精益管理理念在轨道交通车辆产品研发中的应用

王映晟

（中国北车集团长春轨道客车股份有限公司，130062，长春∥高级工程师）

精益管理理念在轨道交通车辆产品研发中的应用

王映晟

（中国北车集团长春轨道客车股份有限公司，130062，长春∥高级工程师）

通过列举一些可以在轨道交通车辆产品设计过程中运用的精益理念和方法，结合目前国内外对于精益管理思想的具体研究与应用情况，提出将精益管理的理念应用到轨道交通车辆产品的研发设计中来。阐述了如何在轨道交通车辆产品研发过程中应用精益管理理念，并提出了进行产品精益设计的一些建议：确保满足用户的需求，充分用精益西格玛设计方法，产品的成本核算贯穿全过程等。

精益管理；轨道交通车辆；产品研发；设计优化

Author'saddressCNR Changchun Railway Vehicles Co.，Ltd.，130062，Changchun，China

随着我国国民经济的发展和城市化进程的加快，我国的轨道交通行业在未来仍将保持较快的发展速度。这为轨道交通装备产业的发展提供了较大的市场空间，新车型推出的速度日益加快，产品设计愈加具有特色，产品研发过程的控制也愈加严格。新的发展形势给每个轨道交通车辆制造企业的研发部门提出了非常高的要求。如何减少设计周期和设计成本、提高设计质量、满足用户的需求，是每一个轨道交通车辆制造企业要解决的课题。本文阐述了如何在轨道交通车辆产品研发过程中应用精益管理理念，并提出了进行产品精益设计的一些建议。

1 精益管理概述

“精益”一词起源于日本丰田汽车工业公司的“丰田生产方式”（Toyota Production System）［1］，其核心理念是减少甚至消除一切非增值活动产生的“浪费”。按此目的，逐步发展了一系列具体操作方式和方法，建立了一套国际公认的现代企业管理和经营模式。精益管理最初仅应用在生产过程中，后来逐渐拓展到企业管理的各个领域。

一个研发设计过程体系的先进性体现在是否“精益”。它是利用时效为本的方法对新产品从创意到开始生产阶段进行设计，实现以最短的时间、期望的质量、最低的成本完成产品研发工作。精益设计也是中国制造业转型升级的不可缺少的重要途径。近年来，国内的轨道交通装备制造企业纷纷申请进行IRIS（国际铁路质量标准体系）认证，其中，很重要的一部分就是对产品研发过程体系的再规范，使产品研发工作能够按照国际通用标准来执行。这不仅能提高工作效率和质量，而且对最终产品的RAMS（安全性、可靠性、可用性和可维护性）提供程序上的保证。在IRIS要求中也体现了精益设计管理的思想：产品最终的质量和可靠性有70%～80%是由产品设计过程的工作质量决定的。由此可见，对产品研发过程的控制在整个产品生命周期内的重要地位。精益设计倡导在不同的产品设计阶段采用不同的设计技术和方法，优化和规范产品研发体系及设计过程的工作内容。通过实施精益管理，可有效提高产品设计质量，减少后期工艺制造过程中的浪费，显著缩短新产品的开发周期；可实现知识积累和更新，减少由于研发人员流动造成的研发过程数据资料损失的风险。

2 轨道交通车辆产品研发的现状

轨道交通车辆产品开发过程是指从产品策划或市场需求到整车批量生产之前的这段时间，包括与整车开发有关的所有相关的技术活动和管理活动。一般企业传统的整车产品研发设计过程采用的是三段设计模式，即方案设计—技术设计—施工图设计。这个过程对现在提出的产品全生命周期概念来说并不完整。如果在前期设计的过程中考虑问题不是很全面的话，会造成后期的大量改动；每次改动都将重复一遍设计程序，从而延长了设计周期且增加了设计成本。这种设计模式无法满足用户的需求，会导致项目的收益下降甚至是亏本，尤其在产品开发任务越来越多的情况下更是如此。

从国际上看，轨道交通车辆制造行业逐渐推行的IRIS，比ISO 9001的要求更为细致，更为全面。例如，IRIS比ISO 9001增加了几项重点内容，如知识传承、RAMS管理、LCC（全寿命周期成本）管理、配置管理、过程控制等。这些新的内容都要求企业改进固有的产品研发管理模式，寻找更为高效、更为完善、更为先进的研发管理模式。

轨道交通车辆产品的研发是一个非常复杂的系统工程，研发过程涉及到的系统及模块极多，需要车体、内装、牵引、制动等系统在内的工程技术人员的参与；在设计过程中还需要大量的基础试验数据和测试结果作为基础；为了使设计产品在后期的生产制造和运行中出现的质量问题尽可能少、运行成本尽可能低，还需要工艺设计人员、产品使用及供应商的参与。

3 研发设计中存在的问题及解决的思路

为了将精益管理思想与轨道交通车辆产品研发工作的实际情况更好地结合，进而渗透到产品研发设计的各个环节，现将当前在产品研发设计中存在的主要问题梳理如下：

1）设计过程中输入、输出文件过程管理不规范；

2）供应商技术管理不完善；

3）缺少故障数据支撑，运营中出现的问题没有总结记录；

4）设计评审无详细计划，评审后期无跟踪；

5）项目采用的标准件较少，造成设计资源浪费，容易造成设计错误。

上述问题体现了项目在从概念设计到生产的过程中存在的一些资源浪费问题及管理问题。为此，可通过精益管理理念，制定如下精益改善措施：严格控制设计流程中各节点的输入、输出文件，建立文件的管理平台，制定标准模板，制定相关管理规定；完善供应商技术管理程序，健全供应商选择的管理办法；对于设计评审没有相应计划、标准件利用率低及样件试制实施困难等问题，要编制设计质量门流程，设计团队要按照流程制定相关的评审计划。

4 精益管理工具在产品研发设计中的应用分析

在产品研发设计中，采用的精益管理理念被称作精益西格玛设计。

4.1 精益西格玛设计的工作内容、方法和原则

精益西格玛设计的工作内容包括客户呼声、产品开发、制造设计与装配设计、生产准备等。

精益西格玛设计是利用时效为本的方法对新产品从创意到开始生产阶段进行设计。它的要素主要包括创意、客户呼声、概念开发、产品设计、生产准备、开始生产等。通过运用精益管理的方法进行产品设计，其主要的工作方法就是改善突破法，主要的过程有集思广益、提出改善方案、评估、模拟、选择等。

精益设计较传统设计能更有效地减少工程变更数量（如图1所示）。

图1 精益设计与传统设计对工程变更量的影响示意图

通过精益西格玛设计，在整个时间运作周期上也较传统设计方法有较大改善。此外，精益西格玛设计还对产品设计成本具有极大的影响，可以节约产品开发成本、降低产品自身成本及减少投资成本。同时，精益西格玛设计对于产品质量的影响也意义深远。首先，在概念设计的产品策划时，从客户呼声出发研发产品以满足功能需求；其次，在设计过程中对零部件的各方面性能的跟进，防错方法的使用，以

及考虑采用更少的零件；最后，在生产准备中能对流程进行控制，开发防错夹具，随时发现产品的主要质量问题。

精益西格玛设计的原则是：利用跨部门产品开发团队，尽早开展工作，尽早收集和利用相关信息，了解信息所反映的操作模式，将设计、生产及现场支持视为统一的系统，达成共同愿景和团队共识。

传统设计方法是分散设计：每个人提出代表1个观点的1～2个概念，然后选择其中1个概念，将其进行细化设计；试制后进行试验；一旦试验失败，就要再回到原点重新提出概念方案。这种设计方法就可能会反复数次，浪费了有效的产品研发设计时间。而精益西格玛设计的方法是：每个子系统都有很多概念，也就是一开始就有很多的观点；各种概念经与对手比较，再作自我比较，消除弱项，识别出折衷的方案；对不同方案进行组合，与此同时，探索多种替换方案而非执着地抱着少数几个方案不放，最终选择出最佳的方案。这种设计方式就显示出了设计评审的重要性，设计方案要由专家组来进行评审。

4.2 精益西格玛设计的各工作阶段

精益西格玛设计分为6个工作阶段：阶段0的工作是分析市场可行性，提出业务个案；阶段1的工作是分析概念可行性，了解客户需求并进行概念开发；阶段2的工作是进行产品设计；阶段3的工作是进行生产准备，并输出图纸；阶段4的工作是开始生产，并对首件产品进行鉴定；阶段5的工作是生产后进行评审。每个阶段之间设置质量门。

1）阶段0：进行市场可行性分析，提出业务个案并做出初步的费用预算，也就是制定目标成本，同时要指定团队的领导者。

2）阶段1：进行概念可行性分析，挑选开发团队，制定项目计划，确定客户需求；进行竞争分析，定义产品规格，细化费用预算，确定质量目标、生产目标、主要合作伙伴和供应商；提出很多个可行性方案，经比选后取其一，并定义出风险。

3）阶段2：进行产品设计，提出详细设计的初步零件清单及初步工程图纸；订购长周期采购的零部件和工装模具，之后进行首次设计评审。

4）阶段3：生产准备的工作包括最终设计评审、输出详细设计图纸、进行设计验证和功能试验及可靠性测试。

5）阶段4：进行产品试制并在进行首件鉴定后批量生产。

6）阶段5：在开始生产后的3～9个月后进行生产后评审，评审实际支出的费用及运作周期，同时重新审视产品开发流程是否有需改善的地方。

精益西格玛设计强调的是在产品研发设计的各个阶段都应有改善地介入，在任何阶段都有对业务流程，也就是产品开发流程的改善。在概念设计阶段要紧跟客户需求进行改善；在详细设计阶段要对设计进行改善。

4.3 精益研发技术的实施方法

精益研发技术是降低设计成本的关键技术［6］，其具体意义是提升产品附加值及提高设计效率。

首先以3个“三分之一”为原则组建项目改善团队。即在项目改善团队中，三分之一是本部门人员，三分之一是支持部门人员，三分之一是其他不相关人员。项目改善团队成员针对用户需求所列项点为公司和竞争对手打分，针对技术特性将公司和竞争对手进行对比，并对这些技术特性提出公司的期望值。

现以开展轨道交通车辆塞拉门设计工作为例，对车门内部紧急解锁把手位置的设计方案进行优化改善。挑选2个技术要求：紧急解锁把手应布置在容易接近的部位；尽量采用标准件、通用件，以减少零部件的品种和数量。用头脑风暴方式集思广益，针对每个技术要求提出至少7个解决建议。假设将车门内部紧急解锁把手设置在门口两侧塞拉门罩板上的建议编号为2。经小组讨论得到的各种技术方案要求用图形或文字进行描述，并填写建议表（见表1）。用概念评估表对各种技术方案进行打分，评出各种技术方案的优劣性。通过概念评估表可方便地比较各改善建议，以选择最佳方案。项目改善团队将各技术方案按概念评估表分值排序，从高到低，进行改善前及改善后的对比；经集体讨论决定最终采纳的方案。

5 结语

通过对精益管理理念的分析，对比传统的产品研发管理方式，给人们以很多启示。传统的产品研发管理方式主要存在以下欠缺有待改善：

1）从产品用户处获取的市场信息掌握得不够及时、全面、完整，导致项目从投标阶段开始就缺乏对用户需求的深入分析和了解；一开始的投标技术方案就没有完全体现用户要求，产品的研发方向发生偏离。

表1 建议表

2）设计师在概念设计时缺乏以客户需求为导向的正确概念。

3）严重缺乏设计成本意识，没有处理好设计成本和设计质量之间的关系，导致最后对设计成本无法控制的局面。

结合精益管理理念，现对整个产品研发过程的管理提出以下一些建议：

l）从市场需求产生开始，通过不同产品项目之间的对比，采用精益管理理念进行产品的战略决策。

2）无论产品研发处于什么阶段，都要确保满足用户的真正需要，使每个设计环节都尽可能地增值。精益管理理念强调的就是尽量减少非增值的活动。

3）充分运用精益西格玛设计方法，把每个产品的研发设计作为一个单独的项目来执行。这可大大地减少开发设计时间和成本，提高研发效率，减少设计周期。

4）从方案设计开始，包括系统设计、详细设计、产品试制等各阶段，都应贯穿产品成本的核算，减少在产品研发设计进程中的浪费，管住产品的开发设计成本，以创造更多的效益和技术附加值。

［1］ 大野耐一.丰田生产方式［M］.谢克俭，李颖秋，译.北京：中国铁道出版社，2006.

［2］ 德鲁.精益之道［M］.北京：机械工业出版社，2007.

［3］ 沃麦克JP，琼斯D T，鲁斯D.改变世界的机器［M］.沈希瑾，译.北京：商务印书馆，1999.

［4］ 瑞莱克J，梅尔D.丰田汽车：精益模式的实践［M］.李芳龄，译.北京：中国财政经济出版社，2004.

［5］ 童时中.模块化原理设计方法及应用［M］.北京：中国标准出版社，1999.

［6］ 吕建中，于庆东.精益管理［M］.青岛：中国海洋大学出版社，2003.

［7］ 摩根J.丰田产品开发体系［M］.北京：中国财政经济出版社，2008.

［8］ 沃麦克J P，琼斯D T.精益思想［M］.沈希瑾，张文杰，李京生，译.北京：商务印书馆，2002.

［9］ 贾延林.模块化设计［M］.北京：机械工业出版社，1993.

［10］ 童时中.模块化原理设计方法及应用［M］.北京：中国标准化出版社，2000.

李克强总理考察中国铁路总公司

2014年8月22日下午，中共中央政治局常委、国务院总理李克强在中国铁路总公司考察时强调指出，铁路是国民经济的基础命脉，是经济发展的先行官，也是人民群众民生改善的重要依托。铁路建设既是经济工程、发展工程，也是民生工程。

李克强指出，当前要更好发挥铁路在现代化建设中的重要作用，加大铁路建设力度，为新型城镇化建设和区域平衡发展创造条件。要让近2亿人口从大山和荒漠深处走出来。对于西部民众来说，铁路不仅缩短了到东部发达地区的时间和空间距离，也缩短了到东部发达地区的心理距离，帮助他们加速融入国家现代化进程。

李克强指出，我每次出访推销中国高铁特别有底气。中国铁路“走出去”战略不仅能带动装备和劳务出口，更能让外汇运用多元化，也推动了中国装备建设和管理运营技术进入国际市场，在竞争中持续提升自身的综合实力。

李克强要求中国铁路总公司不忘自己的社会责任，做到铁路建设质量第一、铁路运营乘客至上，要在保障安全的前提下提高工作效率、提高服务水平。

（摘自2014年8月26日《中国政府网》）

Application of Lean Concept in Research&Development of Rail Transit Vehicle Products

Wang Yingsheng

Through an introduction of the lean management concept（LMC）in the design process of rail vehicle products，and combined with the research and application of this concept all around the world，the principles and methods of applying LMC to the R&D of rail vehicle products are proposed.Then，some suggestions are put forward touse LMC in design according to users'demands，and to put the cost accounting through all the process by fully adopting the Lean Sigma Design method.

lean management；rail transit vehicle；product research and development；design optimization

U 270.2

2014-04-28）