大型復雜機電系統制造過程項目化管理

周云飛，賽云秀,2，閆 莉

(1.西安工業大學 機電工程學院， 西安 710021； 2.西安石油大學， 西安 710065)

近年來，隨著我國對地下空間、軌道交通、海洋資源和宇宙空間等領域的探索，產生了對重大技術裝備的極大需求[1]。大型復雜機電系統(Large-scale Complex Electromechanical Systems,LCES)作為重大技術裝備的一類特殊產品，在能源開發、原材料生產、加工制造、交通運輸等基礎工業和國防工業等領域發揮著重要作用[2]，是國家實施重大戰略工程不可或缺的關鍵裝備[3]。然而，理論研究的薄弱一直是制約我國大型裝備發展的重要瓶頸[4]。縱觀西方發達國家(如美國、德國、英國、日本)，項目管理已成為推動大型復雜裝備制造的有效管理方式[5]。越來越多的企業采用基于項目的制造和管理方式[6]，如AT&T、GE、波音、西門子、IBM和三菱重工等。研究表明[7]：通過引入項目管理，制造周期減少30%～65%，缺陷/報廢和返工減少35%～75%，范圍和工程變更減少45%～68%，平均利潤增加6%，投資回報增加20%。

我國早在20世紀60年代初期，由著名數學家華羅庚教授引進并推廣項目管理技術(當時命名為“統籌法”)，后來被成功應用于多個工程項目并取得了良好的經濟效益，如布魯革水電站、葛洲壩工程、二灘水電站、三峽水利樞紐建設等。但是我國一直把項目管理作為一種管理技術使用，沒有對這種技術所隱含的組織管理的內涵進行研究[10]，未能將項目管理的真正優勢很好地發揮出來，并且應用領域也僅僅局限在建筑和軟件等個別行業，在現代制造業中開展的研究寥寥無幾。在實踐中，很多制造型企業尚未樹立項目化管理的概念和意識，目前多是臨時的、被動性的接受。企業內部雖然制定了大量的規范性制度，形成了強大的執行能力，但在執行過程中，由于沒有組織協調能力，很多職能游離于項目之外，最終導致項目的延期和成本的失控[11]。基于此，本文基于PMBOK的基本理論，對LCES項目制造過程項目化管理的概念、基本模型和實施框架進行研究。

1 大型復雜機電系統(LCES)的概念

目前，大型復雜機電系統(LCES)尚缺乏統一的定義，大多數學者采用復雜機電系統[10]這一術語來描述他們在各個領域所研究的對象和系統。當然也有學者將尺寸小型功能復雜的諸如導引頭和磁盤驅動器、自動攝像頭、微型磁盤驅動器、錄像機、CD播放器、CD-ROM和便攜式攝像機等產品定義為復雜機電系統[11]。在我國LCES的研究成果最早出現在20世紀90年代，見于張祖明等[12]研究印刷機的可靠性預測，定義復雜機電系統是由機械零件、電子零件、液壓零部件等組成的復雜機電產品。溫熙森等[13]定義復雜機電(系統)設備均有多個互聯的機械、液壓、氣動、電力、電子及機電結合的子系統構成，每個子系統又由多個機電集合的部件或部分組成，并具有復雜性(組成復雜性、結構復雜性、狀態復雜性、描述復雜性)，實時性，開放性，壽命周期很長等特征。鐘掘[14]定義現代復雜機電系統是機、電、液、光等多物理過程融合于載體的復雜物理系統，也是將多單元技術集成于機電載體，形成特定功能的復雜裝備。國家自然科學基金委-工程與材料科學部[10]定義現代復雜機電系統是機、電、液、光等多物理過程、多單元技術集成于機械載體而形成整體功能的復雜裝備。如空天運載工具、高速列車、大型艦船、高速連軋連鑄機、數控中心、IC制造裝備、大型火、水、核電機組和全斷面隧道掘進機等都是高度復雜、功能異常豐富和運行控制能力十分強大的LCES[2,10]。

大量的專家、學者根據其所研究領域的對象和系統賦予了現代LCES新的內涵。然而，對于處在迅速發展中的LCES，要提出一個真正準確和全面的定義，來準確概括和反映其科學內涵和系統邊界，是一個需要繼續探討的問題。但是，可以總結出LCES的一些共性特征[10,14]：

1) LCES是規模/體積/尺寸大型的、由多種高新技術集成的多功能機電裝備；

2) 由機、電、液、流體等多個不同學科領域的子系統組成，各子系統之間通過耦合構成結構復雜的有機整體；

3) 由于在結構、功能、耦合關系和物理過程等方面所具有的復雜性，表現出一般復雜系統的典型特征，如動態性、非線性、整體涌現性等。

以上是從系統的角度，定義了LCES的一些共性特征。事實上，國內外復雜機電裝備的研發大都是以重大工程和基礎設施項目為依托，通過組織大規模、跨區域和跨學科的研究團隊甚至是大科學中心進行集體攻關，其產出是復雜的產品和系統[15]，如大型飛機(如空客A380、波音夢想飛機787、中國商飛C919)，核潛艇，戰列艦，高速列車等。一般具有如下共性特征[15-17]：

4) 高價值、技術密集程度高，是定制的，一次性或小批量生產的資本貨物；

5) 生產周期長，涉及眾多相關專業企業與承包商，它們共同組成一個動態聯盟；

6) 吸引大量公眾關注，具有強烈象征意義或對經濟、環境和社會產生長期影響。

2 大型復雜機電系統項目化管理的概念和模型

2.1 大型復雜機電系統項目化管理的概念

LCES制造過程既具有典型的一次性、獨特性、系統性和約束性等“項目”的一般特征，同時也是一個加工特定技術裝備產品的過程。因此，LCES項目具有兩種過程：面向產品的制造過程和面向項目的管理過程。前者的目的是產品創造，即LCES項目被視為一個從輸入到輸出的轉換過程。與一般生產活動一樣，具有3個目標[18]：其一，獲得預期產品的一般目標；其二，內部目標，如成本最小化和效率水平；其三，與客戶需求相關的外部目標，如質量、可靠性和靈活性等。LCES項目是面向訂單的制造，基本推力來自第三個目標，從客戶的角度達到最佳的價值，即是一個價值創造的過程。后者由于LCES項目是一類需要大量的投資，需要多年的時間來開發和制造，涉及多個公共和私人利益相關者，并對經濟、環境和社會產生長期影響的大型項目[17]。每個LCES項目都是新的、前人從未做過的事情，最終產品不能事先充分確定。所以，要使其按照規定的時間和預算，并且高質量的完成是一項重大挑戰[19]。

LCES項目以LCES產品的生產為主體，面向客戶訂單，根據客戶需求進行個性化定制設計和生產制造。每個訂單就是一個項目，每個LCES產品就是一個LCES項目的最終結果。LCES項目化管理就是將項目管理的知識、技能、工具和方法[20]應用于LCES產品的制造過程，形成以LCES產品為主體，以LCES項目為中心，將項目管理的范疇向制造過程延伸，制造產品只是制造項目的一部分，每個產品(子系統或組件)都是項目的可交付成果。所以，LCES項目的成功在很大程度上取決于LCES制造企業實施項目管理解決方案的能力[21]。

2.2 大型復雜機電系統項目化管理的基本模型

在項目背景下，無論LCES項目多么復雜或瑣碎，與任何項目一樣，都要經歷一個共同的生命周期開發序列，即啟動項目、組織和準備、執行項目工作和交付并結束項目[20]，這也是將項目與非項目區別開來的最主要特征[21]。當然，在現實中，LCES項目可能存在很多子項目，子項目可能存在很多次級子項目，但無論是子項目或次級子項目，這個序列是不變的。項目管理就是將成功的管理技能通過項目生命周期成功地執行。根據PMBOK[20]，項目管理的內容包括三大層面：第一，以范圍、質量、進度和成本構成的四個核心目標層面；第二，以資源、風險、采購、溝通和相關方構成的五個綜合保障層面；第三，將以上九大知識領域集成在一起的整合層面，即整合管理。這三大層面之間相互影響、相互協調，在項目最終可交付物(產品、服務或成果)實現過程中進行權衡。每個知識領域的管理要求取決于項目的性質、項目經理的角色以及項目生命周期的不同階段。項目化管理不僅強調使用專門的知識和技能，還強調項目的管理過程是通過計劃、組織、指揮、控制和協調等活動實現的。計劃最優化、組織科學化、控制有效化、指揮統一性和協調全面性是項目管理科學性和先進性的重要體現[23]。

基于上述分析，構建LCES項目化管理的基本模型如圖1。

圖1 LCES項目化管理的基本模型

LCES項目化管理的基本模型以項目和項目管理的理論為核心和基礎，有效集成PMBOK的十大知識領域和科學管理的基本要素，為LCES制造企業的項目管理人員提供實現項目成功的工具和方法的指導。

3 大型復雜機電系統制造過程項目化管理的實施框架

LCES制造過程項目化管理的概念和基本模型在一定程度上為當前裝備制造企業管理模式創新提供了理論基礎，然而如何進行有效的LCES項目化管理應用和實踐是需要繼續探索的問題。為此，本文提出了LCES制造過程項目化管理的實施框架，如圖2所示。

圖2 LCES制造過程項目化管理實施框架

LCES制造過程項目化管理總體框架是制造技術、項目管理技術和組織技術的有效集成。圖2說明了LCES制造過程項目化管理實施的多維特征，左上方的組織結構圖說明了當前的復合型組織架構，它表明了臨時組織與傳統的部門和功能邏輯之間的關系。右上圖顯示了LCES制造過程的基本模型，它反映了將原材料轉化為產品實體(或服務)的制造過程其實是對產品標準轉化成過程標準的基本控制過程。下圖說明了項目管理的最基本過程。

3.1 組織結構設計維

LCES項目是一項規模較大、技術復雜、系統性強的系統工程，需要非常具體的、結構化的組織形式，來滿足項目管理高度“目標導向”和確定性的過程，所以就必須建立合理的項目組織結構[24]。任何一個組織結構的設計都需要解決3個相互聯系的問題，即職權如何劃分，部門如何確立，以及管理層次如何劃分。解決這些問題離不開對組織內外環境和管理模式的考察。權變理論認為，不存在適用于任何環境條件的通用的、一般的管理模式。換言之，管理思想和方法的有效性須視具體情境而定。所以LCES項目組織結構的設計需要具有高度的靈活性，并與環境變化相匹配。實施LCES項目的組織結構意味著需要對舊的組織結構進行變革，這就需要解決3個方面的管理問題[25]：第一，組織協調問題；第二，部門協調問題；第三，職能部門與項目部門間的協調問題。這些問題反應了由傳統職能組織向項目組織轉變的本質，需要對企業所擁有的可獲得的生產要素和資源進行優化組合，分散風險，達到效益最大化。但無論采取何種項目組織結構(職能式、矩陣式、項目式或其他)，其根本目的是實現LCES項目的組織目標。在確定了LCES項目組織目標之后，圍繞著組織目標，需要進行組織分工和協作。依據項目分解結構明確職責分工的粗細，對每個部門和每個崗位的工作內容、工作范圍、項目協作方式進行明確的規定，并依據各部門的技術和管理標準、規范，組織開展LCES制造過程的相關管理工作。

3.2 制造過程控制維

從表面上看，制造過程其實是一個“轉化過程”，即原材料轉化成產品或服務的過程[26]。然而，在實踐中，研發部門并不直接與客戶聯系，只是通過對產品概念進行詳細的分析，進而明確如何在設計階段實現客戶期望的目的，這樣就容易出現制造過程的標準與產品要求的標準不一致，不能滿足產品使用者的期望。實際上，客戶的需求和期望體現在對產品標準的要求上，產品(或服務)可以看作是客戶需求的一系列標準，產品實體只不過是標準集的載體。研發部門設計的根本目的是確定包含在產品概念中的為了滿足客戶需求和期望的所有標準，然后將這些標準轉化成生產制造的過程標準，如生產制造過程中每一個工藝環節的方法、程序、參數、要求等。因此，為了得到“最好”的產品，必須對這個過程進行必要的控制。輸入的物料、人員、設備、資金和工具等都只是控制系統(信息)的載體和執行者，是表象的東西；而將產品標準轉化為過程標準才是控制系統的實質性要素。在制造過程中，控制的標準越多，產品的一致性和有序性也越高，產品表現也會越好。換言之，制造過程給產品施加什么標準，產品就會變成這種標準的結果。施加好的標準就會有好的結果，施加不好的標準就會有不好的結果。因此，制造過程的控制對產品形成起著決定性的作用。

3.3 項目管理過程維

LCES項目可以劃分為若干階段，每個階段可以看作是一個子項目。它是一組具有邏輯關系的項目活動集合，通常是以一個或多個可交付成果的完成(轉移或移交)為標志。階段結束點是重新評估項目活動，并變更或終止項目(如果必要)的一個當然時點，可以定義為階段門、里程碑、關鍵決策點等[20]。為了成功實現各階段的主要可交付成果或目標，需要對各階段及其活動進行獨特的控制。啟動、規劃、執行、監控和收尾組成一個通用的項目生命周期結構(或稱五大過程組)，重復執行全部生命周期結構中的過程，可以提供所需的額外控制，并定義項目(階段)的邊界[20]。LCES項目階段通常按順序執行，但在某些情況下也會重疊，一個階段可能著重執行某個特定過程組中的過程，但也會不同程度地執行其他項目管理過程。階段與階段之間可能存在不同的關系：順序、交疊、并行等，用來保證對項目適當的控制并產出所需的產品和服務。LCES項目階段劃分的數量和必要性，以及每個階段所需控制的程度，取決于項目的規模、復雜程度和潛在的影響，同時也與項目團隊或組織的風格息息相關。

4 結論

1) 通過文獻梳理我國LCES的概念演變，并總結其共性特征，發展了我國重大技術裝備的理論研究；

2) 從項目管理的理論視角闡述LCES項目化管理的概念，并構建LCES項目化管理的基本模型，在一定程度上補充了我國當前裝備制造業管理理論和方法的不足，為實現項目化管理奠定理論基礎；

3) 從組織結構設計、制造過程控制和項目管理過程三個方面闡述了LCES項目化管理的實施框架，旨在解決我國裝備制造項目化管理運行機制問題，對我國裝備制造企業轉型升級提供理論支撐。