复杂产品技术能力（精选7篇）
复杂产品技术能力 篇1
0 引言
复杂产品系统(complex products and systems,CoPS)是经济和社会现代化的支撑平台[1],其发展对于提升我国综合国力、升级产业结构、完成经济转型具有不可或缺的作用,因此,对复杂产品技术能力进行研究具有重要意义。本文试图借鉴已有技术能力发展阶段理论,提出适合复杂产品技术能力特性的发展阶段划分方法。
1 现有阶段划分理论评述
现有的发展中国家(或后发国家)技术能力发展阶段的划分理论,大多以技术引进作为起点,从不同的角度对技术能力的发展过程进行划分,如Hobday(1995)通过对中国香港地区和台湾地区以及韩国和新加坡电子工业的研究,提出发展中国家和地区通过技术学习实现后发追赶的模式是:OEM(original equipment manufacture,订牌制造)-ODM(original design manufacturing,自主设计制造)-OBM(original brand manufacturing,自主品牌制造)[2];吴晓波(1995)通过二次创新动态模型认为发展中国家技术能力的发展经历模仿创新(能力)、创造型模仿创新(能力)和改进型创新(能力)三阶段[3];Kim(1997)从发展中国家的角度出发,提出了技术能力发展的三阶段:仿制、创造性模仿和自主创新[4];谢伟(1999)以技术能力为对象来描述学习过程,提出了发展中国家技术能力发展和技术学习的过程模式:技术引进-生产能力-创新能力,生产能力和创新能力的形成构成了产业技术能力发展的阶梯,每上一个台阶都是技术能力的一次跃迁[5];魏江(2000)提出企业要提高技术能力,应不断通过学习和知识积累,实现技术引进和模仿能力、技术消化吸收能力和自主技术能力三方面有序的提高过程[6];Lee(2001)将后发国家技术追赶更细致地划分为组装(模仿)、低技术含量部件开发、高技术含量部件开发、产品设计和新产品概念推出五个阶段[7];赵晓庆和许庆瑞(2002)指出发展中国家企业技术能力的演化遵循从仿制能力到创造性模仿能力,再到自主创新能力的发展轨迹[8];安同良(2005)提出了技术追赶国家企业技术能力发展的五阶段模式———技术选择、获取、消化吸收、改进和创造的模式[9]等;归纳如表1。
这些技术能力发展阶段划分理论基本都以发展中国家某行业或企业的技术能力为研究对象,以技术引进为技术能力发展的起点,提出发展中国家技术能力的发展是引进吸收在前,自主创新在后的过程,可以概括为“引进-吸收-创新”模式。其理论产生的客观原因在于:一方面以日本、韩国为代表的后发国家通过技术引进学习迅速实现了其本国的工业崛起,验证了这种技术能力发展阶段划分曾经是正确的;另一方面落后国家可以通过观察、学习、模仿,以较低的代价掌握先进国家经过反复试错和花费较大代价而获得的知识、经验;可以从先进国家的发展过程和制度变迁中,吸取经验和教训,少走弯路。
但是这些“引进-吸收-创新”的发展阶段理论,并不适合照搬来指导发展中国家复杂产品技术能力的发展规划,原因是:
(1)从复杂产品技术能力自身来看,以大飞机技术、核电机组技术和航空器技术为代表的复杂产品系统,多是涉及国家安全或者经济安全的重要产品,其技术能力具有很高的国家层面的战略意义。因此,与一般技术能力相比,复杂产品技术能力的转移过程往往存在超越经济因素的政治性壁垒。例如2000年美国阻止以色列向中国出售预警机系统,2004年美国阻止捷克向中国出售高技术雷达系统。因此,可以广泛适用于一般技术能力发展的始于技术引进的“引进吸收-自主创新”模式在复杂产品技术能力领域不能适用。
(2)复杂产品系统通常由许多不同技术领域的元件、次系统集成而成,复杂产品系统的本质特征是不同技术在系统不同层次水平上相互作用的多技术系统(multi-technologcal system)[10],复杂产品技术能力所包含的多种子技术能力往往处于不同的发展阶段。因此,以这种“引进-吸收-创新”发展阶段理论就难于对复杂产品能力进行准确定位。
故此,有必要针对复杂产品技术能力的特征提出其独有的发展阶段划分理论。
2 复杂产品技术能力发展阶段划分
首先,发展阶段划分的标志应该既能充分体现技术能力,又能具体而便于观测。这样才能准确地、进而可以针对不同的发展阶段开展侧重不同的工作。
本文认为,以自主知识产权的产品开发平台作为复杂产品技术能力发展阶段划分的标志是合适的。产品开发平台即代表组织研发活动最终成果的产品设计,是企业技术能力赖以发展的“台阶”或“工作平台”[11]。技术能力的知识本质是难于衡量的;而自主知识产权的产品开发平台却是组织现有技术能力水平的最有力的最具体的说明(尽管产品开发平台体现的技术能力水平可能滞后体现组织实际拥有的技术能力),并且对技术能力未来的发展具有不可或缺的作用:
(1)现有的产品设计体现了现有的知识基础,由于存在这个基础,所以开发者可以在后续的改进中大大缩小解决问题和搜寻新知识的范围,从而大大降低在技术进步过程中无法避免的不确定性;
(2)现有产品拥有现有的客户群,在现有的产品开发平台上开发新产品有利于保持市场的连续性,降低市场的风险;
(3)拥有产品开发平台可以选择、试验和集成各种新技术,带动相关技术网络的进步;
(4)现有的产品平台有利于建立起新的产品开发平台。不仅是因为开发任何新产品都需要技术经验的积累,而且是因为旧平台可以帮助技术人员迅速把握新平台的概念和参数应该是什么,减少一切都必须从头来的成本和不确定性[11]。
以自主知识产权的产品开发平台作为发展阶段的划分标志,本文将复杂产品技术能力的发展阶段划分为两大阶段:起步阶段和自立阶段。建立自主知识产权的产品开发平台,标志着复杂产品技术能力的质的提升,是由起步阶段进入自立阶段的里程碑。在自立阶段,又可依据自主产品开发平台在业界所属具体水平情况而划分为追赶阶段和领先阶段。如图1所示。
(注:本图纵坐标只作定性说明,复杂产品技术能力曲线仅表明趋势。)
3“起步-自立追赶-领先”阶段划分的实践意义
上述复杂产品技术能力发展阶段划分理论的意义在于:
(1)放弃了必须以技术引进为起源的观点,认可自主创新可以作为发展中国家实现复杂产品技术能力赶超的有效起始点,更符合发展中国家复杂产品技术能力的发展路径,既具有广泛适用性,又可避免“引进一定先于创新”的错误暗示。
(2)以自主产权复杂产品系统为阶段划分标志,既具体便于测量,又便于在面对复杂产品系统所涉及的多领域技术能力时抓住主要矛盾,定位复杂产品技术能力所处的发展阶段。例如,在相关技术引进政策中,屡屡以国产化比率作为衡量复杂产品技术能力水平的指标,但本文认为,国产化比率再高,只要没有拥有自己的产品平台,就仍然处于起步阶段,相应地也就只能在复杂产品创新网络中处于从属地位。
(3)自立阶段的设定,有利于引导复杂产品技术能力的发展路径成为自主研发为主型,而非技术引进为主型。鉴于复杂产品系统特有的国家安全、经济方面的战略意义,掌握自主的复杂产品技术能力是必须的,正如杨志刚、吴贵生(2003)所指出,复杂产品技术能力的成长具有路径,依赖性[12],因此尽早实现自主研发为主的发展路径有利于尽早的掌握自主的复杂产品技术能力[12]。
复杂产品技术能力 篇2
1 CoPS概念及特征
CoPS(简称CoPS)的概念是20 世纪90 年代中期由英国学者Hobday等提出的,是指研发成本高、规模大、技术含量高、技术密集、用户定制、单件或小批量生产的大型产品、系统或基础设施[13,14]。它是从过去的大型技术系统(Large Technical Systems)演进而来,包括了大型电信通讯系统、大型计算机、航空航天系统、智能大厦、电力网络控制系统、大型船只、高速列车、半导体生产线和信息系统等。CoPS具有如下方面特征。
1.1 产品特征方面
复杂性是CoPS产品的本质特征。CoPS的单位成本高、子系统界面复杂、涉及多种知识和技能、产品架构具有层次性和系统性特征,其部件数量、子系统和部件的定制程度、可能的设计路线数量、系统架构的复杂性、要求知识和技能以及材料的多样性远远超过了普通大规模制造产品[15]。CoPS的生命周期比传统大规模制造产品长,技术的快速变化对其生命周期的影响可能没有传统大规模产品那样深远,CoPS往往经历过多次升级后才完全被淘汰,而传统大规模制造产品根本不需要升级就直接被更新而退出竞争市场。另外CoPS生命周期的特征没有传统大规模制造产品那样明显,因为其萌芽和衰落期非常短,而成长期和成熟期则非常长。
1.2 创新组织方面
CoPS创新组织是一个包括用户、集成商、外包商、供应商以及其他利益相关单位组成的网络组织,如图1所示。它们各自在网络中所扮演不同的角色,共同把CoPS作为战略目标进行协作开发,并在整个过程中重视技术、知识和系统集成。它们连接的媒介也不尽相同,如系统集成商与科研机构间的关系并不是完全通过市场来实现连接的,连接方式很多,包括成立合资企业或研究公司、鉴订合作R&D协议、人才培训、与政府联合资助研究项目等类型[16]。
1.3 技术特征方面
CoPS本质上是不同技术在系统不同层面上相互作用的多技术系统。第一,CoPS创新涉及的学科领域非常广泛。例如仅仅在飞机引擎的一个模块就涉及到24个技术领域的相关知识。第二,CoPS创新所面临的问题是多层次的,解决不同层次问题所面临的困难程度必然不同。对那些独特性问题,需要创造新知识和新技术予以解决[17]。第三,CoPS涉及的各种技术呈非线性的变化发展而难以预测,在各模块研发和集成时需要频繁的交流互动,从上一代产品到下一代产品,CoPS一个细小部分(或模块)的改变,却可能给产品整体功能带来巨大变化。因而,无论是全新的项目还是改进型的项目,CoPS创新的技术难度都是相当高。
2 CoPS集成商创新能力的概念
集成商是指能为客户提供系统集成产品与服务的专业机构,它凭借雄厚的技术知识、丰富的实践经验,对各种硬件、软件以及开发的应用软件进行集成,构成一个最优化的、综合统筹的整体系统,并承担对运营单位的培训和系统跟踪服务。CoPS创新不同于传统大规模制造产品创新,不仅要求集成商自身有较高的技术创新能力和管理能力,而且还需要集成商有整合企业内、外部网络的能力,在CoPS产品交付客户后,集成商还必须提供客户培训、升级、二次开发等售后服务。因此,CoPS创新中集成商的创新能力不能从传统创新过程的角度去界定,需要从CoPS创新特征的角度来揭示集成商的创新能力。
针对CoPS创新过程的特征,可以将CoPS集成商创新能力定义为:集成商在CoPS创新过程中,整合企业内、外部资源,完成CoPS产品开发,并在CoPS生命周期中提供各项服务的能力。
3 CoPS集成商创新能力的结构
创新能力的结构是指构成创新能力的基本组合方式。企业创新能力是一种整体功能,从不同的角度来分析企业创新能力,它们的结构也不相同。陈劲认为在CoPS创新中的关键能力是系统设计、项目管理和集成[18]。刘延东,张宏涛认为CoPS创新能力由战略能力、职能能力、项目能力、技术能力和创新网络五个要素构成[11,12]。本文根据集成商在CoPS创新中承担的功能角度,将集成商创新能力分为:技术能力、集成能力、管理能力和服务能力等子能力。
3.1 技术能力
理论上集成商是可以将所有的模块外包,只负责系统的集成即可。实践中,集成商基于以下两个方面的原因,必须拥有十分强大的技术能力:
第一,出于对项目整体上的把握、风险控制以及利润和成本的考虑,集成商不可能将所有的模块外包。一方面,完全外包最大的问题是可能使集成商失去控制,增加不确定性。当集成商将关键模块外包后,一旦某些外包商无法按其要求(时间、质量、成本)完成任务时,集成商将陷入极为被动状况。因此,集成商将大量模块外包,而对外包商约束力小,外包商的“机会主义”行为对集成商带来的危害是不可避免的。另一方面,外包商太多将导致协调难度大、管理费用增加等问题。所以,必须有部分重要模块由集成商内部开发。
第二,CoPS由多个模块组成,每个模块的作用、重要性有所不同。集成商要完成CoPS集成,必须对系统各模块的运作都有一定的掌控力,这样就必须了解各个模块的一些关键技术、信息、接口技术、运行原理等[19] 。
所以,为了更好地完成CoPS开发,集成商一定要在技术上有一定的积累和能力。CoPS集成商的技术能力可以从集成商掌握技术的宽度、深度和综合运用能力等方面衡量。
3.1.1 集成商掌握技术的宽度
所谓的技术的宽度可以理解为技术领域的范围。CoPS的技术含量高、技术密集,涉及的技术领域非常广泛,集成商在CoPS开发过程中所面临的技术问题应该是多方面的。集成商为了更好的完成开发,必须对大部分技术、特别是关键有个大概的了解,这构成了集成商的技术宽度。
3.1.2 集成商解决技术问题的深度
首先,集成商在解决不同技术问题时所面临的困难程度有差异,有些技术的难度非常大。其次,CoPS各种技术的交叉组合不是简单的叠加关系。一方面,这种组合导致技术开发难度不断加大,超越原有单一技术难度;另一方面,这种交叉组合在技术上将突破原有技术限制,产生新的技术领域,技术难度被扩大。因此,CoPS开发的困难程度将被显著提高。
我们将最难以解决的技术问题的层次作为该CoPS的技术深度,它可以用于衡量该CoPS的复杂程度。集成商所能够解决技术问题困难的程度和困难技术的数量构成了集成商技术能力的深度。集成商为了完成CoPS集成,在技术深度上也有一定的要求。
3.1.3 综合运用技术的能力
CoPS创新过程中各个子模块是相互独立又相互关联的,最后的系统集成却是高度综合的,集成商必须有综合各种知识的能力去完成这些工作。同时,CoPS创新过程具有突现性,在设计和系统集成的过程中往往会出现不可预见的情况[20],系统设计中某一部分的微小变化很可能会导致其它部分较大的改变。即使所有零部件及其相互关系都非常简单,但当系统规模变大时,它仍然会变得复杂和产生非线性[21]。这也要求集成商有较强的综合技术能力,解决这些技术难题,它不是单一技术能够解决的,必须在综合多种技术的基础上才能够完成。
3.2 集成能力
CoPS的开发需要集成商具备高度的集成能力,它是设计和生产CoPS的核心能力之一[22],是集成商提供集成解决方案的起点。绝大多数CoPS集成商具备系统集成能力,并将其加以应用[23,24]。集成能力可以使集成商将内部或外部研发的产品硬件、软件和服务集成为一个完整的功能性产品,同时调节外部供应商网络的活动[25]。外部网络的应用不仅扩大了集成的种类而且也扩大了CoPS集成商为客户创造价值的能力。
从范围上来讲,集成范围包括内部行为和外部行为[26]。内部行为是指集成商在企业内部进行开发和集成;外部行为指集成商对外部组织的零部件、技能、知识进行集成,以输出更为复杂的产品和服务。从集成内容上来讲包括知识和物理部件[27]。在部件层次上,集成商将供应商生产的各种子系统和零部件组织在一起,运用软件工程和涵盖硬件、软件领域的系统集成技术将之整合起来。
3.3 管理能力
CoPS项目技术复杂,知识密集,任务复杂多样,参与人员及组织的数量众多。CoPS创新管理涉及创新网络、项目管理、信息交流与沟通、技术支持等一系列活动,这对集成商的管理能力提出了严峻挑战,包括:项目管理能力、知识管理能力、跨界面管理能力、沟通管理能力等。
3.3.1 项目管理能力
职能分工制是大批量产品和服务的有效形式,能对传统技术创新活动进行有效管理,而项目制组织(Project-Based Organization,PBO)是CoPS开发理想的组织形式[28]。因此,在CoPS创新中,集成商项目管理能力是不可或缺的。集成商从项目的启动、计划、实施、控制到后续的服务等全过程中,必须对项目的进度、成本、风险、质量进行控制,对分包商、供应商进行管理。在这过程中,集成商必须运用项目管理的方法和手段,善于利用里程碑、网络进度计划、会议、报表等控制手段促进项目的管理。
3.3.2 知识管理能力
与传统大规模制造产品相比,CoPS的开发研制需要大量跨学科知识的交互和集成,需要有效地进行知识管理。由于CoPS往往是一次性或者小批量式的生产,而且需要高度的客户化定制,不同项目之间差异大,这就加大了知识管理的难度。
3.3.3 跨界面管理能力
CoPS创新中知识、任务、人员、组织的分布存在不一致,参与项目的多个团队会分布于各个专业部门和组织之中,因此,不同团队之间的跨组织界面管理会显得特别重要。界面存在于不同组织、部门、团队之间,出入于界面的有知识流、信息流、任务流、物质流、人员流和文化流等。因此,有效地跨组织边界管理是CoPS开发成功的关键因素之一。
3.3.4 沟通管理能力
参与CoPS创新的人员数量比简单技术创新项目要多,这些人员的专业背景和部门差异也比较大。因此,分布在不同组织、不同部门和不同团队里的人员之间的沟通管理会比较复杂。同时,CoPS创新中各网络组织之间的沟通也十分密切,这也是与传统创新模式不同之处,它们之间沟通的数量和质量对组织内的知识共享和转移非常关键,对CoPS创新效率和成功程度的影响是不言而喻的。
3.4 服务能力
复杂产品系统创新与大规模制造产品创新显著不同之处之一在于客户对产品交付与服务的要求。第一,CoPS的交付不像大规模制造的产品只是简单买卖交付的瞬时行为,而是一个持续的过程。只有当集成商完成CoPS现场安装、调试并顺利运行后才可以完全交付用户。这个时间周期与CoPS的复杂程度成正比。第二,许多CoPS的生命周期可能延续长达数十年,在产品投入使用或运营后,集成商还需根据客户需求、技术变化不断进行改进和创新。因此,集成商在CoPS整个生命周期中必须承担十分重要的服务功能,如客户支持、培训、维修、升级、二次开发等服务。这些服务是CoPS创新中不可或缺的重要组成部分,不仅关系到整个CoPS创新的质量,也提供了未来产品购买的机会[29]。只有服务越专业、越细致、越用心,才会赢得客户青睐。
如今,面向各行业的系统集成商都在向服务转型,CoPS集成商也力图通过将服务和产品结合,提供高价值的方案来满足客户特定的经营和业务需求。其实,CoPS集成商提供的服务不仅仅在产品交付给客户后,往往在项目实施的各个阶段就提供给客户了,如:在准备投标文件阶段提供咨询、概念上的解决方案、需求搜集、风险管理、融资、法规、合同和服务水平协议;在项目执行阶段提供分包商管理、项目报告、融入项目所需的职能能力;在技术支持阶段,提供维护、反馈维修,并将搜集到的运营数据用于投标和产品设计阶段[30]。
4 各子能力之间的关系
集成商创新能力各子能力在CoPS创新中承担各自的职责,共同完成CoPS创新。
首先,技术能力是集成商创新能力的根本。在一般的系统集成项目中,或许存在没有技术能力或者技术能力比较弱的集成商。但是,在CoPS创新中,集成商没有技术能力作为支撑要是不可想象的。
其次,集成能力是集成商创新能力的核心。集成商不仅需要将不同知识类型的企业组织在一起,还需要将不同的产品和知识进行有机的地组合起来形成最终产品。没有集成能力的集成商是不可能最终完成CoPS的创新任务的。
再者,管理能力是集成商创新能力的保障。对于复杂、庞大的CoPS创新,集成商需要按工期、质量,在合理的成本内,安全地完成项目开发及后续服务,这要求集成商具备强大的管理能力为保障,没有管理能力的集成商是不可能完成CoPS创新的。
最后,服务能力是集成商竞争力和特色的源泉。优良的服务可以满足CoPS 客户个性化的需求、增加产品的差异化、提高产品附加值、保持客户忠诚度。
在当前CoPS创新中,集成商普遍拥有技术能力,但是集成能力、管理能力依次变弱,服务能力最弱。
它们之间的关系可以用图2表示。
5 结语
CoPS创新在经济中的作用越来越大,CoPS中集成商的创新能力决定了CoPS创新的绩效。传统的创新能力的研究都是基于大规模制造产品创新,不能有效指导CoPS创新实践。本文的研究希望对CoPS创新能力研究有所借鉴。
摘要：复杂产品系统创新模式与大规模制造产品创新模式有显著区别。在分析复杂产品系统特征的基础上,对复杂产品系统创新中集成商创新能力的定义进行了探讨,对集成商创新能力的结构进行了研究,指出集成商创新能力包括技术能力、集成能力、管理能力、服务能力,并详细分析了各子能力的内容和它们之间的关系。
复杂产品技术能力 篇3
复杂产品(系统)(Complex Products and Systems,CoPS)是指研制成本高、技术密集型、单件或小批量生产的,由用户定制的大型产品、系统、服务和基础设施[1]。它是企业用于生产(服务)的生产资料[2],通常包括两大类:复杂产品和复杂系统[3]。复杂产品(系统)包含大量客户定制的功能,需要多种知识和技能[4],如果涉及新兴技术则称为复杂新兴技术产品。新兴技术具有如下三个特征[5]:(1)其知识基础在扩展;(2)其在现有市场中的应用在经历着革新;(3)新市场正在发展或形成。因此,复杂新兴技术产品投入使用后,供应商要根据技术变化和客户要求,不断进行创新和系统升级改造。通常,新兴技术从发明到商业化运用还需要一个不断改进的过程,一般要经过实验室实验、调整型实验、接近实际工作状况的试验,才能投入应用。世界上许多机构与公司包括一些美国政府机构,都运用评价技术成熟度水平(Technology Readiness Level,TRL)的方法度量新技术的成熟度(Maturity)——新技术从产生到可以商业化使用的各个发展阶段,比较不同新技术的发展状态来支持新产品开发与新技术应用的决策。目前, 技术成熟度水平评估主要运用在单相技术的评估[6],而复杂新兴技术产品是融合了来自多个以前不相干的技术领域的技术和技术改进,将其他领域的技术和技术改进创造性地加以运用,创造出对市场有革命性影响的产品[7],因此在复杂新兴技术产品的开发过程中存在技术的选择、开发过程评估和识别产品开发中的瓶颈等问题。
2 复杂新兴技术产品成熟度水平评估分析的思路
复杂产品通常包含多个部件,各个部件按照特定的结构组成具有完整功能的整体。而复杂新兴技术产品是融合了来自多个以前不相干的技术领域的技术和技术改进,将其他领域的技术和技术改进创造性地加以运用,一般会有多项技术和技术集成方式成为研发的重点。技术和技术集成方式的评估就是复杂新兴技术产品成熟度水平评估的内容。综合考虑各个层次的成熟度水平评估和产品的构成,可以建立如表1所示的评估体系。
表1 复杂新兴技术产品成熟度水平评估体系
表1中,产品由n个部件构成,共运用到了m项关键技术(包括成熟技术和新兴技术),存在单项技术在不同部件中通用的情形。☆表示该部件在生产过程中使用的关键技术。从单项技术成熟度水平到部件成熟度水平、再到产品成熟度水平都是逐层的支撑关系。根据上述的成熟度水平评估体系,产品成熟度水平不仅受其组成部件的成熟度水平的影响,而且受生产各个部件的组织管理系统的成熟度水平的影响,而单项技术成熟度水平要影响所构成的部件成熟度水平,因此,依次评估单项技术成熟度水平和部件成熟度水平是评估产品成熟度水平的基础。产品成熟度水平用产品成熟度等级(PRL) 表示;部件成熟度水平采用部件成熟等级(QRL) 表示;单项技术成熟度水平用技术成熟度等级(TRL) 表示。即对各层次的成熟度水平分级度量,各层次的各个等级的成熟度水平分别对应于不同的技术(或生产)风险, 即成熟度级别越高,风险越低;成熟度等级越低,不确定性越高。这在单项技术成熟度水平评估方法的基础上拓宽了评估的对象和范围。在产品成熟度水平评估建模过程中,需要逐层构建从技术成熟度水平到部件成熟度水平、再到产品成熟度水平的评估模型。为使建立的模型具有实用性,本文只考虑涉及产品的两两部件(或系统)之间、两两技术之间的交互关系来建立产品成熟度水平静态评估模型。
3 复杂新兴技术产品成熟度水平的评估
复杂新兴技术产品成熟度水平刻画了产品的技术状态与水平。由于产品是由众多部件有机组合而成的, 因此复杂新兴技术产品成熟度水平评估是建立在部件成熟度水平评估的基础上;部件成熟度水平受制于支撑该部件的技术成熟度水平,因此必须首先评估支撑各个部件的各项技术的成熟度水平。
3.1 技术成熟度水平评估
在复杂新兴技术产品中采用的关键技术往往不止一项,部件成熟度水平的高低取决于这些单项技术的成熟度等级。美国国防部2009年版本的《技术成熟度评估手册》[8]将技术成熟度级别划分为9级。各个等级的技术成熟度水平的具体定义如下:
TRL1的定义: 观测和报告了技术的基本原理。
TRL2的定义: 技术应用(或方案)已经确定。
TRL3的定义: 已经完成技术的关键功能的分析和实验。
TRL4的定义: 部件或实验模型在实验室中确认有效。
TRL5的定义: 部件或实验模型在模拟使用的环境中确认有效。
TRL6的定义: 系统(或分系统)的模型或原型机在模拟使用的环境中被验证。
TRL7的定义: 系统原型机在使用环境中被验证。
TRL8的定义: 形成了真实系统,并经过验证和测试。
TRL9的定义: 真实系统多次成功地完成任务或实现功能, 验证真实系统稳定。
从TRL1到TRL9, 表示技术成熟度水平从低到高。
一个部件通常使用的技术并不是单一的,单项技术能否集成在一起受制于单项技术之间的相互兼容性和适应性,也影响着整个部件能否使用先进的技术。伴随着不断增长的技术复杂性, 技术之间的可集成和可兼容性越来越重要。简单的叠加单项技术的发展状态不能充分反映部件层面的技术发展状态与水平,必须考虑部件所用技术之间的可集成状态与集成水平。Sauser[9]使用技术集成成熟度水平表示两项技术之间的可集成状态,用技术集成成熟度等级(TIRL)表示。具体的定义是:
TIRL1: 技术之间的接口可以识别, 接口关系的特征能够充分表达。
TIRL2: 可以用详细特征表示两两技术之间经过接口的交互。
TIRL3: 技术间可以进行有序、充分地集成与交互和兼容。
TIRL4: 具有足够的方法保障技术间集成的质量。
TIRL5: 建立、管理和终止技术间集成可以控制。
TIRL6: 集成的技术在预期应用时具有可接收、转换和结构化的信息。
TIRL7: 已通过详细的验证并认为技术集成是可行的。
TIRL8: 实现技术集成, 并在系统条件下的测试和试验过程中达到完成任务的状态。
TIRL9: 技术集成成功地完成任务并通过验证。
从TIRL1到TIRL9,分别刻画技术集成成熟度水平从低到高的程度。
3.2 部件成熟度水平评估
在单项技术成熟度水平和技术集成成熟度等级分析的基础上可以建立部件成熟度水平的评估模型。
假设一个部件共涉及m项单项新兴技术, 并且已评估了单项技术的技术成熟度等级,分别用0.1～0.9对应表示TIRL1到TIRL9。成熟技术取值为1。则单项技术成熟度等级的矩阵可以表示如下:A= [TRL1,TRL2,……,TRLm]T。
对于单项技术之间的集成成熟度水平, 可以进行两两技术之间的分析并建立如下技术集成成熟度等级矩阵。令:
其中:TIRLij=TIRLji。令:TIRLii=1,即相同技术之间集成成熟度水平最高。
计算矩阵:
BA/m = [TTRL1,TTRL2,……,TTRLm]T (1)
其中,TTRLi取值在0.1～1之间,可认为是在考虑了与其它技术集成成熟度水平后的单项技术的综合成熟度水平[10]。
如果一个部件采用了m项技术,则部件成熟度水平为:
QRL=(TTRL1+TTRL2+……+TTRLk)/m (2)
QRL取值在0.1～1之间。
3.3 复杂新兴技术产品成熟度水平评估
复杂新兴技术产品成熟度水平表示了部件和组织内与部件相关的组织管理系统的综合集成状态与水平,评估内容和因素更加复杂。
3.3.1 复杂新兴技术产品成熟度水平评估过程中需要考虑的因素
复杂新兴技术产品成熟度水平评估中要考虑以下三方面的因素:(1)复杂新兴技术产品是由各个功能部件按照一定的结构形式构成的, 因此部件成熟度水平直接影响着复杂新兴技术产品的成熟度水平。(2)产品作为一个有机的功能整体, 其部件是产品的组成部分, 而集成的状态与水平直接决定着整个产品能否达到应有的技术状态。(3)技术成熟的产品并不必然地达到它应有的状态,必须有与此相适应的组织管理系统(如:供应链系统、人力资源、组织计划系统、营销系统、生产系统、工艺系统、财务系统)相匹配。企业的生产和运营体系则直接决定着复杂新兴技术产品能否实现产品的技术功能,它是影响产品成熟度水平的主要因素,也是产品成熟度水平评估的对象。尽管正在使用的组织管理系统可以认为其系统是成熟的(成熟度等级指标为1),但是现有系统是否和新兴技术匹配仍然需要评估。按前面的思路, 本文使用部件(或系统)集成成熟度水平表示部件(或系统)之间进行集成的状态与水平,并采用部件(或系统)集成成熟度等级(QIRL)分级量化。仿照上面技术集成成熟度级别的量化定义,部件(或系统)集成成熟度水平各个等级的含义是:
QIRL1: 可以识别部件(或系统)之间的接口, 接口关系的特征能够充分表达。
QIRL2: 能用一定的详细特征来表示对部件(或系统)间通过接口的交互。
QIRL3: 部件(或系统)间可以进行有序、充分地集成与交互和兼容。
QIRL4: 对部件(或系统)间集成的质量与保障具有足够的方法。
QIRL5: 对必需的建立、管理和终止部件(或系统)间集成可以有足够的控制。
QIRL6: 集成的部件(或系统)在预期应用时具有可接收、转换和结构化的信息。
QIRL7: 部件(或系统)集成已通过详细的校核和验证并认为是可行的。
QIRL8: 完成实际部件(或系统)集成, 并且在正常使用环境下经过试验与测试达到完成任务的水平。
QIRL9: 部件(或系统)集成成功地完成功能并通过验证。
从QIRL1到QIRL9分别刻画部件(或系统)技术集成成熟度水平从低到高的程度,取值分别为0.1～0.9。
3.3.2 复杂新兴技术产品成熟度水平评估
在部件成熟度水平和部件(系统)集成成熟度等级分析的基础上,可以建立复杂新兴技术产品成熟度水平评估的模型。假设在产品包含n个部件, 并且已经评估了各部件的成熟度等级,分别用0.1～0.9对应表示QRL1到QRL9,并涉及p个组织管理系统,则部件(或系统)成熟度等级的矩阵可以表示如下: C= [QRL1,QRL2,……,QRLn,QRLn+1,QRLn+2,……,QRLn+p]T ,其中QRL1+i=1。
对部件(或系统)集成的成熟度水平, 进行两两部件(或系统)之间的分析和评估并建立部件(或系统)集成成熟度等级矩阵。令:
其中:QIRLij=QIRLji。令:QIRLii=1,即相同部件(或系统)之间集成成熟度水平最高。
计算矩阵:
DC/(n+p)=[QTIRL1,QTIRL2,……,QTIRL(n+p)]T (3)
其中, QTIRLi取值在0.1～1之间,可认为是在考虑了与其它部件(或系统)集成成熟度之后的单个部件(或系统)的综合成熟度水平。则采用了n个部件并涉及p个生产管理系统的复杂新兴技术产品其成熟度水平为:
PRL=(QTIRL1+QTIRL2+……+QTIRL(n+p))/(n+p) (4)
PRL取值在0.1～1之间。
4 复杂新兴技术成熟度水平评估方法的应用
某企业开发大型环境试验设备,目的是在地面给航天器材提供一个模拟太空中的气候环境,并在此模拟环境中测试航天器材的性能指标。该产品的主要部件和用于每一个部件的支撑技术及其成熟度水平如表2所示。
经过企业内部专家评估,在每一个部件中使用两两技术之间的集成成熟度水平如表3所示。
根据公式(1)可以计算出在每一个部件中使用的技术的TTRL值,根据公式(2)可以计算部件的QRL。具体结果如表4所示。
从表4可以看出,部件Q3是该产品开发的技术瓶颈。
由于该产品在生产过程中涉及现有的供应链系统QS、组织和指挥系统QD以及人力资源系统QH,经过评估这些系统和产品部件的集成成熟度水平如表5所示。
根据公式(3)可以计算出各个部件(系统)在考虑集成关系的综合成熟度水平,结果如表6所示。
从表6可以看出,部件3和现有人力资源是开发该产品的瓶颈,根据公式(4)可以得到该产品的成熟度水平为0.724。
5 结论
复杂新兴技术产品的开发是一个持续的动态过程,由于选用的技术还在不断地发展,需要对产品开发前景进行评估。本文从评估单项技术成熟度水平出发, 采用量化成熟度水平的方法,提出复杂新兴技术产品构成部件的成熟度水平和复杂新兴技术产品成熟度水平评估的思路,并提出了评估和计算的方法,对于复杂新兴技术产品开发过程中的技术选择和决策有现实意义。
参考文献
[1]HOBDAY M.Product complexity,innovation and industrial organiza-tion[J].Research Policy,1998(26):698-710
[2]HOBDAY M.The project-based organization:An ideal form manag-ing complex products and systems[J].Research Policy,2000(29):871-873
[3]REN Y T,YEO K T.Research challenges on CopS innovation[J].Journal of the Chinese Institute of Industrial Engineers,2006,23(6):519-529
[4]杨志刚,吴贵生.复杂产品的创新及其管理[J].研究与发展管理,2003,15(3):32-37
[5]乔治戴,保罗休梅克.沃顿论新兴技术管理[M].北京:华夏出版社,2002:2-3
[6]王立群.美国的技术成熟度等级[J].质量与可靠性,2009(2):55-57
[7]FUMIO KODAMA.Technology fusion and the new R&D[J].Har-vard Business Review,1992(70):10-11
[8]DOD.Technology readiness assessment(TRA)desk-book[R].U.S.A.Department of Defense,2009
[9]SAUSER B,RAMIREZ MARQUEZ J,VERMA D.Determining sys-tem interoperability using an integration readiness level[R].USA:Stevens Institute of Technology,2006
复杂产品技术能力 篇4
复杂机电产品是由机械结构电气设备控制装置检测装置等有机组合在一起的复杂系统,是机、电、液、控、光、磁等多种物理过程融合于同一载体的复杂系统,是涉及多学科、多领域、多因素具有复杂功能的一类产品[1]。随着以航空、航天、船舶、电子、兵工、能源等大型电气系统的飞速发展,现代电气系统日益复杂化、集成化。近年来,柔性线缆类零件越来越多地应用于航空航天、船舶、汽车和家电等行业中,而柔性线缆的装配质量直接影响产品的性能和可靠性。线缆指用于机电产品总装或部装中连接电气设备或控制装置的柔性电线或线缆的总称。目前对于刚性结构件虚拟装配仿真技术和软件技术已经日益完善,比如三维设计软件UG、Pro/E、CATIA等在制造业应用广泛。而线缆基于它本身具有柔性的性质,并且结构复杂,还需要与刚性结构件交叉装配,并且还具有连接数量多、线缆相对比较集中、机电产品空间狭窄等特性,线缆装配一直是机电产品研究中的难题,国内外的学者在刚柔混合装配方面有了许多研究成果。Ng[2,3]和Ritchie[4]等人提出了在沉浸式环境中使用人机交互方法来实现电缆设计、装配和安装规划。他们研发了一个虚拟电缆设计系统,通过头盜显示器、三维鼠标等虚拟外设,用户可以在虚拟环境下进行电缆的装配或拆卸活动。并对虚拟环境下进行线缆布线效率进行了检测。该系统实现了线缆静态干涉检测,但在实际装配过程中,线缆一直在运动中,并没有对线缆的动态过程进行模拟,反观国内,相关的研究起步比较晚,所以很少有关线缆方面的文献,其中中国工程物理研究院的魏发远,王峰军等[5,6]把装配单元分成“刚性组件”和“柔性电缆”提出了“刚-柔混合系统”装配工艺规划方法。南京航空航天大学王金芳[7]提出了基于Pro/E平台的线缆建模和刚柔混合的装配规划等,并实现了装配动画与工艺文件的生成,王发麟[8]研究了线缆虚拟装配的关键技术。北京理工大学的宁汝新,刘检华等[9,10,11,12,13]建立在基于离散控制点的线缆模型并用于虚拟环境下装配规划。
在实际复杂机电产品装配过程中,刚柔混合装配涉及大量刚性结构件和柔性线缆交叉进行,要经常调整线缆的形状和位置。线缆装配还需要考虑其中的一些重要属性,比如最小弯曲半径、杨氏模量、温度变换和材料密度等因素。总的而言,目前国内外在线缆装配仿真规划技术方面的研究还不是很完善处于初级的阶段,还有许多的难题没有得到解决,本文结合某企业的需求,基于以上的刚柔混合特点及要求提出刚柔混合装配的总体思路,然后对装配仿真技术进行了研究并进行了弯曲半径属性和温度属性仿真实验,并对典型的刚柔混合装配模型进行了装配仿真。
1 复杂机电刚柔混装思路
由于大多数复杂机电产品都是既包括刚性结构件又包含柔性结构件,工程实际中,机电产品的交叉装配现象普遍存在,所谓的交叉装配[14]是指装配过程中刚性结构件和柔性结构件(线缆)之间进行穿插装配,即在进行柔性零件比如线缆先完成线缆的部分装配(只装配了线缆接头)后,继续安装其他刚性结构件,如此相互交叉装配,最后线缆和刚性结构件均装配到位。
在刚柔混合装配中不仅包括电缆的整体或者局部的位姿的调整还包括电连接器的捆扎固定等。在进行刚柔混合装配时,首先导入基本零件模型,并将其分为刚性结构件和柔性结构件(线缆),柔性结构件如需要附件,导入附件进行装配,刚性结构件可以装配成刚性装配体,柔性零件的装配主要包括装配起始端电连接器,柔性线缆装配,终止端电连接器,其中刚性装配体或刚性结构件可以与柔性线缆一起装配,并对其进行工艺规划,验证其可装配性,进行刚柔混合装配仿真,对将结果如装配工艺文档,装配动画等输出给现场工作人员,用于指导现场装配。刚柔混合装配的流程图如图1所示。
2 刚柔混合装配仿真技术
2.1 线缆内部属性仿真
2.1.1 弯曲半径属性约束仿真
在复杂机电产品中,线缆基本都会受到若干次折弯,特别是在拐角处,要满足线缆的最小弯曲半径要求。线缆最小弯曲半径需要参考线缆的直径,通常用D(线缆外径)的倍数表示,一般都是不小于6D。如图2所示,当拐角处的弯曲半径比较小时,线缆在拐角处会出现浅蓝色的高亮提示,需要对拐角处的线缆控制点进行局部调整以满足线缆的弯曲属性。
2.1.2 重力属性仿真
在复杂机电中,一般都是单根线缆或者分支线缆经过捆扎成线缆束来进行装配,我们就应该考虑线缆束自身重力属性,只有体现出线缆重力属性才能在虚拟环境中真实地表达出线缆在现实中的状态,这样才能使得线缆装配过程仿真的结果具有实际意义,才能体现其真实性和实时性。如图3所示,没有加入重力属性的线缆和加入了重力属性的线缆进行比较,可以看出加入重力属性的线缆更加符合实际,线缆形态更加逼真。
2.2 线缆外部属性仿真
复杂机电中,由于其环境特殊性和复杂性,线缆会随着空间环境温度和内部发电(发热)设备而造成温度应力的变换。电缆是供电系统的功率传输通道,电流较大,温度就会逐渐升高。安装于发动机附件高温区域的线束考虑线束耐高温特性,线束参考标准参考QC/T 29106-2004进行设计。温度的变换对线缆的杨氏模量(N/m2)、泊松比、材料密度(kg/m3)内径、外径和长度都有影响。随着温度的升高,线缆的杨氏模量变大,长度变长,材料密度也随着变大,如图4所示,温度在20℃时,线缆的状态如图4(a)所示,温度在80℃时线缆的状态如图4(b)所示。
2.3 刚柔混合装配操作仿真
刚柔混合的装配操作仿真主要包括刚性结构件的装配操作,电连接器的装配操作,线缆单元的装配操作。
电连接器装配操作主要包括电连接器的位姿变化,在移动电连接器到装配位置时,与电连接器相关的线缆也会随之进行相应的位姿变换,在此时通过刚性结构件的约束将电连接器装配到插装位置。装配完成后线缆与电连接器相关的控制点将不能进行位姿变换,但是可以将电连接器与线缆的约束关系设置成不关联,重新对电连接器进行装配操作。
线缆单元的装配操作是将整个线缆单元作为操作对象,对整个线缆单元进行移动,平移转动等操作,可以将线缆单元迅速地移动到目标装配位置,对线缆单元进行装配操作能够提高刚柔混合装配的效率。线缆单元的操作还需要对线缆的模型和走线过程进行局部的调整和优化。我们可以通过对线缆上的控制点进行操作使得空间位姿进行变换平移,旋转等位姿的调整,从而改变线缆的位姿。
2.4 刚柔混合装配干涉检测
在进行复杂机电混合装配时,线缆需要在其装配过程中进行动态干涉碰撞检测,以防止在装配过程中由于其不规则性而造成线缆与刚性体发生碰撞。动态干涉检查能够识别线缆在运动过程中的碰撞情况,并且可以获取线缆平移,旋转到合适的位置而不与周围其他几何体相碰撞的方向、轴向和路径等相关关键信息。动态干涉检测采用基于包围盒的方式进行,如图5所示,当线缆与刚性结构件发生碰撞,就会进行高亮显示,如图5中A所示,我们就可以通过人工方式对干涉线缆的控制点或者电连接器进行合理的调整,直至满足装配的要求,如图5中B所示,再进行仿真验证。进行完干涉检测后就需要对线缆进行固定,捆扎等工艺,当将线缆固定时,就约束了柔性线缆的运动和变形。
3 应用实例
本文提出的方法和思路在软件ICIDO系统中得以实现。其中产品的刚性零部件模型,和电连接器模型是在Pro/E中进行建立,通过接口导入到系统中并对其进行装配过程建模,柔性线缆模型是利用系统本身的功能通过交互式操作进行建立的。实例中系统运行环境为双核CPU,4GBRAM,Windows7系统,以键盘和鼠标作为基本的输入设备,实现对刚柔结构件的拾取和操作。如图6所示是一个刚柔混合装配仿真的实例。首先将复杂机电产品的结构件模型通过接口导入到系统中,在系统中建立线缆模型时需要考虑其本身的重力属性,在装配仿真过程中可以操作电连接器和线缆单元本身,在操作线缆的同时注意其最小弯曲半径的限制,同时还将对线缆干涉进行检测,如果发生干涉和最小弯曲半径的限制则对其进行局部调整已达到不干涉状态并顺利的装配其相应的位置,随后对其线缆进行固定捆扎,将以上的装配仿真过程可以输出工艺文档和装配动画以便于提高复杂机电产品的装配质量。
4 结束语
复杂机电产品中,刚性结构件与柔性线缆存在大量的相互交叉装配,线缆的装配和调整一直是实际工程问题。本文主要结合了刚柔混合装配的特点,提出刚柔混合装配的总体思路,然后对刚柔混合装配仿真等关键技术进行了阐述,并对弯曲半径约束,自身重力属性和温度属性进行了仿真实验,在ICIDO系统中进行验证,以便于对相关人员进行指导装配,提高装配效率,缩短装配周期。
刚柔混合装配工艺规划一直也是实际工程中的难题,对刚性零件的装配工艺规划技术研究和其评估系统也相对比较完善,而对刚柔混合装配工艺规划的少之又少,很少有学者进行深入的研究,所以刚柔混合装配工艺规划和其评估系统将是我们下一步的研究重点方向。
摘要：为了提高复杂机电产品的装配质量和缩短装配周期,结合复杂机电产品装配的特点和难点,提出了刚柔混合装配的总体思路,对刚柔混合装配仿真技术进行了研究。从线缆的弯曲半径属性;自身重力属性和温度属性三个方面进行了仿真,通过实例验证并对典型的刚柔混合装配模型进行了装配仿真。
复杂产品技术能力 篇5
复杂产品设计是一个多学科交叉的系统工程, 要求综合考虑产品自零部件到整机的全系统优化, 需要在设计的各环节中有不同领域专家的参与, 利用不同学科的知识及分析工具进行高效的协同设计。由于各学科发展日益精细, 所以现代复杂产品设计很难由某位通才来独立实现。并行工程[1]思想的提出, 给了优化理论及方法一个新的发展启示, 通过将串行设计进程调整为多个专业性很强的并行设计子任务, 采用不同的建模手段和求解方法单独处理, 并将多学科分析软件及求解工具进行集成, 获得了前所未有的潜在效应。
经过近十年的发展, MDO思想已经渗透到飞行器设计的各个环节和阶段。MDO分解协调的思想非常有利于发现和充分利用各子系统之间的协同效应, 能够很好地体现整体与局部、局部与局部的关系。当前MDO的研究热点主要集中在有效的优化方法和数学建模上[2], 虽然对多学科软件集成及分布式网络计算环境进行了一定研究[3], 但没有涉及工程产品多学科设计优化结果“立优即现”的动态特性, 难以直观地发现优化过程中产品设计方案的改进变化。目前的CAE系统比较单一, 缺乏对设计结果的系统分析和有效评价, 无法保证产品在整体性能上最优, 也无法让设计真正达到最满意的状态。由于多学科CAE软件的数据模型不相容, 缺乏统一的通信约定, 很难实现CAE系统之间的协同仿真[4,5]。因此, 需要将CAD/CAE技术与多学科设计优化方法融合, 在对复杂产品多学科CAE建模及耦合分析的过程中, 通过一定的协调机制来消解冲突, 从而有效地协调多领域模型组织一致性的难题, 提高多学科模型的仿真精度和性能。
产品视图模型通常包括产品的设计、分析和仿真模型。产品的CAD设计模型很难直接用于仿真分析, 不同的CAE仿真模型间的相互联系也很难表达, 无法统一成一个虚拟产品模型。这些从不同的学科、不同的角度对产品的结构、行为及功能进行表达的模型, 实际上就形成了产品的多学科视图模型体系。在此基础上开展的多学科设计优化, 实质上是对多学科模型的形状、行为及性能的优化, 既要求所建立的数字化模型具有很高的逼真度、工程假设与模型简化操作合理, 又要求学科级分析应用模型必须关联, 当设计方案中的主模型变更之后, 相关学科的分析模型、仿真模型必须随之改变, 且能自动更新, 否则就无法实现设计过程的自动化, 因此, 建立基于产品结构主模型的多学科应用视图模型体系, 是现阶段开展产品多学科设计优化工作需要解决的首要问题。
1 复杂产品设计的多学科性及并行化
产品设计的实质是将一组功能需求转化为一个具体实现结构的过程, 逐渐由笼统的产品概念说明向详细的结构设计过渡, 其本质是一个顺序性、交互性和迭代性都很强的过程, 然而, 公理设计理论[6]认为, 设计须满足功能独立性原理和信息最小化原理。在复杂产品的多学科设计过程中, 同一设计对象, 我们仍希望保持各学科内部其功能分析的独立性, 以方便各学科设计人员从自己的设计角度, 用自己的专业知识和设计准则, 按照自己的思路去解决学科子系统问题, 进而实现并行设计。以某型汽车车身设计为例, 其复杂产品多学科设计模型的形成过程如图1所示, 各学科设计者从自身的视角对汽车产品进行观察, 形成产品在各学科中的设计映像, 据此建立产品的学科子系统应用模型进行相应分析。不难看出, 多学科设计优化的着眼点就是要把产品设计过程固有的顺序性和并行工程要求的并行性协调起来, 使原本串行意义上的活动能够以并行的方式进行, 进而协调各子系统的相互关系, 解决冲突。
复杂产品的结构组件一般具有多个学科的功能, 如汽车车身既要求具有可靠的运动学性能、抗撞性能, 同时又要求美学造型和空气动力学等性能良好, 要想保持这些功能之间的独立性非常困难。对于同一产品, 各学科设计者关注的往往是该产品的不同侧面或产品生命周期不同阶段的问题, 所以不可能完全独立, 必然存在相互制约又相互关联的关系。从图1看出, 产品多学科并行设计过程呈树状的层次结构, 产品结构主模型视图是各功能分析学科之间联系的纽带, 是多学科并行设计的协调基础。
2 产品多学科设计过程的层次模型
复杂产品本身是一个多学科的耦合系统, 如何将用户需求转化到产品结构的设计功能上是一个难题。产品的设计目的和用户需求通过产品功能来体现, 产品功能则通过产品的工作状态来实现, 工作状态由产品结构来展示, 产品的设计目的、功能和状态的定义需要分解成详细的条目以表达这些设计概念之间的关联细节。通过图2所示的分解与映射体系, 依据一定的规则[7], 产品的功能逐步向具体实现该功能的结构映射, 直至详细的零件几何结构, 进而建立起产品设计目的到具体结构设计之间的桥梁, 依据结构功能分析所涉及的不同学科形成产品设计的多学科划分。多学科的联系从底层来看, 是通过产品物理结构的交叉和重叠来体现的。
从产品设计的层次性结构来看, 各组件有自己的功能、行为和结构。从各学科设计者的视角来看, 他们各有自己的关注点, 所以要建立复杂产品单一的包罗万象的集成模型并不适合, 实际上, 并不存在单个的统一模型或者单独的一套设计规则能够完善的定义产品设计, 多学科视图建模技术力图采用主模型技术[8]使产品多学科应用视图模型之间保持最大限度的全局相关性。
3 复杂产品多学科视图建模
以汽车车身设计为例, 面向MDO的复杂产品多学科视图建模过程如图3所示, 车身的结构实体模型是主模型, 由该主模型视图导出一个流体特性最佳的低阻形体, 作为空气动力学分析模型, 在不破坏整体流场的前提下, 通过CFD仿真对该低阻形体的局部进行细化和修正, 逐步达到满意的车身造型。利用iSIGHT软件集成的DEP/MORPHER网格变形软件[9], 进行车身造型和结构优化的直接耦合分析, 将结构有限元网格模型快速变形到指定的目标形状。从图3可以看出, 多学科视图建模路线是以结构主模型为导向的多学科并行视图建模。该路线体现了产品的多层次组成关系, 体现出多学科“分而治之”的思想, 同时依据各学科视图模型仿真分析的耦合程度进行协调, 进而综合为一个数字化仿真模型系统。
3.1 多学科视图建模技术分析
(1) 多学科视图建模采用产品结构的CAD主模型视图来表示产品几何信息, 体现了产品多学科设计的底层关联, 保证了所有学科视图模型共享产品设计信息。
(2) 多学科视图模型可根据需要采用不同的复杂程度。概念设计往往采用简化模型, 以快速验证方案, 而详细设计的模型复杂程度往往较高, 对应不同复杂度的模型形成产品的不同设计版本。
(3) 多学科视图建模技术可以根据需要采用复杂模型的分解与集成技术, 实现产品零部件建模, 再将零部件模型组装为子系统模型, 体现出产品结构层次性。
(4) 以产品结构主模型视图为导向, 通过一定的导出规则, 采用不同的建模工具并行构建的学科视图模型, 极大地降低了信息耦合度, 有利于多模式建模思想的实现。
3.2 多学科视图建模的层次实现结构
面向对象方法的信息隐藏化、数据类型抽象化、动态联接及继承等手段, 为多学科视图模型的约束管理及推理带来了崭新的思路。利用面向对象方法建立的模型[10]不仅包含传统的基于实体的和特征的模型中所包含的产品结构和装配关系等信息, 还包括从产品需求分析到其功能分解, 再到结构确定过程中涉及的产品共享信息和产品设计过程中的管理信息, 从而为产品多学科视图模型与产品多学科对象模型建立起互通桥梁。
产品多学科视图模型与面向对象的产品数据模型之间的联系如图4所示。采用对象方式来表示产品, 总结其通用属性后进行抽象, 然后定义出产品主模型类和属性对象类, 通过类的抽象和继承机制来实现对象的一般化和特殊化。通过对主模型类的继承来构建出产品的学科级应用模型类, 即产品对象类经过实例化就生成了学科的产品对象。产品通用对象中包括了该产品学科通用的共享信息, 该对象基于领域知识库由产品通用类实例抽象而成, 同一学科的所有类在继承时都实现同一个学科接口, 以此来保证学科中产品的所有对象都拥有该学科的特定信息。产品对象除了几何信息外, 还包括与结构分析相关的材料、截面和厚度等相关信息, 这些参数通过表达式与视图模型建立关联, 设计参数能够进行自动地连接和更新, 这样就将产品在不同软件系统中完成的设计、分析和优化结果自动反映到产品主模型视图上, 保持了自动更新。
4 多学科视图模型协同仿真与优化
产品仿真分析是产品数字化设计的基础, 通过仿真获得产品的功能行为参数, 根据预定指标修改完善设计方案。基于多学科软件的无缝集成, 利用模型转换机制, 保证产品结构主模型与学科分析应用模型之间的互操作性。采用同一有限元模型进行多学科分析, 利用CAD/CAE软件集成化解决大多数的分析任务, 大大压缩了整个分析过程的前后置处理时间, 缩短了产品开发周期。
4.1 多学科视图模型的协同仿真
以某型车身设计为例, 复杂产品多学科模型的协同分析过程如图5所示, 首先在Pro/E软件建立起基于关节点控制的参数化模型, 然后分别通过MECHANISM/Pro和ANSYS Utilities与ADAMS和ANSYS建立无缝联接, 将参数化模型导入并转换, 生成FEA模型并建立ADAMS仿真模型。车身碰撞直接采用ANSYS/LS-DYNA仿真, 对于碰撞穿透而导致的大变形问题, 基于标准数据交换格式将ADAMS软件与PAM/CRASH软件结合, 依据多接触判断准则通过正确的参数匹配来仿真。汽车高频的NVH特性分析则采用ANSYS与ADAMS双软件环境, 建立整车的刚弹耦合模型分析。基于合理简化的车身受控系统模型进行动力学仿真, 通过状态方程将系统仿真运算与控制软件MATLAB联系起来, 进行同步仿真。以ADAMS软件为核心, 经过上述多学科软件分析, 利用后处理, 输出设计目标向量, 通过产品结构的参数化模型进行加载与求解, 把状态变量和目标函数提取出来供优化处理器进行优化参数评价。利用CAD/CAE软件的参数化建模功能把参与优化的设计变量定义为模型参数, 为以后软件进行模型修正提供可能, 通过MDO的协同优化来实现CAD参数化模型的优化改进。
尽管许多优化模型已经将目标函数和某些派生变量公式表示出来, 但实际上仍会存在一些不能直接表示出来的设计方程, 同时, 多学科灵敏度分析还应涉及到当其他学科发生某些变化时, 某学科随之而发生变化的变化情况, 因此, 需要甚至只能通过仿真分析来研究产品整体上的“牵一发而动全身”的情况。这种信息除了可用于各学科自身的分析之外, 还可用于提高多学科协同优化的效率。
4.2 多学科模型与MDO优化过程的集成
通过优化方法与CAD/CAE技术的结合 (图6) , 在保证产品整体达到某些性能指标并满足一定约束条件下, 不断进行多学科模型“设计-评估-改进”的循环, 通过改变多学科视图模型中允许改变的设计变量, 使得产品整体指标或局部性能达到最期望的目标。可以看出, 产品一体化设计最根本的支撑是构建可对产品性能进行优化设计的多学科视图模型, 产品的模型化, 模型的参数化, 设计过程数字化是产品一体化设计的基础, 通过建立产品各子系统的参数化视图模型, 达到分析、优化和评价系统性能的目的。通过多学科优化软件来快速集成和耦合多领域仿真软件, 将产品设计流程组织到一个统一的逻辑框架中, 自动调用仿真软件, 通过优化进程来判断是否自动重启设计流程, 克服了传统设计流程的“瓶颈”, 减少了设计者重复的交互操作。利用耦合分析, 提高计算效率, 尽可能地实现了整个设计流程的全数字化和自动化。
5 多学科视图模型一致性协调策略
主模型技术将不同的学科应用系统统一起来, 主模型对各应用系统的数据有唯一的解释, 多学科视图模型数据全局一致, 不同应用系统在数据交换过程中避免了各自解释数据, 也避免了产品数据冗余和不一致现象。多学科应用视图模型初始建模只要遵循导出规则, 原则上可以使多学科视图模型的一致性得到最大程度的保证, 但随着视图模型应用程度的深入, 多学科视图模型之间内在的耦合关系就会发生冲突, 造成模型彼此间的一致性关联难以保证, 形成复杂产品设计过程中的工程约束, 因而需要采用协调策略来保证一致性关联的落实。
(1) 多学科视图建模一致性规则。
多学科应用视图模型建立时, 其视图模型的有关信息必须从主模型中导出, 然后在本学科内部加以学科专有的详细定义和具体化应用。导出规则为多学科设计者基于主模型的操作限定一种约束条件, 包括提取、引用和派生三类[11]。由于CAD与CAE信息交换问题造成的结构主模型与多学科应用视图模型数据的不相容, 采用软件集成技术来解决。基于统一的主模型数据库, 通过模型或数据包转换来实现模型信息共享。
(2) 多学科视图模型协同运行策略。
多学科视图模型的多性能分析问题, 需要多领域CAE软件的多任务协同执行, 利用有限元法分析过程中的内在联系和特点[12], 采用前处理过程的协同策略来解决, 保证多学科应用视图模型的动态关联性。多领域CAE分析共享的二种模型为:①多领域CAE分析共享一个结构模型。在设计变量取值相同的情况下, 采用可变复杂度模型技术, 对同一有限元模型进行合理简化, 来保证产品不可变设计信息的共享;同一模型的多性能分析结果就成为了分析与优化之间的内在联系, 实现多学科视图模型的分析准确性。②多领域CAE分析共享局部网格模型。提取由主模型视图生成的有限元网格模型中的局部节点模型, 作为多学科应用视图模型的联系纽带, 通过结构内部网格模型基于节点的耦合应用, 实现多领域CAE系统的耦合运行, 达到协同仿真的目的, 实现多学科视图模型的动态关联。
6 结论
(1) 针对复杂产品多学科建模存在的数据一致性问题, 提出了多学科视图建模技术, 具体分析了以主模型视图为导向, 多学科并行视图建模的技术路线。
(2) 通过分析产品功能、行为和结构的多层次模型中的映射关系, 论证了产品结构主模型视图是多学科应用视图模型形成的底层基础, 给出了多学科视图模型一致性的保证机制, 采用协同策略消解多学科视图模型的动态冲突, 给出了具有工程价值的多视图模型协同运行策略。
(3) 采用面向对象方法以及集成和接口等技术构建了支持多学科视图模型的层次实现结构, 集成了产品功能、行为、结构、关系和约束等信息及相关领域知识。
(4) 通过多学科模型与优化过程的集成, 使多学科视图模型能交互式地处理复杂产品的各种设计参数, 多学科优化过程中设计的更改能够直观地体现多学科设计者的共同意图, 达到全局优化效果。
(5) 该方法应用于汽车车身的多学科设计, 实现了设计信息的多学科共享和动态交互, 采用主模型技术, 保证了各学科应用视图模型的数据信息的一致性, 消除了学科视图间的冗余关联, 支持应用模型相关数据信息的映射与共享。
参考文献
[1]来可伟, 殷国富.并行设计[M].北京:机械工业出版社, 2003.
[2]Sobieszczanski-Sobieski J, Haftka R T.Multidis-ciplinary Aerospace Design Opti mization:Survey of Recent Development[J].Structural and Multidisci-plinary Opti mization, 1997, 14 (1) :1-23.
[3]Jarno P.Output-Oriented Benchmarking of Prod-uct Platform Development[D].Espoo:Helsinki U-niversity of Technology, 2003.
[4]倪晓宇.面向机床结构的协同CAE系统研究[D].南京:东南大学, 2005.
[5]Schnitger M.Digital Si mulation to Meet Today’s Product Development Challenges[R].Cambridge:Daratech Inc., 2003.
[6]Suh N P.The Principles of Design[D].Oxford:Oxford University, 1990.
[7]李仁旺, 苏宝华, 祁国宁.面向大批量定制的产品建模:理论.方法.应用[M].北京:科学出版社, 2005.
[8]袁清珂, 张道林, 曹岩, 等.产品主模型技术研究[J].中国机械工程, 1999, 10 (1) :12-15.
[9]Krishnan R, Padmanaban R.Direct Shape Opti mi-zation of Automotive Systems Using DEP’s Mesh-Works/Morpher&iSIGHT[EB/OL]. (2003-08-14) [2004-11-20].http://www.sightnacorp.com/new/download2003/.
[10]邓灵.多学科协同设计中的一些关键技术研究[D].福州:福州大学, 2005.
[11]赵博, 范玉顺.多视图企业建模方法中的视图一致性研究[J].计算机集成制造系统, 2003, 7 (7) :522-526.
复杂产品技术能力 篇6
1 研究背景分析
有光、液、电、机等多单元技术、多物理过程共同作用于机械载体中,进而构成的整体性功能多样化装置,有电器设备、检验装置、控制装置和机械结构等一同构成了该装置。在工程应用需求和科学技术发展进步的推动下,复杂机电产品开始不断的出现,其中空天载运、汽车、数控中心和高速列车都都是其典型代表。其中成本投入量大、质量要求高和研制周期长是复杂机电产品的主要特征。设计复杂机电产品,是在满足每项经济指标和技术指标的基础上,求解出功能需求,然后将最为合理的方案确定出来的过程。在设计复杂机电产品时,具有层次性、近似性、综合性和多解性的特征,是决策一个复杂系统的过程。当前,随着市场竞争程度的不断加剧和人类市场需求的持续增加,对于这方面的设计,不管是在设计的手段还是在设计的具体方法上,都产生一定的变化。一定的系统性和复杂性会存在于产品的设计过程中,主要涵盖装配布局、零部件构形、原理求解和功能分解等。产品的设计是进行产品创新的基础与核心,其中产品的性能、质量、成本和功能是由产品的设计所决定的。所以,对于复杂机电产品设计工作,我们需要从根本上重视起来。
2 关键技术分析
2.1 产品模块化预备工作
2.1.1 分离及规范零部件
开发设计人员可以通过合理的设计检索手段对零部件进行分类处理,面向所有零件族进行零部件的分类,这为产品模块化的前提条件。可分为非层次分类和层次分类两种方式。并且需要合理、科学的对零部件进行分类,同企业的具体需求相吻合,确保能够重用、管理和优化这些零部件,利用定义分类属性、制定分类规范、建立分类结构来实现上述工作。
2.1.2 将与模块设计相一致的编码体系设计出来
在产品进行模块化设计的过程中,应该按照品种、规格、层次和功能等特征分类并对模块进行编码,进而有助于利用合理的系统完成相应的管理,是否具备有效的模块编码,对于选择、组合模块上都会带来很大的帮助。
将完善、统一的编码体系构建起来,确保资源检索工作可以被有效地完成,为有效地完成产品模块化设计打下良好的基础。这个工作环节的主要目的是通过一个详细的信息编码,来有效地描述其中的信息,进而能够更好地组合、管理和划分模块。在模块化编码的基础上,将必要的条件为模块的选择、计算和组合提供出来。如图1所示。
识别码和分类码是模块产品编码中的两个重要组成部分。对应产品和零件的对象族就是由分类码进行定义的,有一个唯一的分类码存在于每一个产品和零件中,有效的分类各类产品和零件是其主要目的,进而将合理的分类检索手段为管理人员和开发设计人员提供出来。在标识和区分相同对象族中不同对象时,识别码在其中发挥着重要的作用,并且都有一个唯一的识别码存在于各个零件和产品当中。
2.2 设计模块结构
在长期的生产实践中,企业在设计及生产零部件的过程中需要验证这些零件,但是此过程一般完成于产品的应用过程,功能结构等技术一般都会发展非常成熟。在对产品进行模块化设计时,在这种零件的前提下,能够直接完成相关方面的设计;此外,依据有关规定,规范化处理这些模块,将结构特殊的参数化模型构造出来。在产品进行模块扩展和系列化设计中,这类模块在其中发挥着基础性作用。能够有效地确保别的模块被设计出来,可以理解为主模块或者基础型模块。
2.3 设计模块接口
在进行模块设计的过程中,模块接口设计在其中发挥着重要的作用,在整个模块设计中都能够看到模块化设计的身影。其中接口校验、设计具体接口、选择设计方案和接口定义等为其中的主要内容。在进行设计时,应尽快确定接口,将稳定、标准和稳健的接口设计出来,能提升新产品的开发效率。在划分产品模块时,同模块之间的信息、能量和物质等之间必然会存在一定的联系,因此,在划分这些模块的过程中,间接的也就设计出了模块接口。
首先,划分产品模块。按照实际的模块划分方法与模块划分原则,将产品的模块确定出来。之后,将模块彼此间的联系确定出来,进而模块彼此间所需要进行交换的信息、能量和物质的数量和类型也就被确定了出来,并且模块接口的物理属性、环境光属性和功能属性也同样能够被确定出来。
其次,在生产条件、市场环境、应用环境和设计规模的基础上,将模块接口的属性定义出来,进而能够从中得到模块接口的属性。在大量定制情况下,在多个产品族和产品中都可以应用模块的接口设计,所以,已有的接口同接口的关系属性之间就存在着非常紧密的联系,对其进行局部修改或者继承。因此,所选择的关系属性如何,对于接口的物理属性、环境属性和功能属性都会带来非常直观的影响。在定义模块接口的过程中,对于每个属性之间的关系都需要综合的进行分析与考虑,将最优的效果彰显出来。
第三,选择合理的接口设计方案。按照模块接口的标准化、冗余性、集成性的特征,然后不断的修改和选择模块接口的合理方案,进而对定制式大批量生产的需求给予满足。
第四,把模块设计方案实例化、具体化,即为模块结构的设计,进而将一个有效的模块接口获取出来。其中设计参数、选择设计范围、映射设计参数、选择确定功能原理等为其中的主要内容。
第五,校正检验接口设计。按照产品的具体设计规定,对已经完成的模块化接口完成性能与功能等方面的校验,对其进行检验,确保它能够与所设定的要求相一致;并且在具体情况的基础上,有效地调整其中的设计参数,从而满足一定的设计要求。
3 结语
综上所述,随着时代的发展与进步,人们对于机电产品的需求量也在不断地增多,并且,产品的种类也逐渐的趋于复杂性,就将更高的要求抛向了产品的设计与制造,所以,这就要求在实际的工作中对复杂机电产品模块化设计的相关原理进行掌握。对此,文章对这方面的内容进行了详细的探究,借此为相关单位及工作人员在实际工作中提供一定的参考。
参考文献
[1]祁国宁,顾新建,杨青海,等.大批量定制原理及关键技术研究[J].计算机集成制造系统,2009(9):776-783.
[2]刘晓,唐益明,秦晋,等.概念设计中基于扩展功能矩阵的功能求解方法[J].计算机辅助设计与图形学学报,2007(12):1610-1617.
复杂产品技术能力 篇7
复杂产品一般指重型机械、船舶、海洋工程装备、飞机、机车、发电设备、航空装备等大型复杂装备。复杂产品新技术的研发是一个国家高新技术发展水平的重要体现。作为龙头型产业,复杂产品新技术的研发能够从根本上推动与之相联系的诸多领域的同步、同向发展,全面带动多个关系国计民生行业的优化转型升级,其辐射作用与拉动效应极为明显。目前为止,在复杂产品的研发上我国已经顺利实现了神舟系列太空飞行,取得了探月工程成功,拥有世界最长的高速铁路里程,能够生产世界最大的水力、风力发电设备等。然而同美国、日本、德国、英国的复杂产品新技术研发相比,我国的产品明显处于劣势,如我国电动汽车的电池主要依赖进口,风电的变流器几乎被ABB等几个国外品牌垄断,大型机械的液压系统以及高端数控加工设备的智能测控系统还需要依赖进口等。因此,加快我国复杂产品的研发已经迫在眉睫。
由于复杂产品具有成本高、技术密集、工程密集、顾客定制等特点,其新技术的研发面临着高投入和高度不确定性。因此,复杂产品的研发模式由以往制造商单一研发模式逐渐转变为“主制造商—供应商”协同研发模式,以便分散研发成本,降低研制风险,提高研制成功率。但在“主制造商—供应商”协同研发模式下,双方的合作既没有严格的组织保障和约束,也缺乏充分有效的市场纽带和规制,搭便车行为、蝶恋效应等时常发生,给复杂产品新技术的研发带来一定风险。因此,找出复杂产品新技术研发过程中的影响因素,对风险进行评价,揭示项目的风险所在,是新技术协同研发能否成功的关键之一。
1文献综述
近年来国内外很多学者对协同研发做了相关研究。张春勋(2007)[1]将协同研发的风险归纳为知识产权风险、协同关系风险和运作流程风险三大类。沛训诚(2009)[2]研究发现,当企业间产品的差异化程度较大时,企业间采用协同研发的组织模式所获取的绩效会优于独立研发的组织模式。蒋丹鼎(2012)[3]针对航天产品研制特点与需求,提出一种基于企业服务总线的多院所协同研发平台,实现以总体院为核心的院内、院间协同工作。DaSTK等(2000)[4]认为企业间在协同研发过程中存在两种风险:一是关系风险,成员企业间在合作过程中出现分歧导致合作解体的风险;二是绩效风险,合作各方精诚合作的前提下存在的合作结果不确定性。Cristina等(2001)[5]以西班牙企业为样本进行研究,发现企业进行新技术协同研发的主要原因在于技术的复杂性、不确定以及研发成本过高。Narayanan(2002)[6]指出企业间采取协同研发模式会带来更高的利润。
本文结合已有文献的研究成果,从双方的研发层面对复杂产品新技术协同研发过程中存在的风险进行探讨。宏观层面上,风险主要来源于作为独立公司的协同双方的发展战略是否具有较好契合度,是否具有能够充分调动研发人员的激励政策等;中观层面上,风险主要来源于协同双方的各个部门是否可以保持实时沟通,并积极参与到产品研发优化工作中;微观层面上,风险主要来源于协同双方组建的研发团队是否具有较好的研发标准以及团队是否可以高效的运作等。
2评价指标初步获取
在对影响复杂产品新技术协同研发风险因素的初步调查中,采用开放式调查问卷的方式引导被调查者从公司层、职能层、研发团队层3个维度填写认为影响复杂产品新技术协同研发的风险事件、活动或指标。被访中16人来自高校、科研机构,28人来自高端装备制造企业,样本企业涵盖通讯、电子、大型设备制造、航天等7个行业。被调查者填写了能够反应复杂产品新技术协同研发风险的指标共117项。邀请从事复杂产品技术创新研究的6位专家对指标进行筛选:一是剔除明显文不对题的指标;二是合并表达相同含义的指标。通过剔除、整理,共得到61项指标:公司层面有19项,职能层面21项,研发团队层面有19项,具体见表1所示。
3评价指标体系生成
3.1问卷调查的发放与回收
本问卷请被调查者根据自己所在企业实际情况对所列举指标的有效程度打分,采用Likert5点量表尺度,从低到高分别给予1～5分。首先对商飞、成飞等4家企业发放近20份问卷,经过试调查以及针对性的数据分析,对问卷不足之处进行了修正。随后进行正式问卷调查,选取江苏省省内通讯、电子、自动化、航天等行业41家企业为主要研究对象,共发放问卷170份,实际回收127份,问卷回收率74.71%,其中有效问卷102份,回收问卷的有效率为80.31%。在回收的有效问卷中数据情况如表2所示。
3.2数据分析
① 分别对问卷的3个维度进行项目分析。计算出各个维度所包括指标的总分,并按高低分数进行排序,找出高低分组人数的27%所对应的分数。把总分前27%者划为高分组、总分后27%者划为低份组,将高低二组被调查者的每个维度得分进行独立样本T检验。如果在高低二组被调查者间存在显著性差异,表明该指标的区分度较好,保留该指标,否则说明区分度较差,应剔除[7]。分析结果显示,只有a20、b4、b8、b21、c10等5个题目的T值未达到显著(F>0.005),故将其剔除。
② 对剩余指标进行KMO分析和Bartlett球形检验的结果显示,适合进行因子分析。运用主成分分析法对3个维度的量表分别进行因子分析,并经方差极大旋转,最终共提取11个特征值大于1的因素,并根据因子中各题项集体反映的意义进行命名,如表3所示。
③ 信度指衡量结果的可靠性程度,它本身与衡量结果无关,只是检验测量的稳定性、一致性、可靠性。美国统计学家Hair等认为只要Cronbach a系数在0.7以上就为高信度,具有高的稳定性与精确性。对调查问卷数据进行内部一致性信度分析得出,公司协同风险指标内部可靠性为0.896,职能部门协同风险指标可靠性为0.773,研发团队协同风险指标可靠性为0.780。信度系数都在0.7之上,结果表明此量表具有良好的信度。
3.3指标体系的生成
根据因子分析结果,得出复杂产品新技术协同研发风险评估指标体系如表4所示。
4应用分析
在大飞机制造领域,中国商用飞机有限责任公司是我国大型客机研发项目的主体,目前该公司正在研制绿色环保飞机——C919。其中,商飞APU辅助动力系统供应商——霍尼韦尔(中国)有限公司派出技术人员到中国商飞上海飞机设计研究院和商飞研究人员协同研发论证C919大型客机新型辅助动力装置图纸的设计以及在材料、装配上的技术可行性。本文根据表4所建指标体系,结合模糊综合评价方法对该项目的协同研发风险进行评估。
4.1建立模糊关系矩阵
为了全面、合理的对该项目的研发风险进行评估,课题组10名成员根据该项目协同研发实际情况对表4中的每个影响因素会给该项目带来的研发风险进行调查评判,评判分为5个等级:很小、较小、一般、较大、很大,其评判结果如表5所示。
由表5建立各层模糊关系矩阵R1、R2、R3,R1为公司协同风险层模糊矩阵,R2为部门协同风险层模糊矩阵,R3为研发团队协同风险层模糊矩阵,具体矩阵如下:
4.2确定评价因素的模糊权向量
采用专家评判矩阵和层次分析评判法相结合计算出战略协同、激励协同、文化协同对公司层面协同影响的权重向量为A1=(0.571 0.104 0.325),研发平台、协同监督、信息协同、部门协同对部门层面协同影响的权重向量为A2=(0.129 0.465 0.085 0.321),团队运作、研发标准、团队氛围、协同基础对研发团队层面协同影响的权重向量为A3=(0.234 0.060 0.152 0.554)。
4.3建立模糊综合评价矩
根据公司层面协同影响因素确定该层面的模糊综合评价矩阵B1记为:B1=A1(·,♁)R1,得B1=(0.068 0.569 0.210 0.110 0.043),同理可得职能部门层面与研发团队层面模糊综合评价矩阵B2=(0.072 0.462 0.279 0.166 0.021),B3=(0.117 0.432 0.343 0.083 0.071)。
4.4构建一级评判矩阵则
根据各层综合模糊评价结果构建一级评判矩阵有阵有,同时采用专家评判矩阵与层次分析法相结合计算出公司层面协同、职能部门协同、研发团队协同对该部件的研发影响的权重向量为:A=(0.582 0.110 0.309)。再由B=A(·,♁)R得该部件的研发风险的评判矩阵B=(0.083 0.516 0.258 0.108 0.049)。
4.5大飞机零部件研发风险评判
由该项目的研发风险评判矩阵,可得该部件研发风险处于很小风险的隶属度为0.083,较小风险的隶属度为0.516,一般风险的隶属度为0.259,较大风险的隶属度为0.108,很大风险的隶属度为0.049。根据最大隶属度评判原则[8],较小风险的隶属度最大,所以该部件研发风险处于较小的等级。
5结论与建议
从该项目风险的评估结果可以看出,虽然该项目的研发风险较低,但是处于较小风险以上的隶属度为0.416,因此,有必要对风险因素中对该项目影响较大且会给项目带来较大风险的因素加以控制,从而确保项目的顺利研发。根据该项目的二级影响因素的权重可知,公司层面与研发团队层面的协同研发对该项目研发风险的影响要远远大于职能部门层面的协同研发,因此,对这两个层面中风险较大的因素加强协同,会取得较好的效果。同时从表5可以看出10位专家分别在对公司协同研发层面中的协同激励因素以及团队研发层面中的团队氛围和协同基础因素评判时,分别有6位、6位、5位给出的评判结果在较小之上,说明商飞制定的激励政策无法充分调动霍尼韦尔公司研发积极性,双方构建的研发团队的研发氛围和研发基础较差。针对该项目研发过程中出现的这些不足,有如下建议:
① 针对激励协同因素不足情况,建议邀请霍尼韦尔公司集团共同制定激励政策;霍尼韦尔公司高层管理者的物质或非物质奖励与公司的研发进度挂钩;商飞可以设置专门的研发奖励,当霍尼韦尔公司提前完成研发任务,给予奖励等。
② 针对研发氛围不够理想的问题,有如下解决方法:首先,通过电话、邮件等各种通讯手段保证双方研发团队之间的实时沟通;其次,为研发团队提供较为宽松的沟通环境,创造出伙伴式沟通交流氛围;最后,鼓励从事产品开发的研发团队与从事基础研究的研发团队定期沟通交流等。
③ 针对加强研发团队的研发基础建设,建议两公司使用相同的研发语言;定期组织双方研发人员对新技术的学习;构建解决技术问题的规范流程,以便快速的解决研发过程中面临的技术难题等。
参考文献
[1]张春勋,刘伟.合作技术创新的风险识别及模糊评价研究[J].科学学与科学技理,2007(8):77-83.
[2]沛训诚.产品差异化视角的企业研发组织模式动态选择研究[J].上海经济研究,2009(1):3-12.
[3]蒋丹鼎.航天多院所协同研发平台的架构与协同机制研究[J].航天制造技术,2012(3):59-61.
[4]DasTK,Bing-teng.A Resource-Based Theory Strategies Alliance[J].Journal of Management.2000(1):31-61.
[5]Cristina B,Teresa G,Eniilio H.2001.Finns'motivations for coop-erative R&D:an Empirical analysis of Spanish firms[J].Re-search Policy,2001,30(8):1289-1307.
[6]Narayanan VK.技术战略与创新——竞争优势的源泉[M].北京:电子工业出社,2002:102-104.
[7]吴明隆.SPSS统计应用实务问卷分析于应用统计[M].北京:科学出版社,2003:104-114.
【复杂产品技术能力】推荐阅读：
复杂产品系统技术创新06-08
大型复杂产品07-10
复杂电子产品06-23
复杂产品系统模型研究08-02
产品技术转让能力08-27
出口技术复杂度05-20
复杂性视野中的技术08-09
产品创新能力09-06
复杂曲线07-18
复杂预防05-12