基于航天產品工程的科研生產模式轉型實踐

◎西安航天精密機電研究所 萬彥輝等*

基于航天產品工程的科研生產模式轉型實踐

◎西安航天精密機電研究所 萬彥輝等*

通過對科研生產模式轉型的探索，將航天產品工程和IPD理論有機融合，通過產品平臺建設、產品流程建設與信息化落地手段實踐了產品研發平臺化及應用管理落地的方法，構建了基于航天產品工程型譜化與CBB系統的慣性產品平臺，初步實現了基于IT的科研生產模式協同變革，培養了具有專業能力、管理基礎和信息化知識能力的產品研制隊伍。

西安航天精密機電研究所是我國最早從事液浮穩定平臺系統研制的所廠合一單位，主要承擔載人航天、戰略武器、戰術武器使用的液浮/二浮慣組、液浮/三浮穩定平臺、撓性慣組、激光慣組、光纖慣組、定位定向系統及其專用慣性儀表的研發和批生產任務。“十一五”末隨著研發項目的增多與定型產品的批量化生產，產品、零件及電路板種類無序增加，給生產加工帶來了巨大的壓力，研發項目面臨無法及時搶占市場主動權、批生產項目無法按時交付的被動局面。“十二五”期間多型號、多任務并舉、高密度發射成為常態，任務量達到“十一五”的3～5倍，供貨周期平均縮短30%～50%，同時對技術指標、質量及可靠性提出了更高的要求。

傳統的“一機一研一隊伍”的職能型研發組織形式造成相同功能性能的產品種類繁多，管理難度加大，產品一致性降低；研發人員全面進入型號，沒有精力進行技術儲備；同樣的問題在不同型號中重復出現，疲于修改；項目策劃和風險管控因人而異；保成功、保交付的壓力巨大。在任務和困難的重壓下，研究所提出了科研任務和管理轉型“兩手抓”的要求，避免企業陷入無序忙亂。2012年依據系統工程理論，結合先期引入的集成產品開發（IPD）理論，提出了基于知識和流程的IT協同變革管理轉型戰略，聚焦科研生產管理，開始系統研究適合航天企業的研發管理模式。

一、轉型的思路及方法

1.轉型思路

科研生產的轉型是一項系統工程，包含管理轉型、思想轉型乃至戰略轉型，即組織方式和執行方式的轉型，需要有流程化和平臺化作為基礎，流程化解決組織方式轉型，平臺化解決執行方式轉型。航天產品工程理論作為航天產品研發迭代過程和型譜化的基礎，需要與IPD理論中的項目管理、結構化流程、共用基礎模塊（CBB）復用的異步開發進行深度融合，按照理論導入、業務梳理、信息化落地的思路，以解決問題為導向、構建切實可用的方法為前提，分業務、隊伍進行標桿試點，重新進行系統的模塊化并行協同探索，如圖1所示。

圖1 科研生產管理轉型思路

2.總體方法

研究所按年度分主題遞進式開展管理理論導入，結合問題緊急程度開展標桿試點，通過試點理解理論要點，并將相關理論要點進行有機融合，開展并行協同式專項探索，最后構建起新的科研生產管理模型（見圖2），并用集成信息化的手段支撐管理轉型。

改變傳統的從技術要求到研制、交付的串行直線模式，增加基于需求搜集分析分類的市場管理、基于一類客戶需求的產品規劃式平臺管理和基于市場需求的專業技術規劃，實施產出價值鏈增益最大化的流程管理和知識管理。同時對產出人才隊伍的規劃也做了相應改變，增加了具備需求分析決策的市場隊伍和具備新科學管理模型認知的管理隊伍。特別是在研發隊伍方面，在傳統研發隊伍和型號項目隊伍基礎上增加產品開發隊伍，促進研發隊伍向以產品開發為主、研發隊伍精銳牽引、型號項目隊伍大量減少的配置模式轉變。

在產品平臺建設方面，以產品體系建設為核心，融合航天產品工程單機產品體系與IPD產品平臺化理論，經歷了自下向上、以點帶面的型譜研究和電路CBB建設階段與自上向下的系統重構階段，以確保產品平臺的實用性。

在流程建設方面，通過在立項階段學習流程基本知識和建設方法，在科研生產流程體系建設階段建立復雜流程描述規范，融合航天產品工程、武器研制程序ISO 9001質量體系、各總體院型號研制要求和IPD產品開發流程，在建設航天產品開發主流程的同時規劃流程體系，確保先進理念科學融合及流程的可用性和易用性。

圖2 新的科研生產管理模型

在項目管理方面，以立項為開端推進項目管理，確定項目開啟和關閉標志；在產品平臺有貨架產品后，轉變項目研發模式為基于平臺模塊復用的產品開發；在產品開發流程體系建設完成后，轉為流程化的項目管理。形成基于平臺和流程的異步開發項目管理模式（見圖3）。

圖3 基于平臺和流程的異步開發項目管理

在戰略績效方面，通過對典型產品研發類型和流程活動的分析，建立量化績效模型，并納入項目立項；通過平衡計分卡，將產品戰略、流程戰略、市場戰略等維度納入項目績效。

在集成信息化落地方面，通過系統規劃配合管理改進將流程體系、產品平臺、項目管理、量化績效信息化，確保資源顯性化、狀態清晰化，實現“計劃打通、流程打通、信息打通”的三維打通狀態。

二、實現路徑

1.產品平臺建設

（1）建設思路

研究所作為單機配套單位，產品涉及航天、武器和航天技術應用產業，且產品層級較低，對外出售的產品多數屬于單機產品，對內配套絕大多數為整件以下產品，生產瓶頸主要集中在精密的零部組件。而IPD理論以產品7層貨架的規格化為綱，以內外部市場需求為牽引，以各層級產品規格定義、研制流程、項目管理、知識利用、團隊管理等為目，綱舉目張地給出了市場產品“準、快、低”的產品開發模式。

相較于航天產品工程，IPD在產品平臺方面覆蓋不同復雜度的產品，能夠將單機產品向下延伸；在流程方面，IPD結構化的研制流程能夠補充航天產品研制過程中需求的全面跟蹤落實、周密實用的研制策劃、規范深入的評審、階段性的資源投入等。按照同建設、同應用的原則，通過全面梳理50年來形成的產品及未來產品，分析產品應用領域、需求客戶群之后形成了基于需求分析和技術發展預判的平臺產品規劃，構建起以型譜和CBB為主的產品平臺（見圖4）。

圖4 產品平臺示意圖

型譜作為產品系列化的輸出特征，對外牽引客戶，對內推動共用基礎模塊的構建。型譜分為平臺產品（V版本）、標準產品（R版本）和定制產品（M版本）。V版本作為核心產品平臺，是需求重組后結合產品實現原理形成的平臺產品，它需要向上形成R版本，以滿足一類需求，在與R版本一起做適應性修改后能形成客戶定制產品M版本；它也需要向下按照功能劃分，引導構建合理實用的CBB。

CBB作為企業提升產出效率和成熟度的重要手段，依據上層平臺產品構建，向下牽引技術平臺。在IPD貨架理論的基礎上，按照產品組成層次進行功能分析和分解，梳理并規劃出一系列成熟度高、具有標準化、通用化、組合化特征的模塊。在單機產品研制中，應在不犧牲差異性的情況下盡可能選用CBB進行組合化設計來滿足需求，以解決產品重復設計、重復投入的問題。

按照“系統型譜化、產品結構模塊化、儀表組件通用化、接口關系系列化”的原則，產品平臺的總體規劃以市場需求為標尺，以是否對外出售為分界線，確定了“產品賣到哪一層級，哪一層級建型譜，以下層級建CBB”的產品平臺構建原則，形成對外配套建型譜，對內供應建CBB貨架，以型譜和CBB為主的產品平臺。對外整合應用需求，形成通用產品，壓縮品種，建立型譜，實現外部貨架式選擇；對內進行項目清理、識別，按照系統、儀表、線路、組件、零件等進行產品結構整合，形成共用模塊，建立內部CBB貨架式復用機制。

（2）建設方法

首先，進行需求梳理，即從產品領域、功能需求、需求特點、技術方向等方面運用$APPEALS分析方法確定客戶群的分類和基于客戶群的需求，開展客戶群需求分析并對應推薦產品；其次，對客戶群產品進行五力模型和SWOT分析，確定產品方向及分類，形成各領域的V版本產品，同時進行企業內部貨架的定義和各層次產品文件體系、評定體系的開發；再次，對產品進行功能劃分，構建共用模塊系列并上架，利用產品管理中心平臺將貨架庫的分類、每層次貨架上的產品及其資料包封裝進信息系統，供產品研發過程中直接調用；最后，與項目管理無縫連接，實現型號研制與貨架庫之間實時動態支撐，型號研發模式轉變為基于成熟模塊復用的新產品開發模式。

（3）建設成果

一是型譜全面覆蓋。建立需求數據庫，對客戶群進行分類，從產品功能入手梳理整合確定客戶群需求，開展產品型譜和路標規劃，確定平臺產品規格。

二是建設CBB管理體系。CBB管理體系的核心內容包括1個流程、2類標準、3類評審、31份模板。

平臺產品開發流程包含產品梳理、判斷、策劃、開發、驗證、上架發布及總結和生命周期管理7個階段的主要活動，規范了產品平臺規劃、設計、開發、驗證和成熟度提升的全過程。梳理和判斷階段主要解決產品平臺的系統性構架和CBB系統提取問題，是產品平臺系統性的基礎和保證；策劃階段解決團隊組建、目標和開發約束條件設定問題；開發、驗證和上架發布及總結階段規定了CBB設計、試驗、多項目驗證和上架發布產品平臺開發的步驟與完成標志物，是產品平臺有序開發的主要實施階段；生命周期管理階段是對上架CBB按照成熟度提升、升級更新換代2條路徑，對產品平臺生命周期進行管理和維護。

2類標準是指CBB貨架層次定義按照硬件和軟件分別設置，硬件貨架層次定義參照設計文件的分類編號（QJ13）分為6個層級，軟件貨架層次定義參照軟件工程化要求分為4個層級，無縫銜接航天行業標準，對上管理接口良好，對下以圖號等級對應貨架層級，操作簡單明確。

圖5 CBB貨架

3類評審是決策評審、技術評審和上架評審。決策評審設置于判斷階段和生命周期管理階段，判斷階段通過對CBB適用范圍和共享策略評定，判定該CBB的開發價值，決策是否進行開發；生命周期管理階段通過對前期CBB的應用情況分析決策CBB是否退出貨架。技術評審設置于判斷階段、策劃階段、開發階段、驗證階段和生命周期管理階段，分別對產品平臺架構和CBB規格劃分合理性、CBB開發大綱全面性與合理性作出評判，對CBB開發和應用驗證試驗作出技術掌控，并對CBB成熟度是否達標作出評定。上架評審是對CBB前期工作的總結和評定，標志著該CBB的成功開發，并可進入貨架供型號項目選用。

31份模板是指產品開發流程配套的輸出物模板，對貫穿流程的每個活動、輸入輸出物進行規范。

三是構建CBB貨架。按照“系統型譜化、產品結構模塊化、儀表組件通用化、接口關系系列化”的原則，以26個平臺V版本為依托，構建了CBB軟硬件模塊貨架（見圖5）。硬件CBB按6層貨架立體構建，包括總體、電路、電路與器件、電氣元件、結構、光學專業；軟件CBB按4層貨架立體構建，分為系統、子系統、部件和單元架構。

四是型號項目應用。保證CBB能夠被型號項目應用是研制模式由垂直向異步開發模式轉變的重要環節，立項時以型譜框架為約束條件，以選用CBB、CBB成熟度提升、新貢獻CBB作為項目決策評審要素，同時在方案設計模板和評審中設置CBB應用與構想的評審要素，將這些要求的衡量結果納入項目績效，促進CBB貨架的使用和迭代更新。

生產制造時制定了CBB統籌排產方案和流程，按照CBB需求事業部和所（廠）兩級統籌方式進行CBB統籌，需求事業部提出年度需求，科研生產部結合庫存統籌批次、分組后下達給承制事業部進行生產，并設立專用CBB模塊庫存信息化臺賬，統一制造、統一入庫、分型號項目領用。

2.產品流程建設

結合航天產品開發過程、IPD產品開發流程、流程房式理論、武器研制程序、慣導產品傳統研制過程等，按照流程設計、優化和控制3個階段，分主流程、支撐流程和專業技術操作流程3個層次進行科研生產流程體系建設。

在流程設計階段，主要對設計過程、設計產品所配套的領域、研制程序、集成產品開發、質量體系要求進行了分析，在分析的基礎上進行流程建模，構建了以模樣、初樣、試樣、定型研制階段為產品目標的業務流程模型，并分階段開展流程邏輯關系的開發。

在流程優化階段，主要是針對流程模擬運行情況、過程問題、新專項管理要求，如對航天產品工程、技術風險分析與控制、量化控制、數據包、產品保證等進行重新建模和邏輯完善，實施協同開發，在此過程中形成流程描述規范。除流程開發團隊外，加入各類角色專家開展流程評審、流程固化和流程發布。

在流程控制階段，主要進行流程信息化部署、產品設計時的流程使用和流程的持續改進，將流程活動拆解成活動包（包含活動名稱、活動定義、輸入輸出模板、理論周期、知識、質量要求等）分別放入信息系統，并在后臺加入前后置關聯關系，形成流程的底層平臺。流程使用是計劃主管依據流程形成項目計劃，分解到每個設計的具體任務，設計師進入產品管理中心平臺執行流程任務，每年度對流程進行快速性優化，持續改進。

主流程建設。產品開發標準（快速）流程將質量管理體系、IPD、產品化、武器研制程序等融為一體，突出了研制策劃的全面性和適宜性，對數據包、風險管理、技術風險、量化控制、三類關鍵特性、軟件工程化等均用流程活動進行了描述及定義，同時將模樣、初樣、試樣、定型四大階段進一步細分，再進行流程結構化、模塊化設計。

支撐流程建設。配合主流程需要，將通用復雜工作單獨分流建立了支撐流程，包括立項流程、用戶信息響應流程、技術問題處理流程、技術評審流程、更改流程、外包產品保證流程等。

專業技術操作流程建設。立足主流程，細化專業活動，建立了8類24項專業技術操作流程。

3.信息化落地

（1）平臺信息化

在產品平臺和流程建設的基礎上，結合IT協同規劃支撐管理落地要求，構建了基于模塊復用和異步開發流程的快速設計信息化平臺（見圖6）。業務層主要依托產品研發系統實施主流程管理及使用，通過產品管理中心實施基于主流程活動細分的專業設計操作流程管理及使用，支撐并行協同的異步開發；產品層主要是以產品管理中心和知識管理系統實現基于設計常用元器件模型、標準件模型、CBB模型的使用等支撐復用式研發模式。

圖6 基于模塊復用和異步開發流程的快速設計信息化平臺

在業務梳理的基礎上，將產品平臺架構、平臺構建流程和文件體系、共享模塊、元器件、標準件進行信息化處理，通過產品結構配置將動態建模、流程導入和CBB、元器件、標準件的參數模型封裝入產品管理中心平臺，設計師可在不同產品、系統之間共用零部件、整件等模塊產品及其它相關設計成果，實現快速構型、快速設計。

（2）流程信息化

產品研發系統是研發項目業務管理的信息系統，在設計方案時構建了流程管理模塊及基于流程的項目計劃自動生成功能，在流程評審發布后，將快速設計的主流程內置到系統中，包含各流程類型、流程活動關系及定義。

快速設計平臺的集成化以專業技術操作流程為“接口協議”，實現了產品研發系統和產品管理中心的任務自動對接。產品研發系統作為科研任務的總驅動器，立項評審通過的項目在其中生成賬號，然后調用系統內置的流程形成項目計劃，同時嵌套專業技術操作流程活動。在項目執行過程中主流程的某個活動帶時間指令會傳遞給產品管理中心，任務接收者會在產品管理中心按照相應的專業操作流程進行設計開發，在開發過程中直接調用成熟模塊或典型模型完成設計任務，并將結果自動反饋到產品研發系統，實現任務自動閉環。

三、成果與效果

通過4年的科研生產模式轉型實踐，研究所從產品化基礎基本為零、“一機一研一隊伍”的垂直研制模式逐漸形成了依據航天產品工程理論、結合三級產品配套特點的產品平臺建設及復用，最后與項目管理無縫連接，實現了型號研制和CBB庫實時動態互相支撐，研發模式轉變為基于模塊復用和結構化流程的新模式。

構建了產品平臺，完成了慣導、機電陀螺、光纖陀螺、電機4類平臺產品建設，在研在役航天產品型譜化率達到100%，在研在役武器系統產品型譜化率達到70%；形成了一套切實可行的CBB嚴打管理體系，有效減輕了生產線上產品品種多、數量少的壓力；工藝裝備也縮減至原來品種的16%，大幅降低了工裝的管理壓力。

建設了一套主流程、支撐流程和專業技術操作流程無縫銜接的航天產品開發流程體系與平臺構建流程體系，實現并行協同和異步開發。落地了基于模塊復用和并行協同異步開發的信息化平臺，初步實現了基于IT的科研生產模式協同變革。

打造了一支技術業務與信息化兼備的隊伍，共培養管理專家、產品專家、信息化專家40余人，具備良好業務能力和信息化能力的骨干人才達20余人，具備相同認知理念和能力的管理基礎隊伍、產品基礎隊伍、信息化基礎隊伍共計200余人。

改變研發模式為流程驅動、平臺支撐、信息化運行的并行協同場景，實現了產品研發平臺化，管理的復雜度降低，效率與成熟度提高，設計差錯率降低60%，研發周期平均縮短20%～50%，有效地支撐了型號項目研制成本低、質量高、研制周期快的要求。

四、感悟與設想

科研生產管理研制模式轉型涉及科研生產管理及相關體系，只有科學構建、系統推進方可落實見效。領導力是系統推進的關鍵，西安航天精密機電研究所由所長親自抓戰略規劃與頂層策劃，將管理模式轉型納入戰略規劃，年度工作會按規劃步驟分解落實，形成了“一把手親自抓管理體系建設，科研生產部負責模式轉型方法研究，全員配合參與”的管理模式轉型機制。

管理轉型不可能一蹴而就，需要領導的不斷學習、動員與支持以及參與者的不斷學習、實踐和完善。管理轉型效果有很強的后效性，需要在先進理念的學習過程中、實踐中、多理論融合提高中及自我否定式的質疑中不斷堅持，并在成功階段保持清醒。后續還需要繼續堅持產品管理體系與流程的升級完善及CBB貨架動態管理，確保型號應用高效有序，使航天產品工程理論延伸應用成為科研生產模式轉型的引擎。

*其他作者：郭華、王建青、黎坤、郝寧、吳亞明、劉金