1 研究背景

    復雜產品系統(complex product and system，COPS)是英國蘇賽克斯大學與布萊頓大學合辦的“復雜產品系統創新中心”等研究機構在20世紀90年代提出的新概念。隨后，Hobday、Karen Lee、Hansen和Rush、Hobday和Rush、Prencipe較為全面、系統地定義了復雜產品。Hobday借用了Woofward的傳統產業分類方法，認為CoPS包括大型電信通訊系統、大型計算機、電力網絡控制系統、大型船舶、空中交通管制系統、飛機引擎、銀行自動處理系統、散裝貨輪、化工廠、廣域網、空間站和水源供應系統等。國內楊志剛、陳勁等學者也對CoPS進行分析，總結出復雜產品具有高成本、技術密集、創新過程中政府介入、創新生命周期較長和市場壟斷程度高等特征。

    航空航天類產品屬于典型的復雜產品系統，同時由復雜產品的特征表現出其研發流程管理的重要性。本文主要針對我國航空航天企業產品研發流程管理進行研究，從理論和實踐兩個方面進行分析，通過走訪國內知名大型航空航天企業的研發部門，總結歸納出我國航空航天企業復雜產品研發管理現狀及特征。

2 復雜產品研發管理理論回顧

    有關復雜產品研發流程的設計，國外學者的研究主要集中在模塊化設計和系統集成方面。復雜產品系統是一個由多個子系統組成的產品體系，復雜產品系統集成制造商在獲取訂單之后，需要進行任務的分解，即模塊劃分。模塊劃分的標準基本有兩類：一類是根據系統功能所對應的適宜技術類別；第二類則是按照所需滿足的功能特征進行劃分，其中也包括戰略目標的劃分類型。

    考慮到復雜產品的技術構成復雜和多樣，其研發體系也應具有隨時間變化的開放性特點，以保證復雜產品系統適應各模塊所涉及的技術類型的變化。此類開放性包括各構成模塊組件和相應的技術研發時所對應的技術資源橫向開放，以及復雜產品系統集成時模塊開發商與系統集成商進行交流的縱向開放，例如Shenhar的研究所涉及的模塊開發商與系統集成商頻繁交流的必要機制。

    從研究與開發的流程考慮，雖然模塊技術開發可以遵循傳統的“研究一開發一試制”流程，但復雜產品系統集成的流程則存在特別的管理和核心能力開發的問題。

    根據國內外學術界對復雜產品系統研發過程的研究，復雜產品研發主要遵循“產品技術思想—任務分解—外包選擇—模塊開發—集成協調—交付用戶—跟蹤完善”這一過程展開。因此，復雜產品系統設計與模塊化創新的管理策略集中在統一的產品定義與技術標準、模塊化開發網絡、界面管理協調、并行開發和綜合戰略控制等幾個環節方面。

    美國航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)的學術報告、AD報告和AIAA報告中顯示的相關產品研發流程設計就突出反映了系統集成和部件設計與開發之間的關系。AD報告建立了系統集成的模型DNDAF，分析組織中與產品生命周期相關的各系統集成；另外，AD報告提出了制造系統研發集成設計框架。

3 我國航空航天企業產品研發流程模型

    我國航空航天產業屬于國家重要戰略性產業部門，研究與開發機構與生產部門的關系相對密切，同時又具有各自的技術優勢，共同組成研發流程中的重要環節。因此，研發流程不僅需要支撐研究所進行合作研發，而且需要為生產單位提供特定的優勢參與研發和試制，比如大型航空發動機生產商需要與國家航空發動機研究所進行研發和生產的合作。

    結合針對國際上典型復雜產品體系研究與開發過程的研究工作，并根據筆者對國內大型航空航天企業的走訪調研，本文提出以復雜產品體系為特征、以模塊化體系為代表的航空航天復雜產品體系研發流程模型，如圖1所示。

圖1 航空航天復雜產品體系研發流程模型

    由圖1可見，該產品開發體系具有模塊化產品開發的特征，主要表現在研發體系的有限開放性，以此擴充研發過程中的技術資源信息量，特別是在工程試制流程中和系統集成流程中引入外部技術資源。提高研發效率；同時，該體系又具有集成過程的戰略效應，表現在根據一定的戰略技術資源控制準則決定模塊產品的分解原則，并且通過工程質量控制效應和最終的體系協調控制效應來控制和管理外部技術資源。

    綜合來看，此模型不同于普通復雜型模塊化產品的研發過程，除了強調其一定程度的開放性之外，其特點在于：①根據航空航天類產品的特殊性建立，其中戰略技術資源控制、工程質量控制和體系協調控制三個控制端具有更高級別的控制和管理作用；②模塊化原則穿插在研發步驟中；③每個環節具有可重復性，通過研發流程中內嵌的反饋和改善功能提高質量和效率；④此過程是研發、試驗和制造的統一，客觀上囊括了研究與開發機構和生產機構中具有研發職能的部分。

    對圖1的具體解釋是：

    (1)整體研究與開發流程共有6個階段(表現于橫向流程)。其中，第一和第五階段以及第四階段的某些部分是開放型階段。第一階段可在科學思想和設計思想方面與外部技術資源形成合作，借以吸收更為先進的技術理念和設計原則。而在第四、第五階段，在戰略技術資源控制原則的模塊化框架業已形成的基礎上，吸收外部技術資源實現特定模塊的制造過程，通過邊界條件和系統集成原則控制外部技術資源的產出質量。第六階段則反映系統集成的最終階段，完成特定研發項目的戰略層和技術層面的目標要求。

    (2)封閉型運行階段包括第二、第三、第四和第六階段。其中，第二階段涉及服從于戰略性技術資源控制原則的模塊化產品體系的設計準則，即分解原則，并在第三階段貫徹于產品設計過程，同時還應在工程技術層面把握這一模塊化產品體系的工程質量及其可靠性規律，以期在外包的工程制造模塊部分具有足夠有效的可控輸出參數。

    (3)縱向來看，存在四個層面的運行體系。第一層面是外部技術資源層面，只在第一階段、部分第四階段和第五階段具有合作機會。值得指出的是，作為特定的研究與開發機構，所謂外部技術資源層面設施，可以理解為組織外部，也可以理解為組織內部的其他部門。第二層面是本體研究與開發機構及其平臺設施，主要的研究與開發流程是在此平臺上完成，是研發流程的主要載體。第三層面則是反映組織戰略層和技術層的頂層機構，與組織的戰略與技術目標相關。第四層面則屬于項目的購買方(通常意義的廣義客戶)，決定最終的實質性生產。

    我們對照國際國內主要航空航天研究與開發項目流程特點，總結本流程模型的具體內容，如下。

    1)研發目標設計。

    目前國際國內航空航天企業研發目標來源主要有以下方面：

    (1)廣義客戶需求驅動。航空航天企業研發項目所針對的客戶既包含一般市場意義的客戶，也包含反映政府部門長遠戰略目標的需求意義上的客戶，最終表現為特定國家戰略性市場的需求，因此定義為廣義客戶需求。廣義客戶需求類型將塑造長遠期市場份額，不僅僅以當前市場效益為基準考慮產品產出特性。

    (2)企業長遠期技術資源發展戰略驅動。企業根據自身技術基礎與優勢，瞄準特定產品的長遠期國際競爭市場而確定研發目標，一般可以分為三種情況：①從未開展研發的技術領域；②持續研究但尚未取得理想結果的技術領域；③已經取得重要的技術突破，當前目標是提高生產過程質量與效率或通過研發最終逾越某種技術障礙的領域。

    在上述基礎上，一般還需要根據美國航空航天局(NASA)技術成熟度的分級或其他技術成熟度的計算方法以及關鍵技術選擇的相關定量方法進一步驗證研發目標的合理性。

    2)戰略層設計。

    戰略層設計主要應關注本企業核心技術資源增長和控制目標，即在本企業核心技術資源認定的基礎上決定需要掌控的技術資源類型，以便為本企業未來的技術資源優勢提供必要的增長空間。而根據模塊化產品體系的設計原則，構成研發目標的產品體系的具體模塊可以通過產品功能規律來分割，也可以根據戰略技術資源控制原則來分割。當研發目標產品的戰略性目標突出時，則此戰略層面重要性增加，主要通過以下方面反映：①確定對本企業核心技術、核心競爭力發展具有正面重要影響的技術領域；②確定對競爭對手具有重要負面影響的技術領域；③確定在合作體中具有重要引領作用的技術領域；④確定具有長遠期技術發展潛力的技術領域，等等。

    目前在我國航空航天企業的研究與開發管理過程中，也有類似的反映。例如，根據筆者的相關調查，下列方面與企業研發關鍵技術的選取密切相關：

    (1)關鍵技術的企業開發條件。包括：①研發人員——技術設計的專業體系是否與項目吻合；②研發設備——企業設備的加工能力是否達到精度要求；③資金——獲批資金是否足夠完成任務。

    (2)合作單位選擇條件。預測本企業在特定研發項目中的技術條件弱項，據此尋求合適的合作組織合作完成項目。

    (3)新產品方案設計主要由客戶(使用方)確定，但客戶還需向國家相關部門提交報告申請，由相關部門組織專家論證評審，之后正式立項，客戶在此階段全程參與。

    3)戰略層與技術層的融合設計及工程技術層設計。

    戰略層解決的是技術資源的控制和發展技術資源的競爭潛力，以便為實現更為重要的戰略任務打下基礎。但戰略層的框架原則需要通過技術層面的運行規律來貫徹，因此，航空航天產品研發流程中必須有戰略層與技術層相互融合的部分。

    通過針對企業研發過程的凋研，可以總結出，此類融合機制主要由研發組織中的設計部門的構造來完成：

    (1)由設計部門的總體設計室制定產品設計總體方案，組織專家評審，確定總體方案，此類過程將產品研發的技術資源的戰略性與可實施性有機相連。

    (2)由設計部門各個專業設計室根據總方案設計次級體系的可行性方案，再次組織專家評審，此類過程類似模塊化的運行機制。但有區別的是，模塊化的產品體系在戰略層已經基本劃分，并且劃分反映公司的競爭戰略需求，而在戰略層與技術層融合機制層面實際只是通過技術運行規律來貫徹模塊化步驟。

    (3)次級體系評審通過后進行的設計，則反映工程技術層面的設計，可制作深入到本模型的工程技術層面，例如生成功能化圖紙，并進行第三次專家評審。

    (4)值得注意的是，在針對次級體系的工程技術層面的設計和開發過程中，合作模式也同時建立，這對模塊化產品的研發流程而言十分重要。因此，在此工程技術層面的設計就需要引入研發合作的設計，在進行功能化圖紙的設計同時須詳細定義系統集成與分解的界面以及接口的標準。航空航天企業的模塊化設計一般應是集成程度較高的系統外包體制，外包模塊部分的技術資源相對獨立，體現系統的某個或者某些功能需求，這樣的模塊劃分也便于與用戶的直接溝通。

    (5)工程技術層面設計通過評審后，生成功能化工程圖紙，三方(客戶、承接方、合作方)會簽后，標志著此階段的完成。

    可以看出，此階段在研發流程中覆蓋面廣，前后環節相關性強，特別在工程技術層面的設計過程中，用戶和合作方會全程參與，也便于開展成本及風險的評估。

 4)工程試制和系統集成。

    模塊系統的工程試制和系統集成是研發流程取得成果的最為重要的兩個互為補充的環節。其中，模塊系統的工程試制屬于開放性的環節，可以引入企業外部技術資源制造某些模塊部分，而系統集成環節則是體現本研發流程成果的最終階段，一般屬于封閉性運行領域，最終完成原型產品制造。

    現實的研發流程末端，主要體現為工程技術層面向生產試制層面的轉換，如：

    ①企業和合作單位技術部門接到工程圖紙后，首先進行工藝分析，查看當前的技術設備和人員等是否滿足相關生產要求，并把分析結果反饋至設計部門。

    ②設計部門根據該結果對圖紙進行相關修改，并生成最終指導生產的生產運行圖紙，然后，技術部的總工藝師制定工藝方案，工藝處完成流水分工，生成零級網絡圖。零級網絡圖即表現各個零部件完成的時間節點要求。

    ③相關技術中心或制造部門以零級網絡圖為依據，生成各自的一級網絡圖(各個部門完成各自工作的時間節點要求)，并進行相關研究立項和設備改造；改造完成后，進行工藝準備，即工裝選擇、指定工藝路線和選擇工藝方法等。

    ④編制工藝規程，設計工裝圖紙，并對工裝、設備和外觀等進行檢查；待一切準備妥當，進入試制階段。

    ⑤各職能車間再根據零級和一級網絡圖以及各個時間節點的要求生成二級網絡圖(即職能車間完成各自生產任務的時間節點要求，如采購原材料、鑄造毛坯、熱處理、機加工和特種工藝處理等工作的時間點)。

    值得注意的是，通常此過程需要一個可循環的過程。合作單位負責的模塊交付企業后，進行組裝散件、整件實驗、部件實驗和整機實驗，如出現問題則需要反饋完善。這一可循環環節即反映為本模型的戰略與技術頂層的審核與評估，最終可能形成小范圍反饋(工程技術層面)與大范圍反饋(戰略層面)。

    同時，在現實研發體系中，研發產品原型產品制造完成后，需要組織專家進行評審，評審反映此階段客戶和合作方的系統產出效果，也反映此階段質量水平和風險水平。在本模型中，表現為廣義客戶的評價流程。

    在實際研發體系中，由于航空航天產品的特殊性，因此對產品的評估通常包含：①性能驗證；②功能驗證；③壽命驗證。

    值得提出的是，如果在此階段出現問題，應返回至以前相應階段，實施針對圖紙或制造流程的改善和重復循環，這類循環事實上導致研發周期延展，不利于研發過程戰略目標的實現。而本文提出的基于模塊化原理的復雜產品開發體系，在設計和貫徹戰．略層研發意圖時有機引入外部技術資源，形成準開放性的研發體系，有利于縮短技術創新周期。主要原因是，一旦相關模塊體系的功能、兼容性和對于產品總體的質量貢獻達到要求，則以后的產品設計可以繼續在若干此類模塊基礎上開展，研發流程的不可預測程度大幅降低，整體耐風險水平和質量水平提高，而產品總體新穎性也得到滿足。

4 總結

    本文通過對航空航天企業研究與開發流程的理論和現實分析，結合復雜產品和模塊化產品研發過程的相關理論，提出我國航空航天復雜產品體系研發流程模型，并對諸階段分別加以詳述。研發管理的過程中的重要問題是將開放性的研究與開發體系(為提高研究與開發過程的效率)與企業技術資源戰略目標有機統一。本文通過詳細分析典型環節的功能作用和管理要點，對建設開放型航空航天研發體系提出相應的流程模型，提供一種研發機制，目的是建立適合我國國情的航空航天企業產品研發流程，增強我國航空航天企業的核心競爭力，促進航空航天事業的發展。