大型航空航天企業復雜產品體系研發與制造過程的組織間合作結構研究

張化照梁 璽劉靖東

（北京宇航系統工程研究所）

大型航空航天企業復雜產品體系研發與制造過程的組織間合作結構研究

張化照1梁 璽2劉靖東

（北京宇航系統工程研究所）

自20世紀90年代“復雜產品系統”的概念出現以來，出現了大量關于復雜產品研發過程的研究文獻。本文在分析復雜產品系統特點、復雜產品體系的技術資源結構特性的基礎上，分析大型航空航天企業復雜產品系統項目開發組織形式，以及復雜產品體系研究與開發的企業間合作模式，并將相關分析方法應用于航空航天復雜產品體系研發制造過程中的合作類型選擇，以期在開展積極的對外合作的同時，保護自己的技術優勢。

航空航天企業 復雜產品系統 模塊化 創新戰略

1 前言

航空航天產品是一種高復雜性的產品類型，這類產品的研究與開發組織結構也隨之成為重要的研究對象，其中，如何在組織之間，特別是企業之間，通過技術合作提升研究與開發的技術學習水平，達到具有長遠經濟和技術發展潛力的戰略目的，成為此類產品研發以及制造過程組織體系的重要議題。

復雜產品系統（Com p lex p roduc t and system，CopS）是經過大技術系統（Large technical system s）演化而來，由霍布德（Hobday）等著名學者較為全面、系統地提出。在復雜產品系統成為獨立的研究對象之前，相關研究散見于“軍事系統”、系統復雜性測度、大技術系統、項目管理、產業組織理論等相關文獻中，航天飛行器也曾被作為特殊的創新案例研究過。

胡福斯在大技術系統的研究中，給出了一個復雜系統的概念——“有相互作用、相互聯結的部分組成的一致性結構體系”，包含“一般簡單的機器”到“整個區域的電網”。這個概念比較接近后來由霍布德等人所界定的復雜產品系統——研發成本高、規模大、顧客定制的、工程密集的大型產品和系統。復雜產品系統指高研發成本、技術密集、工程密集、顧客定制、單件或者小批量生產的大型產品、系統或基礎設施，如大型計算機、航空航天系統等[1，2]。Dav ies從生產類型和生產數量兩個維度對復雜產品進行了定位，如圖1所示[3]。由圖可知，復雜產品系統屬于A、B兩類，是基于工程項目的、單件或者小批量生產的資本品，具有高成本、高技術的特點，但并非A、B兩類中所有的產品都屬于復雜產品。

圖1 產量—生成過程分類

針對大型復雜產品系統與大規模制造產品的巨大差別，表1列出了主要的特征差異類型。事實上，大型復雜產品體系在一國國民經濟中占有重要地位。1970年全球每30件最有價值的出口貨物中有43%是復雜產品，并且這個比例仍在逐年提高[4]。1994年英國復雜產品產值約為680億英鎊，占當年GDP的11.9%，至少為英國提供了140萬-430萬個工作崗位。

2 復雜產品體系的技術資源結構特性

復雜產品系統的復雜性在于該系統涉及的技術深度與寬度。新知識運用程度，以及個性化程度通常要求較高[5]。復雜產品系統其本質特征是不同技術在系統不同層次水平上相互作用的多技術系統（m ulti-techno logical system）。系統越復雜，所需要技能和能力的范圍越廣[9]。概括而言，復雜產品系統的性能高度依賴其組成元件、次系統和集成結構，可以通過三個層面的技術特點來分析復雜產品系統：首先，復雜產品系統的組成元件，次級系統，以及集成結構決定：元件和次系統作為復雜產品系統最為基本的組成部分，決定復雜產品系統所采用的基礎技術，反映復雜產品系統基本功能屬性；其次，系統層是復雜產品系統區別于簡單產品的特征表現層，體現將復雜產品體系內各元件和次系統集成構成系統的總體效應，特別體現元件層和次系統層所不具有的功能屬性；第三，元件和次系統間存在反饋層次。復雜產品系統中的反饋層主要用于各元件和次系統之間的有效集成，從而組成穩定的系統，并保持系統所具有的獨特功能屬性。因此，技術變化通常發生在構成復雜產品系統的三個層面上，也就是說技術變化可能會影響：（1）構成復雜產品系統的元件和次系統；（2）復雜產品的集成系統；（3）復雜產品系統的反饋系統[10]。

表1 復雜產品與大規模制造產品的特征比較

由于系統和元器件具有不可分割性，考慮到整個系統存在反饋及系統各元件和次系統間的依賴性，系統任何部分發生的變化都將隱含著系統其它部分也將發生某種程度的變化。由多個元件和次系統集成而成的復雜產品系統對技術復雜程度的要求遠遠高于簡單產品，同生產簡單產品的企業相比，生產復雜產品系統的企業對技術能力的要求更加復雜。

3 復雜產品系統項目開發組織形式

考慮到復雜產品系統的項目通常由跨企業的多職能項目小組承擔。H o b d n y提出項目制組織（Pro ject-Based O rganization）是適合于復雜產品系統創新的組織形式[6]。所謂項目制組織，是指以項目作為組織生產、創新和競爭活動的基本單元的組織形式。項目制組織形式能夠靈活地配置各種資源，方便地完成與外界的技術溝通與交流，隨時根據新知識的出現、相關技術的變化、政府政策的要求和客戶反饋意見調整產品的設計和生產。在復雜產品系統生產的經濟性和創新的風險控制方面，項目制組織形式比職能型型組織更有優勢[7][8]。

B rad y認為職能組織關注產品和服務的持續情況、產品標準化程度、規模經濟和范圍經濟，而項目制組織關注單一或小批量生產、經濟重復性、不確定性等問題，復雜產品系統的研發組織應該是能夠很好的平衡矩陣組織和直線職能組織各自的優缺點，但他們并沒有明確提出適合與復雜產品系統的組織結構[11]。另一方面，復雜產品體系所涉及的技術的寬度特性決定了不管企業的規模和競爭實力如何，都將在其相關技術領域受到深度和寬度兩個方面的限制，因此生產復雜產品系統的企業很難在其內部完成所有部件的生產和系統集成工作。所以企業一方面考慮到社會分工后市場競爭中的比較優勢，為保持復雜產品系統的成本優勢，企業將復雜產品系統進行“模塊式”分解成為若干部件，進而選擇性的進行技術產品外包；另一方面，圍繞核心競爭能力來進行發展的企業理論也支持企業有選擇性的將部分元件和次系統外包，以便企業能夠集中資源來強化其核心競爭能力。

Prencipe也認為將復雜產品系統垂直分解和外包可以作為生產復雜產品系統的有效手段，同時他們也認為復雜產品系統外包也存在其局限性[12]。從風險的角度來看，企業完全采用外包的方式管理和生產復雜產品系統并不能夠最大化的降低其整個開發風險，然而對于復雜產品系統來說，是否能夠在規定時間內成功開發出相應的復雜產品系統，滿足客戶的需要才是企業的首要目標。因此，復雜產品系統開發商在尋求技術產品外包的同時還尋求在行業內有著重要影響的同時能夠和自己資源和市場相互互補的企業結成同盟，形成更富有影響力的、技術能力更高的復雜產品系統開發聯盟。聯盟內部企業間的關系非常緊密，共同領導著包括外包商在內的整個復雜產品系統開發組織。

考慮到企業在未來市場上的競爭優勢和企業對整個復雜產品系統開發組織所產生的影響力，復雜產品系統內嵌的關鍵技術或核心技術的零部件及系統集成技術仍需要通過企業自身進行研究開發，即從技術深度的維度來思考需要掌握技術類別，但這并不意味著企業完全不開展非核心部件和關鍵部件的研究開發工作，也就是說不僅僅考慮技術深度問題還需要考慮技術寬度問題，只不過側重點不同。一方面，企業為更好的集成外包的各部件必須對內嵌于各部件的技術進行深刻全面的理解，掌握復雜產品系統各集成模塊間的界面接口技術要求。另外一方面，企業為在和各關鍵外包商的合作博棄過程中保持有利地位，從而促使整個產品開發過程中能夠按照規定的開發路徑延續下去[13]。

從復雜產品系統開發過程的特征來看，復雜產品系統的設計、測試和付使用后的升級更新過程都是多重非線性的反饋過程，需要所有位于復雜產品系統生產鏈上的企業參與，復雜產品系統任何部件的變化和修改來需要充分考慮對其它部件的影響，復雜產品系統主要集成商需要在這些過程中扮演著導演的角色來指揮和協調整個開發組織中的各種活動，這也要求復雜產品系統主要集成商了解或掌握各部件所內嵌的技術，各部件外包商也需要對系統集成技術進行了解。Prencipe通過案例研究指出生產復雜產品系統的集成商和部件供應商都將開展復雜產品系統生產過程中需要的所有技術領域，只是其各自研究的側重點會有所不同，部件供應商研究復雜產品系統的集成技術以便能夠更好的理解集成企業對其部件的要求，同時也作為其進入新領域的機會[12]。

陳勁和童亮[10]、周永慶，陳勁和景勁松[14]判在綜合國外學者的研究基礎上，對就創新的過程模式來看進行了描述。由于復雜產品系統的高度定制特性，創新的原動力來自于最終用戶定制性的需求或潛在的需求。同時隨著技術的進步，一些新的產品理念需要由各開發商引入并傳遞給用戶。因此這兩者構成了復雜產品系統的創新源。但在創新思想階段里，由于產品/系統本身的復雜性，需求往往是模糊的，用戶很難具體描述出最后的產品形態。集成開發商在獲取訂單之后，首先得將整個復雜產品系統的研發任務基于對整個系統框架以及功能需求分析的基礎上進行細分。在劃分模塊的時候，有一類模塊是須在系統集成開發商內部完成的，即涉及到整個系統的協調運作和集中控制的模塊。復雜產品系統模塊分解之后，由于系統的復雜性，以及貫串在整個研發過程中的不確定性，需要謹慎的進行外包選擇。復雜產品系統創新過程中的外包合作往往不是建立在單純的商務合同上，而且技術的變更會導致商務合同的變更，同時供應商的技術能力和經營能力是模塊能按時開發完成的保證。在系統開發過程中，由于每個獨立模塊的開發過程包含了傳統研發的核心過程，隨著模塊復雜性的增加，重復開發的次數也會增加。整個復雜產品系統研發過程要求的模塊開發的同步性，所以模塊化開發要在一定的協同機制下進行。模塊間的界面接口程序的研發是整個協同機制下所要關注的要點之一。

在這一階段用戶參與到實際開發過程中，承擔一些應用型的開發任務，復雜產品系統的需求也在這個階段里逐步明晰，形成具體的技術要求和參數。復雜產品系統交付不再是一個瞬間行為，而是一個過程，是仿真聯調在用戶端的延續，技的交接和移植也在此間逐步完成。在跟蹤完善過程中，一些系統運行的信息饋到另一項同類型的復雜產品系統設計開發的各個環節，并使之得到完善。更新的技術與反饋的問題積累到一定程度，會導致全部系統的全面升級的創活動，從而帶來新一輪的復雜產品系統創新活動。

4 復雜產品體系研究與開發的企業間合作模式分析

Hobday等人提出，復雜產品統的高技術、大投入等特征使得能夠提供復雜產品系統的集成制造廠商在整個行業中相對較少決定了該產品行業市場結構的特點，復雜產品系統所處的行業結構一般多為寡頭市場，即幾家集成制造商分割市場[5]。復雜產品系統的市場特性，不僅僅體現在集成制造商的寡頭結構，而在用戶端同樣體現這一特性，能夠購買和使用復雜產品系統的最終用戶多為大型專業用戶（如國家電信、電力部門、航空部門）或者政府部門機構等，因此“雙頭壟斷結構”是復雜產品系統最為典型的市場特征。

復雜產品系統所涉及的行業往往都受到政府高度管制和調控的行業，復雜產品系統的交易次數少且不頻繁。統一的市場定價并不存在，每一筆交易都可以進行討價還價，但交易金額往往較大且需要較長時間進行協商談判。因此，整個復雜產品系統所處的市場環境是一個政府管制下的部分競爭或者說是有限競爭的市場環境。一般產品創新是技術生命周期是從不成熟到成熟，當技術主體逐漸成熟后，小型的缺乏競爭力的企業就退出了，或者被大企業收購，剩下的企業主要依靠工藝流程的改進或者大規模生產來進行產品的成本競爭。復雜產品系統所處的行業多數并不符合這種發展模式，這些行業的長期發展過程中并沒有出現大量企業的消失或競爭廠商數量的顯著減少。

正是由于復雜產品系統市場交易過程中政府的介入以及雙頭壟斷的市場格局，使得復雜產品系統的市場競爭一般并不激烈，其交易次數少且不頻繁。統一的市場定價并不存在，每一筆交易都可以進行討價還價，但交易金額往往較大且需要較長時間進行協商談判。因此，整個復雜產品系統所處的市場環境是一個政府管制下的部分競爭或者說是有限競爭的市場環境。

一般產品創新是技術生命周期是從不成熟到成熟，當技術主體逐漸成熟后，小型的缺乏競爭力的企業就退出了，或者被大企業收購，剩下的企業主要依靠工藝流程的改進或者大規模生產來進行產品的成本競爭。復雜產品系統所處的行業多數并不符合這種發展模式，換句話說，這些行業的長期發展過程中并沒有出現大量企業的消失或競爭廠商數量的顯著減少[16]。

5 航空航天復雜產品體系研發制造構成的合作類型分析

由于模塊化產品的基本特征是一個標準界面之上彼此松散結合的產品體系，表現模塊之間的相對強的獨立性，同時又有模塊之間相對標準界面的契合點，因此出規模塊技術資源的同步創新，與產品體系界面上不同組合形成的產品創新同步發展的格局，大大提高產品創新的效率。

但以此特征分析模塊化產品的構造，則客觀上存在所謂模塊化產品設計的深度與可控兩個方面的折中特點，即模塊化過程有一個控制邊界：當模塊成為功能和技術內容充分獨立的次級體系，同時模塊內部的加工技術集成形式和集成過程差別與系統組合的效果具有可控特性的時候，通過邊界條件約束模塊成為可能，則整體產品體系呈現明顯的模塊化特點。

依照這樣的特點提高模塊化的可控水平，則極端情況將使整體產品成為很少數量的模塊組合，模塊化特性趨向模糊，產品成為事實上的集成化產品，這一可控水平不能充分降解的原因在于模塊內技術資源不能進一步劃分，否則控制水平降低；另一方面，如果模塊內技術資源和知識資源可以充分降解，即模塊的劃分可以充分細致，則模塊的內部構成又會趨向簡單，即向通用型模塊或部件的方向發展，于是所謂模塊加工技術及知識也會趨向通用水平，使得模塊的次級體系特點模糊，于是必然導致“模塊”之間的依賴性強，模塊化水平降低。也就是說，在模塊的劃分極端細致的情況，整體產品也成為集成化產品結構而不是模塊化的產品結構形式。

通過以上分析，可以根據模塊的組織邊界特征（戰略意愿）和模塊的技術邊界特征（可控水平）得到下列四類典型的模塊化發展類型（表2）。其中，兩類狀態（II和III）都屬于產品設計的欠模塊化水平狀態，但前者原因是組織戰略原因，換句話說，如果公司戰略意愿為加速創新周期，提高本企業的核心競爭力目標，則可以比較容易地通過組織轉換，使得相關技術充分分解形成模塊化組織；但后者（模式III）則不同，這類產品不能充分模塊化的原因是知識和技術不能充分降解，這種情況即使組織戰略意圖傾向于模塊化設計，也不能形成事實上的模塊化組織。因此，特定產品體系開發中的技術或知識的可降解特征（可控特征）比組織戰略更具有決定意義。

從技術資源管理戰略的設計角度，對模塊化產品設計與制造過程的四類典型選擇的解釋如下：

①集成戰略（狀態I）：以設計和生產過程高度集成方式獲得壟斷性競爭優勢，適用于不可降解的復雜產品制造，也適用于意欲使設計和制造知識高度壟斷的場合，缺陷是承擔的研發和制造過程成本高；

②準模塊戰略（狀態III）：以產品系統集成過程獲得壟斷性競爭優勢，適用于不能充分降解的復雜產品制造，也適用于意欲使設計知識壟斷而制造知識部分壟斷的場合，但組織結構上通過組織邊界劃分實行創新分擔機制，貌似模塊化組織，來降低成本，但因技術資源的不可降解特點，通常只適用于組織內部的次級組織劃分場合，使得組織整體仍然高度控制相關技術資源。

③準集成戰略（狀態II），由于技術資源本質上可以充分降解，而組織戰略選擇集成，而非模塊，產品特征的組織戰略明顯，因此體現為企業的準集成戰略，主導意愿是強力控制企業內技術資源。

④模塊化戰略（狀態IV）：技術資源具有可降解特征，組織戰略也反映為特定功能導向或技術資源導向的模塊化模式，主導意愿應是降低研發成本，提高創新效率，實現跨企業的創新資源合作，達到跨企業的技術聯盟關系。

根據以上分析，本文提出應用模塊化戰略來實現我國航空航天企業研發管理選擇要點如下：

①高度控制自有技術資源，選擇上述狀態I或II，可以通過高度的技術資源控制達到掌控產品發展的目的，但研發成本高，創新效率低；從目前的調研看，航空航天產品的研發主要采用此類模式。

表2 模塊化復雜產品組織類型與技術體系可探類型分布

②部分依賴外部技術資源，選擇上述狀態III，由于典型航空航天產品的技術開發實踐多屬于不可充分降解形式，技術知識層面的模塊化程度低，因此不易達到典型的模塊化狀態，但可以選擇組織內的模塊化發展，以提高創新效率。從實際調研觀察，狀態III是航空航天企業產品開發可以選擇的重要形式。

③與外部技術資源形成互補，同步創新，選擇上述狀態IV，典型的模塊化產品類型，通常在技術資源的模塊程度明顯，同時組織戰略選擇合作與互補，則可以實現比較典型的模塊化產品發展狀態。從目前航空航天企業產品研發過程看，此類模式只適應了少數開放性的產品設計，但隨著航空航天產業國際化水平的發展，此類技術與產品開發模式也應是重要的選擇之一。

6 結論

本文在對復雜產品系統特點、復雜產品體系的技術資源結構特性、復雜產品系統項目開發組織形式，以及復雜產品體系研究與開發的企業間合作模式進行總結和分析之后，將復雜產品系統理論應用于航空航天復雜產品體系研發制造構成的合作類型的分析中，并提出四類合作模式，包括高度集成模式，兩類欠模塊發展形式，和一類典型模塊化發展形式。研究工作提出，隨著航空航天產業的國際化發展，四個類型的模塊化研發和制造模式都有其各自的特點，具有針對特定戰略目標和提高創新效率的適應性。

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Research on the organization cooperation structure in the process of comp lex product system R＆D in large aerospace firm s

ZHANG Hua-zhao LIANG Xi LIU Jing-dong

There are a lot of research papers on com p lex product system R＆D snice the introduciton of the concep t“Com p lex product system”in 1990s．Based on the analysis on the features and technology resou rce structu re o f com p lex p roduct，this paper studied the o rganization struc ture as w ell as the cooperation mode betw een firm s o f large aerospace com p lex product R＆D p rojects．And m oreover the analysis m ethodology is app lied on the choice of cooperation in order to protect the technology advantage in the p rocess o f active cooperation.

aerospace firm s，com p lex p roduct system，modularization，innovation strategy

book=48,ebook=110

F062．4

A

張化照，（1973年—）男，北京宇航系統工程研究所，高級工程師，碩士，研究方向為系統工程、技術管理。

梁璽，l iangmenfy@gmai l.com，北京市9200信箱10分箱5號，100076