基于工程原理的大型裝備開發方法研究

馮立杰，岳俊舉，王金鳳，翟雪琪

（1.鄭州大學 管理工程學院，鄭州 450001；2.河南省煤層氣開發利用有限公司，鄭州 450016）

0 引言

裝備制造業承擔了為各行業提供裝備的重任，帶動性強、涉及面廣、技術含量高、與其他產業關聯度大，其發展水平不僅決定了各行業競爭力的強弱，而且決定了未來企業運行的質量和效益。傳統的裝備開發模式主要依靠開發企業自身，在設計與工藝、制造與管理方面沒有進行共享與集成，開發過程往往陷入設計、試制、修改設計、再試制的大反饋，致使開發周期延長，成本提高，開發出的產品失去競爭力[1,2]。須知，技術開發的目的是快速解決問題，失去了時效性，技術開發得不到市場認可，就會成為消耗資源的無用勞動，因此需要變革裝備開發的方式。

圖1 工程原理示意圖（虛線表示反饋過程）

由于大型裝備的開發具有技術跨度大、集成度高的特點，需要企業集成材料、工藝、控制、系統等內容，從市場、設計、生產過程中尋找最佳的結合點，從而創新性地開發設計技術先進且經濟合理的產品，以最大限度地滿足用戶需求，擴大市場占有率。不難發現，此開發方式與工程開發極其相似，即以工程建構與解構、工程創新為核心，具有多維、動態、開放的特征，涉及多種資源的調配，大量與系統外界進行知識和技術的滲透。可見，工程開發所具備的理念正是現代裝備開發設計所需。因此，從現實背景和應用環境考慮，本文運用工程開發理念，提出基于工程原理的大型裝備開發模式，以指導制造企業高效整合制造資源和創新資源，實現大型裝備的設計與開發。

1 基于工程原理的大型裝備開發理念

1.1 工程原理闡述

工程開發是工程項目按照系統功能和要求分解為相互獨立、相互影響的細分單元，將細分單元作為控制目標，在空間上分離、在時間上有序地完成施工項目的行為過程，其原理從流程和組織方式上得到體現[3]。

1) 從流程上來講，工程開發的原理如圖1所示。該流程具有明顯的開放復雜系統特征：包括工程規模和時空跨度大、項目結構復雜、項目參與主體眾多、社會開放性強、項目內外環境持續變化等。由于項目動態控制的要求較高，還需在滿足標準或業主要求的質量、工期、造價和資源等約束條件下，實現預定的使用要求。

2) 從施工組織來講，工程開發是創意者自己尋找專業隊伍并達成預定目標的一個過程。創意者的工作重點是發現機會，選擇合適的規劃者、設計者、施工者組織實施，并協調各方關系。在開發過程中創意者不僅利用社會的專業化隊伍和多方資源，為社會提供有價值的主體，創造社會財富，而且享受了創意生成、組織實現的過程。

1.2 裝備開發模式的理念體現

基于上述分析，工程項目開發與大型裝備開發均為多方參與資源分配與關系管理，多模塊并行工作，是一種技術與管理集成的開發過程[4,5]，體現了系統的分解與集成，且都以“總—分—總”方法為總綱：總——詳細制定整體規劃，對項目全過程總體把握；分——明確分工，按區域、階段、類型合理分解；總——按施工順序逐級整合。從二者的契合點考慮，運用工程原理進行大型裝備開發的理念主要體現在以下三個方面：

1) 開放式組織引導開放式創新

大型裝備開發模式應充分利用開放式組織的優勢，從產品型的集中管理轉變為對單個模塊的分散管理，有利于擴大管理組織的靈活性，節約組織資源，提高開發效率。

(1) 大型裝備開發單位不需要對裝備的所有結構、全部功能進行一一開發，而是根據裝備開發的目的，保留關鍵結構和核心功能進行完全自主創新，其余功能和結構外包生產，以提高開發效率，節省時間和成本[6]。

(2) 大型裝備開發過程的實現需要多個組織的協作以及精細的專業化分工，因此協同具有創新精神以及先進技術的組織和個人，建立與動態環境相適應的組織結構，保證組織的自我調整能力，在有限的時間資源下完成開發任務。

2) 創新的持續注入促使裝備持續更新

大型裝備的開發過程涉及多領域的專業知識，創意者通常難以控制所有的領域[7]。而在開放式創新的環境下，企業可以高效整合外部創新資源，使創新元素持續注入，不僅在裝備的設計制造過程中可以持續更新，甚至在裝備生產出來之后也可以憑借新元素的增加逐漸提高裝備的技術含量和差異度，并且在開發過程中企業自身的技術優勢得到了發揮和提升，競爭能力得到了提高[8]。

3) 創意歸屬明確

在開放式的創新環境中，樹立創意首功的理念：即誰創意屬于誰，誰發現屬于誰，創意者擁有對成果進行分配的權力。因為在開放式產品開發過程中，普通功能和結構的外包涉及多個企業和個人，關鍵結構和功能的研發需要多個技術人員合作，整體過程涉及范圍較廣、單位個人較多，成果完成之后的知識產權或者使用權的分配容易產生糾紛。因此，在大型裝備開發過程中，關鍵功能和結構要爭取進行自主研發或簽訂技術歸屬合同，核心創意和設計要提前進行專利保護，讓創意者對成果進行分配，避免了在后續成果分配中產生糾紛，保護了創意者的權益，使創意獲取必要的回報，形成激勵效應。

2 基于工程原理的大型裝備開發模式

大型裝備開發模式以工程原理為支撐，面向裝備制造企業的制造效率、成本、質量改善和過程控制，通過多組織合作，充分利用社會資源，優質高效實現裝備開發，其原理在裝備開發流程與組織方式中得到體現：在裝備開發流程方面，以需求為起點，通過開放的產品建構和企業互動的模式來集成各種技術資源，把握企業已有技術存量，積極爭取新領域的技術與知識支持，提高裝備開發績效，創造符合需求的裝備與豐富的技術資源供給之間的匹配，實現裝備開發的經濟價值[9]。在組織方式方面，從眾多技術和專業團隊中挑選出最適合的技術與團隊，進而將參與開發的上下游團隊有機聯系起來，通過研究、開發、制造等人員的共同努力，將創意轉變為滿足用戶需求、開發設計技術先進和經濟合理的產品，以最大限度地滿足用戶需求，擴大市場占有率[10]。

圖2 大型裝備開發模式(虛線表示反饋過程)

2.1 大型裝備開發模式流程

基于上述原理分析，創意者將裝備的功能結構分解細化，交付給具有相應設計制造能力的廠商設計生產，再將生產的各個模塊組合形成最終產品，形成以開放與合作創新、人與人高度互聯、人與知識高度互聯為基礎的開發模式[11,12]。裝備開發新模式運用系統化創新理論，涵蓋了從創意產生到裝備成型上市全過程中所有步驟、行為，通過對裝備的實體結構以及功能結構進行分解，在整個流程中按單元組織研發和生產，進而把裝備生命周期各組成部分的創新主體、要素等進行集成，以實現設計、生產、管理一體化，其流程如圖2所示。

利用該開發模式，通過企業內外的設計融合、制造融合，充分發揮開放式創新的優勢，在橫向和縱向上把裝備生命周期的各個組成部分并行制造，體現了創新的持續性、集成性、系統性和結構化特征，形成了開放、交互的創新系統和持續的核心競爭力，又好又快的生產出滿足市場需求的裝備。

2.2 大型裝備開發模式特征

大型裝備開發模式考慮到了裝備生產整個生命周期的所有要素，確保開發出的裝備滿足市場需求，整合了來自裝備開發價值鏈上相關企業和人員，該模式的特征體現在：

1) 企業內外環境溝通流暢。大型裝備開發模式打通了企業內部與外部環境，由于企業內部的信息得以向外擴散，來自企業外部的經驗和理論可以對裝備設計過程、制造過程、工藝設計過程進行反饋指導與支撐，形成企業內外技術創新交流的局面。

2) 提升企業創新能力。在開放式創新的環境中，企業與外界的技術與知識交流發生在裝備開發的任何一個環節，利用來自大學、研究機構、企業、用戶甚至競爭對手的技術，不僅克服了制約產品開發和能力成長的技術瓶頸，更保持了企業技術學習和技術創新的主動權，促進企業自主創新能力的成長。

圖3 開放式環境下企業創新來源

3) 便于成果控制。裝備開發的概況和組成明確、清晰，這使得裝備開發的管理者，甚至是不懂項目的業主、投資者也能把握整個開發過程，方便觀察了解和控制整個項目過程，保證了對最終成果的控制。

3 結論

本文通過研究工程開發過程與裝備開發過程的關系，提出了大型裝備開發的新模式。該模式既適用于大型裝備定制化的特點，又可在保持企業技術選擇決策主動權的同時，高效整合制造資源和創新資源，實現研制周期更短、質量更高、成本更低的協同設計與加工生產，以及多企業加工生產與管理協作的目的。大型裝備開發模式的應用有助于提高企業的技術創新能力，突破創新瓶頸，促進裝備制造行業將創意快速形成產品，轉化為生產力，為推動我國產業結構優化升級、實現制造業由低端到高端的跨越提出了一種創新思路和方法。

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