1 研究背景

    復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)(complex product and system，COPS)是英國蘇賽克斯大學(xué)與布萊頓大學(xué)合辦的“復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新中心”等研究機構(gòu)在20世紀90年代提出的新概念。隨后，Hobday、Karen Lee、Hansen和Rush、Hobday和Rush、Prencipe較為全面、系統(tǒng)地定義了復(fù)雜產(chǎn)品。Hobday借用了Woofward的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)分類方法，認為CoPS包括大型電信通訊系統(tǒng)、大型計算機、電力網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、大型船舶、空中交通管制系統(tǒng)、飛機引擎、銀行自動處理系統(tǒng)、散裝貨輪、化工廠、廣域網(wǎng)、空間站和水源供應(yīng)系統(tǒng)等。國內(nèi)楊志剛、陳勁等學(xué)者也對CoPS進行分析，總結(jié)出復(fù)雜產(chǎn)品具有高成本、技術(shù)密集、創(chuàng)新過程中政府介入、創(chuàng)新生命周期較長和市場壟斷程度高等特征。

    航空航天類產(chǎn)品屬于典型的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)，同時由復(fù)雜產(chǎn)品的特征表現(xiàn)出其研發(fā)流程管理的重要性。本文主要針對我國航空航天企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)流程管理進行研究，從理論和實踐兩個方面進行分析，通過走訪國內(nèi)知名大型航空航天企業(yè)的研發(fā)部門，總結(jié)歸納出我國航空航天企業(yè)復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)管理現(xiàn)狀及特征。

2 復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)管理理論回顧

    有關(guān)復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)流程的設(shè)計，國外學(xué)者的研究主要集中在模塊化設(shè)計和系統(tǒng)集成方面。復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)是一個由多個子系統(tǒng)組成的產(chǎn)品體系，復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)集成制造商在獲取訂單之后，需要進行任務(wù)的分解，即模塊劃分。模塊劃分的標準基本有兩類：一類是根據(jù)系統(tǒng)功能所對應(yīng)的適宜技術(shù)類別；第二類則是按照所需滿足的功能特征進行劃分，其中也包括戰(zhàn)略目標的劃分類型。

    考慮到復(fù)雜產(chǎn)品的技術(shù)構(gòu)成復(fù)雜和多樣，其研發(fā)體系也應(yīng)具有隨時間變化的開放性特點，以保證復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)適應(yīng)各模塊所涉及的技術(shù)類型的變化。此類開放性包括各構(gòu)成模塊組件和相應(yīng)的技術(shù)研發(fā)時所對應(yīng)的技術(shù)資源橫向開放，以及復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)集成時模塊開發(fā)商與系統(tǒng)集成商進行交流的縱向開放，例如Shenhar的研究所涉及的模塊開發(fā)商與系統(tǒng)集成商頻繁交流的必要機制。

    從研究與開發(fā)的流程考慮，雖然模塊技術(shù)開發(fā)可以遵循傳統(tǒng)的“研究一開發(fā)一試制”流程，但復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)集成的流程則存在特別的管理和核心能力開發(fā)的問題。

    根據(jù)國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)研發(fā)過程的研究，復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)主要遵循“產(chǎn)品技術(shù)思想—任務(wù)分解—外包選擇—模塊開發(fā)—集成協(xié)調(diào)—交付用戶—跟蹤完善”這一過程展開。因此，復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計與模塊化創(chuàng)新的管理策略集中在統(tǒng)一的產(chǎn)品定義與技術(shù)標準、模塊化開發(fā)網(wǎng)絡(luò)、界面管理協(xié)調(diào)、并行開發(fā)和綜合戰(zhàn)略控制等幾個環(huán)節(jié)方面。

    美國航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)的學(xué)術(shù)報告、AD報告和AIAA報告中顯示的相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)流程設(shè)計就突出反映了系統(tǒng)集成和部件設(shè)計與開發(fā)之間的關(guān)系。AD報告建立了系統(tǒng)集成的模型DNDAF，分析組織中與產(chǎn)品生命周期相關(guān)的各系統(tǒng)集成；另外，AD報告提出了制造系統(tǒng)研發(fā)集成設(shè)計框架。

3 我國航空航天企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)流程模型

    我國航空航天產(chǎn)業(yè)屬于國家重要戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)部門，研究與開發(fā)機構(gòu)與生產(chǎn)部門的關(guān)系相對密切，同時又具有各自的技術(shù)優(yōu)勢，共同組成研發(fā)流程中的重要環(huán)節(jié)。因此，研發(fā)流程不僅需要支撐研究所進行合作研發(fā)，而且需要為生產(chǎn)單位提供特定的優(yōu)勢參與研發(fā)和試制，比如大型航空發(fā)動機生產(chǎn)商需要與國家航空發(fā)動機研究所進行研發(fā)和生產(chǎn)的合作。

    結(jié)合針對國際上典型復(fù)雜產(chǎn)品體系研究與開發(fā)過程的研究工作，并根據(jù)筆者對國內(nèi)大型航空航天企業(yè)的走訪調(diào)研，本文提出以復(fù)雜產(chǎn)品體系為特征、以模塊化體系為代表的航空航天復(fù)雜產(chǎn)品體系研發(fā)流程模型，如圖1所示。

圖1 航空航天復(fù)雜產(chǎn)品體系研發(fā)流程模型

    由圖1可見，該產(chǎn)品開發(fā)體系具有模塊化產(chǎn)品開發(fā)的特征，主要表現(xiàn)在研發(fā)體系的有限開放性，以此擴充研發(fā)過程中的技術(shù)資源信息量，特別是在工程試制流程中和系統(tǒng)集成流程中引入外部技術(shù)資源。提高研發(fā)效率；同時，該體系又具有集成過程的戰(zhàn)略效應(yīng)，表現(xiàn)在根據(jù)一定的戰(zhàn)略技術(shù)資源控制準則決定模塊產(chǎn)品的分解原則，并且通過工程質(zhì)量控制效應(yīng)和最終的體系協(xié)調(diào)控制效應(yīng)來控制和管理外部技術(shù)資源。

    綜合來看，此模型不同于普通復(fù)雜型模塊化產(chǎn)品的研發(fā)過程，除了強調(diào)其一定程度的開放性之外，其特點在于：①根據(jù)航空航天類產(chǎn)品的特殊性建立，其中戰(zhàn)略技術(shù)資源控制、工程質(zhì)量控制和體系協(xié)調(diào)控制三個控制端具有更高級別的控制和管理作用；②模塊化原則穿插在研發(fā)步驟中；③每個環(huán)節(jié)具有可重復(fù)性，通過研發(fā)流程中內(nèi)嵌的反饋和改善功能提高質(zhì)量和效率；④此過程是研發(fā)、試驗和制造的統(tǒng)一，客觀上囊括了研究與開發(fā)機構(gòu)和生產(chǎn)機構(gòu)中具有研發(fā)職能的部分。

    對圖1的具體解釋是：

    (1)整體研究與開發(fā)流程共有6個階段(表現(xiàn)于橫向流程)。其中，第一和第五階段以及第四階段的某些部分是開放型階段。第一階段可在科學(xué)思想和設(shè)計思想方面與外部技術(shù)資源形成合作，借以吸收更為先進的技術(shù)理念和設(shè)計原則。而在第四、第五階段，在戰(zhàn)略技術(shù)資源控制原則的模塊化框架業(yè)已形成的基礎(chǔ)上，吸收外部技術(shù)資源實現(xiàn)特定模塊的制造過程，通過邊界條件和系統(tǒng)集成原則控制外部技術(shù)資源的產(chǎn)出質(zhì)量。第六階段則反映系統(tǒng)集成的最終階段，完成特定研發(fā)項目的戰(zhàn)略層和技術(shù)層面的目標要求。

    (2)封閉型運行階段包括第二、第三、第四和第六階段。其中，第二階段涉及服從于戰(zhàn)略性技術(shù)資源控制原則的模塊化產(chǎn)品體系的設(shè)計準則，即分解原則，并在第三階段貫徹于產(chǎn)品設(shè)計過程，同時還應(yīng)在工程技術(shù)層面把握這一模塊化產(chǎn)品體系的工程質(zhì)量及其可靠性規(guī)律，以期在外包的工程制造模塊部分具有足夠有效的可控輸出參數(shù)。

    (3)縱向來看，存在四個層面的運行體系。第一層面是外部技術(shù)資源層面，只在第一階段、部分第四階段和第五階段具有合作機會。值得指出的是，作為特定的研究與開發(fā)機構(gòu)，所謂外部技術(shù)資源層面設(shè)施，可以理解為組織外部，也可以理解為組織內(nèi)部的其他部門。第二層面是本體研究與開發(fā)機構(gòu)及其平臺設(shè)施，主要的研究與開發(fā)流程是在此平臺上完成，是研發(fā)流程的主要載體。第三層面則是反映組織戰(zhàn)略層和技術(shù)層的頂層機構(gòu)，與組織的戰(zhàn)略與技術(shù)目標相關(guān)。第四層面則屬于項目的購買方(通常意義的廣義客戶)，決定最終的實質(zhì)性生產(chǎn)。

    我們對照國際國內(nèi)主要航空航天研究與開發(fā)項目流程特點，總結(jié)本流程模型的具體內(nèi)容，如下。

    1)研發(fā)目標設(shè)計。

    目前國際國內(nèi)航空航天企業(yè)研發(fā)目標來源主要有以下方面：

    (1)廣義客戶需求驅(qū)動。航空航天企業(yè)研發(fā)項目所針對的客戶既包含一般市場意義的客戶，也包含反映政府部門長遠戰(zhàn)略目標的需求意義上的客戶，最終表現(xiàn)為特定國家戰(zhàn)略性市場的需求，因此定義為廣義客戶需求。廣義客戶需求類型將塑造長遠期市場份額，不僅僅以當(dāng)前市場效益為基準考慮產(chǎn)品產(chǎn)出特性。

    (2)企業(yè)長遠期技術(shù)資源發(fā)展戰(zhàn)略驅(qū)動。企業(yè)根據(jù)自身技術(shù)基礎(chǔ)與優(yōu)勢，瞄準特定產(chǎn)品的長遠期國際競爭市場而確定研發(fā)目標，一般可以分為三種情況：①從未開展研發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域；②持續(xù)研究但尚未取得理想結(jié)果的技術(shù)領(lǐng)域；③已經(jīng)取得重要的技術(shù)突破，當(dāng)前目標是提高生產(chǎn)過程質(zhì)量與效率或通過研發(fā)最終逾越某種技術(shù)障礙的領(lǐng)域。

    在上述基礎(chǔ)上，一般還需要根據(jù)美國航空航天局(NASA)技術(shù)成熟度的分級或其他技術(shù)成熟度的計算方法以及關(guān)鍵技術(shù)選擇的相關(guān)定量方法進一步驗證研發(fā)目標的合理性。

    2)戰(zhàn)略層設(shè)計。

    戰(zhàn)略層設(shè)計主要應(yīng)關(guān)注本企業(yè)核心技術(shù)資源增長和控制目標，即在本企業(yè)核心技術(shù)資源認定的基礎(chǔ)上決定需要掌控的技術(shù)資源類型，以便為本企業(yè)未來的技術(shù)資源優(yōu)勢提供必要的增長空間。而根據(jù)模塊化產(chǎn)品體系的設(shè)計原則，構(gòu)成研發(fā)目標的產(chǎn)品體系的具體模塊可以通過產(chǎn)品功能規(guī)律來分割，也可以根據(jù)戰(zhàn)略技術(shù)資源控制原則來分割。當(dāng)研發(fā)目標產(chǎn)品的戰(zhàn)略性目標突出時，則此戰(zhàn)略層面重要性增加，主要通過以下方面反映：①確定對本企業(yè)核心技術(shù)、核心競爭力發(fā)展具有正面重要影響的技術(shù)領(lǐng)域；②確定對競爭對手具有重要負面影響的技術(shù)領(lǐng)域；③確定在合作體中具有重要引領(lǐng)作用的技術(shù)領(lǐng)域；④確定具有長遠期技術(shù)發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)領(lǐng)域，等等。

    目前在我國航空航天企業(yè)的研究與開發(fā)管理過程中，也有類似的反映。例如，根據(jù)筆者的相關(guān)調(diào)查，下列方面與企業(yè)研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)的選取密切相關(guān)：

    (1)關(guān)鍵技術(shù)的企業(yè)開發(fā)條件。包括：①研發(fā)人員——技術(shù)設(shè)計的專業(yè)體系是否與項目吻合；②研發(fā)設(shè)備——企業(yè)設(shè)備的加工能力是否達到精度要求；③資金——獲批資金是否足夠完成任務(wù)。

    (2)合作單位選擇條件。預(yù)測本企業(yè)在特定研發(fā)項目中的技術(shù)條件弱項，據(jù)此尋求合適的合作組織合作完成項目。

    (3)新產(chǎn)品方案設(shè)計主要由客戶(使用方)確定，但客戶還需向國家相關(guān)部門提交報告申請，由相關(guān)部門組織專家論證評審，之后正式立項，客戶在此階段全程參與。

    3)戰(zhàn)略層與技術(shù)層的融合設(shè)計及工程技術(shù)層設(shè)計。

    戰(zhàn)略層解決的是技術(shù)資源的控制和發(fā)展技術(shù)資源的競爭潛力，以便為實現(xiàn)更為重要的戰(zhàn)略任務(wù)打下基礎(chǔ)。但戰(zhàn)略層的框架原則需要通過技術(shù)層面的運行規(guī)律來貫徹，因此，航空航天產(chǎn)品研發(fā)流程中必須有戰(zhàn)略層與技術(shù)層相互融合的部分。

    通過針對企業(yè)研發(fā)過程的凋研，可以總結(jié)出，此類融合機制主要由研發(fā)組織中的設(shè)計部門的構(gòu)造來完成：

    (1)由設(shè)計部門的總體設(shè)計室制定產(chǎn)品設(shè)計總體方案，組織專家評審，確定總體方案，此類過程將產(chǎn)品研發(fā)的技術(shù)資源的戰(zhàn)略性與可實施性有機相連。

    (2)由設(shè)計部門各個專業(yè)設(shè)計室根據(jù)總方案設(shè)計次級體系的可行性方案，再次組織專家評審，此類過程類似模塊化的運行機制。但有區(qū)別的是，模塊化的產(chǎn)品體系在戰(zhàn)略層已經(jīng)基本劃分，并且劃分反映公司的競爭戰(zhàn)略需求，而在戰(zhàn)略層與技術(shù)層融合機制層面實際只是通過技術(shù)運行規(guī)律來貫徹模塊化步驟。

    (3)次級體系評審?fù)ㄟ^后進行的設(shè)計，則反映工程技術(shù)層面的設(shè)計，可制作深入到本模型的工程技術(shù)層面，例如生成功能化圖紙，并進行第三次專家評審。

    (4)值得注意的是，在針對次級體系的工程技術(shù)層面的設(shè)計和開發(fā)過程中，合作模式也同時建立，這對模塊化產(chǎn)品的研發(fā)流程而言十分重要。因此，在此工程技術(shù)層面的設(shè)計就需要引入研發(fā)合作的設(shè)計，在進行功能化圖紙的設(shè)計同時須詳細定義系統(tǒng)集成與分解的界面以及接口的標準。航空航天企業(yè)的模塊化設(shè)計一般應(yīng)是集成程度較高的系統(tǒng)外包體制，外包模塊部分的技術(shù)資源相對獨立，體現(xiàn)系統(tǒng)的某個或者某些功能需求，這樣的模塊劃分也便于與用戶的直接溝通。

    (5)工程技術(shù)層面設(shè)計通過評審后，生成功能化工程圖紙，三方(客戶、承接方、合作方)會簽后，標志著此階段的完成。

    可以看出，此階段在研發(fā)流程中覆蓋面廣，前后環(huán)節(jié)相關(guān)性強，特別在工程技術(shù)層面的設(shè)計過程中，用戶和合作方會全程參與，也便于開展成本及風(fēng)險的評估。

 4)工程試制和系統(tǒng)集成。

    模塊系統(tǒng)的工程試制和系統(tǒng)集成是研發(fā)流程取得成果的最為重要的兩個互為補充的環(huán)節(jié)。其中，模塊系統(tǒng)的工程試制屬于開放性的環(huán)節(jié)，可以引入企業(yè)外部技術(shù)資源制造某些模塊部分，而系統(tǒng)集成環(huán)節(jié)則是體現(xiàn)本研發(fā)流程成果的最終階段，一般屬于封閉性運行領(lǐng)域，最終完成原型產(chǎn)品制造。

    現(xiàn)實的研發(fā)流程末端，主要體現(xiàn)為工程技術(shù)層面向生產(chǎn)試制層面的轉(zhuǎn)換，如：

    ①企業(yè)和合作單位技術(shù)部門接到工程圖紙后，首先進行工藝分析，查看當(dāng)前的技術(shù)設(shè)備和人員等是否滿足相關(guān)生產(chǎn)要求，并把分析結(jié)果反饋至設(shè)計部門。

    ②設(shè)計部門根據(jù)該結(jié)果對圖紙進行相關(guān)修改，并生成最終指導(dǎo)生產(chǎn)的生產(chǎn)運行圖紙，然后，技術(shù)部的總工藝師制定工藝方案，工藝處完成流水分工，生成零級網(wǎng)絡(luò)圖。零級網(wǎng)絡(luò)圖即表現(xiàn)各個零部件完成的時間節(jié)點要求。

    ③相關(guān)技術(shù)中心或制造部門以零級網(wǎng)絡(luò)圖為依據(jù)，生成各自的一級網(wǎng)絡(luò)圖(各個部門完成各自工作的時間節(jié)點要求)，并進行相關(guān)研究立項和設(shè)備改造；改造完成后，進行工藝準備，即工裝選擇、指定工藝路線和選擇工藝方法等。

    ④編制工藝規(guī)程，設(shè)計工裝圖紙，并對工裝、設(shè)備和外觀等進行檢查；待一切準備妥當(dāng)，進入試制階段。

    ⑤各職能車間再根據(jù)零級和一級網(wǎng)絡(luò)圖以及各個時間節(jié)點的要求生成二級網(wǎng)絡(luò)圖(即職能車間完成各自生產(chǎn)任務(wù)的時間節(jié)點要求，如采購原材料、鑄造毛坯、熱處理、機加工和特種工藝處理等工作的時間點)。

    值得注意的是，通常此過程需要一個可循環(huán)的過程。合作單位負責(zé)的模塊交付企業(yè)后，進行組裝散件、整件實驗、部件實驗和整機實驗，如出現(xiàn)問題則需要反饋完善。這一可循環(huán)環(huán)節(jié)即反映為本模型的戰(zhàn)略與技術(shù)頂層的審核與評估，最終可能形成小范圍反饋(工程技術(shù)層面)與大范圍反饋(戰(zhàn)略層面)。

    同時，在現(xiàn)實研發(fā)體系中，研發(fā)產(chǎn)品原型產(chǎn)品制造完成后，需要組織專家進行評審，評審反映此階段客戶和合作方的系統(tǒng)產(chǎn)出效果，也反映此階段質(zhì)量水平和風(fēng)險水平。在本模型中，表現(xiàn)為廣義客戶的評價流程。

    在實際研發(fā)體系中，由于航空航天產(chǎn)品的特殊性，因此對產(chǎn)品的評估通常包含：①性能驗證；②功能驗證；③壽命驗證。

    值得提出的是，如果在此階段出現(xiàn)問題，應(yīng)返回至以前相應(yīng)階段，實施針對圖紙或制造流程的改善和重復(fù)循環(huán)，這類循環(huán)事實上導(dǎo)致研發(fā)周期延展，不利于研發(fā)過程戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)。而本文提出的基于模塊化原理的復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)體系，在設(shè)計和貫徹戰(zhàn)．略層研發(fā)意圖時有機引入外部技術(shù)資源，形成準開放性的研發(fā)體系，有利于縮短技術(shù)創(chuàng)新周期。主要原因是，一旦相關(guān)模塊體系的功能、兼容性和對于產(chǎn)品總體的質(zhì)量貢獻達到要求，則以后的產(chǎn)品設(shè)計可以繼續(xù)在若干此類模塊基礎(chǔ)上開展，研發(fā)流程的不可預(yù)測程度大幅降低，整體耐風(fēng)險水平和質(zhì)量水平提高，而產(chǎn)品總體新穎性也得到滿足。

4 總結(jié)

    本文通過對航空航天企業(yè)研究與開發(fā)流程的理論和現(xiàn)實分析，結(jié)合復(fù)雜產(chǎn)品和模塊化產(chǎn)品研發(fā)過程的相關(guān)理論，提出我國航空航天復(fù)雜產(chǎn)品體系研發(fā)流程模型，并對諸階段分別加以詳述。研發(fā)管理的過程中的重要問題是將開放性的研究與開發(fā)體系(為提高研究與開發(fā)過程的效率)與企業(yè)技術(shù)資源戰(zhàn)略目標有機統(tǒng)一。本文通過詳細分析典型環(huán)節(jié)的功能作用和管理要點，對建設(shè)開放型航空航天研發(fā)體系提出相應(yīng)的流程模型，提供一種研發(fā)機制，目的是建立適合我國國情的航空航天企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)流程，增強我國航空航天企業(yè)的核心競爭力，促進航空航天事業(yè)的發(fā)展。