复杂产品研发项目高效协同模式研究

任天浩 武秀媛 钟海峰

(中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111)

0 引言

随着我国高铁网络不断扩大，运营速度不断提高，需要继续研发技术更先进、制造更精良、客户体验更佳、环境适应性更强、安全性能更好的动车产品。高速动车组系统构成复杂，其研发具有技术难度大、研发环节多、涉及专业广、参与部门多、协同要求高的特点，每个研发项目都需要总体、系统、硬件、软件、结构、仿真、工艺、测试、试验等多个专业的协同，同时还需要市场、采购、制造、质量、维修、财务等职能部门的密切配合和支持，项目管理难度大。随着国内高铁网络的进一步完善以及海外高铁市场的开拓，国内外市场规模不断扩大，产品交付压力越来越大，在满足技术指标和质量安全要求的前提下，如何通过高效协同进一步提高研发效率、满足产品交付要求是项目管理面临的巨大挑战。本文基于高速动车组研发项目管理的实践，探讨复杂产品研发高效协同模式，为复杂产品研发的项目管理提供有益参考。

1 研发协同相关理论综述

采用串行研发模式的企业主要以职能部门为中心展开产品研发，各部门承接上一部门的工作，完成后再交接给下一部门。以职能部门为中心的组织形式容易造成“部门墙”，严重妨碍了产品研发的速度和质量，研发人员在设计过程中难以充分考虑顾客需求、制造工程、质量控制等约束因素，容易造成设计和制造脱节，所设计的产品可制造性、可装配性差，后期的设计修改比较多，从而导致设计反复次数多、产品开发周期长、产品研发成本高等问题。

为了消除串行工作模式的弊端，美国国家防御分析研究所在20世纪80年代提出了并行工程的概念[1]：“并行工程是集成地、并行地设计产品及相关过程，包括制造过程和支持过程的系统化方法。它要求产品开发人员从设计一开始就考虑产品生命周期中从概念设计到报废的各种因素，包括质量、成本、企业调度及用户需求。”并行工程方法强调各部门的协同工作，要求研发团队在项目早期就针对各种因素做全面的考虑和统筹安排，从而减少设计工作的反复，缩短研发、生产准备和制造时间。

美国PRTM公司提出的产品生命周期优化法(Product And Cycle Excellence，PACE)[2]和IBM公司基于PACE方法论结合自身研发实践提出的集成产品开发(Integrated Product Development，IPD)[3]研发模式都是并行工程理念的应用。随着产品数据管理(Product Data Management，PDM)和产品生命周期管理(Product Life-Cycle Management，PLM)软件的成熟，越来越多的企业开始应用PDM和PLM软件系统支持并行工程的实施[4-5]。

2 影响研发协同的主要原因

长期以来，我国企业的产品研发主要以仿制为主，大部分企业开展自主创新的历史较短，普遍存在产品研发项目管理经验不足的问题，大多采用低效的串行研发模式，在组织开展大型装备等复杂产品研发的过程中遇到的问题比较多。主要问题如下：

(1)研发团队各专业之间的设计工作衔接不紧密，相互之间存在一定程度的脱节，设计协同效率低。

(2)研发项目团队的成员来自不同部门，本位主义严重，跨部门协调困难，项目计划难以如期执行。

(3)产品研发在项目后期暴露的问题多，需要不断修改和完善设计，而修改设计又引发一系列新问题，让研发人员穷于应付。

(4)研发任务之间的关联性强，但各专业相互之间缺乏必要的信息与数据共享，研发过程中的设计协同难以真正开展。

并行工程理念虽然先进，但企业在实际的产品研发过程中往往难以真正落实，严重影响跨专业跨部门之间的协同效率，经分析其主要原因有：

(1)研发流程不完善。产品研发流程没有真正落实并行工程思想和方法，工艺、制造、采购、维修、质量等职能部门没有提前介入研发活动，研发与后续的工艺、制造、采购、测试、维修等环节相脱节。

(2)产品需求分析不充分。在项目前期的需求分析阶段，企业往往只侧重技术需求的分析，对质量、测试、可制造性、可维修性等方面的需求没有进行全面的分析，在方案设计阶段对这些方面的需求缺乏充分考虑，导致在研发后期出现的问题比较多，不得不投入研发资源进行设计修改，重新进行试验与验证，造成研发资源的浪费和项目进度的延误。

(3)产品研发项目管理能力不足。由于大型装备等复杂产品研发涉及多个部门，组织层级复杂，项目任务多且相互之间的关联性强，跨部门跨专业之间的协调困难，项目计划执行与监控难度大，研发协同难以落实。

(4)研发过程中产品数据和信息缺乏共享。各专业的数据与信息分别存放在不同的信息系统，缺乏统一管理，相互之间缺乏有效的共享与交互，各专业研发协同所需的数据与信息传递方式低效，跨专业的设计协同难以有效开展。

3 研发协同效率提升方案研究

要落实并行工程思想，建立并行研发模式，实现产品研发过程中各职能、各专业之间的高效协同，需要从研发流程、组织形式、项目管理、产品数据、协同平台5个方面着手优化。

3.1 研发流程优化

能够支持协同工作模式的研发流程是实现研发协同的基础，因此需要对原有的研发流程进行优化。研发流程优化的思路是：应用并行工程思想和方法论，把低效的串行研发流程优化为高效的并行研发流程，识别各部门、各专业之间的协同节点、协同要求和协同规则，重新定义产品开发流程各阶段相关角色的职责和活动，确定各活动之间的相互关系、先后次序、输入、输出以及信息流向等要求。在产品研发的全过程，总体设计、系统设计、硬件设计、软件设计、结构设计、仿真、测试等专业都是以并行协同的方式开展工作，从而可以显著缩短整个研发周期。

经过优化的研发流程在项目前期就全面识别产品需求，充分识别产品功能、性能、测试、试验、采购、生产制造、产品维修等方面的需求，在方案设计阶段对这些需求进行统筹考量，从设计上满足各方面的需求，避免在项目后期再进行设计修改。

3.2 跨职能团队组建

跨职能团队是实现研发协同的组织保障。跨部门、跨专业的设计协同很难自发形成，因此设计协同的实现还需要有组织保障。依靠跨职能团队的项目组织形式，使来自不同部门和不同专业的项目成员为实现共同的项目目标而形成一个紧密协同的工作团队。

一个完整的产品研发跨职能团队的成员除了各专业的研发人员以外，还包括各职能部门的代表，工艺部、生产部、采购部、质量部、维修部、财务部以及市场部应根据项目任务要求选派合适的人员加入产品研发团队。产品研发团队的项目经理应对项目成员有一定的绩效考核权利，当项目成员无法完成所分配的任务时，项目经理应与职能部门主管协商，进行必要的支援或人员调整。

3.3 项目管理模式改进

研发流程的并行工作模式和协同要求需要通过具体的项目管理工作在实际的产品研发项目中落实，特别是要通过集成式项目计划推动各职能部门之间的协同。原先各职能部门的工作计划由于缺乏集中管控，相互之间的协同效率较低，通过改进项目管理模式，采用集成项目计划对各职能部门计划进行整合，对各任务之间的协同关系进行识别、标识与跟踪，能够显著提高项目团队整体的协同效率。

集成项目计划需要明确项目的里程碑及各阶段的工作任务，确定各项任务的责任人、交付件要求以及任务之间的协同关系等信息。集成项目计划应遵循并行产品开发流程的要求，并根据项目实际情况进行恰当的调整。

复杂产品研发的计划层级多。为了更好地对项目过程进行管理，需要建立分级管理机制。在项目计划编制阶段，项目经理制定总体项目计划，各专业领域负责人依据总体项目计划制定下级子计划，同时要考虑各专业子计划之间的协同关系，识别前置任务项。在项目计划执行过程中，项目经理定期召开项目例会，确认总体计划进展情况，对各专业子计划的执行情况进行检查，对跨专业的计划执行进行协调，确保跨专业协同能够顺利进行。各专业领域负责人负责各级子计划的执行，定期向项目经理汇报子计划的执行情况，说明项目进展、存在问题和潜在风险，当计划执行遇到困难需要协助，特别是出现跨专业协同问题时，应及时向项目经理反馈，寻求支援与帮助。

3.4 协同数据与信息识别

高速动车组研发项目的每项任务通常都比较复杂，任务之间的关联性强，相互之间的协同要求高，项目任务之间能否实现协同很大程度上依赖于产品数据与信息的共享与交互。产品数据主要包括需求文档、技术规格书、设计方案、设计图档、BOM、物料(包括系统、模块、零部件等)及其技术文档、测试数据及试验文档等。

为了实现跨专业的研发协同，需要详细分析和识别各专业研发任务之间的数据共享与交互要求，明确各阶段需要输出的产品数据，明确各产品数据的有效性规则，并将这些要求体现在研发流程和项目计划中。需要重点识别设计与工艺、设计与仿真、设计与采购、设计与测试、设计与制造、设计与维修的协同数据与信息。

3.5 协同信息平台搭建

信息系统是实现研发数据与信息共享和交互的重要手段。PLM软件系统是目前业界普遍采用的产品数据管理系统，能够对产品从创建、使用直到废止的全生命周期的相关数据和信息进行管理。PLM软件系统作为产品数据与信息的统一管理平台，可以把数据和信息高效地传递给研发协同的相关角色，能够在研发过程中实现产品数据与信息在各专业项目成员之间的共享与交互。

在研发过程的各个阶段，每个专业的项目成员按照项目计划的时间要求在PLM系统中完成产品数据和信息的创建工作。根据协同工作要求，通过PLM系统创建工作流程和设定数据访问权限，项目成员可以在保证信息安全的前提下获得开展协同工作所需的数据和信息，确保相关的研发活动能够并行开展。

基于PLM信息系统支撑的研发项目团队协同工作模式如下：

(1)项目经理组织项目组成员制定项目计划，项目计划符合产品研发流程的协同要求，项目计划中包含各阶段的工作任务，明确每项任务的输入要求和输出交付件，同时还要明确任务之间的关联关系，对任务的前置条件进行定义。

(2)项目组成员通过PLM共享平台接收任务，按照项目计划的要求展开产品研发的各项工作，项目计划的执行进展状态通过PLM共享平台呈现给项目组相关成员。

(3)产品研发过程中，项目任务的交付件(如需求文档、方案文档、设计图档、BOM等)一旦在PLM系统中创建，就可以按照权限规则和协同要求共享给项目组成员。

(4)项目组成员如需了解前置任务的进展情况和输出文档的相关内容，以便尽早开展本专业的研发活动，可以方便地通过PLM信息系统获得相关信息。

4 结语

针对高速动车组等复杂产品研发协同的问题和难点，本文分析了造成产品研发协同困难的主要原因，识别了产品研发协同的关键影响因素，提出了研发协同效率提升的解决方案，从研发流程的优化、跨职能团队的组建、项目管理模式的改进、研发协同数据与信息的识别、信息共享平台建设等方面着手，建立高效的产品研发协同工作模式。