復雜產品研發項目高效協同模式研究

任天浩 武秀媛 鐘海峰

(中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266111)

0 引言

隨著我國高鐵網絡不斷擴大，運營速度不斷提高，需要繼續研發技術更先進、制造更精良、客戶體驗更佳、環境適應性更強、安全性能更好的動車產品。高速動車組系統構成復雜，其研發具有技術難度大、研發環節多、涉及專業廣、參與部門多、協同要求高的特點，每個研發項目都需要總體、系統、硬件、軟件、結構、仿真、工藝、測試、試驗等多個專業的協同，同時還需要市場、采購、制造、質量、維修、財務等職能部門的密切配合和支持，項目管理難度大。隨著國內高鐵網絡的進一步完善以及海外高鐵市場的開拓，國內外市場規模不斷擴大，產品交付壓力越來越大，在滿足技術指標和質量安全要求的前提下，如何通過高效協同進一步提高研發效率、滿足產品交付要求是項目管理面臨的巨大挑戰。本文基于高速動車組研發項目管理的實踐，探討復雜產品研發高效協同模式，為復雜產品研發的項目管理提供有益參考。

1 研發協同相關理論綜述

采用串行研發模式的企業主要以職能部門為中心展開產品研發，各部門承接上一部門的工作，完成后再交接給下一部門。以職能部門為中心的組織形式容易造成“部門墻”，嚴重妨礙了產品研發的速度和質量，研發人員在設計過程中難以充分考慮顧客需求、制造工程、質量控制等約束因素，容易造成設計和制造脫節，所設計的產品可制造性、可裝配性差，后期的設計修改比較多，從而導致設計反復次數多、產品開發周期長、產品研發成本高等問題。

為了消除串行工作模式的弊端，美國國家防御分析研究所在20世紀80年代提出了并行工程的概念[1]：“并行工程是集成地、并行地設計產品及相關過程，包括制造過程和支持過程的系統化方法。它要求產品開發人員從設計一開始就考慮產品生命周期中從概念設計到報廢的各種因素，包括質量、成本、企業調度及用戶需求。”并行工程方法強調各部門的協同工作，要求研發團隊在項目早期就針對各種因素做全面的考慮和統籌安排，從而減少設計工作的反復，縮短研發、生產準備和制造時間。

美國PRTM公司提出的產品生命周期優化法(Product And Cycle Excellence，PACE)[2]和IBM公司基于PACE方法論結合自身研發實踐提出的集成產品開發(Integrated Product Development，IPD)[3]研發模式都是并行工程理念的應用。隨著產品數據管理(Product Data Management，PDM)和產品生命周期管理(Product Life-Cycle Management，PLM)軟件的成熟，越來越多的企業開始應用PDM和PLM軟件系統支持并行工程的實施[4-5]。

2 影響研發協同的主要原因

長期以來，我國企業的產品研發主要以仿制為主，大部分企業開展自主創新的歷史較短，普遍存在產品研發項目管理經驗不足的問題，大多采用低效的串行研發模式，在組織開展大型裝備等復雜產品研發的過程中遇到的問題比較多。主要問題如下：

(1)研發團隊各專業之間的設計工作銜接不緊密，相互之間存在一定程度的脫節，設計協同效率低。

(2)研發項目團隊的成員來自不同部門，本位主義嚴重，跨部門協調困難，項目計劃難以如期執行。

(3)產品研發在項目后期暴露的問題多，需要不斷修改和完善設計，而修改設計又引發一系列新問題，讓研發人員窮于應付。

(4)研發任務之間的關聯性強，但各專業相互之間缺乏必要的信息與數據共享，研發過程中的設計協同難以真正開展。

并行工程理念雖然先進，但企業在實際的產品研發過程中往往難以真正落實，嚴重影響跨專業跨部門之間的協同效率，經分析其主要原因有：

(1)研發流程不完善。產品研發流程沒有真正落實并行工程思想和方法，工藝、制造、采購、維修、質量等職能部門沒有提前介入研發活動，研發與后續的工藝、制造、采購、測試、維修等環節相脫節。

(2)產品需求分析不充分。在項目前期的需求分析階段，企業往往只側重技術需求的分析，對質量、測試、可制造性、可維修性等方面的需求沒有進行全面的分析，在方案設計階段對這些方面的需求缺乏充分考慮，導致在研發后期出現的問題比較多，不得不投入研發資源進行設計修改，重新進行試驗與驗證，造成研發資源的浪費和項目進度的延誤。

(3)產品研發項目管理能力不足。由于大型裝備等復雜產品研發涉及多個部門，組織層級復雜，項目任務多且相互之間的關聯性強，跨部門跨專業之間的協調困難，項目計劃執行與監控難度大，研發協同難以落實。

(4)研發過程中產品數據和信息缺乏共享。各專業的數據與信息分別存放在不同的信息系統，缺乏統一管理，相互之間缺乏有效的共享與交互，各專業研發協同所需的數據與信息傳遞方式低效，跨專業的設計協同難以有效開展。

3 研發協同效率提升方案研究

要落實并行工程思想，建立并行研發模式，實現產品研發過程中各職能、各專業之間的高效協同，需要從研發流程、組織形式、項目管理、產品數據、協同平臺5個方面著手優化。

3.1 研發流程優化

能夠支持協同工作模式的研發流程是實現研發協同的基礎，因此需要對原有的研發流程進行優化。研發流程優化的思路是：應用并行工程思想和方法論，把低效的串行研發流程優化為高效的并行研發流程，識別各部門、各專業之間的協同節點、協同要求和協同規則，重新定義產品開發流程各階段相關角色的職責和活動，確定各活動之間的相互關系、先后次序、輸入、輸出以及信息流向等要求。在產品研發的全過程，總體設計、系統設計、硬件設計、軟件設計、結構設計、仿真、測試等專業都是以并行協同的方式開展工作，從而可以顯著縮短整個研發周期。

經過優化的研發流程在項目前期就全面識別產品需求，充分識別產品功能、性能、測試、試驗、采購、生產制造、產品維修等方面的需求，在方案設計階段對這些需求進行統籌考量，從設計上滿足各方面的需求，避免在項目后期再進行設計修改。

3.2 跨職能團隊組建

跨職能團隊是實現研發協同的組織保障。跨部門、跨專業的設計協同很難自發形成，因此設計協同的實現還需要有組織保障。依靠跨職能團隊的項目組織形式，使來自不同部門和不同專業的項目成員為實現共同的項目目標而形成一個緊密協同的工作團隊。

一個完整的產品研發跨職能團隊的成員除了各專業的研發人員以外，還包括各職能部門的代表，工藝部、生產部、采購部、質量部、維修部、財務部以及市場部應根據項目任務要求選派合適的人員加入產品研發團隊。產品研發團隊的項目經理應對項目成員有一定的績效考核權利，當項目成員無法完成所分配的任務時，項目經理應與職能部門主管協商，進行必要的支援或人員調整。

3.3 項目管理模式改進

研發流程的并行工作模式和協同要求需要通過具體的項目管理工作在實際的產品研發項目中落實，特別是要通過集成式項目計劃推動各職能部門之間的協同。原先各職能部門的工作計劃由于缺乏集中管控，相互之間的協同效率較低，通過改進項目管理模式，采用集成項目計劃對各職能部門計劃進行整合，對各任務之間的協同關系進行識別、標識與跟蹤，能夠顯著提高項目團隊整體的協同效率。

集成項目計劃需要明確項目的里程碑及各階段的工作任務，確定各項任務的責任人、交付件要求以及任務之間的協同關系等信息。集成項目計劃應遵循并行產品開發流程的要求，并根據項目實際情況進行恰當的調整。

復雜產品研發的計劃層級多。為了更好地對項目過程進行管理，需要建立分級管理機制。在項目計劃編制階段，項目經理制定總體項目計劃，各專業領域負責人依據總體項目計劃制定下級子計劃，同時要考慮各專業子計劃之間的協同關系，識別前置任務項。在項目計劃執行過程中，項目經理定期召開項目例會，確認總體計劃進展情況，對各專業子計劃的執行情況進行檢查，對跨專業的計劃執行進行協調，確保跨專業協同能夠順利進行。各專業領域負責人負責各級子計劃的執行，定期向項目經理匯報子計劃的執行情況，說明項目進展、存在問題和潛在風險，當計劃執行遇到困難需要協助，特別是出現跨專業協同問題時，應及時向項目經理反饋，尋求支援與幫助。

3.4 協同數據與信息識別

高速動車組研發項目的每項任務通常都比較復雜，任務之間的關聯性強，相互之間的協同要求高，項目任務之間能否實現協同很大程度上依賴于產品數據與信息的共享與交互。產品數據主要包括需求文檔、技術規格書、設計方案、設計圖檔、BOM、物料(包括系統、模塊、零部件等)及其技術文檔、測試數據及試驗文檔等。

為了實現跨專業的研發協同，需要詳細分析和識別各專業研發任務之間的數據共享與交互要求，明確各階段需要輸出的產品數據，明確各產品數據的有效性規則，并將這些要求體現在研發流程和項目計劃中。需要重點識別設計與工藝、設計與仿真、設計與采購、設計與測試、設計與制造、設計與維修的協同數據與信息。

3.5 協同信息平臺搭建

信息系統是實現研發數據與信息共享和交互的重要手段。PLM軟件系統是目前業界普遍采用的產品數據管理系統，能夠對產品從創建、使用直到廢止的全生命周期的相關數據和信息進行管理。PLM軟件系統作為產品數據與信息的統一管理平臺，可以把數據和信息高效地傳遞給研發協同的相關角色，能夠在研發過程中實現產品數據與信息在各專業項目成員之間的共享與交互。

在研發過程的各個階段，每個專業的項目成員按照項目計劃的時間要求在PLM系統中完成產品數據和信息的創建工作。根據協同工作要求，通過PLM系統創建工作流程和設定數據訪問權限，項目成員可以在保證信息安全的前提下獲得開展協同工作所需的數據和信息，確保相關的研發活動能夠并行開展。

基于PLM信息系統支撐的研發項目團隊協同工作模式如下：

(1)項目經理組織項目組成員制定項目計劃，項目計劃符合產品研發流程的協同要求，項目計劃中包含各階段的工作任務，明確每項任務的輸入要求和輸出交付件，同時還要明確任務之間的關聯關系，對任務的前置條件進行定義。

(2)項目組成員通過PLM共享平臺接收任務，按照項目計劃的要求展開產品研發的各項工作，項目計劃的執行進展狀態通過PLM共享平臺呈現給項目組相關成員。

(3)產品研發過程中，項目任務的交付件(如需求文檔、方案文檔、設計圖檔、BOM等)一旦在PLM系統中創建，就可以按照權限規則和協同要求共享給項目組成員。

(4)項目組成員如需了解前置任務的進展情況和輸出文檔的相關內容，以便盡早開展本專業的研發活動，可以方便地通過PLM信息系統獲得相關信息。

4 結語

針對高速動車組等復雜產品研發協同的問題和難點，本文分析了造成產品研發協同困難的主要原因，識別了產品研發協同的關鍵影響因素，提出了研發協同效率提升的解決方案，從研發流程的優化、跨職能團隊的組建、項目管理模式的改進、研發協同數據與信息的識別、信息共享平臺建設等方面著手，建立高效的產品研發協同工作模式。