制造業(yè)信息化的發(fā)展路徑,企業(yè)對精益研發(fā)的實際需求

在過去的15年里，如何提高產(chǎn)品研發(fā)速度、縮短上市時間曾經(jīng)是企業(yè)關(guān)注的核心戰(zhàn)略焦點。在復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)中，如何滿足客戶最關(guān)注產(chǎn)品的功能和性能指標是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

從事復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)，一直希望能有一個集成化的制造業(yè)信息化系統(tǒng)，能夠把物理世界與數(shù)字世界充分關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)二者之間的精確映射，為研發(fā)人員提供一種企業(yè)級的產(chǎn)品數(shù)字化樣機開發(fā)環(huán)境。實現(xiàn)了頂層牽引、系統(tǒng)表達的質(zhì)量設(shè)計思路，讓一個復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)質(zhì)量（所有技術(shù)指標），可以系統(tǒng)、清晰、穩(wěn)定、動態(tài)、完整地掌握在研發(fā)人員的手里，讓產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性有了系統(tǒng)的保障，讓產(chǎn)品創(chuàng)新有了質(zhì)的飛躍和效率的提升。同時，還能夠有效地控制和節(jié)約研發(fā)成本。這個“集成化的制造業(yè)信息化系統(tǒng)”的答案，就是精益研發(fā)。

◆制造業(yè)信息化的發(fā)展路徑

歷經(jīng)30年的發(fā)展，中國制造業(yè)信息化的應(yīng)用，已經(jīng)完成了一般意義上的推廣普及。從應(yīng)用的范圍上說，甩圖板、二維轉(zhuǎn)三維、CAD/CAE/CAM集成、PDM和ERP實施、OA和電子商務(wù)等都已經(jīng)基本完成。

通常，我們把由CAX/PDM/DMU組成的、支持整個研發(fā)過程的軟件平臺叫做基礎(chǔ)研發(fā)平臺?；A(chǔ)研發(fā)平臺的主要作用在于：在某個特點的專業(yè)領(lǐng)域，有效地提高研發(fā)效率和降低錯誤率。解決了產(chǎn)品的快速上市（Time To Market）問題。

制造業(yè)信息化的發(fā)展路徑，可以有很多種詮釋的角度。如圖1所示，我們僅僅從產(chǎn)品快速上市（TTM）、產(chǎn)品正確上市（RTM）、產(chǎn)品增值上市（VTM）這三個角度來衡量，就可以大概看出制造業(yè)信息化的一個路線圖。

在過去的15年里，如何提高產(chǎn)品研發(fā)速度、縮短上市時間曾經(jīng)是企業(yè)關(guān)注的核心戰(zhàn)略焦點。因此，企業(yè)最喜歡講的商業(yè)戰(zhàn)略和行動口號是，讓“產(chǎn)品更快上市”，以試圖做到“領(lǐng)先一步，領(lǐng)先一路”。

◆PLM顯現(xiàn)的瓶頸

進入21世紀，企業(yè)開始重視建立PLM體系，以便讓企業(yè)有能力快速整合或改變產(chǎn)品特征，或快速把來自供應(yīng)商的產(chǎn)品特征優(yōu)勢結(jié)合到自己的產(chǎn)品中來。如此，不僅做到產(chǎn)品快速上市，而且還可以讓正確的產(chǎn)品快速上市。

但是，最近年，以PLM為核心的研發(fā)平臺已經(jīng)顯現(xiàn)出了一定的不足。從實現(xiàn)原理上講，PLM所依靠的是產(chǎn)品信息的集成、研發(fā)系統(tǒng)的柔性和敏捷性，但是在促進技術(shù)創(chuàng)新、支持協(xié)同仿真和實現(xiàn)質(zhì)量管理方面還做得很不夠。因此，在實現(xiàn)“產(chǎn)品增值上市”方面就遇到了瓶頸。

在促進技術(shù)創(chuàng)新方面，PLM實現(xiàn)了產(chǎn)品知識的集成，但是沒有實現(xiàn)Know-how知識和創(chuàng)意知識的集成，沒有實現(xiàn)創(chuàng)新方法學的集成。因此在支持創(chuàng)新方面還有很多需要彌補的地方。

在支持協(xié)同仿真方面，PLM可以實現(xiàn)一般CAE軟件的集成，但是無法建立高端的、支持多學科優(yōu)化的協(xié)同仿真環(huán)境，無法建立面向復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)的數(shù)字化樣機仿真。因此在仿真水平的提高方面難以再上一個臺階。

在實現(xiàn)質(zhì)量管理方面，PLM更是遇到了一個難以逾越的“門檻”。從“大質(zhì)量”的概念來看，質(zhì)量并不是僅僅意味著產(chǎn)品質(zhì)量，而是指產(chǎn)品質(zhì)量、項目質(zhì)量、經(jīng)營質(zhì)量等一系列質(zhì)量的總和。PLM與質(zhì)量管理之間，看似處處有聯(lián)系，但是又一直沒有一個具體的軟件組成部分來直接實現(xiàn)、管理和控制這種“大質(zhì)量”。

綜上所述，如果能夠在PLM的基礎(chǔ)上，添加了技術(shù)創(chuàng)新、協(xié)同仿真和質(zhì)量管理這三方面的內(nèi)容，那么，在實現(xiàn)產(chǎn)品增值上市、提高產(chǎn)品技術(shù)附加值方面將會顯得游刃有余。

◆企業(yè)對精益研發(fā)的實際需求

在復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)中，如何滿足客戶最關(guān)注產(chǎn)品的功能和性能指標是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。目前，作為信息化結(jié)果的一個副作用，企業(yè)形成了很多的信息孤島。在精益研發(fā)技術(shù)產(chǎn)生之前，產(chǎn)品的功能和性能指標等各種質(zhì)量數(shù)據(jù)是分散在各個文檔或系統(tǒng)（信息孤島）之中的，在設(shè)計任務(wù)下達以后，產(chǎn)品的總設(shè)計師很難動態(tài)掌握各分系統(tǒng)及零部件的設(shè)計對整體功能和性能指標的滿足及影響程度。以航天領(lǐng)域的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)為例，各個分系統(tǒng)、零部件在設(shè)計、工藝、生產(chǎn)及裝配過程中，各個零部件的質(zhì)量數(shù)據(jù)對其最終產(chǎn)品的質(zhì)量指標的影響往往是不知道的，因此，最終產(chǎn)品的功能和性能指標等質(zhì)量指標是不可預(yù)知的。目前沒有軟件能夠系統(tǒng)的解決這個問題?，F(xiàn)有的CAX/PDM系統(tǒng)也不提供質(zhì)量數(shù)據(jù)整合功能。

從事復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)，一直希望能有一個集成化的制造業(yè)信息化系統(tǒng)，能夠把物理世界與數(shù)字世界充分關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)二者之間的精確映射，為研發(fā)人員提供一種企業(yè)級的產(chǎn)品數(shù)字化樣機開發(fā)環(huán)境。實現(xiàn)了頂層牽引、系統(tǒng)表達的質(zhì)量設(shè)計思路，讓一個復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)質(zhì)量（所有技術(shù)指標），可以系統(tǒng)、清晰、穩(wěn)定、動態(tài)、完整地掌握在研發(fā)人員的手里，讓產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性有了系統(tǒng)的保障，讓產(chǎn)品創(chuàng)新有了質(zhì)的飛躍和效率的提升。同時，還能夠有效地控制和節(jié)約研發(fā)成本。這個“集成化的制造業(yè)信息化系統(tǒng)”的答案，就是精益研發(fā)。

◆精益研發(fā)平臺的基本構(gòu)成與特點

精益研發(fā)平臺既是精益研發(fā)體系的組成部分，又是完整體系的信息化載體。需要說明的是，精益研發(fā)平臺并非一套軟件，而是一系列信息化系統(tǒng)構(gòu)成的信息化平臺。根據(jù)企業(yè)的精益研發(fā)目標，利用面向服務(wù)的柔性集成框架（SOA），將企業(yè)所有與研發(fā)相關(guān)的專業(yè)系統(tǒng)協(xié)同整合，形成為精益研發(fā)服務(wù)的集成化平臺。這些系統(tǒng)除精益研發(fā)體系咨詢和建設(shè)方所提供的系統(tǒng)外，還包括第三方系統(tǒng)、企業(yè)已有系統(tǒng)和未來引入的系統(tǒng)。因此，我們也經(jīng)常將精益研發(fā)平臺稱為精益研發(fā)集成平臺。

圖2基于SOA集成精益研發(fā)平臺框架

1 平臺功能架構(gòu)

平臺由綜合設(shè)計系統(tǒng)、系統(tǒng)工程、知識工程系統(tǒng)、面向過程控制的質(zhì)量管理系統(tǒng)以及基礎(chǔ)支撐等部分組成，其中基礎(chǔ)支撐部分為平臺的應(yīng)用提供門戶、系統(tǒng)集成接口、用戶及權(quán)限管理等基礎(chǔ)的功能支撐。

圖3平臺功能架構(gòu)圖

研發(fā)門戶是整個平臺的展現(xiàn)層，是所有用戶進入平臺的統(tǒng)一入口。它把各應(yīng)用系統(tǒng)資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源統(tǒng)一集成到一個平臺界面上，是精益研發(fā)平臺各子系統(tǒng)的統(tǒng)一入口，可根據(jù)每個用戶使用特點和角色的不同，形成個性化的應(yīng)用界面，并通過對事件和消息的處理傳輸把用戶有機地聯(lián)系在一起。平臺門戶提供強大的系統(tǒng)集成、接口開放及個性化定制等功能，滿足多系統(tǒng)的門戶信息整合、統(tǒng)一身份認證、單點登陸、看板集成、個性化配置等。通過開發(fā)定制可以為用戶提供豐富的看板，對多種關(guān)鍵過程和類別信息，以圖形化的方式進行呈現(xiàn)，并可根據(jù)用戶權(quán)限及個人的關(guān)注角度進行配置。平臺提供WBS看板、項目看板、流程看板、評審看板、性能看板、指標看板、生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量看板、質(zhì)量管理儀表盤、知識看板、數(shù)字樣機看板、仿真看板等多種類型的看板，在統(tǒng)一的技術(shù)標準下，還可以集成來自其他系統(tǒng)的看板進行集中管理。

系統(tǒng)工程系統(tǒng)是平臺的大腦，是平臺運轉(zhuǎn)的源頭和保障。它提供精益研發(fā)過程策劃、質(zhì)量策劃以及WBS分解，通過知識管理系統(tǒng)支持實現(xiàn)WBS工作包與知識關(guān)聯(lián)，形成整個精益研發(fā)過程管理與控制的基礎(chǔ)，實現(xiàn)基于精益研發(fā)過程管理的知識工程、綜合設(shè)計、質(zhì)量管理以及研發(fā)資源管理。

知識工程系統(tǒng)是平臺的靈魂，是精益研發(fā)得以體現(xiàn)的重要組成部分，是精益研發(fā)平臺能力建設(shè)系統(tǒng)。通過建立復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)的知識體系，并將知識與研發(fā)任務(wù)直接關(guān)聯(lián)，真正實現(xiàn)知識的積累與重，形成與產(chǎn)品精益研發(fā)全生命周期工作緊密結(jié)合的知識工程系統(tǒng)。

綜合設(shè)計系統(tǒng)是產(chǎn)品研發(fā)的主要執(zhí)行系統(tǒng)，是平臺的核心，是體現(xiàn)平臺建設(shè)真正價值的組成部分。它以工具軟件封裝集成技術(shù)、多學科綜合優(yōu)化技術(shù)、研發(fā)流程及數(shù)據(jù)管理技術(shù)、并行協(xié)同技術(shù)為支撐，根據(jù)工程實際應(yīng)用定制集設(shè)計、仿真、優(yōu)化等為一體的專業(yè)設(shè)計系統(tǒng)，實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計與仿真，同時通過關(guān)聯(lián)知識工程系統(tǒng)和質(zhì)量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)研發(fā)活動中的實時知識應(yīng)用、知識積累與質(zhì)量控制。

質(zhì)量管理系統(tǒng)是平臺的血液，是保障平臺建設(shè)成效的關(guān)鍵組成部分。它面向研發(fā)全過程，以過程質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量為核心，建立數(shù)字化、可視化的質(zhì)量管控與預(yù)防支持體系。系統(tǒng)將質(zhì)量控制貫穿于整個研發(fā)過程，實現(xiàn)對關(guān)鍵階段和關(guān)鍵活動的質(zhì)量控制。

研發(fā)資源管理是精益研發(fā)平臺的基礎(chǔ)支撐，主要包括研發(fā)知識庫、研發(fā)數(shù)據(jù)管理以及研發(fā)工具庫，實現(xiàn)分布式、異構(gòu)的研發(fā)資源管理。

2平臺業(yè)務(wù)邏輯

根據(jù)平臺的五層工作模型，結(jié)合企業(yè)的研發(fā)模式，形成以下業(yè)務(wù)邏輯：

圖4精益研發(fā)平臺業(yè)務(wù)邏輯

主要業(yè)務(wù)過程如下：

通過系統(tǒng)工程對企業(yè)研制的頂層WBS進行維護和策劃，定義研制的階段劃分、標準WBS分解及工作包定義，形成一個標準的頂層WBS控制體系；

根據(jù)研制任務(wù)要求，針對具體型號進行質(zhì)量策劃，依據(jù)頂層的WBS工作包以及該型號的實際質(zhì)量控制要求，將質(zhì)量控制過程分解到一系列工作包中；

通過各專業(yè)綜合設(shè)計環(huán)境，把研制任務(wù)、數(shù)據(jù)、知識等有機結(jié)合，實現(xiàn)對設(shè)計過程的高效支持；

對工作包所包含的研制任務(wù)進行進一步分解，通過具體的工作流程實現(xiàn)任務(wù)的協(xié)同和流轉(zhuǎn)。工作流程中的每個節(jié)點（工作流任務(wù)）可以調(diào)用不同的系統(tǒng)，也可以與相關(guān)的設(shè)計分析工具集成，從而實現(xiàn)工具使用及數(shù)據(jù)管理的無縫結(jié)合；

知識工程作為整個平臺的重要支撐，實現(xiàn)從WBS分解、工作包實例化、任務(wù)執(zhí)行、設(shè)計分析等多層次的知識管理和知識應(yīng)用，形成與實際研發(fā)工作緊密結(jié)合的研制知識體系；

過程質(zhì)量控制貫穿整個研發(fā)流程，實現(xiàn)對關(guān)鍵階段和關(guān)鍵活動評審控制。質(zhì)量部門通過數(shù)據(jù)接口監(jiān)控和跟蹤設(shè)計活動文檔的質(zhì)量狀態(tài)。對研發(fā)過程發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題進行閉合和歸零。

3 平臺客戶價值

提升產(chǎn)品差異性

利用價值分析和競爭力比較，使企業(yè)明確產(chǎn)品競爭差異點；

精益研發(fā)，利用創(chuàng)新平臺對瓶頸技術(shù)進行創(chuàng)新和突破，提高產(chǎn)品差異性；

對關(guān)鍵設(shè)計指標進行綜合評估，使產(chǎn)品在關(guān)鍵性能指標上明顯優(yōu)于競爭對手。

增加產(chǎn)品技術(shù)附加值

充分利用已有的專利技術(shù)，豐富產(chǎn)品技術(shù)體系；

通過研發(fā)過程的經(jīng)驗積累和利用，實現(xiàn)產(chǎn)品的不斷完善和提升；

通過不斷的系統(tǒng)優(yōu)化和改進，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量、性能、可靠性以及經(jīng)濟性的綜合提高。

提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量

通過價值工程和價值分析，確定關(guān)鍵需求、關(guān)鍵技術(shù)路徑和關(guān)鍵質(zhì)量特性，集中優(yōu)勢資源重點對關(guān)鍵部分進行質(zhì)量保證；

通過可靠性預(yù)計、分配和失效模式分析，實現(xiàn)可靠性指標的計算和保證。

提升企業(yè)研發(fā)能力

利用統(tǒng)一集成的研發(fā)環(huán)境，打通整個研發(fā)過程的數(shù)據(jù)流和業(yè)務(wù)流；

進行產(chǎn)品精益研發(fā)流程、數(shù)據(jù)和知識的系統(tǒng)管理，大幅提升企業(yè)的研發(fā)技術(shù)能力；

通過優(yōu)化研發(fā)流程和技術(shù)協(xié)同，節(jié)省大量研制成本。

縮短產(chǎn)品研發(fā)周期

通過明晰各級設(shè)計目標，明確工作任務(wù)，減少返工和工作浪費；

通過研發(fā)總線技術(shù)，隨時分析和監(jiān)控產(chǎn)品研發(fā)各項指標，減少研發(fā)迭代次數(shù)；

通過協(xié)同研發(fā)和并行研發(fā)，提高團隊合作效率，減少等待和返工；

利用企業(yè)最佳實踐經(jīng)驗和最佳流程，顯著縮短研發(fā)周期。

促進研發(fā)知識積累

通過研發(fā)各環(huán)節(jié)的知識萃取和積累，形成企業(yè)智力資源中心；

支持知識的學習和重用，快速產(chǎn)生價值；

基于知識的積累和創(chuàng)新，加快自主知識產(chǎn)權(quán)的形成。

◆結(jié)束語

精益研發(fā)的“前世”是基礎(chǔ)研發(fā)平臺；精益研發(fā)的“今生”將是以綜合提高產(chǎn)品研發(fā)效率和產(chǎn)品技術(shù)附加值為目的的制造業(yè)信息化體系平臺。