賈 濤 張春博 張海華 蘇茂輝

（浙江吉利新能源商用車集團有限公司 浙江 杭州 311228）

引言

目前的產(chǎn)品研發(fā)普遍采用并行研發(fā)模式，并行工程是相對于之前的串行工程而提出的新產(chǎn)品研發(fā)理念。

串行工程是指在產(chǎn)品研發(fā)過程中產(chǎn)品設計、測試、工藝、制造各個環(huán)節(jié)獨立開展工作，產(chǎn)品設計完成后交付給測試模塊，如果測試過程中發(fā)現(xiàn)問題，則返回給產(chǎn)品設計模塊進行修改，修改之后再交付給測試模塊，如果測試順利，則在測試完成后交付工藝模塊，如果工藝模塊順利完成，產(chǎn)品就可以交付給制造模塊。最壞的情況是流程的末端出現(xiàn)問題：如果制造模塊出現(xiàn)問題，則需要返回給工藝模塊整改，而工藝模塊不能解決的情況下就會返回給測試模塊，測試模塊不能解決則返回給產(chǎn)品設計模塊。從而在整個產(chǎn)品研發(fā)體系中出現(xiàn)多個反復，每個反復都會造成一定損失，包括人力、物力、時間的損失。串行工程幾乎都存在反復的問題，反復的出現(xiàn)帶來了研發(fā)效率低、信息溝通不暢、研發(fā)周期長、沉沒成本高等各種問題。

并行工程是指在產(chǎn)品研發(fā)的概念設計階段就充分考慮各項關鍵因素，這些關鍵因素包括成本、顧客需求、加工工藝、質量、維修等。通過改進，縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，從而提高產(chǎn)品的研發(fā)效率，最終使企業(yè)的競爭力得到提升。統(tǒng)計表明，采用并行工程后，設計變更的數(shù)量只有原來的1/2；產(chǎn)品研發(fā)周期是串行工程的40%～60%，制造成本是串行工程的60%～70%，產(chǎn)品的報廢及返工比例下降75%[1]。伴隨著研究的深入，并行工程又發(fā)展出反復式并行工程、匯聚式并行工程、網(wǎng)絡式并行工程等多種類型。汽車行業(yè)中，歐美等國家的汽車企業(yè)普遍采用反復式并行工程，以豐田為代表的日本汽車企業(yè)采用匯聚式并行工程。

本文對反復式并行工程（GPDS 研發(fā)模式）和匯聚式并行工程（FPDS 研發(fā)模式）進行了對比，發(fā)現(xiàn)FPDS 研發(fā)模式在產(chǎn)品研發(fā)中具有更好的效果，可以將研發(fā)周期縮短5～10 個月，同時降低沉沒成本，提升公司競爭力。

1 匯聚式并行工程

反復式并行工程是指項目的初期階段考慮制造、銷售、成本、工藝等各種問題，整理收集信息，制定出一套方案并實施[1]。在產(chǎn)品研發(fā)后期，遇到新的問題則返回上一個階段重新修改原始方案。產(chǎn)品研發(fā)過程中仍然存在較多的反復，導致成本浪費和研發(fā)周期延長。反復式并行工程類似一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于不斷修正，最終投產(chǎn)的產(chǎn)品對最初的設計初衷有一定程度的背離。

豐田汽車公司的研發(fā)系統(tǒng)采用匯聚式并行工程，匯聚式并行工程的研發(fā)階段同反復式并行工程相似[2]。區(qū)別在于，匯聚式并行工程的項目概念設計階段不是選擇一套方案，而是選擇多套方案同時研發(fā)，根據(jù)研發(fā)過程中的各種約束條件，比如邊界參數(shù)、成本因素、加工工藝、制造可行性等多種邊界約束，通過權衡曲線的取舍逐步將設計方案收斂到1～2 套。這種研發(fā)模式下，產(chǎn)品的成品和概念設計階段的最終方案偏差較小，并且節(jié)省了成本和時間。

匯聚式并行工程的分析可分為4 個步驟：

1）在功能模塊約束的基礎上，進一步考慮制造工藝、財務成本、項目周期、供應商能力、防召回等各種約束；

2）尋找上述約束條件下可能的交集；

3）將交集中可行性差的方案排除掉；

4）對剩余的方案按照成本最低、制造周期最短、性價比最高等排列，最終選擇1 套方案實施。

總之，匯聚式并行工程在產(chǎn)品研發(fā)過程的前期要進行大量的分析，逐步將5～6 套方案縮小到1～2套方案做詳細設計，最終選擇1 套方案來實施。

該方法的前期投入較大，然而由于減少了后期各種反復的發(fā)生，從而降低了研發(fā)過程中的沉沒成本，研發(fā)周期大大縮短，從整體上實現(xiàn)了設計的最優(yōu)化。

2 匯聚式并行工程研發(fā)流程

圖1 所示為GPDS 和FPDS 2 種產(chǎn)品研發(fā)模式的對比[3]。

從圖1 可以看出，F(xiàn)PDS 研發(fā)模式在保留原有GPDS 研發(fā)模式產(chǎn)品研發(fā)節(jié)點的基礎上，增加了CAE仿真分析和CAM 仿真制造，盡量避免設計原因導致的可靠性問題；同時在產(chǎn)品研發(fā)過程中實施匯聚式并行工程，項目的初期采用多方案并行開展的方式，根據(jù)實施過程中的約束條件逐步縮小項目方案，最終只有1 套方案來實施，避免了反復式并行工程帶來的大量設計變更問題。

圖1 產(chǎn)品研發(fā)模式對比

經(jīng)過上述分析，對于一款全新研發(fā)的產(chǎn)品，按照原來的產(chǎn)品研發(fā)模式GPDS 的研發(fā)周期51 個月計算，優(yōu)化后的產(chǎn)品研發(fā)模式FPDS，其研發(fā)周期預計可以縮短5～10 個月，從而使產(chǎn)品研發(fā)周期縮短到41～46 個月。

3 研發(fā)周期對比分析

隨機過程通常是指依賴于時間t 的一組隨機變量，馬爾科夫法是隨機過程中的一種研究方法[4]。馬爾科夫法是以俄國數(shù)學家安德雷·馬爾科夫的名字命名的方法，在隨機過程中根據(jù)現(xiàn)在的狀態(tài)預測未來狀態(tài)。狀態(tài)是指過程中的各種可能（比如天氣預報中的晴天、雨天、陰天等都可以看做未來天氣的狀態(tài)），這些狀態(tài)集合構成狀態(tài)空間。如果某過程只依賴于現(xiàn)在的狀態(tài)而與之前的狀態(tài)無關，則該過程稱為馬爾科夫過程；如果狀態(tài)是離散的，則該馬爾科夫過程稱為馬爾科夫鏈。

有限狀態(tài)空間E={E1，E2…，Ei，Ej，…，En}中，狀態(tài)Ei轉移到Ej的概率為P（Ei→Ej）

由Pij組成的矩陣如下：

P 稱為狀態(tài)轉移概率矩陣，滿足下面公式[5]的要求。

產(chǎn)品研發(fā)周期的評估，借助馬爾科夫鏈概率轉移迭代模型計算產(chǎn)品開發(fā)過程總的研發(fā)時間。

首先根據(jù)上述產(chǎn)品研發(fā)模式建立發(fā)動機的產(chǎn)品研發(fā)體系，并按照圖2 構建發(fā)動機開發(fā)的馬爾科夫鏈概率轉移迭代模型。其原理為：項目從S 開始到F結束，假如在狀態(tài)轉移過程中，由A 轉移到B 的概率是100%，則記做Pab=1；如果B 出現(xiàn)問題并交付A 返工，其概率為50%，則記做Pba=0.5。已知PS=1，PF=0.8，根據(jù)如下各步驟計算其轉移概率。

圖2 發(fā)動機研發(fā)的馬爾科夫鏈概率轉移迭代模型

3.1 GPDS 研發(fā)模式的研發(fā)周期

概率的數(shù)值來源于發(fā)動機產(chǎn)品開發(fā)過程中的數(shù)據(jù)積累，整理出的GPDS 研發(fā)模式的馬爾科夫鏈轉移概率見表1。

表1 GPDS 研發(fā)模式的馬爾科夫鏈轉移概率

將上述的概率關系整理后可以得到GPDS 研發(fā)模式概率矩陣：

通過求解迭代矩陣，可以獲得迭代次數(shù)如表2所示。

表2 GPDS 研發(fā)模式的馬爾科夫鏈迭代次數(shù)

在上述分析的基礎上運用下述公式[6]求出GPDS模式下項目總的研發(fā)時間：

式中：ti為工作i 第一次消耗的時間，d；Ki為工作i 與其他工作的依賴系數(shù)；t′i為持續(xù)時間最短的研發(fā)時間，d；Mi為工作i 研發(fā)迭代次數(shù)；λ 為人員學習效應系數(shù)；Pij為任務間轉移概率；q 為與研發(fā)工作j 有關聯(lián)的研發(fā)工作數(shù)量。

GPDS 模式下項目總的研發(fā)時間如表3 所示。

從表3 可知，研發(fā)周期需要1 063 d。已知每年的工作日為250 d（扣除節(jié)假日），因此需要1 063.181/250=4.25 y，這同GPDS 研發(fā)模式的產(chǎn)品研發(fā)周期51 個月相吻合。

表3 GPDS 研發(fā)模式下發(fā)動機研發(fā)周期 d

3.2 FPDS 研發(fā)模式的研發(fā)周期

FPDS 研發(fā)模式的馬爾科夫鏈轉移概率見表4。

表4 FPDS 研發(fā)模式的馬爾科夫鏈轉移概率

FPDS 研發(fā)模式下的概率矩陣為：

通過求解迭代矩陣，可以獲得迭代次數(shù)如表5所示。

表5 FPDS 研發(fā)模式的馬爾科夫鏈迭代次數(shù)

同樣，根據(jù)公式（4）和公式（5），可以計算出FPDS 模式下的項目總研發(fā)時間。

FPDS 模式下項目總的研發(fā)時間如表6 所示。

從表6 可知，研發(fā)周期為838d。相比GPDS 研發(fā)模式，F(xiàn)PDS 研發(fā)模式的研發(fā)周期縮短了225 d，即10個月。

表6 FPDS 研發(fā)模式下發(fā)動機研發(fā)周期 d

通過上述模型計算，GPDS 研發(fā)模式的研發(fā)周期為51 個月，F(xiàn)PDS 研發(fā)模式的研發(fā)周期為41 個月。由此可見，相比反復式并行工程（GPDS 研發(fā)模式），匯聚式并行工程（FPDS 研發(fā)模式）可以更好地提高產(chǎn)品的研發(fā)效率。

4 結論

通過將GPDS 研發(fā)模式和FPDS 研發(fā)模式進行對比，發(fā)現(xiàn)FPDS 研發(fā)模式在產(chǎn)品研發(fā)中具有更好的效果，可以將研發(fā)周期縮短5～10 個月，同時降低沉沒成本，提升公司競爭力。匯聚式并行工程源于豐田汽車精益研發(fā)模式，是精益思想在產(chǎn)品研發(fā)過程中的運用，但其與國內研發(fā)模式相融合需要多次研究和實踐才能實現(xiàn)。