李彩偉 何冰梅 王恩青

復(fù)雜產(chǎn)品是指客戶(hù)需求復(fù)雜、產(chǎn)品組織復(fù)雜、技術(shù)原理復(fù)雜、制造過(guò)程復(fù)雜、項(xiàng)目管理復(fù)雜、影響因素復(fù)雜的一類(lèi)產(chǎn)品，如船舶、航天器、飛機(jī)、武器系統(tǒng)等，這類(lèi)產(chǎn)品包含大量的用戶(hù)定制的零部件，需要融合多種知識(shí)和技能。復(fù)雜產(chǎn)品制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全的重要基礎(chǔ)，發(fā)揮著舉足輕重的作用，提高我國(guó)復(fù)雜產(chǎn)品制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)實(shí)現(xiàn)世界制造大國(guó)、制造強(qiáng)國(guó)具有重大意義

21世紀(jì)制造業(yè)面臨新環(huán)境：知識(shí)、技術(shù)、產(chǎn)品更新周期越來(lái)越短；客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品性能和質(zhì)量的要求越來(lái)越高；產(chǎn)品知識(shí)含量不斷提高；全球化的協(xié)同制造與競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈等。新環(huán)境對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品制造業(yè)也提出了更強(qiáng)烈的挑戰(zhàn)，比如，研制周期更短，質(zhì)量更高，成本更低，服務(wù)更好，知識(shí)含量更大；多學(xué)科團(tuán)隊(duì)異地協(xié)同設(shè)計(jì)與加工生產(chǎn)；全生命周期項(xiàng)目管理。另一方面，在新環(huán)境下，新一代信息技術(shù)的應(yīng)用使得生產(chǎn)流程被嚴(yán)格控制，產(chǎn)品設(shè)計(jì)決定了產(chǎn)品大部分成本，復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段決定了83%以上的產(chǎn)品成本，產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成之后，其成本在之后的階段中降低的空間相當(dāng)有限。目前，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在復(fù)雜產(chǎn)品制造業(yè)上存在很大差距。復(fù)雜產(chǎn)品成為各國(guó)繼續(xù)保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要領(lǐng)域。如何能夠在短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出適應(yīng)市場(chǎng)需求、具有良好綜合性能的復(fù)雜產(chǎn)品，對(duì)于企業(yè)的生存和發(fā)展有著重要意義。

一、復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

精益設(shè)計(jì)是精益生產(chǎn)的基礎(chǔ)，產(chǎn)品的品質(zhì)是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出來(lái)的，不是靠檢驗(yàn)出來(lái)的，一個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量的好壞在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)決定了。一方面，目前一些企業(yè)雖然建立了相應(yīng)的質(zhì)量體系，但沒(méi)有有效的手段、方法和平臺(tái)將質(zhì)量深入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)過(guò)程中。另一方面，對(duì)于涉及多學(xué)科的復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，各設(shè)計(jì)人員多是分頭并行開(kāi)發(fā)，耦合協(xié)同較少，設(shè)計(jì)深度較淺，大量設(shè)計(jì)不足、隱患、問(wèn)題在系統(tǒng)驗(yàn)證、確認(rèn)階段時(shí)發(fā)現(xiàn)，延長(zhǎng)了產(chǎn)品交付時(shí)間。同時(shí)，由于歷史原因，企業(yè)存在設(shè)計(jì)人員的兩極分化，一端是老一代設(shè)計(jì)人員，一端是新一代設(shè)計(jì)人員，老一代設(shè)計(jì)人員積累了大量的產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)、方法等知識(shí)，由于缺乏必要的知識(shí)管理手段，這些知識(shí)都散落、隱藏在老一代設(shè)計(jì)人員手中、頭腦中，沒(méi)有形成有效的企業(yè)智力資產(chǎn)。

目前，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在復(fù)雜產(chǎn)品制造業(yè)上存在很大差距。復(fù)雜產(chǎn)品成為各國(guó)繼續(xù)保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要領(lǐng)域。如何能夠在短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出適應(yīng)市場(chǎng)需求、具有良好綜合性能的復(fù)雜產(chǎn)品，對(duì)于企業(yè)的生存和發(fā)展有著重要意義。

面向復(fù)雜產(chǎn)品，構(gòu)建集系統(tǒng)工程、知識(shí)工程、綜合設(shè)計(jì)為一體的可擴(kuò)展、可開(kāi)放、可定制的精益設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的提煉、管理與共享，將質(zhì)量管理體系融入到設(shè)計(jì)研發(fā)活動(dòng)中，為多專(zhuān)業(yè)協(xié)同創(chuàng)造基礎(chǔ)條件，各專(zhuān)業(yè)按照設(shè)計(jì)科研流程分配任務(wù)，設(shè)計(jì)、管理等不同的用戶(hù)，以不同的方式對(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程進(jìn)行精細(xì)的檢查、監(jiān)督和閉環(huán)，基于綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)數(shù)字化樣機(jī)系統(tǒng)，并在線開(kāi)展集成仿真驗(yàn)證，根據(jù)仿真結(jié)果返回優(yōu)化修改，如此迭代，直到滿足設(shè)計(jì)需求，大大提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，精益設(shè)計(jì)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將提升制造業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力，促進(jìn)科研模式轉(zhuǎn)型。

二、精益設(shè)計(jì)平臺(tái)

（一） 平臺(tái)總體架構(gòu)

精益設(shè)計(jì)平臺(tái)是精益設(shè)計(jì)體系的組成部分，同時(shí)也是精益設(shè)計(jì)體系的載體?；谙到y(tǒng)工程，精益設(shè)計(jì)平臺(tái)把設(shè)計(jì)流程、工具、知識(shí)、質(zhì)量、資源、數(shù)據(jù)集成在一起，以知識(shí)工程為支撐，以過(guò)程質(zhì)量為把控，形成一個(gè)完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)管理和技術(shù)平臺(tái)，平臺(tái)總體架構(gòu)圖如圖1所示。

平臺(tái)形成了“抱臂雙循環(huán)”模式，第一，知識(shí)工程系統(tǒng)進(jìn)行知識(shí)梳理，在研發(fā)管理系統(tǒng)中與研發(fā)流程進(jìn)行知識(shí)關(guān)聯(lián)，在綜合設(shè)計(jì)體系中執(zhí)行設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)進(jìn)行知識(shí)推送，并將設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)中產(chǎn)生的新知識(shí)沉淀到知識(shí)工程系統(tǒng)中，完成第一個(gè)循環(huán)；第二，質(zhì)量管理系統(tǒng)中進(jìn)行質(zhì)量策略梳理，在研發(fā)管理系統(tǒng)中形成質(zhì)量策劃，在綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)中執(zhí)行設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)進(jìn)行質(zhì)量管控并將質(zhì)量問(wèn)題歸零，把形成的舉一反三的質(zhì)量知識(shí)返回到質(zhì)量管理系統(tǒng)中，完成第二個(gè)循環(huán)。

平臺(tái)門(mén)戶(hù)把各種應(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(gè)平臺(tái)之下，根據(jù)每個(gè)用戶(hù)使用特點(diǎn)和角色的不同，形成個(gè)性化的應(yīng)用界面，并通過(guò)對(duì)事件和消息的處理和傳輸，把用戶(hù)有機(jī)地聯(lián)系在一起。

研發(fā)管理系統(tǒng)形成整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程管理與控制的基礎(chǔ)，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)策劃與WBS分解、指標(biāo)及質(zhì)量策劃、知識(shí)關(guān)聯(lián)，承載產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，支持設(shè)計(jì)策劃的規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化及設(shè)計(jì)協(xié)同。

綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的執(zhí)行環(huán)境，將知識(shí)化和仿真化相關(guān)的工具和技術(shù)、規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)、人才和組織和知識(shí)化工程資源庫(kù)集成起來(lái)，形成知識(shí)和仿真驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包含設(shè)計(jì)流程管理、協(xié)同任務(wù)管理、快速設(shè)計(jì)、協(xié)同仿真、多學(xué)科集成、過(guò)程數(shù)據(jù)管理、工程資源管理等功能。

質(zhì)量管理系統(tǒng)專(zhuān)注于復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的質(zhì)量管控，基于設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量管控要素形成質(zhì)量基礎(chǔ)庫(kù)，形成面向WBS的質(zhì)量策劃、過(guò)程預(yù)防、過(guò)程控制、指標(biāo)管理、歸零改進(jìn)、追溯監(jiān)控于一體的質(zhì)量信息化解決方案，促進(jìn)質(zhì)量控制與研發(fā)過(guò)程緊密結(jié)合，包含質(zhì)量策劃管理、質(zhì)量監(jiān)控與分析評(píng)估、指標(biāo)管理、過(guò)程質(zhì)量控制、質(zhì)量數(shù)據(jù)管理等功能。

知識(shí)工程系統(tǒng)以知識(shí)與流程、設(shè)計(jì)相融合的思想為指導(dǎo)，結(jié)合知識(shí)挖掘、知識(shí)管理、知識(shí)推送、知識(shí)創(chuàng)新等技術(shù)，將知識(shí)與設(shè)計(jì)流程聯(lián)系起來(lái)，建立與產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的知識(shí)體系，真正實(shí)現(xiàn)知識(shí)的積累與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)能力建設(shè)，包含知識(shí)采集、知識(shí)處理、知識(shí)搜索、知識(shí)應(yīng)用、知識(shí)維護(hù)等功能。

數(shù)據(jù)中心包括數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)協(xié)同及數(shù)據(jù)集成接口。數(shù)據(jù)管理實(shí)現(xiàn)平臺(tái)對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)的總體管控，形成統(tǒng)一的管理標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)在的數(shù)據(jù)邏輯，通過(guò)以數(shù)據(jù)總線為核心的多維數(shù)據(jù)應(yīng)用框架和譜系結(jié)構(gòu)，滿足不同應(yīng)用需求對(duì)不同類(lèi)別數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、共享、查詢(xún)、調(diào)用等。數(shù)據(jù)協(xié)同基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)管理格式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)全生命周期對(duì)不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)協(xié)同數(shù)據(jù)的獲取與統(tǒng)一管理，解決數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一帶來(lái)的信息集成困難，通過(guò)數(shù)據(jù)集成接口實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)與制造以及綜合管理信息化之間的信息集成與信息共享。

（二）各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)關(guān)系

精益研發(fā)平臺(tái)各子系統(tǒng)之間具有緊密的數(shù)據(jù)關(guān)系，如圖2所示。

“研發(fā)管理系統(tǒng)”與“綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)”：研發(fā)管理系統(tǒng)完成產(chǎn)品的頂層策劃及WBS分解，把工作包輸入到綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)；綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)完成任務(wù)后，把工作包提交回研發(fā)管理系統(tǒng)。

“研發(fā)管理系統(tǒng)”與“質(zhì)量管理系統(tǒng)”：研發(fā)管理系統(tǒng)從質(zhì)量管理系統(tǒng)中獲取產(chǎn)品質(zhì)量管理策劃方案，形成質(zhì)量評(píng)審計(jì)劃及指標(biāo)；質(zhì)量管理系統(tǒng)從研發(fā)管理系統(tǒng)中獲取質(zhì)量評(píng)審計(jì)劃及指標(biāo)。

“研發(fā)管理系統(tǒng)”與“知識(shí)工程系統(tǒng)”：研發(fā)管理系統(tǒng)進(jìn)行工作包定義時(shí)，從知識(shí)工程系統(tǒng)中獲取任務(wù)伴隨知識(shí)；工作包完成后，研發(fā)管理系統(tǒng)把完成后的工作包（包括輸入、輸出、資料、伴隨知識(shí)、產(chǎn)生的新知識(shí)等）作為一個(gè)完整的知識(shí)包提交給知識(shí)工程系統(tǒng)。

“綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)”與“知識(shí)工程系統(tǒng)”：知識(shí)工程系統(tǒng)把伴隨知識(shí)推送給綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)；知識(shí)工程系統(tǒng)從綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)中獲取知識(shí)，完成知識(shí)的積累。

“綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)”與“質(zhì)量管理系統(tǒng)”：綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)從質(zhì)量管理系統(tǒng)中獲取到質(zhì)量管理的活動(dòng)要求；質(zhì)量管理系統(tǒng)從綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)中收集質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制與評(píng)估。

（三）平臺(tái)與其他系統(tǒng)的集成

平臺(tái)通過(guò)系統(tǒng)集成接口與其它工具及相關(guān)系統(tǒng)（如項(xiàng)目管理PM系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM系統(tǒng)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理TDM系統(tǒng)）等進(jìn)行交互，總體集成框架如圖3所示。

項(xiàng)目管理PM系統(tǒng)負(fù)責(zé)項(xiàng)目整體策劃與管控，按照質(zhì)量體系要求確定項(xiàng)目階段劃分與關(guān)鍵任務(wù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求，精益設(shè)計(jì)平臺(tái)完成任務(wù)的分解、細(xì)化與執(zhí)行，并將任務(wù)完成情況反饋給PM系統(tǒng)。

精益設(shè)計(jì)平臺(tái)除了接受來(lái)自項(xiàng)目管理PM系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)工作任務(wù)書(shū)之外，還接受來(lái)自產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM系統(tǒng)發(fā)起的產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更任務(wù)，并在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中獲取PDM系統(tǒng)中的上下游輸入輸出數(shù)據(jù)以及歷史產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息，在任務(wù)執(zhí)行結(jié)束后將研發(fā)設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)提交至PDM系統(tǒng)進(jìn)行管理。

精益設(shè)計(jì)平臺(tái)將與試驗(yàn)相關(guān)的任務(wù)傳遞至TDM系統(tǒng)，并將與此試驗(yàn)任務(wù)相關(guān)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)（來(lái)自PDM）、仿真數(shù)據(jù)（來(lái)自SDM）、其他步驟試驗(yàn)數(shù)據(jù)（來(lái)自TDM）以及相關(guān)試驗(yàn)流程、方法、規(guī)范等知識(shí)（來(lái)自研發(fā)平臺(tái)知識(shí)工程子系統(tǒng)）推送給相關(guān)試驗(yàn)人員，試驗(yàn)結(jié)束后將與此試驗(yàn)相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)納入TDM系統(tǒng)進(jìn)行管理，如有知識(shí)可以沉淀則納入知識(shí)工程子系統(tǒng)進(jìn)行管理。

三、平臺(tái)應(yīng)用及效果

在實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)狀和應(yīng)用需求，以精益設(shè)計(jì)平臺(tái)為基礎(chǔ)，構(gòu)建企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)框架體系，某特種裝備精益設(shè)計(jì)平臺(tái)應(yīng)用場(chǎng)景如圖4所示。

通過(guò)特種裝備精益研發(fā)平臺(tái)的實(shí)施，形成了全單位統(tǒng)一的覆蓋裝備研發(fā)全生命周期的平臺(tái)，跳出以往“規(guī)劃評(píng)估是一套，能力目標(biāo)是一套，運(yùn)行維護(hù)是一套，立項(xiàng)建設(shè)是一套”的傳統(tǒng)裝備研發(fā)模式；實(shí)現(xiàn)了裝備型號(hào)研制模式由仿制改型衍生發(fā)展到自主創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變，應(yīng)對(duì)新一代裝備型號(hào)研制周期大幅度壓縮的要求；實(shí)現(xiàn)了研發(fā)工作模式由分散、獨(dú)立、串行向集成、協(xié)同、并行模式的轉(zhuǎn)變，解決了知識(shí)管理和能力建設(shè)不足的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了研發(fā)項(xiàng)目規(guī)范化管理和落實(shí)質(zhì)量體系要求。

精益化是企業(yè)發(fā)展過(guò)程中的必然選擇。面向復(fù)雜產(chǎn)品的精益設(shè)計(jì)平臺(tái)從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)開(kāi)始應(yīng)用精益思想消除浪費(fèi)環(huán)節(jié)，在相對(duì)可控的前提下避免浪費(fèi)的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了研發(fā)流程和質(zhì)量管理的緊密結(jié)合，避免許多企業(yè)的研發(fā)過(guò)程和質(zhì)量管理兩張皮現(xiàn)象，實(shí)時(shí)對(duì)研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題報(bào)警；集成了設(shè)計(jì)和仿真工具軟件，形成了標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)流程模板庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了快速設(shè)計(jì)，提升了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性和穩(wěn)定性；實(shí)現(xiàn)了知識(shí)管理以及流程與知識(shí)、設(shè)計(jì)工具之間融合，解決了過(guò)去其他知識(shí)管理軟件存在的對(duì)研發(fā)支撐不足的問(wèn)題。

面向復(fù)雜產(chǎn)品的精益設(shè)計(jì)平臺(tái)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目導(dǎo)向型向產(chǎn)品化、平臺(tái)支撐型的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了個(gè)人差異化科研向流程化、科學(xué)化轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)了由經(jīng)驗(yàn)引導(dǎo)型向知識(shí)支撐型轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了由結(jié)合質(zhì)量型向深度融合型轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了單專(zhuān)業(yè)攻關(guān)向多專(zhuān)業(yè)協(xié)同轉(zhuǎn)變。這將提升企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力，大幅度縮減產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，確保產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，解決研制隊(duì)伍年輕化帶來(lái)的能力建設(shè)和知識(shí)傳承問(wèn)題。