上海交通大學 明新國教授

    今天我的議題主要包含產品開發的兩個方面，一是精益化，一是模塊化。

    關于產品的研發設計，我們上海交通大學研究團隊有一個初步的設想，我們最終目標是提升產品研發設計的核心競爭力，我們在底層有一系列的研發技術，通過這些研發技術，我們形成一個產品研發的系統，最終達到企業產品創新能力的提升，從研發技術到流程到能力的提升。如何做到這一點，我們提出了一個總體的架構，研發技術通過融合和集成形成一系列研發知識、流程、規范和方法，通過軟件化形成管理和設計工具系統或平臺。研發系統則是研究機構與軟件公司和相對應公司聯合開發的，是理論與方法付諸于實施的關鍵步驟。這些系統和平臺就構成了產品研發設計信息化系統的基本要件。進而研發設計信息系統可以全面支撐產品研發生命周期中的各個研發過程，最后形成產品創新。整個過程最終提高了企業的整體研發能力。

圖1 提升企業產品研發設計的核心能力與核心競爭力

    研發設計創新體系包含四個子系統，集成產品開發團隊（Integrated product team，IPT）；產品研發設計與管理流程；文化、藝術、情感、認知、理論、方法、技術、系統與平臺；產品型譜、項目、創新、知識的管理。如圖2所示，這個四個系統相互關聯、相互作用使得整個系統得以不斷提升和發展。流程是研發活動的體現，在體系中處于最基礎的地位。如果沒有規范的流程，任何其它三個方面都無法發揮其效力。理論、方法、技術、系統、平臺則是為實施研發任務提供的工具，是研發體系的實現人的活動的手段。研發體系中的管理是研發體系正確運轉的保障。集成產品開發團隊是研發體系中最重要的因素，處于核心地位。

圖2 產品設計能力體系

    最近，在我們上海交通大學成立了設計科學研究院或者設計科學研究平臺，或者研究中心，同時我們又跟文科的一些專業進行對接，因為我們發現，文化、藝術、情感和認知，這些因素對產品研發也越來越重要。

    在上世紀末隨著世界經濟格局的變化以及信息技術的發展，促使企業對產品管理發生了重大的變化。根據目前各家研究機構研究和公司調研，可得企業在未來研發設計發展的階段和層次共分為五階段。最底層是規范化，最高層是最優化。處于下層的階段都是上一階段發展必須的基礎，只有本階段取得了成功后才可能進入下一個更高的層次。

圖3 研發模式進階圖

    根據最近七八年我們在國內外和一些不同類型的企業進行合作，我們發現很多跨國企業，包括GE公司和波音公司的研發能力已經在很高的層次了，但是我們國內的很多企業的研發能力比較參差不齊，很多零件的研發標準化和規范化，管理的標準化和規范化還沒做。有的企業做的比較好，聯想、海爾、華為十多年以前已經重視研發能力的構建了，還有企業做模塊化和協同化，還有企業做精益化。今天主要和大家分享一下模塊化和精益化。

    模塊化產品開發道理比較簡單，前端是客戶個性化定制，但是每個產品都按照個性化定制設計生產的話，最終你要賠本，因為生產成本太高，所以在后端也采用大批量生產模式，降低生產成本，如何做就提出了模塊化產品開發。模塊化產品開發在學術界有很長的歷史，美國從95年就已經提出這樣的思路和方法。模塊化是指解決一個復雜問題時自頂向下逐層把研發活動或產品劃分成若干模塊的過程。每個模塊完成一個特定的子功能，所有的模塊按某種方法組裝起來，成為一個整體，完成整個系統所要求的功能或目標。它是協同化的基礎，沒有模塊就很難做到產品研發的協同或協作。基于模塊化技術的產品平臺、產品族的概念產生于大量產品定制出現后，目的是解決小批量、多品種定制生產問題。產品平臺、產品族已經在航空、汽車、信息等行業，還有其它工具、娛樂行業得到了成功的應用，它縮短這些行業產品的上市周期，降低了它們的成本，提升它們的經濟效益。

    當前，企業面臨了多種產品開發的挑戰：按客戶開發產品、處于被動地位；產品研發周期相對較長；設計、制造等重用能力差；開發流程及其執行不夠不完善；沒有系統的構型管理；信息交流存在問題等等。這些問題不是由工程技術人員造成的，每個企業都有一流的設計師和工程師，但是我們還是采用了傳統的產品開發模式，所以這些挑戰很大程度上是由傳統的產品開發模式造成的。

    我們采用的方案是基于單件的開發轉變為基于平臺的開發，還有是從集成化產品的開發轉變為模塊化產品的開發，并且建立完善的產品構型管理體系。實際上總體的一個思路就是基于平臺的模塊化產品族的開發。

圖4 基于平臺的模塊化產品族開發

    我們前幾年綜合了過國內外研究成果國內企業的實踐經驗，我們開發了這樣一個模塊化產品開發的具體業務內容，首先是開發模式，包括商務模式，內部運營模式，供應商協作模式；平臺開發包含選項開發、產品模塊化和平臺的構建；產品開發包括型號的開發和變型的開發；構型管理包含產品全生命周期的數據管理，其他構型管理等等。

圖5 模塊化產品開發：業務內容

    關于模塊化產品的架構，即是型號產品的模塊化組織形式。它涵蓋有哪些構型項構成?構型項之間的關系如何？構型項由那些模塊組成？模塊之間的關系如何？等四個層面的問題。

    這里我們有一張比較形象化的描述圖，這個是曾經跟我們合作的一個企業，比如說我們有電解鋁多功能機組，這是一個屬性，下面對應有一系列的屬性，然后有一系列的選項，這個形成了針對客戶選項的產品構型的快速配置，我看過很多企業，很多企業沒有做這項工作，客戶提什么要求就照著做，這樣就會引起后面的采購、生產、過程、物流工作量非常龐大。

圖6 某電解鋁企業模塊化產品總體架構

    如何來做模塊化項目實施路徑呢？首先從產品研發設計現狀調研開始，包括產品研發設計瓶頸分析，到產品構型管理問題，產品組織形式問題，需求表達問題，然后是構型的管理等等，最后很重要的一點是產品研發設計組織架構與績效評價機制的設計。這是我們建立的一個實施程序，包括從模塊化戰略的開發、方案的開發、方案的設計、展開和價值的實現。

圖7 模塊化項目實施路徑

    模塊化產品開發里面應用最好的是航空企業，大型民用飛機是最復雜的產品，它的模塊化應用也是最好的，波音公司為什么能做飛機總裝流水線，這和波音公司的模塊化是分不開的。這是整個波音公司的一個轉變，從模塊化產品開發到整個信息系統前端研發設計和產品單一數據源信息系統的總體集成，并和精益生產集成起來。

圖8 波音公司的DCAC/MRM項目

    另外一個議題介紹一下精益產品開發，美國人總結出精益的五項原則：第一、確定價值：價值是由客戶根據具體的產品和服務形式來定義；第二、識別價值流：制定所有端對端連接的、將輸入轉化為輸出，以確認和消除浪費的必要的行為、過程和功能；第三、使價值流連續：消除掉浪費以后，使剩余的價值創造步驟“流動”起來；第四、讓客戶“拉動”價值：顧客的“拉動”讓所有的途徑都回到最低一級的供應商那，實現了JIT生產；第五、追求完美：追求連續的提高過程，到達完美。

    在這個五項原則之上，把精益生產里面的共性東西抽取出來，應用到產品研發設計里面，這是美國麻省理工在精益生產方面做的一些研究方向。去年我到美國開會，也順便拜訪了美國麻省理工學院做這方面研究的教授，他們在精益方面做了二三十年，最近他們的隊伍在縮小，但是精益產品開發還在做。

圖9 美國麻省理工學院-精益產品開發

    另外在精益產品開發方面，福特汽車前車身總監寫過一篇論文，后來轉變為一本書，這本書在國內也有賣。前兩年交大團隊針對精益產品開發做了一些探討，做了一些分析。通過研究我們構建了一個總體的架構，并逐步建立評估體系和實施路線圖，逐步把精益產品開發的戰略形成企業的文化戰略。大家知道，福特是1913年發明大批量流水線生產方式，奠定了二十世紀主要的生產方式，二十一世紀的生產方式則是精益生產，或者叫精益管理方式，或者叫精益企業模式。如果一個企業不采用精益企業模式，在二十一世紀肯定是沒辦法生存的。

    同時我們也對產品開發的價值流、保證如何開發正確的產品、把產品開發正確等問題做了一些分析。通過這些分析我們提出了一些改進的要素，包括結構化、流程化、集成化、自動化。

圖10 精益產品開發的改進要素

    在這里跟大家分享一些例子，比如說美國的F16戰斗機，他們最早采用精益產品開發的方法，包括他的設計驅動、設計的創新和一些精益的實踐。精益的實踐里面包括對準開戶、原型開發、可升級的結構等等。包括美國所有的其他的戰斗機，都用上了這一理念。

圖11 F-16戰機：獲取正確的需求

    另一個案例是豐田的精益產品開發流程，這個案例是來自于之前曾經參加過一個研討會，一個在豐田工作三十多年的日本人分享了他的市場調查、研究開發、商品企劃等。國外的產品開發里面是產品型譜的管理，根據市場調查和以及未來企業資源的投資以及現有產品資源的現狀，做一個綜合的分析，以評估這個產品要不要進入新產品開發階段。調研了一些企業以后，特別是一些合資企業，我們發現很多企業，通過對一百個新產品型譜分析，真正進入新產品開發的只有十到二十個，約占10%到20%，但是一旦進入新產品開發階段，就一定要保證成功，這樣就把新產品開發風險降到最低。

圖12 豐田精益產品開發流程

    其次，是豐田的產品開發過程、生產準備過程、外部調配、參與計劃試生產和生產準備，這四個方面幾乎是同步的，或者稍微滯后一點。在這種情況下，豐田開發一個新的汽車產品在前幾年大概只需要24個月，現在可能更短。但是國際上其他的企業要將近36個月，為什么這么長呢？因為他們前面的環節都相對滯后，所以延遲了12個月，這是精益產品開發價值的體現。從這個例子我們可以看出，真正做得好的企業，它們實施精益生產的時候，是把思路、理論和方法都綜合運用到具體的實踐中，形成自己一整套的精益產品開發體系。

    根據上海交通大學明新國教授在2013第九屆中國制造業產品創新數字化國際峰會的發言整理而成，已經本人確認！

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本文標題：產品開發的精益化和模塊化

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