精益研发方法学

作者：安世亚太 田锋

欢迎访问e展厅 展厅 2 CAE/模拟仿真展厅 通用有限元分析软件, 结构分析软件, 动力学分析软件, 声学分析软件, 板料冲压成形模拟软件, ... 也许是“中国制造”对产业升级的渴望太久太强烈，“精益研发”一词在国内一经出现，随即成为中国制造业的新热点，业界研讨逐步升温。专家预言，精益研发将是帮助“中国制造”迈向“中国创造”的新希望。 “精益”二字的提出正是为了区别于仿制型和跟随性的研发策略，即采用先进研发技术和设计方法学，创新、改善和规范企业研发流程，以提高产品质量和创造更多附加值。 安世亚太作为这一理念的倡导者，将“精益研发”和丰田模式的“精益生产”做了对比论证指出，研发过程与生产过程各自目的的不同，决定了精益研发与精益生产不同。生产过程追求稳定和低成本，而研发过程追求创新和增值。因此，对于生产，“精益”代表精炼、无浪费，通过降低成本来提高效益；对于研发，“精益”代表精良、高品质，通过提高附加值来提高效益（图1）。这些不同注定“精益研发”的独特方法学。 精益研发方法学 其实，世界上并不缺少先进的产品设计方法学，比较著名的设计理论至少有四个：前苏联的创新设计理论、美国的公理设计理论、欧洲的普适设计理论和日本的三次设计理论。这些方法学各有千秋，优劣补充。没有一种设计理论普遍适用于所有的企业，所以成功的企业往往在组合使用多种方法学。这一点在我们研究波音、NASA、通用、三星等等世界优秀企业的研发流程和著名项目时得到了验证。 同样，我国企业欠缺的不是设计方法学，缺的是将这些方法学应用到本企业实践的系统方法。因此，在研究过程中，我们并没有把精益研发方法学定位成一项新的设计方法学门类，而是希望对企业每日研发活动进行总结、归纳、整理，形成一套系统化的方法，将先进设计方法学与产品研发流程紧密结合。所以，精益研发方法学是一门实践性学科。 精益研发方法学之所以强调设计方法学与产品研发流程的结合，是因为我们在企业调研中常常发现一个现象：设计人员并不是没有经历过设计方法学的系统学习和应用培训，但在产品设计中总是感觉学的与做的是两张皮。其实，我们在国际企业的调研过程中，也获得类似的反馈，那就是方法学与企业研发流程结合永远是一项挑战！ 任何一个设计理论都承认产品设计活动应该分为四个域：客户域、功能域、物理域和工艺域。在各方法学中还建议了在各个域中应该采用的设计工具，譬如创新、仿真、优化和质量设计等，不过不同的方法学强调的重点不同。 普遍来讲，企业产品研发流程可以分为四个阶段：概念设计、方案设计、详细设计和设计定型。 也许都是“四”的原因，在很多企业中，人们总是认为设计方法学和企业的研发流程是相互贴合甚至是等同的。其实，我们研究发现，设计方法学和企业研发流程是两个维度的事情。从系统工程学的角度来看，方法学是X轴，而研发流程是Y轴。X轴是逻辑维，在科研院所进行学术研究时，人们倾向于在这个维度思考问题（学术思维）。Y轴是产品维，在企业进行产品开发时，人们倾向于在这个维度思考问题（工程思维）。也就是说，通常人们习惯于进行单一维度思考。一个简单的事实是，将不在同一维度的两件事情结合起来的唯一方法就是进行二维思考，也就是说应该在XY平面内考虑问题，而不仅仅是X轴或者Y轴。 基于这个认识，我们提出“精益研发4×4法则”，即由设计活动的四个域和研发流程的四个阶段所构成的4×4矩阵。我们认为，在产品研发的每个阶段，必须完整走过设计活动的四个域，才能进入下一个阶段。因此产品研发过程应该完整走过16个子环节，也就是图3中所示的16个方格。 对每一个方格，需要清楚定义各自的法则（图4）：来自上游方格的输入信息，向下游方格的输出信息，本方格中的流程、数据和设计工具（CAE/CAI/CAQ等）以及产生的知识。同一产品的研发，不同方格的规则都不同。不同产品的研发，相同位置方格的规则都相同或相似。因此，4×4法则实际上是使产品研发流程更加规范化和标准化。 精益研发方法学中很强调知识的积累与重用。知识产生于方法学和研发流程，但又独立于方法学和研发流程。所以，知识应该是第三个维度-Z轴。该维度是知识维，它用来积累和重用企业的智力资产。所以在图4中，对“知识抽取”元素的表达上，我们有意使用垂直于XY平面的法向箭头。每个方格中的知识在Z轴上积累将产生一项产品的完整知识体系，包括数据、流程、规范、标准和方法等。 为了对4×4法则进行有效管理，我们提出了“精益研发总线”概念，并发明了“性能指标树”工具，通过系统方法将客户需求逐步分解为功能、性能和质量需求，贯穿于4×4的各个阶段，有效地协调研发活动的参与各方，以保证产品设计的高效与精确。 性能指标树与PDM的产品结构树是既区别又相关两个树。产品结构树管理产品的整机和零部件，性能指标树管理产品功能、性能与质量指标。两者互补，共同描绘产品的全貌。奥迪之所以是奥迪，产品结构树与其他车型也许相似，但性能指标树一定大不相同。 精益研发总线在产品研发过程中时刻监控产品性能指标，指标异常立刻报警，提醒产品研发人员和管理人员及时纠偏。所以，总线帮助研发体系聚焦研发目标，任何无助研发目标的工作将不被支持，严重偏离的时候报警纠偏，始终牵引着研发保持在正确的方向。 另外，性能指标树还是研发知识的载体。研发过程是知识产生的源泉，而知识是企业和产品可持续发展的唯一保证。如果一家企业能研发出新一代奥迪，一定不只是因为他PDM中存有历代奥迪的所有图纸，而是在性能指标树中保存有奥迪所有的功能、性能和质量数据，以及生成这些数据的流程和知识。 精益研发技术 精益研发之所以是就是企业实施差异化战略的一种有效途径，是因为它具有推动产品不断升级的使命,使产品实现高性能、高品质和高利润。为达此目标，有五项技术很重要：1）是工程仿真，通过定量分析手段，可以评估产品性能；2）是设计优化，通过综合评估手段，可以改善产品性能；3）是创新设计，通过定性分析手段，突破研发瓶颈；4）是质量设计，通过统计分析技术，改善产品质量基因。5）是知识管理，通过知识工程的方法，积累和重用研发知识，这是企业持续提升研发能力的唯一保证。 我们把这五项技术成为精益研发的“引擎技术”。为了与企业研发流程的高效协同，精益研发技术体系中还包含一些“协同技术”这些技术，譬如CAX集成、数据管理、流程管理等。 精益研发平台 安世亚太基于精益研发的理念、方法、技术，研制了精益研发平台PERA。PERA以精益研发方法学为基础，以信息化为手段，针对企业产品的性能指标，提供从概念设计到产品试制全过程的协同化研发平台。企业研发人员利用PERA所集成的仿真、优化、创新、质量等引擎工具，可进行差异性、高性能、高品质的产品研发。通过CAX集成、流程管理、数据管理等协同技术，提高产品研发效率。PERA采用知识工程帮助企业把研发过程中的知识积累下来，成为产品升级换代的基础。 总结 精益研发方法学并不是设计方法学的新门类。每个企业的研发部门每天都在或多或少地使用着精益研发方法学中的某个理念、流程、方法和技术。它实际上是系统归纳和提炼了现代企业产品研发过程的各个要素，形成一套企业可以遵从的研发流程和法则，并指出流程各环节应该采纳的研发工具，以及全流程中应该积累的智力资产。精益研发平台则为企业研发提供了一个规范企业研发流程的标准化平台。

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