网络化协同产品创新开发助力汽车行业腾飞

作者：西南交通大学 阴艳超

欢迎访问e展厅 展厅 8 CAD硬件/先进制造技术展厅 图形工作站, 绘图仪/大幅面打印机, 3D控制器/3D鼠标, ... 1 引言 在全球化竞争和产品复杂程度不断提高的今天，产品创新设计能为企业取得更为持久的竞争优势，而协同创造价值，协同产品创新开发是企业实现网络化制造、大规模定制战略、全球化战略的使能工具。精密化、数字化、网络化、虚拟化、智能化和集成化是现代产品开发技术的重要特征，基于网络环境的跨时空、跨企业、跨学科领域的协作产品开发正成为产品开发组织模式的必然发展趋势，协作的内容也从基于供应链的商务活动发展为以开发活动为主的协同产品开发过程。 我国制造业，特别是现代汽车工业是大范围涉及到多个领域知识协同生产的行业，是一个技术高度密集的产业，是当今许多高新技术的载体，而新产品的研制和开发是汽车工业技术的核心，在追求创新，融合科技，实现人性化设计的同时，寻求在竞争中能够强占先机，对市场变化做出快速反映的方法。经过近十多年的高速发展，我国的汽车工业综合技术水平已经有了很大提高，紧跟国际汽车发展潮流，计算机及信息技术在汽车新产品的设计开发中得到越来越广泛的应用。然而随着国内外各大汽车公司的兼并重组，客户需求的多变性和市场竞争的加剧，汽车产品设计开发不仅有企业内大量信息传递的需要，更会有企业外大范围信息传递的要求。解决该问题的一条有效途径就是通过过程集成，将先进的管理理念与信息技术相结合，实现产品开发过程的各阶段之间，以及产品开发与产品生命周期下游其他过程之间的信息交互和协同。并且有利于快速响应市场机遇，有利于迅速组织人力、物力资源，开发出质量优、成本低的新产品，赢得市场竞争。 2 网络环境下汽车产品创新开发所面临的问题和挑战 网络环境下新产品的研究、开发、设计、制造、管理、营销、服务不再局限于一座城市、一个地区甚至一个国家。同时，企业间的兼并和收购成为激烈竞争的必然结果，这使得企业规模急剧膨胀，其内部生产、管理和决策支持系统多种多样，系统间的信息和知识交换成为瓶颈。而且，随着现产品的复杂度和技术含量的提高，单一企业常常受到技术和资源等方面的限制，不能胜任产品开发的全过程。此外，作为产品生命周期的组成部分，产品开发不可避免的日益呈现出企业合作的特性。产品的开发，特别是复杂产品的开发，越来越多地采用了多企业协作的方式，利益同享，风险共担。这一切要求必须打破传统企业边界的约束，在审视企业自身的同时，对企业间协作需要解决的问题进行探索，给出解决方案，为协作的顺利进行提供支持。 针对我国汽车行业产品创新开发面临的问题和挑战主要包括一下几个方面： a) 汽车产品与一般工业产品相比，更具复杂性。 汽车产品与一般工业产品相比其复杂性表现在客户需求复杂、系统组成复杂、产品技术复杂、制造过程复杂、项目管理复杂。汽车产品研发中涉及到多学科知识相互交叉耦合，产品开发不但要体现一般产品应有的机械学、运动学、动力学学科综合，又要体现其整体性、系统性，在诸如热力学、流体力学、材料学、美学、控制理论、现代管理技术、先进制造技术、计算机科学、复杂形态动力学等多学科的交叉点上定位，因而给产品开发带来极大的挑战。由汽车产品的复杂性决定，这类产品的开发是一个复杂系统，涉及大量的数据、模型、工具、流程以及人员，如何高效组织和管理产品的开发，实现企业信息集成、过程集成及优化运行，是产品开发成功的关键。 b) 核心优势单位及企业内部研发中心地域分散。 具有整车研发能力的单位分散在我国多个城市，并且每个单位的研发中心在地域上也具分散性，企业间的交流协作方式主要通过电话、E-mail、以及不定期的项目会议等方式进行。这样的交流方式效率低，有时一个小的设计问题，相关专家需要不远万里，进行面对面的解决。所以开发一个分布式环境下支持多学科的汽车产品协同开发系统具有很强的现实意义和良好的应用前景。 c) 产品研发工作有多家单位协作完成。 由于汽车产品研发的复杂性特点，需要多学科知识综合应用，一个企业通常难以独立完成整个任务，研发工作一般会涉及多家企业和单位。如车身的设计工作在某一研发中心完成，对设计结果的试验分析在另一研发中心进行，而工艺和制造则转向第三家制造厂完成。在异构分布式开发环境下，难以维护产品数据的复杂联系，缺乏有效的数据分布和更新支持等。 d) 研发过程依然主要采用金字塔式的纵深结构。 汽车研发过程通常由多家企业和部门参与，一般将汽车按照结构和功能进行分割，每家企业承担其中一部分，然后各自进行组织开发。整个开发过程基本采用前一环节单位完成任务后，将结果传递给下一环节的参与单位。下一环节单位如发现问题，再向上一环节反馈。由于参与企业组织管理和运行模式的相对独立性，企业间的合作依然是一种简单的供求关系，在一个企业工作过程中很少和其他企业进行交流。这种工作方式实质上依然是一种廋长的金字塔式的纵深结构。 e) 多品种小批量产品比例增大，交货期成为主要的竞争因素。 多品种、小批量生产是目前汽车行业发展的趋势，传统的相对稳定型市场已经演变成动态多变型市场，现代市场的发展趋势集中体现在产品的客户需求个性化加强、产品的交货期及生命周期缩短，产品的性价比提高等几个方面，但是其面临的最大挑战是速度和成本，网络化产品协同开发系统是降低产品开发设计阶段的成本和缩短产品上市周期最有效的手段[3]。 f) 合作企业之间的任务划分以功能为核心，信息交互差。 多企业参与性使得对整车研发过程中信息的交流与共享要求很高，但由于企业一般按照职能部门划分，同时按照功能进行任务分工，因此企业与企业之间、甚至企业内部的职能部门之间的信息交流很少，并且无法体现功能与功能之间的关联。如负责车身设计任务的单位将只考虑实现车身的功能要求，而不会考虑结构是否便于维护、零件制造的工艺性如何、可制造性和可装配性如何等。也很少考虑整个制造过程结束后的产品制造成本是不是低、制造周期会不会很长，以及制造出的产品是不是客户需要的产品。 g) 单项技术研究较多，系统化技术应用不够。 汽车研发过程从概念设计到总布置设计、详细结构设计、试验验证到最终产品。在整个过程中已经进行了许多单项技术的研究，如数字化建模和预装配技术、工艺数字化设计、计算机辅助技术CAx、数字测量技术、以及制造过程的项目管理技术等，但大多数是针对研制过程中的某一环节，未形成整个研发过程的集成。 3 基于过程链的网络化协同产品创新开发 未来的制造是基于集成化和智能化的敏捷制造和“全球化”、“网络化”制造，而且全球化的市场竞争环境迫使企业采取与之相应的产品开发模式，跨企业的协作越来越重要，协作的内容也从基于供应链的商务活动发展为以开发活动为主的协同产品开发过程。新的产品开发策略就是要建立信息处理的调整回路，来改善并行化和加快决策制定的速度，从而达到提高生产效率的目的。 产品开发过程链是一个动态虚拟组织，为新的产品开发策略提供了可靠的产品描述，其组建过程基于市场需求驱动，面向开发过程各个阶段，以产品为核心来组织和管理产品开发活动，以开发目标为纽带，以协同产品开发的整个过程为主线，力图将产品开发生命周期中的开发成员及新的开发模式和生产制造哲理等相关因素全部覆盖起来，实现全生命周期意义上的广义协同。当企业捕捉到新的市场需求，就可联合相关合作企业、部门共同组建产品开发链，开发并生产相应产品满足这个需求，解决如何保证在新产品开发过程中多企业的协作性、以及企业之间有效的信息交流和交互问题；打破传统的、按部门划分的金字塔式的纵深结构，建立有益于集成产品开发的网络化组织结构，按照开发需求进行虚拟开发团队组织与管理；解决企业产品品种多样、数据类型繁多、开发方法和设计模式多样，产品开发过程混乱问题；提高企业在客户化定制(面向订单的装配和面向订单的制造)产品开发环境下响应市场需求的能力。从而达到缩短市场响应时间、降低成本、减少开发反馈、增加产品开发能力的目的，并且能够在获得丰厚的经济利润的同时，为企业建立和谐的协同产品开发环境。 4 结论 当前企业面临的共性问题是如何提高产品开发能力，从实践中不断总结和探索先进的产品开发理念。现代产品开发过程已不单单是产品设计问题，而是综合了产品各相关领域知识、过程、资源和人员的系统工程，它具有系统性、集成性、分布性、异构性和协同性等特点。因此，以网络化制造理论研究为背景，以汽车行业产品网络化协同开发作为应用研究对象，建立优化的汽车产品研制开发过程，实现过程、信息、资源的有效集成，探索网络环境下基于过程链的产品协同创新开发方法和关键技术，并开发出相应的支持系统，具有重要理论意义和广泛的应用前景。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/14/2007)