基于產(chǎn)品成熟度模型的航空產(chǎn)品并行協(xié)同研發(fā)流程的研究

陳星宇

摘要：當(dāng)前航空產(chǎn)品研制流程多為單向串行、設(shè)計(jì)與制造分離，從而導(dǎo)致航空產(chǎn)品研制周期長(zhǎng)、質(zhì)量低的現(xiàn)狀。通過(guò)分析航空產(chǎn)品的研制流程，提出并行協(xié)同研發(fā)模式，建立航空產(chǎn)品成熟度模型，并提出基于成熟度模型的航空產(chǎn)品研制流程控制技術(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)基于二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)的航空產(chǎn)品研制成熟度評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)航空產(chǎn)品研制成熟度的多層次、多因素評(píng)價(jià)。通過(guò)將其應(yīng)用于某型號(hào)航空標(biāo)準(zhǔn)件的研制過(guò)程進(jìn)行有效行的驗(yàn)證。通過(guò)上述方法，制造部門(mén)能夠有效地提前介入研發(fā)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)并行協(xié)同研發(fā)，達(dá)到縮短研發(fā)周期、保證研發(fā)成本可控和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的目的。

Abstract： At present， the development process of aviation products is mostly unidirectional serial， and the design and manufacture are separated， which leads to the long development cycle and low quality of aviation products. Based on the analysis of the development process of aviation products， the parallel collaborative research and development model is put forward， the maturity model of aviation products is established， and the control technology of aviation product development process based on maturity model is put forward. At the same time， the evaluation method of aviation product development maturity based on two-level fuzzy comprehensive evaluation is designed， and the multi-level and multi-factor evaluation of aviation product development maturity is realized. By applying it to the development process of a certain type of aviation standard parts， the effective line verification is carried out. Through the above methods， the manufacturing department can effectively intervene in the R&D process in advance， realize parallel collaborative R&D， shorten the R&D cycle， and ensure the controllable R&D cost and stable product quality.

關(guān)鍵詞：航空產(chǎn)品;并行工程;協(xié)同研發(fā);成熟度;模糊綜合評(píng)價(jià)

Key words： aviation product;concurrent engineering;collaborative R&D;maturity;fuzzy comprehensive evaluation

0? 引言

近年來(lái)，我國(guó)航空事業(yè)發(fā)展十分地迅速，行業(yè)內(nèi)部完成了多種機(jī)型的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)并且均達(dá)到預(yù)計(jì)目標(biāo)[1]。同時(shí)，航空產(chǎn)品作為國(guó)家戰(zhàn)略性發(fā)展的重要支撐，其還代表著國(guó)家的綜合國(guó)力和科技水平。但是我國(guó)的航空研發(fā)的發(fā)展歷程較短，因此在航空產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程仍然是目前行業(yè)內(nèi)的重要工作。

復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)（Complex Product and System，CoPS）是指客戶(hù)需求、產(chǎn)品組成、產(chǎn)品技術(shù)、制造過(guò)程以及項(xiàng)目管理復(fù)雜的產(chǎn)品[2]。國(guó)外學(xué)者對(duì)其有過(guò)較為全面且系統(tǒng)的定義，如Hobday等人[3]認(rèn)為CoPS包括大型計(jì)算機(jī)、電力網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、飛機(jī)引擎、大型船舶等。國(guó)內(nèi)學(xué)者曾經(jīng)蓮等人[4]總結(jié)出復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)具有高成本、工程及信息技術(shù)密集以及含有大量子系統(tǒng)的特點(diǎn)。航空產(chǎn)品是典型的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)，其具有品種多、小批量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝配空間狹小、零件繁多[5]等特點(diǎn)。對(duì)于航空產(chǎn)品的研發(fā)也具有研發(fā)過(guò)程復(fù)雜、涉及相關(guān)利益方眾多、系統(tǒng)行為復(fù)雜等特點(diǎn)[6]。因此傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足航空產(chǎn)品的研發(fā)需求，而協(xié)同創(chuàng)新是目前針對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)用的方法之一。

協(xié)同的概念是Ansoff[7]在《Corporate Strategy》中提到的，他認(rèn)為協(xié)同是建立在資源共享的基礎(chǔ)之上，使得共生互長(zhǎng)的關(guān)系在企業(yè)間形成，而具體在一個(gè)企業(yè)內(nèi)部就是各部門(mén)之間的協(xié)同。隨后，Haken[8]創(chuàng)立了系統(tǒng)協(xié)同論（Synergetics），指出協(xié)同理論研究的內(nèi)容是整體和部分之間的關(guān)系。對(duì)于“協(xié)同創(chuàng)新”這個(gè)概念目前并沒(méi)有準(zhǔn)確且統(tǒng)一的定義，Peter Gloor認(rèn)為協(xié)同創(chuàng)新是“由自我激勵(lì)的人員所組成的網(wǎng)絡(luò)小組形成集體愿景，借助網(wǎng)絡(luò)交流思路、信息及工作狀況，合作實(shí)現(xiàn)共同的目標(biāo)”[9]。國(guó)內(nèi)的學(xué)者對(duì)協(xié)同創(chuàng)新也從不同的方面進(jìn)行了研究：林青寧等人[10]以農(nóng)業(yè)科研院為例討論了協(xié)同創(chuàng)新模式對(duì)于創(chuàng)新能力的影響，并且提出了合作創(chuàng)新模式、外向開(kāi)放式創(chuàng)新模式以及創(chuàng)新聯(lián)盟模式。胡蘇捷等人[11]則提出了創(chuàng)新催化理論，以此來(lái)激發(fā)研發(fā)組織內(nèi)部的協(xié)同創(chuàng)新。對(duì)于航空產(chǎn)品研發(fā)的協(xié)同創(chuàng)新國(guó)內(nèi)學(xué)者也有所涉及：聶鵬彪[12]以航空復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)資源的優(yōu)化配置為研究?jī)?nèi)容，對(duì)航空復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)資源的優(yōu)化配置理論和方法進(jìn)行了分析和研究，提出了有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)資源配置方案。崔俊凱[1]提出了航空產(chǎn)品研發(fā)管理創(chuàng)新的相關(guān)對(duì)策，以此來(lái)提升我國(guó)航空產(chǎn)品研發(fā)管理的創(chuàng)新能力。

現(xiàn)有的文獻(xiàn)的研究?jī)?nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：一是針對(duì)協(xié)同創(chuàng)新的影響因素和運(yùn)作機(jī)理進(jìn)行了探討;二是對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的協(xié)同創(chuàng)新進(jìn)行了研究，并且建立了一些模型。但是，目前針對(duì)于我國(guó)特殊復(fù)雜產(chǎn)品，如航空產(chǎn)品研發(fā)協(xié)同創(chuàng)新的研究還很少，同時(shí)缺乏以航空產(chǎn)品研發(fā)為背景進(jìn)行并行協(xié)同研發(fā)的文獻(xiàn)，因此有必要對(duì)其進(jìn)行研究。傳統(tǒng)的航空制造企業(yè)主要以串行或者V模式的協(xié)同研發(fā)模式，目前的研發(fā)模式主要是長(zhǎng)周期的串行方式，研發(fā)周期長(zhǎng)，從而可能會(huì)使得技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和研發(fā)成本增加。針對(duì)于此，本文提出在航空產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中采用并行協(xié)同研發(fā)的模式，同時(shí)進(jìn)一步通過(guò)建立產(chǎn)品成熟度模型對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1? 航空產(chǎn)品傳統(tǒng)研發(fā)模式

航空產(chǎn)品作為典型的復(fù)雜產(chǎn)品，其研發(fā)過(guò)程涉及到多方專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，而且各方在項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程中的關(guān)系密切。例如，在項(xiàng)目研發(fā)當(dāng)中不僅僅需要研究所，同時(shí)還需要相關(guān)生產(chǎn)單位參與研發(fā)或者試制。在研制過(guò)程中，工作流程按照串行走向，如圖1所示，通常后一個(gè)步驟需要等待上一個(gè)步驟完成后才能進(jìn)行。這增加了等待的時(shí)間、大大延長(zhǎng)了研發(fā)周期。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)部門(mén)未能充分了解制造廠(chǎng)的制造能力，無(wú)法根據(jù)設(shè)備及工藝的變化及時(shí)地調(diào)整設(shè)計(jì)方案，從而造成設(shè)計(jì)方案無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際的需求;與此同時(shí)，生產(chǎn)制造企業(yè)也可能無(wú)法理解設(shè)計(jì)方案，這樣就有可能出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量不過(guò)關(guān)，從而導(dǎo)致相關(guān)環(huán)節(jié)工作的大面積返工。

2? 并行協(xié)同研發(fā)技術(shù)在航空產(chǎn)品中的應(yīng)用

并行工程是美國(guó)國(guó)防先進(jìn)研究所于二十世紀(jì)八十年代末提出的，它是對(duì)產(chǎn)品相關(guān)過(guò)程（如：研發(fā)過(guò)程、制造過(guò)程等）進(jìn)行集成化、并行化設(shè)計(jì)的一種方法。同時(shí)，它要求開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員一開(kāi)始就要考慮到產(chǎn)品的整個(gè)周期，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶(hù)的要求。它對(duì)于縮短項(xiàng)目進(jìn)度、降低項(xiàng)目成本、提高項(xiàng)目質(zhì)量有很大幫助[13]。

在新產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)中使用并行工程以改變以往的工作流程，從而使得相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員可以提前融入設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行研發(fā)工作，而這樣可以使工藝準(zhǔn)備周期縮短40%[14]。

3? 基于成熟度模型的航空產(chǎn)品研發(fā)

3.1 航空產(chǎn)品成熟度模型及等級(jí)劃分

產(chǎn)品成熟度一詞最早來(lái)源于能力成熟度模型（capability maturity model，CMM），最早由卡耐基·梅隆大學(xué)的軟件工程學(xué)院于1987年提出，它是對(duì)于軟件在定義、度量、實(shí)施等各個(gè)發(fā)展階段的描述[15]。

產(chǎn)品成熟度是指產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)和應(yīng)用上的成熟程度[16]，它是對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息完成情況和詳細(xì)程度的描述。

航空工業(yè)是典型的離散型制造業(yè)，它的組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般需要強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、線(xiàn)纜、機(jī)加工等多個(gè)專(zhuān)業(yè)參與研發(fā)。而具體依據(jù)航空產(chǎn)品的研發(fā)流程，筆者將航空產(chǎn)品的成熟度劃分為方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝工裝設(shè)計(jì)和制造五個(gè)階段，用M1-M5表示，如圖2所示。

3.2 航空產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程控制

根據(jù)劃分的成熟度，相關(guān)專(zhuān)業(yè)的部門(mén)或單位應(yīng)在不同的階段介入研發(fā)工作，以便設(shè)計(jì)研發(fā)部門(mén)和制造部門(mén)之間溝通更加順暢，減少或避免出現(xiàn)因?qū)嶋H制造工藝沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求而出現(xiàn)的返工現(xiàn)象。

3.3 航空產(chǎn)品成熟度模糊綜合評(píng)價(jià)分析

由于航空產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程具有復(fù)雜性、離散性等特點(diǎn)，筆者考慮采用二級(jí)模糊綜合評(píng)判方法[17]對(duì)其成熟度進(jìn)行量化評(píng)判。

即該航空產(chǎn)品在M4階段的成熟度為64.0%，以此為參考依據(jù)進(jìn)行相關(guān)工作的分配。在分配下一步工作內(nèi)容時(shí)應(yīng)結(jié)合相關(guān)產(chǎn)品成熟度數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)有流程進(jìn)行分析診斷，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)相應(yīng)部門(mén)現(xiàn)存問(wèn)題并加以改善。如針對(duì)制造部門(mén)要明確其加工能力，分析其工裝工藝需求;針對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的控制要評(píng)判其并行化程度以及標(biāo)準(zhǔn)化程度等。

5? 結(jié)語(yǔ)

航空工業(yè)是一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略性支撐產(chǎn)業(yè)，對(duì)于航空產(chǎn)品的研發(fā)流程進(jìn)行研究是有深遠(yuǎn)意義的。本文針對(duì)傳統(tǒng)航空企業(yè)產(chǎn)業(yè)研發(fā)周期長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊等缺點(diǎn)，提出了一種基于構(gòu)建航空產(chǎn)品成熟度模型來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程控制的方法。該方法結(jié)合航空產(chǎn)品研發(fā)的現(xiàn)狀，通過(guò)定義不同的成熟度等級(jí)來(lái)進(jìn)一步劃分相關(guān)節(jié)點(diǎn)，最后通過(guò)二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)其成熟度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過(guò)實(shí)例詳細(xì)闡述了本文提出的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔俊凱.論航空產(chǎn)品研發(fā)管理中創(chuàng)新的必要性[J].中國(guó)市場(chǎng)，2018（14）：118-119.

[2]李伯虎，柴旭東，朱文海.復(fù)雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2002（12）：17-20，40.

[3]Hobday M， Rush H， Tidd J. Innovation in complex products and system[J]. Research Policy， 2000， 29（7-8）： 793-804.

[4]曾經(jīng)蓮，歐翠玲.復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)協(xié)同創(chuàng)新國(guó)內(nèi)研究綜述[J].物流工程與管理，2017，39（07）：175-177.

[5]劉煒，劉峰，倪陽(yáng)詠，等.航天復(fù)雜產(chǎn)品智能化裝配技術(shù)應(yīng)用研究[J].宇航總體技術(shù)，2018，2（01）：33-36.

[6]朱永坤，明新國(guó)，鄭茂寬，等.大型復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同研發(fā)能力分析模型及評(píng)價(jià)方法[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2014，30（04）：1-5.

[7]H.I.Ansoff. Corporate Strategy[M]. New York： McGraw Hill， 1965.

[8]Haken H. Advanced Synergetics： Instability Hierarchies of Self-organizing Systems and Devices[M]. Springer Science & Business Media， 2012.

[9]李佳.區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新能力與文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)演進(jìn)關(guān)系研究[D].中國(guó)美術(shù)學(xué)院，2018.

[10]林青寧，毛世平.協(xié)同創(chuàng)新模式與農(nóng)業(yè)科研院所創(chuàng)新能力：研發(fā)稟賦結(jié)構(gòu)的雙門(mén)檻效應(yīng)[J].研究與發(fā)展管理，2018，30（06）：84-92.

[11]胡蘇捷，莊越.如何激發(fā)協(xié)同創(chuàng)新的催化效應(yīng)——基于新型研發(fā)組織的案例研究[J].財(cái)會(huì)月刊，2018（22）：111-116.

[12]聶鵬彪.航空復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)資源的優(yōu)化配置研究[D].南昌航空大學(xué)，2013.

[13]于海燕.并行工程在商用飛機(jī)研發(fā)項(xiàng)目中的益處及其實(shí)施方法[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2015（04）：83-87.

[14]袁立，譚紅毅，王桂楠，等.并行工程與敏捷研制管理在飛機(jī)研制中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2014（03）：26-29.

[15]Ngai E W T， Chau D C K， Poon J K L， et al. Energy and utility management maturity model for sustainable manufacturing process[J]. International Journal of Production Economics， 2013， 146（2）.

[16]朱凌子，王時(shí)龍，楊波，等.基于成熟度模型的航空產(chǎn)品并行協(xié)同研制模式[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，41（10）：19-29.

[17]楊綸標(biāo)，高英儀，凌衛(wèi)新.模糊數(shù)學(xué)原理及應(yīng)用[M].廣州，2011.

[18]黃洪鐘.模糊設(shè)計(jì)[M].北京，1999.