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精益研发的前世今生
发表时间:2008-4-4    作者: 赵敏  来源: 安世亚太
关键字: 制造业 信息化 研发 
精益研发的“前世”是基础研发平台;精益研发的“今生”将是以综合提高产品研发效率和产品技术附加值为目的的制造业信息化体系。
 

制造业信息化的发展路径
   
    历经30年的发展,中国制造业信息化的应用,已经完成了一般意义上的推广普及。从应用的范围上说,甩图板、二维转三维、CAD/CAE/CAM集成、PDM和ERP实施、OA和电子商务等都已经基本完成。
   
    通常,我们把由CAX/PDM/DMU组成的、支持整个研发过程的软件平台叫做基础研发平台。
   
    基础研发平台的主要作用在于:理顺企业的研发管理流程,有效地提高研发效率和降低错误率。解决了产品的快速上市(Time To Market)问题。
   
    制造业信息化的发展路径,可以有很多种诠释的角度。如图1所示,我们仅仅从产品快速上市(TTM)、产品正确上市(RTM)、产品增值上市(VTM)这三个角度来衡量,就可以大概看出制造业信息化的一个路线图。

 

图1 制造业信息化发展之路


    
    在过去的15年里,如何提高产品研发速度、缩短上市时间曾经是企业关注的核心战略焦点。因此,企业最喜欢讲的商业战略和行动口号是,让“产品更快上市”,以试图做到“领先一步,领先一路”。
    
PLM显现的瓶颈
   
    进入21世纪,企业开始重视建立PLM体系,以便让企业有能力快速整合或改变产品特征,或快速把来自供应商的产品特征优势结合到自己的产品中来。如此,不仅做到产品快速上市,而且还可以让正确的产品快速上市。
   
    但是,近些年,以PLM为核心的研发平台已经显现出了一定的不足。从实现原理上讲,PLM所依靠的是产品信息的集成、研发系统的柔性和敏捷性,但是在促进技术创新、支持协同仿真和实现质量管理方面还做得很不够。因此,在实现“产品增值上市”方面就遇到了瓶颈。
   
    在促进技术创新方面,PLM实现了产品知识的集成,但是没有实现Knowhow知识和创意知识的集成,没有实现创新方法学的集成。因此在支持创新方面还有很多需要弥补的地方。
   
    在支持协同仿真方面,PLM可以实现一般CAE软件的集成,但是无法建立高端的、支持多学科优化的协同仿真环境,无法建立面向复杂产品研发的数字化样机仿真。因此在仿真水平的提高方面难以再上一个台阶。
    

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    在实现质量管理方面,PLM更是遇到了一个难以逾越的“门槛”。从“大质量”的概念来看,质量并不是仅仅意味着产品质量,而是指产品质量、项目质量、经营质量等一系列质量的总和。PLM与质量管理之间,看似处处有联系,但是又一直没有一个具体的软件组成部分来直接实现、管理和控制这种“大质量”。
   
    综上所述,如果能够在PLM的基础上,添加了技术创新、协同仿真和质量管理这三方面的内容,那么,在实现产品增值上市、提高产品技术附加值方面将会显得游刃有余。
   
    提高产品技术附加值有两个基本方向,一是创造价值,开发出具有竞争力、高度差异化的产品;二是减少浪费,有效地降低研发成本。
    
提高产品技术附加值的解决方案
    
技术创新的发展历程
   
    千百年来,人们最常用的创新方法是试错法。在100多年前,爱迪生把试错法发挥到了极致。尽管爱迪生有很多的发明创造成果,但是他始终没有掌握发明创新的规律。一直是在创新的道路上摸索前进。
   
    据统计,人类总结出来的创新的方法有360多种,常用的方法有40多种,例如人们常见的:联想法、逆向法、知识链法、形态分析法、属性列举法、奥斯本设问法、和田十二法、5WIH法、头脑风暴法等。
   
    直到1946年,前苏联发明家根里奇·阿奇舒勒发现并总结出了发明创新的规律,奠定了现代技术创新的理论基础——TRIZ(发明问题解决理论),人们才真正跨入了创新的自由王国,领略了创新的规律与方法。
   
    上个世纪90年代初中期以后,伴随着前苏联解体,TRIZ开始在全球传播。在最近几年,TRIZ与知识工程、知识管理、价值工程、QFD、6-西格玛、IT技术等相结合,引发了创新方法与工具的革命,催生了基于创新方法学和知识的第三代CAI软件,让创新设计有了专用的信息化工具。CAI的出现,弥补了CAD难以做概念设计的缺点,让产品的改进可以从原始级创新做起,加大产品的差异化程度。另外,通过引入对新的产品结构、新的工艺、新的材料而实现产品结构的简化、可靠和去除不必要的功能,可以有效地节约开发研发成本。现在国内具有自主知识产权的CAI软件是Pro/Innovator。
    
协同仿真的发展历程
   
    广义的仿真包括C A D 、C A M 、CAE、CAT等。狭义的仿真专指以CAE为代表的有限元分析工具。早期的CAE软件特点为单学科,单参数;使用后或者研制后验证与校核;无协同或者团组协同。
   
    今天的仿真技术,已经由过去的单学科、单参数、事后验证、无协同的CAE,发展到了多学科、多参数、多场耦合、高性能计算的协同仿真环境CSE(Collaborative Simulation Environment)
   
    CAE的目的在于求异,要求在某个学科来做深入、做专业,例如做强度分析、电磁分析、噪音分析、寿命分析、流程分析等。由于CAE是求异的,因此结构不统一,网格不统一,输入和输出不统一,知识表述等也不统一。形成了很多的仿真信息“孤岛”。
   
    CSE比较好地解决了以上的问题。以协同仿真平台的方式,将产品仿真过程中人、技术、业务等诸多方面实现协同,将多学科、多参数、多场的问题耦合起来计算,由此可以获得比各个单项CAE更为综合、更为准确的产品性能参数,有效地提高产品的技术含量。同时,对于成本敏感型企业(如汽车业等),可以通过仿真优化产品结构和重量,实现等寿命设计,降低研发成本。
   
    现在具有自主知识产权的CSE软件是PERA Simulation。
    
质量管理的发展历程
   
    在工业革命以前,产品质量由个人控制。到了20世纪初,企业出现了专职的检验员和独立的检验部门。
   
    在20世纪30年代,休哈特提出了统计质量控制理论。到了60年代,著名的计算机学家费根鲍姆提出了全面质量管理的概念。在20世纪70~80年代,质量管理在日本获得了空前发展,产生了诸如JIT、看板生产 、QFD、田口方法等质量工具。
   
    现代质量管理经历了一个“点、线、面、体、网”的发展轨迹。所谓“点”——质量检验阶段;“线”——SPC-向过程和预防的前端延伸/发展;“面”——TQC/CWQC-向所有职能领域的扩展;“体”——TQM-大质量的系统化管理;“网”——面向利益相关方的质量链/价值链。
   
    可以说现代质量管理的终极目标是“顾客满意”。最终逐渐向着质量工程(QE)迈进。从管理的模式来说,现在已经实现了大质量的系统化管理MDQ。通过MDQ,不仅可以从源头设计产品质量,提高产品的可靠性,而且可以通过JIT、看板等管理模式,减少不必要的研发环节,简化不必要的功能,减少时间和原材料的浪费,节约大量的成本。
   
    现在国内具有自主知识产权的MDQ的软件是QMAX。

 

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企业对精益研发的实际需求
   
    在复杂产品的研发中,如何满足客户最关注产品的功能和性能指标是一个复杂的系统工程。目前,作为信息化结果的一个副作用,企业形成了很多的信息孤岛。在精益研发技术产生之前,产品的功能和性能指标等各种质量数据是分散在各个文档或系统(信息孤岛)之中的,在设计任务下达以后,产品的总设计师很难动态掌握各分系统及零部件的设计对整体功能和性能指标的满足及影响程度。以航天领域的复杂产品系统(如运载火箭、卫星等)为例,各个分系统、零部件在设计、工艺、生产及装配过程中,各个零部件的质量数据对其最终产品的质量指标的影响往往是不知道的,因此,最终产品的功能和性能指标等质量指标是不可预知的。目前没有软件能够系统的解决这个问题。现有的CAX/PDM系统也不提供质量数据整合功能。
   
    从事复杂产品研发的企业,一直希望能有一个集成化的制造业信息化系统,能够把物理世界与数字世界充分关联起来,实现二者之间的精确映射,为研发人员提供一种企业级的产品数字化样机开发环境。实现了顶层牵引、系统表达的质量设计思路,让一个复杂产品的研发质量(所有技术指标),可以系统、清晰、稳定、动态、完整地掌握在研发人员的手里,让产品的质量与可靠性有了系统的保障,让产品创新有了质的飞跃和效率的提升。同时,还能够有效地控制和节约研发成本。这个“集成化的制造业信息化系统”的答案,就是精益研发。
    
精益研发的基本内涵
   
    什么是精益研发?精益研发是一种以精益为目标、以质量总线为统筹、以虚拟样机为载体的研发方法。它集成了创新设计、协同仿真以及质量设计三大核心技术,实现产品质量跨越式的提升。
   
    从前两节的介绍可以看出,CAI、CSE、MDQ三大技术均已经发展到了比较成熟的阶段,为提升产品的技术附加值,已经在制造业信息化中起到了一般的CAX/PDM所不能起到的作用。同时,来自国内复杂产品研发客户群体对质量的强烈呼声,造就了精益研发的巨大市场空间。可以说,精益研发从诞生之日起,就具有了中国制造业信息化的自身特色。
   
    安世亚太充分注意到了这个新的市场动向。及时提出并实现了CAI、CSE、MDQ三大技术的集成,推出了集成化的PERA精益研发平台,让中国的制造业信息化水平迈上了一个新的台阶。
   
    我们可以通过表1大概看一下精益研发的发展历程。实际上,CAI、CSE、MDQ三大技术,理论几乎同时诞生,后来各自发展,最终在信息化的作用下,交汇于精益研发。这是技术的进化,理念的融合,历史的必然。


    
精益研发平台的基本构成与特点

    精益研发平台由三大子平台构成:创新设计子平台,协同仿真子平台,质量设计子平台。三个子平台既相互关联,又可独立运行。并且可与CAD/CAM/CAP/PDM 等基础研发平台形成良好的协同与集成。
   
    “精益研发总线”是安世亚太公司独有的领先技术。质量数据总线是其中即将隆重面世的一个信息化看板技术——在过去,信息化软件界面带给人们的是几何图形、图像和数据,质量指标往往是间接显示出来的。现在质量数据可以以总线的方式直接显示给客户,使得客户高层技术管理人员对正在研发的产品的质量情况一目了然,掌控在手。
   
    质量数据总线(QBUS)是安世亚太公司提出的一种通过“信息化看板”来表达和管理产品质量的新技术。
   

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    看板技术源于20世纪70~80年代日本的汽车行业。确切地说,看板是一个以挂在墙上的“看板”为信息传输媒介,结合一套科学的使用方法、规则而形成的一个生产指令、调度系统。“信息化看板”是看板技术发展到今天的一个高级形态,是表现在计算机界面上的一种“研发指令、调度系统”。
   
    “以质量总线为统筹”的意思就是将分散在各个文档或系统之中的产品的功能和性能指标等各种质量数据集中表达在一个信息化看板上,让产品的总设计师动态掌握各分系统及零部件的设计对整体功能和性能指标的满足及影响程度,对最终的产品和项目质量,了然于心。
   
    作为未来技术的发展,安世亚太还将在“精益研发总线”中陆续加入项目进度总线、成本总线等信息化看板内容。

 

图2 精益研发平台的体系结构


    
结束语
   
    精益研发的“前世”是基础研发平台;精益研发的“今生”将是以综合提高产品研发效率和产品技术附加值为目的的制造业信息化体系。
   
    提高产品技术附加值有两个基本方向,一是创造价值,开发出具有竞争力、高度差异化的产品;二是减少浪费,有效地降低研发成本。
   
    CAI、CSE、MDQ三大技术都可以给分别客户带来不同于基础研发的价值,而这三大技术的集成与整合将给客户带来更高的、超出预期的价值。研发,将不再仅仅着重于加快产品的上市速度,也将更注重于提升产品的技术附加值。可以说,精益研发,带给客户的利益就是又好又快。

责任编辑:刘珏
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