基于產品成熟度模型的航空產品并行協同研發流程的研究

陳星宇

摘要：當前航空產品研制流程多為單向串行、設計與制造分離，從而導致航空產品研制周期長、質量低的現狀。通過分析航空產品的研制流程，提出并行協同研發模式，建立航空產品成熟度模型，并提出基于成熟度模型的航空產品研制流程控制技術。同時，設計基于二級模糊綜合評價的航空產品研制成熟度評價方法，實現航空產品研制成熟度的多層次、多因素評價。通過將其應用于某型號航空標準件的研制過程進行有效行的驗證。通過上述方法，制造部門能夠有效地提前介入研發過程，實現并行協同研發，達到縮短研發周期、保證研發成本可控和產品質量穩定的目的。

Abstract： At present， the development process of aviation products is mostly unidirectional serial， and the design and manufacture are separated， which leads to the long development cycle and low quality of aviation products. Based on the analysis of the development process of aviation products， the parallel collaborative research and development model is put forward， the maturity model of aviation products is established， and the control technology of aviation product development process based on maturity model is put forward. At the same time， the evaluation method of aviation product development maturity based on two-level fuzzy comprehensive evaluation is designed， and the multi-level and multi-factor evaluation of aviation product development maturity is realized. By applying it to the development process of a certain type of aviation standard parts， the effective line verification is carried out. Through the above methods， the manufacturing department can effectively intervene in the R&D process in advance， realize parallel collaborative R&D， shorten the R&D cycle， and ensure the controllable R&D cost and stable product quality.

關鍵詞：航空產品;并行工程;協同研發;成熟度;模糊綜合評價

Key words： aviation product;concurrent engineering;collaborative R&D;maturity;fuzzy comprehensive evaluation

0? 引言

近年來，我國航空事業發展十分地迅速，行業內部完成了多種機型的設計和開發并且均達到預計目標[1]。同時，航空產品作為國家戰略性發展的重要支撐，其還代表著國家的綜合國力和科技水平。但是我國的航空研發的發展歷程較短，因此在航空產品的研發過程仍然是目前行業內的重要工作。

復雜產品系統（Complex Product and System，CoPS）是指客戶需求、產品組成、產品技術、制造過程以及項目管理復雜的產品[2]。國外學者對其有過較為全面且系統的定義，如Hobday等人[3]認為CoPS包括大型計算機、電力網絡控制系統、飛機引擎、大型船舶等。國內學者曾經蓮等人[4]總結出復雜產品系統具有高成本、工程及信息技術密集以及含有大量子系統的特點。航空產品是典型的復雜產品系統，其具有品種多、小批量、結構復雜、裝配空間狹小、零件繁多[5]等特點。對于航空產品的研發也具有研發過程復雜、涉及相關利益方眾多、系統行為復雜等特點[6]。因此傳統的產品研發方法已經無法滿足航空產品的研發需求，而協同創新是目前針對于復雜產品研發應用的方法之一。

協同的概念是Ansoff[7]在《Corporate Strategy》中提到的，他認為協同是建立在資源共享的基礎之上，使得共生互長的關系在企業間形成，而具體在一個企業內部就是各部門之間的協同。隨后，Haken[8]創立了系統協同論（Synergetics），指出協同理論研究的內容是整體和部分之間的關系。對于“協同創新”這個概念目前并沒有準確且統一的定義，Peter Gloor認為協同創新是“由自我激勵的人員所組成的網絡小組形成集體愿景，借助網絡交流思路、信息及工作狀況，合作實現共同的目標”[9]。國內的學者對協同創新也從不同的方面進行了研究：林青寧等人[10]以農業科研院為例討論了協同創新模式對于創新能力的影響，并且提出了合作創新模式、外向開放式創新模式以及創新聯盟模式。胡蘇捷等人[11]則提出了創新催化理論，以此來激發研發組織內部的協同創新。對于航空產品研發的協同創新國內學者也有所涉及：聶鵬彪[12]以航空復雜產品協同設計資源的優化配置為研究內容，對航空復雜產品協同設計資源的優化配置理論和方法進行了分析和研究，提出了有效的優化設計資源配置方案。崔俊凱[1]提出了航空產品研發管理創新的相關對策，以此來提升我國航空產品研發管理的創新能力。

現有的文獻的研究內容主要有以下幾個方面：一是針對協同創新的影響因素和運作機理進行了探討;二是對復雜產品系統的協同創新進行了研究，并且建立了一些模型。但是，目前針對于我國特殊復雜產品，如航空產品研發協同創新的研究還很少，同時缺乏以航空產品研發為背景進行并行協同研發的文獻，因此有必要對其進行研究。傳統的航空制造企業主要以串行或者V模式的協同研發模式，目前的研發模式主要是長周期的串行方式，研發周期長，從而可能會使得技術風險和研發成本增加。針對于此，本文提出在航空產品研發過程中采用并行協同研發的模式，同時進一步通過建立產品成熟度模型對其進行評價。

1? 航空產品傳統研發模式

航空產品作為典型的復雜產品，其研發過程涉及到多方專業領域，而且各方在項目研發過程中的關系密切。例如，在項目研發當中不僅僅需要研究所，同時還需要相關生產單位參與研發或者試制。在研制過程中，工作流程按照串行走向，如圖1所示，通常后一個步驟需要等待上一個步驟完成后才能進行。這增加了等待的時間、大大延長了研發周期。同時，由于設計部門未能充分了解制造廠的制造能力，無法根據設備及工藝的變化及時地調整設計方案，從而造成設計方案無法滿足實際的需求;與此同時，生產制造企業也可能無法理解設計方案，這樣就有可能出現產品質量不過關，從而導致相關環節工作的大面積返工。

2? 并行協同研發技術在航空產品中的應用

并行工程是美國國防先進研究所于二十世紀八十年代末提出的，它是對產品相關過程（如：研發過程、制造過程等）進行集成化、并行化設計的一種方法。同時，它要求開發設計人員一開始就要考慮到產品的整個周期，包括質量、成本、進度計劃和用戶的要求。它對于縮短項目進度、降低項目成本、提高項目質量有很大幫助[13]。

在新產品的研發設計中使用并行工程以改變以往的工作流程，從而使得相關專業人員可以提前融入設計團隊進行研發工作，而這樣可以使工藝準備周期縮短40%[14]。

3? 基于成熟度模型的航空產品研發

3.1 航空產品成熟度模型及等級劃分

產品成熟度一詞最早來源于能力成熟度模型（capability maturity model，CMM），最早由卡耐基·梅隆大學的軟件工程學院于1987年提出，它是對于軟件在定義、度量、實施等各個發展階段的描述[15]。

產品成熟度是指產品在設計、工藝、生產和應用上的成熟程度[16]，它是對產品數據信息完成情況和詳細程度的描述。

航空工業是典型的離散型制造業，它的組成結構復雜，一般需要強度、結構、線纜、機加工等多個專業參與研發。而具體依據航空產品的研發流程，筆者將航空產品的成熟度劃分為方案設計、初步設計、詳細設計、工藝工裝設計和制造五個階段，用M1-M5表示，如圖2所示。

3.2 航空產品研發過程控制

根據劃分的成熟度，相關專業的部門或單位應在不同的階段介入研發工作，以便設計研發部門和制造部門之間溝通更加順暢，減少或避免出現因實際制造工藝沒有達到設計要求而出現的返工現象。

3.3 航空產品成熟度模糊綜合評價分析

由于航空產品的研發過程具有復雜性、離散性等特點，筆者考慮采用二級模糊綜合評判方法[17]對其成熟度進行量化評判。

即該航空產品在M4階段的成熟度為64.0%，以此為參考依據進行相關工作的分配。在分配下一步工作內容時應結合相關產品成熟度數據對現有流程進行分析診斷，進一步發現相應部門現存問題并加以改善。如針對制造部門要明確其加工能力，分析其工裝工藝需求;針對設計過程的控制要評判其并行化程度以及標準化程度等。

5? 結語

航空工業是一個國家的戰略性支撐產業，對于航空產品的研發流程進行研究是有深遠意義的。本文針對傳統航空企業產業研發周期長、產品質量參差不齊等缺點，提出了一種基于構建航空產品成熟度模型來進一步實現產品研發過程控制的方法。該方法結合航空產品研發的現狀，通過定義不同的成熟度等級來進一步劃分相關節點，最后通過二級模糊綜合評價法對其成熟度進行評價，并通過實例詳細闡述了本文提出的方法。

參考文獻：

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