基于工程原理的大型装备开发方法研究

冯立杰，岳俊举，王金凤，翟雪琪

（1.郑州大学 管理工程学院，郑州 450001；2.河南省煤层气开发利用有限公司，郑州 450016）

0 引言

装备制造业承担了为各行业提供装备的重任，带动性强、涉及面广、技术含量高、与其他产业关联度大，其发展水平不仅决定了各行业竞争力的强弱，而且决定了未来企业运行的质量和效益。传统的装备开发模式主要依靠开发企业自身，在设计与工艺、制造与管理方面没有进行共享与集成，开发过程往往陷入设计、试制、修改设计、再试制的大反馈，致使开发周期延长，成本提高，开发出的产品失去竞争力[1,2]。须知，技术开发的目的是快速解决问题，失去了时效性，技术开发得不到市场认可，就会成为消耗资源的无用劳动，因此需要变革装备开发的方式。

图1 工程原理示意图（虚线表示反馈过程）

由于大型装备的开发具有技术跨度大、集成度高的特点，需要企业集成材料、工艺、控制、系统等内容，从市场、设计、生产过程中寻找最佳的结合点，从而创新性地开发设计技术先进且经济合理的产品，以最大限度地满足用户需求，扩大市场占有率。不难发现，此开发方式与工程开发极其相似，即以工程建构与解构、工程创新为核心，具有多维、动态、开放的特征，涉及多种资源的调配，大量与系统外界进行知识和技术的渗透。可见，工程开发所具备的理念正是现代装备开发设计所需。因此，从现实背景和应用环境考虑，本文运用工程开发理念，提出基于工程原理的大型装备开发模式，以指导制造企业高效整合制造资源和创新资源，实现大型装备的设计与开发。

1 基于工程原理的大型装备开发理念

1.1 工程原理阐述

工程开发是工程项目按照系统功能和要求分解为相互独立、相互影响的细分单元，将细分单元作为控制目标，在空间上分离、在时间上有序地完成施工项目的行为过程，其原理从流程和组织方式上得到体现[3]。

1) 从流程上来讲，工程开发的原理如图1所示。该流程具有明显的开放复杂系统特征：包括工程规模和时空跨度大、项目结构复杂、项目参与主体众多、社会开放性强、项目内外环境持续变化等。由于项目动态控制的要求较高，还需在满足标准或业主要求的质量、工期、造价和资源等约束条件下，实现预定的使用要求。

2) 从施工组织来讲，工程开发是创意者自己寻找专业队伍并达成预定目标的一个过程。创意者的工作重点是发现机会，选择合适的规划者、设计者、施工者组织实施，并协调各方关系。在开发过程中创意者不仅利用社会的专业化队伍和多方资源，为社会提供有价值的主体，创造社会财富，而且享受了创意生成、组织实现的过程。

1.2 装备开发模式的理念体现

基于上述分析，工程项目开发与大型装备开发均为多方参与资源分配与关系管理，多模块并行工作，是一种技术与管理集成的开发过程[4,5]，体现了系统的分解与集成，且都以“总—分—总”方法为总纲：总——详细制定整体规划，对项目全过程总体把握；分——明确分工，按区域、阶段、类型合理分解；总——按施工顺序逐级整合。从二者的契合点考虑，运用工程原理进行大型装备开发的理念主要体现在以下三个方面：

1) 开放式组织引导开放式创新

大型装备开发模式应充分利用开放式组织的优势，从产品型的集中管理转变为对单个模块的分散管理，有利于扩大管理组织的灵活性，节约组织资源，提高开发效率。

(1) 大型装备开发单位不需要对装备的所有结构、全部功能进行一一开发，而是根据装备开发的目的，保留关键结构和核心功能进行完全自主创新，其余功能和结构外包生产，以提高开发效率，节省时间和成本[6]。

(2) 大型装备开发过程的实现需要多个组织的协作以及精细的专业化分工，因此协同具有创新精神以及先进技术的组织和个人，建立与动态环境相适应的组织结构，保证组织的自我调整能力，在有限的时间资源下完成开发任务。

2) 创新的持续注入促使装备持续更新

大型装备的开发过程涉及多领域的专业知识，创意者通常难以控制所有的领域[7]。而在开放式创新的环境下，企业可以高效整合外部创新资源，使创新元素持续注入，不仅在装备的设计制造过程中可以持续更新，甚至在装备生产出来之后也可以凭借新元素的增加逐渐提高装备的技术含量和差异度，并且在开发过程中企业自身的技术优势得到了发挥和提升，竞争能力得到了提高[8]。

3) 创意归属明确

在开放式的创新环境中，树立创意首功的理念：即谁创意属于谁，谁发现属于谁，创意者拥有对成果进行分配的权力。因为在开放式产品开发过程中，普通功能和结构的外包涉及多个企业和个人，关键结构和功能的研发需要多个技术人员合作，整体过程涉及范围较广、单位个人较多，成果完成之后的知识产权或者使用权的分配容易产生纠纷。因此，在大型装备开发过程中，关键功能和结构要争取进行自主研发或签订技术归属合同，核心创意和设计要提前进行专利保护，让创意者对成果进行分配，避免了在后续成果分配中产生纠纷，保护了创意者的权益，使创意获取必要的回报，形成激励效应。

2 基于工程原理的大型装备开发模式

大型装备开发模式以工程原理为支撑，面向装备制造企业的制造效率、成本、质量改善和过程控制，通过多组织合作，充分利用社会资源，优质高效实现装备开发，其原理在装备开发流程与组织方式中得到体现：在装备开发流程方面，以需求为起点，通过开放的产品建构和企业互动的模式来集成各种技术资源，把握企业已有技术存量，积极争取新领域的技术与知识支持，提高装备开发绩效，创造符合需求的装备与丰富的技术资源供给之间的匹配，实现装备开发的经济价值[9]。在组织方式方面，从众多技术和专业团队中挑选出最适合的技术与团队，进而将参与开发的上下游团队有机联系起来，通过研究、开发、制造等人员的共同努力，将创意转变为满足用户需求、开发设计技术先进和经济合理的产品，以最大限度地满足用户需求，扩大市场占有率[10]。

图2 大型装备开发模式(虚线表示反馈过程)

2.1 大型装备开发模式流程

基于上述原理分析，创意者将装备的功能结构分解细化，交付给具有相应设计制造能力的厂商设计生产，再将生产的各个模块组合形成最终产品，形成以开放与合作创新、人与人高度互联、人与知识高度互联为基础的开发模式[11,12]。装备开发新模式运用系统化创新理论，涵盖了从创意产生到装备成型上市全过程中所有步骤、行为，通过对装备的实体结构以及功能结构进行分解，在整个流程中按单元组织研发和生产，进而把装备生命周期各组成部分的创新主体、要素等进行集成，以实现设计、生产、管理一体化，其流程如图2所示。

利用该开发模式，通过企业内外的设计融合、制造融合，充分发挥开放式创新的优势，在横向和纵向上把装备生命周期的各个组成部分并行制造，体现了创新的持续性、集成性、系统性和结构化特征，形成了开放、交互的创新系统和持续的核心竞争力，又好又快的生产出满足市场需求的装备。

2.2 大型装备开发模式特征

大型装备开发模式考虑到了装备生产整个生命周期的所有要素，确保开发出的装备满足市场需求，整合了来自装备开发价值链上相关企业和人员，该模式的特征体现在：

1) 企业内外环境沟通流畅。大型装备开发模式打通了企业内部与外部环境，由于企业内部的信息得以向外扩散，来自企业外部的经验和理论可以对装备设计过程、制造过程、工艺设计过程进行反馈指导与支撑，形成企业内外技术创新交流的局面。

2) 提升企业创新能力。在开放式创新的环境中，企业与外界的技术与知识交流发生在装备开发的任何一个环节，利用来自大学、研究机构、企业、用户甚至竞争对手的技术，不仅克服了制约产品开发和能力成长的技术瓶颈，更保持了企业技术学习和技术创新的主动权，促进企业自主创新能力的成长。

图3 开放式环境下企业创新来源

3) 便于成果控制。装备开发的概况和组成明确、清晰，这使得装备开发的管理者，甚至是不懂项目的业主、投资者也能把握整个开发过程，方便观察了解和控制整个项目过程，保证了对最终成果的控制。

3 结论

本文通过研究工程开发过程与装备开发过程的关系，提出了大型装备开发的新模式。该模式既适用于大型装备定制化的特点，又可在保持企业技术选择决策主动权的同时，高效整合制造资源和创新资源，实现研制周期更短、质量更高、成本更低的协同设计与加工生产，以及多企业加工生产与管理协作的目的。大型装备开发模式的应用有助于提高企业的技术创新能力，突破创新瓶颈，促进装备制造行业将创意快速形成产品，转化为生产力，为推动我国产业结构优化升级、实现制造业由低端到高端的跨越提出了一种创新思路和方法。

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