精益研發(fā)體系建設(shè)探討

林量才，姜瑞金，劉 鍇，任麗娟

(中車長江運(yùn)輸設(shè)備集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430212)

產(chǎn)品研發(fā)占整個產(chǎn)品成本的5%,但對產(chǎn)品產(chǎn)生70%的影響，這種影響包括成本、利潤、質(zhì)量、性能和交付效率等。因此，從產(chǎn)品全壽命周期來看，產(chǎn)品研發(fā)對于保證產(chǎn)品性能和質(zhì)量、為企業(yè)和用戶創(chuàng)造更多價值具有關(guān)鍵作用[1]。

為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在全壽命周期內(nèi)的最大價值，目前，許多企業(yè)大力開展精益研發(fā)體系建設(shè)。但由于自身特點(diǎn)和歷史傳承，各企業(yè)建設(shè)的精益研發(fā)體系型式多種多樣，本文就中車長江運(yùn)輸設(shè)備集團(tuán)有限公司精益研發(fā)體系的建設(shè)為例來進(jìn)行探討。

1 精益研發(fā)體系總體架構(gòu)

精益研發(fā)源于“精益生產(chǎn)”的啟發(fā)，基本特征是研發(fā)管理“精細(xì)化”和產(chǎn)品設(shè)計“精品化”[1]。研發(fā)管理“精細(xì)化”是以標(biāo)準(zhǔn)化研發(fā)任務(wù)實(shí)施流程為導(dǎo)向，通過任務(wù)驅(qū)動、研發(fā)協(xié)同及指標(biāo)目標(biāo)牽引，對研發(fā)進(jìn)度、交付物、過程質(zhì)量等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。產(chǎn)品設(shè)計“精品化”是從需求入手開展系統(tǒng)設(shè)計，通過知識重用、數(shù)據(jù)分析、仿真優(yōu)化、試驗(yàn)驗(yàn)證等在不顯著增加投入的前提下提高研發(fā)效率和設(shè)計質(zhì)量[2]。

精益研發(fā)體系包括精益研發(fā)信息化平臺及基于平臺運(yùn)行的精益研發(fā)數(shù)據(jù)體系，核心是應(yīng)用信息化技術(shù)將研發(fā)流程、知識、數(shù)據(jù)等信息顯性化、標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化，將研發(fā)工具、質(zhì)量要求、知識數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)嵌入流程中與研發(fā)任務(wù)融合起來，打通各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)研發(fā)管理“精細(xì)化”和產(chǎn)品設(shè)計“精品化”。精益研發(fā)體系的總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 精益研發(fā)體系總體架構(gòu)

2 精益研發(fā)信息化平臺

精益研發(fā)信息化平臺是集研發(fā)門戶、產(chǎn)品研發(fā)任務(wù)管理、數(shù)字化協(xié)同設(shè)計、仿真、試驗(yàn)管理、產(chǎn)品模塊管理等系統(tǒng)為一體，并鏈接標(biāo)準(zhǔn)化信息、知識產(chǎn)權(quán)管理、科創(chuàng)資源、科技情報等系統(tǒng)應(yīng)用的信息化管理與技術(shù)平臺。其以協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)為核心，以研發(fā)任務(wù)管理為驅(qū)動，把研發(fā)工具、研發(fā)流程、研發(fā)數(shù)據(jù)、研發(fā)知識等集成連接在一起，實(shí)現(xiàn)知識重用和資源共享，形成多專業(yè)、多地點(diǎn)和多點(diǎn)研發(fā)協(xié)同與快速設(shè)計能力，并打通與工藝設(shè)計平臺、ERP、MES等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的連接通道，消除數(shù)據(jù)孤島，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品研發(fā)到生產(chǎn)制造的集成應(yīng)用[3]。

2.1 研發(fā)門戶系統(tǒng)

研發(fā)門戶系統(tǒng)為精益研發(fā)信息化平臺入口，集成和鏈接所有產(chǎn)品研發(fā)核心業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，并基于各子系統(tǒng)開展產(chǎn)品研發(fā)數(shù)據(jù)歸集分析，展示動態(tài)可視化的多項(xiàng)目一覽表，實(shí)時滾動播報項(xiàng)目進(jìn)度、過程質(zhì)量、交付物、發(fā)生費(fèi)用、異常預(yù)警等情況及項(xiàng)目和任務(wù)執(zhí)行人的工作績效分?jǐn)?shù)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目總體及分任務(wù)的狀態(tài)信息跟蹤。

2.2 研發(fā)任務(wù)管理系統(tǒng)

研發(fā)任務(wù)管理系統(tǒng)將研發(fā)的典型業(yè)務(wù)流程固化于系統(tǒng)中，以標(biāo)準(zhǔn)化流程為導(dǎo)向，以任務(wù)工作包為驅(qū)動，管理和監(jiān)控研發(fā)流程任務(wù)節(jié)點(diǎn)與交付物狀態(tài)，對項(xiàng)目的全過程進(jìn)行計劃、組織、協(xié)調(diào)、監(jiān)控、評價，實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的分解和管控、信息動態(tài)展示、過程質(zhì)量和績效評價，讓企業(yè)各級管理人員實(shí)時了解任務(wù)執(zhí)行和資源利用情況。該系統(tǒng)分為項(xiàng)目管理、任務(wù)流程管理、監(jiān)控統(tǒng)計3個部分，研發(fā)任務(wù)管理系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖2所示。

圖2 研發(fā)任務(wù)管理系統(tǒng)功能架構(gòu)

2.3 協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)

協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)主要包括基于MBD的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)、PLM系統(tǒng)等。協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)功能框架如圖3所示[4]。

圖3 協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)功能框架圖

圖4 協(xié)同仿真平臺業(yè)務(wù)邏輯

三維結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)無縫集成數(shù)字化協(xié)同設(shè)計工具，通過組件制作、過程模型定制等功能，為設(shè)計人員快速定制專業(yè)工具提供技術(shù)手段和方法，并提供包括任務(wù)執(zhí)行環(huán)境、工具集成、工具管理、組件封裝等主要功能，實(shí)現(xiàn)工具與設(shè)計流程的集成和關(guān)聯(lián)，打造協(xié)同工作環(huán)境與協(xié)同設(shè)計模式?；诋a(chǎn)品全三維設(shè)計、模塊應(yīng)用、PTS模板參數(shù)化設(shè)計、超級裝配配置設(shè)計等產(chǎn)品協(xié)同研發(fā)，創(chuàng)建產(chǎn)品三維模型并進(jìn)行數(shù)字化定義和裝配；并自動進(jìn)入PLM系統(tǒng)按內(nèi)置流程進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)、材料、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、可裝配性檢查，控制和提高設(shè)計質(zhì)量。

PLM系統(tǒng)構(gòu)建協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)數(shù)字化協(xié)同設(shè)計基礎(chǔ)環(huán)境，通過與CAD軟件的集成接口，按照CAD的BOM關(guān)系自動創(chuàng)建貫穿設(shè)計全過程且涵蓋產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)、子系統(tǒng)、軟件數(shù)據(jù)的一體化BOM結(jié)構(gòu)，建立覆蓋所有環(huán)節(jié)的技術(shù)狀態(tài)管控和基礎(chǔ)環(huán)境；通過集中管理分散在各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的通用數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建滿足標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和平臺化設(shè)計需要的產(chǎn)品數(shù)據(jù)資源庫；通過單一數(shù)據(jù)庫環(huán)境，構(gòu)建一個進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、集中集成、安全的軟硬件平臺；通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的接口語言，整合上下游各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)緊密集成和聯(lián)通，消除信息化平臺的信息和數(shù)據(jù)孤島。

2.4 協(xié)同仿真平臺

協(xié)同仿真平臺分為展示層、管控層和支撐層，基于項(xiàng)目仿真任務(wù)工作包實(shí)現(xiàn)仿真分析任務(wù)書下達(dá)、項(xiàng)目創(chuàng)建、流程定義、文檔模板定制、任務(wù)分解實(shí)施、過程監(jiān)控及數(shù)據(jù)管理等全過程管理功能[5]。并具有與研發(fā)任務(wù)管理系統(tǒng)、PLM系統(tǒng)、試驗(yàn)管理系統(tǒng)等進(jìn)行集成的標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)了仿真分析數(shù)據(jù)與設(shè)計、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的協(xié)同管理和關(guān)聯(lián)。協(xié)同仿真平臺業(yè)務(wù)邏輯如圖4所示。

2.5 試驗(yàn)管理系統(tǒng)

試驗(yàn)管理系統(tǒng)包括試驗(yàn)任務(wù)管理、試驗(yàn)資源管理、試驗(yàn)體系管理等子系統(tǒng)?；谄髽I(yè)試驗(yàn)裝備與體系可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)資源和體系管理功能，基于項(xiàng)目試驗(yàn)任務(wù)能實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)任務(wù)書下達(dá)、項(xiàng)目創(chuàng)建、流程定義、文檔定制、任務(wù)分解實(shí)施、資源配置、過程監(jiān)控及數(shù)據(jù)管理等全過程管理功能。并建立與PLM系統(tǒng)和協(xié)同仿真平臺(AWE)接口，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與設(shè)計和仿真分析數(shù)據(jù)協(xié)同管理及關(guān)聯(lián)。試驗(yàn)管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯如圖5所示。

2.6 產(chǎn)品模塊管理系統(tǒng)

主要包括數(shù)據(jù)管理、模塊導(dǎo)航、模塊查詢和比選、標(biāo)準(zhǔn)件組合優(yōu)選、模塊應(yīng)用、模塊相似度檢查、模塊化指標(biāo)統(tǒng)計分析等功能[6]。提供產(chǎn)品模塊瀏覽、搜索、推薦、基于設(shè)計參數(shù)的比選應(yīng)用模式，并有成熟的集成接口與多種設(shè)計工具結(jié)合，可從協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)直接調(diào)用模塊的三維模型或二維圖樣等數(shù)據(jù)，根據(jù)訂單或設(shè)計需求進(jìn)行模塊選用或快速配置設(shè)計，生成產(chǎn)品BOM及初步設(shè)計方案。產(chǎn)品模塊管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯如圖6所示。

圖5 試驗(yàn)管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯圖

圖6 產(chǎn)品模塊管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯圖

3 精益研發(fā)數(shù)據(jù)體系

精益研發(fā)數(shù)據(jù)體系的核心是構(gòu)建統(tǒng)一通用的數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范和可驅(qū)動、可度量、可流轉(zhuǎn)、可創(chuàng)造價值的數(shù)據(jù)運(yùn)行體系，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的資產(chǎn)化。數(shù)據(jù)體系主要由研發(fā)數(shù)據(jù)、研發(fā)數(shù)據(jù)創(chuàng)建規(guī)則和數(shù)據(jù)運(yùn)行管理制度等構(gòu)成[6]。

3.1 研發(fā)數(shù)據(jù)

主要包括研發(fā)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、研發(fā)過程數(shù)據(jù)及產(chǎn)品型譜等，研發(fā)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是對歷年來產(chǎn)品研發(fā)成果不斷總結(jié)提煉所形成的共性和知識數(shù)據(jù)，主要有標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、產(chǎn)品模塊、型材斷面、典型設(shè)計質(zhì)量問題和運(yùn)維故障數(shù)據(jù)、過程文檔模板等；研發(fā)過程數(shù)據(jù)是在研發(fā)任務(wù)實(shí)施過程中所生成的數(shù)據(jù)和文檔；產(chǎn)品型譜是將企業(yè)產(chǎn)品按相似性主要技術(shù)特征或參數(shù)進(jìn)行分類歸集，并根據(jù)市場需求和技術(shù)發(fā)展趨勢對產(chǎn)品基本參數(shù)、結(jié)構(gòu)型式和主要配置進(jìn)行系列統(tǒng)型規(guī)劃所形成的產(chǎn)品系列，包括產(chǎn)品規(guī)劃系列和實(shí)例產(chǎn)品數(shù)據(jù)。產(chǎn)品型譜是構(gòu)建產(chǎn)品平臺的重要基礎(chǔ)。研發(fā)數(shù)據(jù)按類型在PLM系統(tǒng)和研發(fā)門戶系統(tǒng)中分別建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲、應(yīng)用和維護(hù)管理。研發(fā)數(shù)據(jù)庫總架構(gòu)如圖7所示。

圖7 研發(fā)數(shù)據(jù)庫總架構(gòu)圖

3.2 研發(fā)數(shù)據(jù)創(chuàng)建規(guī)則

構(gòu)建語義一致、統(tǒng)一通用的研發(fā)數(shù)據(jù)創(chuàng)建及編碼標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則，主要制定了《產(chǎn)品設(shè)計三維建模規(guī)范》、《產(chǎn)品設(shè)計二維制圖規(guī)范》、《產(chǎn)品圖樣及設(shè)計文件編號方法》、《產(chǎn)品數(shù)據(jù)代碼編寫規(guī)則》等。其中《產(chǎn)品設(shè)計三維建模規(guī)范》規(guī)定產(chǎn)品設(shè)計三維建模的術(shù)語和定義、三維建模原則、通用要求、裝配建模要求、文件命名規(guī)則、模型的檢查和提交、模型的發(fā)布和應(yīng)用等；《產(chǎn)品設(shè)計二維制圖規(guī)范》規(guī)定產(chǎn)品設(shè)計二維工程圖的術(shù)語和定義、總體要求、基本要求、圖樣標(biāo)注要求、文字注釋等；《產(chǎn)品圖樣及設(shè)計文件編號方法》規(guī)定產(chǎn)品圖樣及設(shè)計文件編號的總則、方法和基本要求；《產(chǎn)品數(shù)據(jù)代碼編寫規(guī)則》規(guī)定代碼的編寫原則和要求以及產(chǎn)品過程數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的代碼結(jié)構(gòu)組成。

3.3 數(shù)據(jù)運(yùn)行管理制度

構(gòu)建基于精益研發(fā)信息化平臺運(yùn)行和研發(fā)數(shù)據(jù)應(yīng)用的管理制度，確保精益研發(fā)信息化平臺和數(shù)據(jù)有效運(yùn)行，主要有《研發(fā)任務(wù)管理系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)范》、《產(chǎn)品模塊管理系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)范》、《產(chǎn)品研發(fā)數(shù)據(jù)庫管理細(xì)則》、《產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)件和通用件管理細(xì)則》等。其中《研發(fā)任務(wù)管理系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)范》基于研發(fā)任務(wù)管理系統(tǒng)，構(gòu)建研發(fā)任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施流程及以流程為導(dǎo)向、以WBS工作包為驅(qū)動的研發(fā)任務(wù)實(shí)施和過程管控機(jī)制，規(guī)范任務(wù)階段節(jié)點(diǎn)及交付文檔與數(shù)據(jù)，實(shí)時管控任務(wù)狀態(tài)及過程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)研發(fā)過程任務(wù)流、工具流、信息流、數(shù)據(jù)流和知識流并行與協(xié)同；《產(chǎn)品模塊管理系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)范》基于產(chǎn)品模塊管理系統(tǒng)、PLM系統(tǒng)和協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)，構(gòu)建以產(chǎn)品模塊化和平臺化設(shè)計為核心的業(yè)務(wù)流程及產(chǎn)品模塊數(shù)據(jù)創(chuàng)建、存儲、應(yīng)用、變更、升級管理機(jī)制；建立產(chǎn)品模塊數(shù)據(jù)運(yùn)行通道，并對其有效性、適用性和充分性進(jìn)行管控，切實(shí)推行產(chǎn)品模塊化、平臺化設(shè)計；《產(chǎn)品研發(fā)數(shù)據(jù)庫管理細(xì)則》基于PLM系統(tǒng)和研發(fā)門戶系統(tǒng)，構(gòu)建涵蓋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)和產(chǎn)品型譜的研發(fā)數(shù)據(jù)庫架構(gòu)及研發(fā)數(shù)據(jù)存儲、應(yīng)用和維護(hù)管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)企業(yè)研發(fā)數(shù)據(jù)資源集成、共建共享和資產(chǎn)化；《產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)件和通用件管理細(xì)則》基于PLM系統(tǒng)，構(gòu)建產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)件和通用件數(shù)據(jù)架構(gòu)及創(chuàng)建和運(yùn)行管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)件和通用件數(shù)據(jù)的共建共享和統(tǒng)一管理，為產(chǎn)品模塊化、平臺化設(shè)計提供支撐。

4 結(jié)束語

精益研發(fā)體系建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，除了建設(shè)信息化應(yīng)用平臺和數(shù)據(jù)體系外，實(shí)現(xiàn)落地運(yùn)行并融入企業(yè)文化也是一項(xiàng)艱巨的工作。因此，為保證企業(yè)切實(shí)推行精益研發(fā)并取得成效，根據(jù)精益研發(fā)體系建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出4點(diǎn)建議：

(1) 持續(xù)開展研發(fā)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源建設(shè)，為精益研發(fā)體系運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支撐；

(2) 對研發(fā)業(yè)務(wù)要素、人才和組織結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)行優(yōu)化和重構(gòu)，為精益研發(fā)體系運(yùn)行提供人才和組織保障；

(3) 大力培育精益研發(fā)理念和文化，增強(qiáng)研發(fā)人員的全局思維，激發(fā)推行精益研發(fā)的內(nèi)生動力；

(4) 建立健全精益研發(fā)績效考評和激勵制度，將研發(fā)人員個人價值、企業(yè)價值和客戶價值融合在一起，通過價值共享實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向驅(qū)動。