度高、管理水平好的企业往往拥有更好的“地利”。
有人把国外机器人的零件拆开后进行研究,安装的时候却装不回去了。专家告诉他们,要先把零件冷冻一段时间,体积缩小后才能装进去。零件的加工精度之高,可见一斑。但这样的精度是必需的,因为用户对机器人的性能要求高。
质量的提升,往往会带动新技术的产生。缺陷率从0.1%降到0.01%时需要解决的问题,与从1%降到0.1%时往往是不一样的。在质量提升的过程中,会不断地遇到新问题,而每解决一批新问题,都带动技术的进步。事实上,企业推动六西格玛、精益管理的目的之一,就是为了促进管理和技术的进步。
对个人来说,“地利”就是做事的平台。企业和高校是不同类型的平台,地利条件也不一样。高校对价值追求的压力小,有条件从事原创性的工作;而企业的平台则更加适合从事持续改进的工作。
创造条件的智慧
铁人王进喜有句名言:“有条件要上;没有条件,创造条件也要上!”
创新往往发生在条件不太成熟的时候。创新的机会也往往发生在关键条件刚刚具备的时候,但关键条件的具备并不意味着所有条件的具备,有些相对次要的条件需要创新者自己来创造。
史蒂芬孙无法降低蒸汽机的重量,只能为火车铺设铁轨,这其实就是为火车的行驶创造条件。
在工业领域,“创造条件”的做法非常普遍。比如,外部环境对设备运行有影响时,可以用盒子包起来、安装排风扇,甚至放在特殊的厂房里,这些都是为正常运行创造条件。一般来说,越是高科技产品,对运行条件的要求也就越高,也越需要创造运行条件。
经常有人说,爱迪生发明了电灯泡。但事实上,他不是第一个发明电灯泡的人,只是他发明的电灯泡更加耐用。他除了发明电灯泡,还创造了让电灯泡亮起来的条件——发电、输电、配电的系统性解决方案。
在现代化工厂里,管理非常重要。从某种意义上说,管理的作用就是为了保证正常的生产条件。如果管理跟不上,再好的设备和技术都难以发挥好的作用。所以,管理方式和方法的进步,对技术和创新的意义重大。
人类的生产力水平往往体现在工具上,工具能够提高劳动效率和质量,本质上就是提高劳动的经济性。从这个角度看,工具的开发和使用,就是为相关工作创造条件。在推进数字化转型时,工业互联网平台、工业软件等都可以看作是促进数字化技术的工具。利用这些工具,可以显著提高产品研发、数据建模、根因分析、工业App开发等的经济性。