基于航天产品工程的科研生产模式转型实践
2016-03-29西安航天精密机电研究所万彦辉等
◎西安航天精密机电研究所 万彦辉等*
基于航天产品工程的科研生产模式转型实践
◎西安航天精密机电研究所 万彦辉等*
通过对科研生产模式转型的探索,将航天产品工程和IPD理论有机融合,通过产品平台建设、产品流程建设与信息化落地手段实践了产品研发平台化及应用管理落地的方法,构建了基于航天产品工程型谱化与CBB系统的惯性产品平台,初步实现了基于IT的科研生产模式协同变革,培养了具有专业能力、管理基础和信息化知识能力的产品研制队伍。
西安航天精密机电研究所是我国最早从事液浮稳定平台系统研制的所厂合一单位,主要承担载人航天、战略武器、战术武器使用的液浮/二浮惯组、液浮/三浮稳定平台、挠性惯组、激光惯组、光纤惯组、定位定向系统及其专用惯性仪表的研发和批生产任务。“十一五”末随着研发项目的增多与定型产品的批量化生产,产品、零件及电路板种类无序增加,给生产加工带来了巨大的压力,研发项目面临无法及时抢占市场主动权、批生产项目无法按时交付的被动局面。“十二五”期间多型号、多任务并举、高密度发射成为常态,任务量达到“十一五”的3~5倍,供货周期平均缩短30%~50%,同时对技术指标、质量及可靠性提出了更高的要求。
传统的“一机一研一队伍”的职能型研发组织形式造成相同功能性能的产品种类繁多,管理难度加大,产品一致性降低;研发人员全面进入型号,没有精力进行技术储备;同样的问题在不同型号中重复出现,疲于修改;项目策划和风险管控因人而异;保成功、保交付的压力巨大。在任务和困难的重压下,研究所提出了科研任务和管理转型“两手抓”的要求,避免企业陷入无序忙乱。2012年依据系统工程理论,结合先期引入的集成产品开发(IPD)理论,提出了基于知识和流程的IT协同变革管理转型战略,聚焦科研生产管理,开始系统研究适合航天企业的研发管理模式。
一、转型的思路及方法
1.转型思路
科研生产的转型是一项系统工程,包含管理转型、思想转型乃至战略转型,即组织方式和执行方式的转型,需要有流程化和平台化作为基础,流程化解决组织方式转型,平台化解决执行方式转型。航天产品工程理论作为航天产品研发迭代过程和型谱化的基础,需要与IPD理论中的项目管理、结构化流程、共用基础模块(CBB)复用的异步开发进行深度融合,按照理论导入、业务梳理、信息化落地的思路,以解决问题为导向、构建切实可用的方法为前提,分业务、队伍进行标杆试点,重新进行系统的模块化并行协同探索,如图1所示。
图1 科研生产管理转型思路
2.总体方法
研究所按年度分主题递进式开展管理理论导入,结合问题紧急程度开展标杆试点,通过试点理解理论要点,并将相关理论要点进行有机融合,开展并行协同式专项探索,最后构建起新的科研生产管理模型(见图2),并用集成信息化的手段支撑管理转型。
改变传统的从技术要求到研制、交付的串行直线模式,增加基于需求搜集分析分类的市场管理、基于一类客户需求的产品规划式平台管理和基于市场需求的专业技术规划,实施产出价值链增益最大化的流程管理和知识管理。同时对产出人才队伍的规划也做了相应改变,增加了具备需求分析决策的市场队伍和具备新科学管理模型认知的管理队伍。特别是在研发队伍方面,在传统研发队伍和型号项目队伍基础上增加产品开发队伍,促进研发队伍向以产品开发为主、研发队伍精锐牵引、型号项目队伍大量减少的配置模式转变。
在产品平台建设方面,以产品体系建设为核心,融合航天产品工程单机产品体系与IPD产品平台化理论,经历了自下向上、以点带面的型谱研究和电路CBB建设阶段与自上向下的系统重构阶段,以确保产品平台的实用性。
在流程建设方面,通过在立项阶段学习流程基本知识和建设方法,在科研生产流程体系建设阶段建立复杂流程描述规范,融合航天产品工程、武器研制程序ISO 9001质量体系、各总体院型号研制要求和IPD产品开发流程,在建设航天产品开发主流程的同时规划流程体系,确保先进理念科学融合及流程的可用性和易用性。
图2 新的科研生产管理模型
在项目管理方面,以立项为开端推进项目管理,确定项目开启和关闭标志;在产品平台有货架产品后,转变项目研发模式为基于平台模块复用的产品开发;在产品开发流程体系建设完成后,转为流程化的项目管理。形成基于平台和流程的异步开发项目管理模式(见图3)。
图3 基于平台和流程的异步开发项目管理
在战略绩效方面,通过对典型产品研发类型和流程活动的分析,建立量化绩效模型,并纳入项目立项;通过平衡计分卡,将产品战略、流程战略、市场战略等维度纳入项目绩效。
在集成信息化落地方面,通过系统规划配合管理改进将流程体系、产品平台、项目管理、量化绩效信息化,确保资源显性化、状态清晰化,实现“计划打通、流程打通、信息打通”的三维打通状态。
二、实现路径
1.产品平台建设
(1)建设思路
研究所作为单机配套单位,产品涉及航天、武器和航天技术应用产业,且产品层级较低,对外出售的产品多数属于单机产品,对内配套绝大多数为整件以下产品,生产瓶颈主要集中在精密的零部组件。而IPD理论以产品7层货架的规格化为纲,以内外部市场需求为牵引,以各层级产品规格定义、研制流程、项目管理、知识利用、团队管理等为目,纲举目张地给出了市场产品“准、快、低”的产品开发模式。
相较于航天产品工程,IPD在产品平台方面覆盖不同复杂度的产品,能够将单机产品向下延伸;在流程方面,IPD结构化的研制流程能够补充航天产品研制过程中需求的全面跟踪落实、周密实用的研制策划、规范深入的评审、阶段性的资源投入等。按照同建设、同应用的原则,通过全面梳理50年来形成的产品及未来产品,分析产品应用领域、需求客户群之后形成了基于需求分析和技术发展预判的平台产品规划,构建起以型谱和CBB为主的产品平台(见图4)。
图4 产品平台示意图
型谱作为产品系列化的输出特征,对外牵引客户,对内推动共用基础模块的构建。型谱分为平台产品(V版本)、标准产品(R版本)和定制产品(M版本)。V版本作为核心产品平台,是需求重组后结合产品实现原理形成的平台产品,它需要向上形成R版本,以满足一类需求,在与R版本一起做适应性修改后能形成客户定制产品M版本;它也需要向下按照功能划分,引导构建合理实用的CBB。
CBB作为企业提升产出效率和成熟度的重要手段,依据上层平台产品构建,向下牵引技术平台。在IPD货架理论的基础上,按照产品组成层次进行功能分析和分解,梳理并规划出一系列成熟度高、具有标准化、通用化、组合化特征的模块。在单机产品研制中,应在不牺牲差异性的情况下尽可能选用CBB进行组合化设计来满足需求,以解决产品重复设计、重复投入的问题。
按照“系统型谱化、产品结构模块化、仪表组件通用化、接口关系系列化”的原则,产品平台的总体规划以市场需求为标尺,以是否对外出售为分界线,确定了“产品卖到哪一层级,哪一层级建型谱,以下层级建CBB”的产品平台构建原则,形成对外配套建型谱,对内供应建CBB货架,以型谱和CBB为主的产品平台。对外整合应用需求,形成通用产品,压缩品种,建立型谱,实现外部货架式选择;对内进行项目清理、识别,按照系统、仪表、线路、组件、零件等进行产品结构整合,形成共用模块,建立内部CBB货架式复用机制。
(2)建设方法
首先,进行需求梳理,即从产品领域、功能需求、需求特点、技术方向等方面运用$APPEALS分析方法确定客户群的分类和基于客户群的需求,开展客户群需求分析并对应推荐产品;其次,对客户群产品进行五力模型和SWOT分析,确定产品方向及分类,形成各领域的V版本产品,同时进行企业内部货架的定义和各层次产品文件体系、评定体系的开发;再次,对产品进行功能划分,构建共用模块系列并上架,利用产品管理中心平台将货架库的分类、每层次货架上的产品及其资料包封装进信息系统,供产品研发过程中直接调用;最后,与项目管理无缝连接,实现型号研制与货架库之间实时动态支撑,型号研发模式转变为基于成熟模块复用的新产品开发模式。
(3)建设成果
一是型谱全面覆盖。建立需求数据库,对客户群进行分类,从产品功能入手梳理整合确定客户群需求,开展产品型谱和路标规划,确定平台产品规格。
二是建设CBB管理体系。CBB管理体系的核心内容包括1个流程、2类标准、3类评审、31份模板。
平台产品开发流程包含产品梳理、判断、策划、开发、验证、上架发布及总结和生命周期管理7个阶段的主要活动,规范了产品平台规划、设计、开发、验证和成熟度提升的全过程。梳理和判断阶段主要解决产品平台的系统性构架和CBB系统提取问题,是产品平台系统性的基础和保证;策划阶段解决团队组建、目标和开发约束条件设定问题;开发、验证和上架发布及总结阶段规定了CBB设计、试验、多项目验证和上架发布产品平台开发的步骤与完成标志物,是产品平台有序开发的主要实施阶段;生命周期管理阶段是对上架CBB按照成熟度提升、升级更新换代2条路径,对产品平台生命周期进行管理和维护。
2类标准是指CBB货架层次定义按照硬件和软件分别设置,硬件货架层次定义参照设计文件的分类编号(QJ13)分为6个层级,软件货架层次定义参照软件工程化要求分为4个层级,无缝衔接航天行业标准,对上管理接口良好,对下以图号等级对应货架层级,操作简单明确。
图5 CBB货架
3类评审是决策评审、技术评审和上架评审。决策评审设置于判断阶段和生命周期管理阶段,判断阶段通过对CBB适用范围和共享策略评定,判定该CBB的开发价值,决策是否进行开发;生命周期管理阶段通过对前期CBB的应用情况分析决策CBB是否退出货架。技术评审设置于判断阶段、策划阶段、开发阶段、验证阶段和生命周期管理阶段,分别对产品平台架构和CBB规格划分合理性、CBB开发大纲全面性与合理性作出评判,对CBB开发和应用验证试验作出技术掌控,并对CBB成熟度是否达标作出评定。上架评审是对CBB前期工作的总结和评定,标志着该CBB的成功开发,并可进入货架供型号项目选用。
31份模板是指产品开发流程配套的输出物模板,对贯穿流程的每个活动、输入输出物进行规范。
三是构建CBB货架。按照“系统型谱化、产品结构模块化、仪表组件通用化、接口关系系列化”的原则,以26个平台V版本为依托,构建了CBB软硬件模块货架(见图5)。硬件CBB按6层货架立体构建,包括总体、电路、电路与器件、电气元件、结构、光学专业;软件CBB按4层货架立体构建,分为系统、子系统、部件和单元架构。
四是型号项目应用。保证CBB能够被型号项目应用是研制模式由垂直向异步开发模式转变的重要环节,立项时以型谱框架为约束条件,以选用CBB、CBB成熟度提升、新贡献CBB作为项目决策评审要素,同时在方案设计模板和评审中设置CBB应用与构想的评审要素,将这些要求的衡量结果纳入项目绩效,促进CBB货架的使用和迭代更新。
生产制造时制定了CBB统筹排产方案和流程,按照CBB需求事业部和所(厂)两级统筹方式进行CBB统筹,需求事业部提出年度需求,科研生产部结合库存统筹批次、分组后下达给承制事业部进行生产,并设立专用CBB模块库存信息化台账,统一制造、统一入库、分型号项目领用。
2.产品流程建设
结合航天产品开发过程、IPD产品开发流程、流程房式理论、武器研制程序、惯导产品传统研制过程等,按照流程设计、优化和控制3个阶段,分主流程、支撑流程和专业技术操作流程3个层次进行科研生产流程体系建设。
在流程设计阶段,主要对设计过程、设计产品所配套的领域、研制程序、集成产品开发、质量体系要求进行了分析,在分析的基础上进行流程建模,构建了以模样、初样、试样、定型研制阶段为产品目标的业务流程模型,并分阶段开展流程逻辑关系的开发。
在流程优化阶段,主要是针对流程模拟运行情况、过程问题、新专项管理要求,如对航天产品工程、技术风险分析与控制、量化控制、数据包、产品保证等进行重新建模和逻辑完善,实施协同开发,在此过程中形成流程描述规范。除流程开发团队外,加入各类角色专家开展流程评审、流程固化和流程发布。
在流程控制阶段,主要进行流程信息化部署、产品设计时的流程使用和流程的持续改进,将流程活动拆解成活动包(包含活动名称、活动定义、输入输出模板、理论周期、知识、质量要求等)分别放入信息系统,并在后台加入前后置关联关系,形成流程的底层平台。流程使用是计划主管依据流程形成项目计划,分解到每个设计的具体任务,设计师进入产品管理中心平台执行流程任务,每年度对流程进行快速性优化,持续改进。
主流程建设。产品开发标准(快速)流程将质量管理体系、IPD、产品化、武器研制程序等融为一体,突出了研制策划的全面性和适宜性,对数据包、风险管理、技术风险、量化控制、三类关键特性、软件工程化等均用流程活动进行了描述及定义,同时将模样、初样、试样、定型四大阶段进一步细分,再进行流程结构化、模块化设计。
支撑流程建设。配合主流程需要,将通用复杂工作单独分流建立了支撑流程,包括立项流程、用户信息响应流程、技术问题处理流程、技术评审流程、更改流程、外包产品保证流程等。
专业技术操作流程建设。立足主流程,细化专业活动,建立了8类24项专业技术操作流程。
3.信息化落地
(1)平台信息化
在产品平台和流程建设的基础上,结合IT协同规划支撑管理落地要求,构建了基于模块复用和异步开发流程的快速设计信息化平台(见图6)。业务层主要依托产品研发系统实施主流程管理及使用,通过产品管理中心实施基于主流程活动细分的专业设计操作流程管理及使用,支撑并行协同的异步开发;产品层主要是以产品管理中心和知识管理系统实现基于设计常用元器件模型、标准件模型、CBB模型的使用等支撑复用式研发模式。
图6 基于模块复用和异步开发流程的快速设计信息化平台
在业务梳理的基础上,将产品平台架构、平台构建流程和文件体系、共享模块、元器件、标准件进行信息化处理,通过产品结构配置将动态建模、流程导入和CBB、元器件、标准件的参数模型封装入产品管理中心平台,设计师可在不同产品、系统之间共用零部件、整件等模块产品及其它相关设计成果,实现快速构型、快速设计。
(2)流程信息化
产品研发系统是研发项目业务管理的信息系统,在设计方案时构建了流程管理模块及基于流程的项目计划自动生成功能,在流程评审发布后,将快速设计的主流程内置到系统中,包含各流程类型、流程活动关系及定义。
快速设计平台的集成化以专业技术操作流程为“接口协议”,实现了产品研发系统和产品管理中心的任务自动对接。产品研发系统作为科研任务的总驱动器,立项评审通过的项目在其中生成账号,然后调用系统内置的流程形成项目计划,同时嵌套专业技术操作流程活动。在项目执行过程中主流程的某个活动带时间指令会传递给产品管理中心,任务接收者会在产品管理中心按照相应的专业操作流程进行设计开发,在开发过程中直接调用成熟模块或典型模型完成设计任务,并将结果自动反馈到产品研发系统,实现任务自动闭环。
三、成果与效果
通过4年的科研生产模式转型实践,研究所从产品化基础基本为零、“一机一研一队伍”的垂直研制模式逐渐形成了依据航天产品工程理论、结合三级产品配套特点的产品平台建设及复用,最后与项目管理无缝连接,实现了型号研制和CBB库实时动态互相支撑,研发模式转变为基于模块复用和结构化流程的新模式。
构建了产品平台,完成了惯导、机电陀螺、光纤陀螺、电机4类平台产品建设,在研在役航天产品型谱化率达到100%,在研在役武器系统产品型谱化率达到70%;形成了一套切实可行的CBB严打管理体系,有效减轻了生产线上产品品种多、数量少的压力;工艺装备也缩减至原来品种的16%,大幅降低了工装的管理压力。
建设了一套主流程、支撑流程和专业技术操作流程无缝衔接的航天产品开发流程体系与平台构建流程体系,实现并行协同和异步开发。落地了基于模块复用和并行协同异步开发的信息化平台,初步实现了基于IT的科研生产模式协同变革。
打造了一支技术业务与信息化兼备的队伍,共培养管理专家、产品专家、信息化专家40余人,具备良好业务能力和信息化能力的骨干人才达20余人,具备相同认知理念和能力的管理基础队伍、产品基础队伍、信息化基础队伍共计200余人。
改变研发模式为流程驱动、平台支撑、信息化运行的并行协同场景,实现了产品研发平台化,管理的复杂度降低,效率与成熟度提高,设计差错率降低60%,研发周期平均缩短20%~50%,有效地支撑了型号项目研制成本低、质量高、研制周期快的要求。
四、感悟与设想
科研生产管理研制模式转型涉及科研生产管理及相关体系,只有科学构建、系统推进方可落实见效。领导力是系统推进的关键,西安航天精密机电研究所由所长亲自抓战略规划与顶层策划,将管理模式转型纳入战略规划,年度工作会按规划步骤分解落实,形成了“一把手亲自抓管理体系建设,科研生产部负责模式转型方法研究,全员配合参与”的管理模式转型机制。
管理转型不可能一蹴而就,需要领导的不断学习、动员与支持以及参与者的不断学习、实践和完善。管理转型效果有很强的后效性,需要在先进理念的学习过程中、实践中、多理论融合提高中及自我否定式的质疑中不断坚持,并在成功阶段保持清醒。后续还需要继续坚持产品管理体系与流程的升级完善及CBB货架动态管理,确保型号应用高效有序,使航天产品工程理论延伸应用成为科研生产模式转型的引擎。
*其他作者:郭华、王建青、黎坤、郝宁、吴亚明、刘金