一、精益研发 需求涌动
当今制造业领域的产品研发模式已经呈现出高度综合化、协同化和全程化发展趋势，产品日趋复杂，技术含量日趋增加，数据日益膨胀，软件正在部分地替代原有的硬件执行更为复杂的功能，越来越多的企业部门和合作单位参与整个研发过程。
现有的产品研发信息化工具的问题是：支持集成、协同以及多单位协同与并行研发的能力还远没有形成；研发流程还没有实现集成化、完备化、系统化的管理；管理不能覆盖研发全流程；研发缺少知识的支持，知识管理与产品研发各行其是等。
近年来，在航空航天和防务工业领域，一些高端产品项目的发展屡屡经受延期、成本超支，甚至项目最终被取消的困扰，企业承受了巨大的压力，由此对当今普遍使用的研发手段提出了质疑。不难看出，复杂产品研发的技术手段已经成为制约企业产品创新的瓶颈之一。现有的“CAX+PDM”产品研发模式已经无法满足上述需求。重构既有研发流程、打造新的研发平台、实施精益研发的呼声在业界日渐高涨。有必要研究出一种满足复杂产品研发需求同时适合软件开发的精益研发模式。
笔者认为：精益研发是一种基于建模的信息化系统工程，通过系统集成、流程管理、数据管理、知识驱动等信息化手段，综合应用知识工程、协同仿真、创新设计、质量设计、多学科优化等先进技术，实现从概念设计到产品试制全过程的高效协同，有效地帮助企业提升自主产品创新能力。其实现机理是通过建模而增加系统分解维度，并将知识与标准嵌入到研发与管理流程，实现知识驱动的精益研发过程。
二、早期的系统思维的优缺点
近些年来，企业普遍采用系统工程的方法来解决复杂产品研发的问题。复杂产品系统从任务需求到系统验证是一个很长的、有序递进的研发流程，是分析、综合、试验和评价反复进行的过程。通常的研发流程都是从需求出发，首先形成概念，设计逐步细化，功能逐步优化，经过反复迭代，最终让产品概念演化形成一个总体性能优化，满足全寿命周期使用要求的产品系统。
系统工程方法的核心是系统分解和集成。通常采用一种“V”图的方式来描述系统工程的工作范围和基本方法（图1-1）。V图左侧是下冲程，从用户需求出发，自上而下从系统、子系统到部件的层层定义和分解活动；V图右侧是上冲程，从部件和子系统自下而上进行集成和试验，最后得到经过验证的系统。这个方法在过去的十几年里一直行之有效的。
图1-1 系统工程方法中描述系统分解和集成的V图
产品开发的一个趋势是软件正在部分地替代原有的硬件执行更为复杂的功能。软件在研发中的大量使用让我们看到了V图的几个问题，一是“随着系统的功能越来越多地由软件来实现，系统各部分已不再能分离和严格分开了[1]”，即系统难以分解；二是在V图中难以表现出人机交互的软件迭代过程；三是无法显现出软件中知识的作用机制。
我们把V图“摊平”后发现，其实这是只有一个时间维度的研发过程（图1-2），我们将其称作系统维。
我们再来考察产品研发的主流软件平台PLM（图1-3），其基本实现机理是“重塑生命周期曲线”，即节省产品在研发的成本，加速产品上市，增加下游各环节的收益，以期总体上达成全生命周期内的综合效益[2]。PLM重点研究产品生命周期中“时间”和“收益”两方面的关系，实际上也是只有一个系统维随时间推进。
图1-2 “摊平”的V图只表示了系统维
图1-3 PLM也只表示了系统维
基于早期对系统工程的认识所形成的系统工程方法已经表现出某种不适用的征兆[1]。系统分解的维度不够是一个主要问题。仅用单一的系统维来描述研发活动显得过于笼统，导致最终无法顺利地进行系统集成，预定流程的反复调整和无效迭代必然给项目带来问题。因此，我们需要研究出一种表现复杂产品研发过程的新的系统工程模型。
三、精益思想
对“精益”一词，我们并不陌生，源于丰田的“精益生产”理念已得到众多企业的认可。今天，制造业发展的强烈需求让我们必须做到精益研发。
“精益（lean）” 一词的意思是瘦且健康，关键的意思是“恰好”，即消除一切不必要的环节，没有不足，更没有浪费。
精益生产已经充分展示了车间内的完美，一个没有浪费的生产环境可以为企业带来可观的效益。但是对大部分企业来说，最大的浪费根源不是在车间，而是在从事研发工作的工程部门。研究显示，设计的产品中70%~80%的产品成本是在设计阶段决定的。
与精益生产中出现的浪费类似，产品研发过程中存在多种典型的浪费：方向冲突，工具或原型错误，沟通障碍，等候，过早设定规范，无用信息，遗弃知识，责任/行动/知识分离等等。在复杂产品项目中，“精益”随处可见，但是却很难界定和量化。高附加值的设计工作与车间里高度量化的生产管理截然不同，往往难以度量。如上所述，等候是一种典型的时间浪费，可测量因而也可管理。但在研发过程中难以实施，例如一个研发人员凭窗远眺，是在思考还是在发呆？是在创造价值还是在浪费时间？当然，还有更严重的问题——结果失控，这是最大的浪费。
如何消除产品研发活动中的诸多“浪费”，让研发变得“恰好”？精益生产所带来的精益思想给了我们重要的启发。
国内专家学者提出了多途径的“精益设计”思路。图2-1所示的“为了精益生产的设计（DLP-Design for Lean Production）”，希望从设计阶段就尽量避免企业将来运作中可能出现的问题，期待这种运作方式可以从根本上消除企业中的浪费。
图2-1 为了精益生产的设计（DLP）
DLP全生命周期精益设计包含：产品精益设计方法与技术、“工厂设计”的精益化方法和技术和销售服务系统精益设计方法和技术。在实现方式上，更多地以“CAX+PDM”模式为主。
图2-2 精益设计的内容
最近10年的研发实践证明，CAX+PDM的研发模式无法完全满足精益研发的需求。
国际上的专家学者也对此进行了长期的思考。美国宇航局（NASA）前局长迈克尔格里芬认为：航宇与防务工业领域里一些失败的高收益项目，如果通过对工程系统进行“精益设计”应该是可以避免的，只是他眼下说不清“精益设计”的精确定义。精益设计方法取决于对“精益”系统设计进行识别和量化。
IBM公司曾经针对“先进的系统工程性能能否带来项目成果的显著改善”这一问题向18位主要航太公司的高管进行调研。受访者非常赞同项目的成功与有效的系统工程密切相关，而失败则是由于缺乏工具和方法。基于建模的系统工程被看作一种潜在的“游戏规则改变者”。
国内部分军工专家认为精益研发必须做好顶层设计“1、2、3”，即：
（1）一个开放平台：
构建一个基于SOA的“可以随意提取数据并流畅操作的平台”界面。集软件应用之大成，平台上的各子系统要有充分的开放性；
（2）两个最重要的关注点：
怎么干（流程）——以前怎么生成；
去哪了（数据/格式/位置）——现在怎么管理；
（3）三个无关：
理想的精益研发系统：与用户无关，与商软无关，与流程无关。
“精益研发”一词于2007年在中国市场形成热点，由安世亚太公司在中国市场率先倡导并全力宣传和推动，PTC公司也随之鼓动。PTC倡导的“精益研发”，是通过规范的流程和系统工程的过程来保证设计的一次成功率，从而保证企业的快速反应和适度柔性，由此而控制设计结果和研发成本；而安世亚太除了强调建立精益研发系统工程模式和设计/仿真/质量一体化之外，还特别强调了在设计过程应用知识和创新方法，以此为产品注入高附加值[3]。
可以认为，精益研发是一种集成了多学科优势，通过设定规范的流程和系统工程的过程来减少各个环节浪费，强调知识对设计的引导和支撑作用，以创新为产品带来高附加值的研发模式。
发表于：
2011-10-31 23:41 阅读(4856)
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