基于工程原理的大型裝備開(kāi)發(fā)方法研究

馮立杰，岳俊舉，王金鳳，翟雪琪

（1.鄭州大學(xué) 管理工程學(xué)院，鄭州 450001；2.河南省煤層氣開(kāi)發(fā)利用有限公司，鄭州 450016）

0 引言

裝備制造業(yè)承擔(dān)了為各行業(yè)提供裝備的重任，帶動(dòng)性強(qiáng)、涉及面廣、技術(shù)含量高、與其他產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度大，其發(fā)展水平不僅決定了各行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的強(qiáng)弱，而且決定了未來(lái)企業(yè)運(yùn)行的質(zhì)量和效益。傳統(tǒng)的裝備開(kāi)發(fā)模式主要依靠開(kāi)發(fā)企業(yè)自身，在設(shè)計(jì)與工藝、制造與管理方面沒(méi)有進(jìn)行共享與集成，開(kāi)發(fā)過(guò)程往往陷入設(shè)計(jì)、試制、修改設(shè)計(jì)、再試制的大反饋，致使開(kāi)發(fā)周期延長(zhǎng)，成本提高，開(kāi)發(fā)出的產(chǎn)品失去競(jìng)爭(zhēng)力[1,2]。須知，技術(shù)開(kāi)發(fā)的目的是快速解決問(wèn)題，失去了時(shí)效性，技術(shù)開(kāi)發(fā)得不到市場(chǎng)認(rèn)可，就會(huì)成為消耗資源的無(wú)用勞動(dòng)，因此需要變革裝備開(kāi)發(fā)的方式。

圖1 工程原理示意圖（虛線表示反饋過(guò)程）

由于大型裝備的開(kāi)發(fā)具有技術(shù)跨度大、集成度高的特點(diǎn)，需要企業(yè)集成材料、工藝、控制、系統(tǒng)等內(nèi)容，從市場(chǎng)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中尋找最佳的結(jié)合點(diǎn)，從而創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)且經(jīng)濟(jì)合理的產(chǎn)品，以最大限度地滿足用戶需求，擴(kuò)大市場(chǎng)占有率。不難發(fā)現(xiàn)，此開(kāi)發(fā)方式與工程開(kāi)發(fā)極其相似，即以工程建構(gòu)與解構(gòu)、工程創(chuàng)新為核心，具有多維、動(dòng)態(tài)、開(kāi)放的特征，涉及多種資源的調(diào)配，大量與系統(tǒng)外界進(jìn)行知識(shí)和技術(shù)的滲透?？梢?jiàn)，工程開(kāi)發(fā)所具備的理念正是現(xiàn)代裝備開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)所需。因此，從現(xiàn)實(shí)背景和應(yīng)用環(huán)境考慮，本文運(yùn)用工程開(kāi)發(fā)理念，提出基于工程原理的大型裝備開(kāi)發(fā)模式，以指導(dǎo)制造企業(yè)高效整合制造資源和創(chuàng)新資源，實(shí)現(xiàn)大型裝備的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

1 基于工程原理的大型裝備開(kāi)發(fā)理念

1.1 工程原理闡述

工程開(kāi)發(fā)是工程項(xiàng)目按照系統(tǒng)功能和要求分解為相互獨(dú)立、相互影響的細(xì)分單元，將細(xì)分單元作為控制目標(biāo)，在空間上分離、在時(shí)間上有序地完成施工項(xiàng)目的行為過(guò)程，其原理從流程和組織方式上得到體現(xiàn)[3]。

1) 從流程上來(lái)講，工程開(kāi)發(fā)的原理如圖1所示。該流程具有明顯的開(kāi)放復(fù)雜系統(tǒng)特征：包括工程規(guī)模和時(shí)空跨度大、項(xiàng)目結(jié)構(gòu)復(fù)雜、項(xiàng)目參與主體眾多、社會(huì)開(kāi)放性強(qiáng)、項(xiàng)目?jī)?nèi)外環(huán)境持續(xù)變化等。由于項(xiàng)目動(dòng)態(tài)控制的要求較高，還需在滿足標(biāo)準(zhǔn)或業(yè)主要求的質(zhì)量、工期、造價(jià)和資源等約束條件下，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的使用要求。

2) 從施工組織來(lái)講，工程開(kāi)發(fā)是創(chuàng)意者自己尋找專業(yè)隊(duì)伍并達(dá)成預(yù)定目標(biāo)的一個(gè)過(guò)程。創(chuàng)意者的工作重點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)，選擇合適的規(guī)劃者、設(shè)計(jì)者、施工者組織實(shí)施，并協(xié)調(diào)各方關(guān)系。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中創(chuàng)意者不僅利用社會(huì)的專業(yè)化隊(duì)伍和多方資源，為社會(huì)提供有價(jià)值的主體，創(chuàng)造社會(huì)財(cái)富，而且享受了創(chuàng)意生成、組織實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。

1.2 裝備開(kāi)發(fā)模式的理念體現(xiàn)

基于上述分析，工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)與大型裝備開(kāi)發(fā)均為多方參與資源分配與關(guān)系管理，多模塊并行工作，是一種技術(shù)與管理集成的開(kāi)發(fā)過(guò)程[4,5]，體現(xiàn)了系統(tǒng)的分解與集成，且都以“總—分—總”方法為總綱：總——詳細(xì)制定整體規(guī)劃，對(duì)項(xiàng)目全過(guò)程總體把握；分——明確分工，按區(qū)域、階段、類型合理分解；總——按施工順序逐級(jí)整合。從二者的契合點(diǎn)考慮，運(yùn)用工程原理進(jìn)行大型裝備開(kāi)發(fā)的理念主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1) 開(kāi)放式組織引導(dǎo)開(kāi)放式創(chuàng)新

大型裝備開(kāi)發(fā)模式應(yīng)充分利用開(kāi)放式組織的優(yōu)勢(shì)，從產(chǎn)品型的集中管理轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)單個(gè)模塊的分散管理，有利于擴(kuò)大管理組織的靈活性，節(jié)約組織資源，提高開(kāi)發(fā)效率。

(1) 大型裝備開(kāi)發(fā)單位不需要對(duì)裝備的所有結(jié)構(gòu)、全部功能進(jìn)行一一開(kāi)發(fā)，而是根據(jù)裝備開(kāi)發(fā)的目的，保留關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和核心功能進(jìn)行完全自主創(chuàng)新，其余功能和結(jié)構(gòu)外包生產(chǎn)，以提高開(kāi)發(fā)效率，節(jié)省時(shí)間和成本[6]。

(2) 大型裝備開(kāi)發(fā)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)需要多個(gè)組織的協(xié)作以及精細(xì)的專業(yè)化分工，因此協(xié)同具有創(chuàng)新精神以及先進(jìn)技術(shù)的組織和個(gè)人，建立與動(dòng)態(tài)環(huán)境相適應(yīng)的組織結(jié)構(gòu)，保證組織的自我調(diào)整能力，在有限的時(shí)間資源下完成開(kāi)發(fā)任務(wù)。

2) 創(chuàng)新的持續(xù)注入促使裝備持續(xù)更新

大型裝備的開(kāi)發(fā)過(guò)程涉及多領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，創(chuàng)意者通常難以控制所有的領(lǐng)域[7]。而在開(kāi)放式創(chuàng)新的環(huán)境下，企業(yè)可以高效整合外部創(chuàng)新資源，使創(chuàng)新元素持續(xù)注入，不僅在裝備的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中可以持續(xù)更新，甚至在裝備生產(chǎn)出來(lái)之后也可以憑借新元素的增加逐漸提高裝備的技術(shù)含量和差異度，并且在開(kāi)發(fā)過(guò)程中企業(yè)自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)得到了發(fā)揮和提升，競(jìng)爭(zhēng)能力得到了提高[8]。

3) 創(chuàng)意歸屬明確

在開(kāi)放式的創(chuàng)新環(huán)境中，樹(shù)立創(chuàng)意首功的理念：即誰(shuí)創(chuàng)意屬于誰(shuí)，誰(shuí)發(fā)現(xiàn)屬于誰(shuí)，創(chuàng)意者擁有對(duì)成果進(jìn)行分配的權(quán)力。因?yàn)樵陂_(kāi)放式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，普通功能和結(jié)構(gòu)的外包涉及多個(gè)企業(yè)和個(gè)人，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和功能的研發(fā)需要多個(gè)技術(shù)人員合作，整體過(guò)程涉及范圍較廣、單位個(gè)人較多，成果完成之后的知識(shí)產(chǎn)權(quán)或者使用權(quán)的分配容易產(chǎn)生糾紛。因此，在大型裝備開(kāi)發(fā)過(guò)程中，關(guān)鍵功能和結(jié)構(gòu)要爭(zhēng)取進(jìn)行自主研發(fā)或簽訂技術(shù)歸屬合同，核心創(chuàng)意和設(shè)計(jì)要提前進(jìn)行專利保護(hù)，讓創(chuàng)意者對(duì)成果進(jìn)行分配，避免了在后續(xù)成果分配中產(chǎn)生糾紛，保護(hù)了創(chuàng)意者的權(quán)益，使創(chuàng)意獲取必要的回報(bào)，形成激勵(lì)效應(yīng)。

2 基于工程原理的大型裝備開(kāi)發(fā)模式

大型裝備開(kāi)發(fā)模式以工程原理為支撐，面向裝備制造企業(yè)的制造效率、成本、質(zhì)量改善和過(guò)程控制，通過(guò)多組織合作，充分利用社會(huì)資源，優(yōu)質(zhì)高效實(shí)現(xiàn)裝備開(kāi)發(fā)，其原理在裝備開(kāi)發(fā)流程與組織方式中得到體現(xiàn)：在裝備開(kāi)發(fā)流程方面，以需求為起點(diǎn)，通過(guò)開(kāi)放的產(chǎn)品建構(gòu)和企業(yè)互動(dòng)的模式來(lái)集成各種技術(shù)資源，把握企業(yè)已有技術(shù)存量，積極爭(zhēng)取新領(lǐng)域的技術(shù)與知識(shí)支持，提高裝備開(kāi)發(fā)績(jī)效，創(chuàng)造符合需求的裝備與豐富的技術(shù)資源供給之間的匹配，實(shí)現(xiàn)裝備開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[9]。在組織方式方面，從眾多技術(shù)和專業(yè)團(tuán)隊(duì)中挑選出最適合的技術(shù)與團(tuán)隊(duì)，進(jìn)而將參與開(kāi)發(fā)的上下游團(tuán)隊(duì)有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)研究、開(kāi)發(fā)、制造等人員的共同努力，將創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足用戶需求、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理的產(chǎn)品，以最大限度地滿足用戶需求，擴(kuò)大市場(chǎng)占有率[10]。

圖2 大型裝備開(kāi)發(fā)模式(虛線表示反饋過(guò)程)

2.1 大型裝備開(kāi)發(fā)模式流程

基于上述原理分析，創(chuàng)意者將裝備的功能結(jié)構(gòu)分解細(xì)化，交付給具有相應(yīng)設(shè)計(jì)制造能力的廠商設(shè)計(jì)生產(chǎn)，再將生產(chǎn)的各個(gè)模塊組合形成最終產(chǎn)品，形成以開(kāi)放與合作創(chuàng)新、人與人高度互聯(lián)、人與知識(shí)高度互聯(lián)為基礎(chǔ)的開(kāi)發(fā)模式[11,12]。裝備開(kāi)發(fā)新模式運(yùn)用系統(tǒng)化創(chuàng)新理論，涵蓋了從創(chuàng)意產(chǎn)生到裝備成型上市全過(guò)程中所有步驟、行為，通過(guò)對(duì)裝備的實(shí)體結(jié)構(gòu)以及功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，在整個(gè)流程中按單元組織研發(fā)和生產(chǎn)，進(jìn)而把裝備生命周期各組成部分的創(chuàng)新主體、要素等進(jìn)行集成，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理一體化，其流程如圖2所示。

利用該開(kāi)發(fā)模式，通過(guò)企業(yè)內(nèi)外的設(shè)計(jì)融合、制造融合，充分發(fā)揮開(kāi)放式創(chuàng)新的優(yōu)勢(shì)，在橫向和縱向上把裝備生命周期的各個(gè)組成部分并行制造，體現(xiàn)了創(chuàng)新的持續(xù)性、集成性、系統(tǒng)性和結(jié)構(gòu)化特征，形成了開(kāi)放、交互的創(chuàng)新系統(tǒng)和持續(xù)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，又好又快的生產(chǎn)出滿足市場(chǎng)需求的裝備。

2.2 大型裝備開(kāi)發(fā)模式特征

大型裝備開(kāi)發(fā)模式考慮到了裝備生產(chǎn)整個(gè)生命周期的所有要素，確保開(kāi)發(fā)出的裝備滿足市場(chǎng)需求，整合了來(lái)自裝備開(kāi)發(fā)價(jià)值鏈上相關(guān)企業(yè)和人員，該模式的特征體現(xiàn)在：

1) 企業(yè)內(nèi)外環(huán)境溝通流暢。大型裝備開(kāi)發(fā)模式打通了企業(yè)內(nèi)部與外部環(huán)境，由于企業(yè)內(nèi)部的信息得以向外擴(kuò)散，來(lái)自企業(yè)外部的經(jīng)驗(yàn)和理論可以對(duì)裝備設(shè)計(jì)過(guò)程、制造過(guò)程、工藝設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行反饋指導(dǎo)與支撐，形成企業(yè)內(nèi)外技術(shù)創(chuàng)新交流的局面。

2) 提升企業(yè)創(chuàng)新能力。在開(kāi)放式創(chuàng)新的環(huán)境中，企業(yè)與外界的技術(shù)與知識(shí)交流發(fā)生在裝備開(kāi)發(fā)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，利用來(lái)自大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)、用戶甚至競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的技術(shù)，不僅克服了制約產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和能力成長(zhǎng)的技術(shù)瓶頸，更保持了企業(yè)技術(shù)學(xué)習(xí)和技術(shù)創(chuàng)新的主動(dòng)權(quán)，促進(jìn)企業(yè)自主創(chuàng)新能力的成長(zhǎng)。

圖3 開(kāi)放式環(huán)境下企業(yè)創(chuàng)新來(lái)源

3) 便于成果控制。裝備開(kāi)發(fā)的概況和組成明確、清晰，這使得裝備開(kāi)發(fā)的管理者，甚至是不懂項(xiàng)目的業(yè)主、投資者也能把握整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程，方便觀察了解和控制整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程，保證了對(duì)最終成果的控制。

3 結(jié)論

本文通過(guò)研究工程開(kāi)發(fā)過(guò)程與裝備開(kāi)發(fā)過(guò)程的關(guān)系，提出了大型裝備開(kāi)發(fā)的新模式。該模式既適用于大型裝備定制化的特點(diǎn)，又可在保持企業(yè)技術(shù)選擇決策主動(dòng)權(quán)的同時(shí)，高效整合制造資源和創(chuàng)新資源，實(shí)現(xiàn)研制周期更短、質(zhì)量更高、成本更低的協(xié)同設(shè)計(jì)與加工生產(chǎn)，以及多企業(yè)加工生產(chǎn)與管理協(xié)作的目的。大型裝備開(kāi)發(fā)模式的應(yīng)用有助于提高企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力，突破創(chuàng)新瓶頸，促進(jìn)裝備制造行業(yè)將創(chuàng)意快速形成產(chǎn)品，轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，為推動(dòng)我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)、實(shí)現(xiàn)制造業(yè)由低端到高端的跨越提出了一種創(chuàng)新思路和方法。

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