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产品的精益研发

产品的精益研发 2011年12月03日 来源： 企业提高竞争力的方法有两种：第一种是通过提高效率，降低成本，形成成本领先优势；第二种是创造技术领先优势，提高产品技术附加值。实验证明，如果希望显著提升竞争力，精益研发才是最有效的策略。精益研发策略传统的产品工程策略中，要么牺牲产品的技术含量而追求成本最低，要么不惜增加成本而追求高技术含量，产品属性在BAC弧线上移动（见图1，该弧线半径表示竞争力），显然这种移动不会显著提升产品的竞争力。如需要将半径扩大，精益策略则是最有效的策略。

图1 传统策略与精益策略比较

通过精益生产策略（沿着AE射线水平行进），将显著降低产品的成本，但不降低产品技术含量。采用这种策略，可以比同类产品具有更低的价格，但是仍然不赔钱。该策略（沿着AF射线垂直行进）在不显著增加产品成本的前提下，可以提高产品的品质和技术含量，从而提升产品附加值，达到增加竞争力的目的。精益研发相对于精益生产来说，具有更大的空间提升企业竞争力。因此，精益策略获得的产品属性曲线EF是椭圆弧，技术轴是长轴。精益研发技术工程仿真、技术创新及质量管理技术是精益研发中的关键技术，这三项技术贯穿在产品研发流程所有环节，在产品进化历程中，分别具有各自独特的价值。工程仿真，通过定量分析技术驱动产品研发，对企业产品提供具有改善意义的优化方案；技术创新，通过定性分析技术拓展研发思维，对企业产品提供具有突破意义的创新方案；质量管理，通过统计分析技术提升研发品质，将仿真技术和创新技术带给产品的技术附加值变的更有价值。1. 工程仿真，驱动产品研发工程仿真技术被称为现代企业产品研发的“发动机”，可以通过精确的建模来模拟真实世界，帮助企业优化产品性能，减少物理样机及试验，从概念设计到最终验证全过程驱动产品研发（见图2）。在产品研发流程中，越早采用仿真技术，越能发挥仿真技术的优化作用，对研发的驱动作用越明显。

图2 仿真驱动产品研发

在工程实践中对仿真技术的需求千差万别，使得仿真技术百花齐放，按照不同物理场发展出许多适用于所有行业的通用仿真体系，如机械仿真、流体仿真和电磁仿真等，还有许多为不同行业定制开发的专用软件。另外，高性能计算、多场耦合及协同仿真作为工程仿真技术发展的三个重要方向，值得关注。（1）多场耦合自然界不存在单场问题，所有的现象都是多场耦合的，结构力学、流体力学、电磁学及热学等单一物理场分析往往不能真实地模拟物理现象。我们主张，将影响系统性能的所有物理因素一次性纳入计算范畴，通过多场耦合处理平台建立真实世界的正确模型，进行复杂的多理耦合分析，获得正确模拟结果。（2）高性能计算随着人们对产品性能研究的逐步深入，系统级多体耦合计算和多物理场耦合计算成为仿真计算的必然要求。用户要求将研究对象的完整系统（如整机、整车）或影响系统性能的所有物理因素一次性纳入计算范畴。高性能计算技术（HPC, High Performance Computing）则是支撑这种复杂的、大规模计算的基石。针对HPC@CAE，应用企业或技术提供商应该深入研究世界先进的硬件、互联及操作系统，进而研究仿真技术与这些系统的调优方案，根据用户的研发需求提供HPC@CAE系统集成服务，帮助用户以最少的费用搭建综合性能最优的系统。图3是安世亚太公司为某用户搭建的HPC@CAE系统。

图3 安世亚太为某用户搭建的HPC@CAE系统

（3）协同仿真研发信息化技术发展的一大特点是：设计技术在趋同，而仿真技术则在求异。没有一种仿真系统可以包打天下，每种工具都有其无法替代的价值。此种特性使得仿真世界的孤岛明显多于其他研发技术，而协同难度让仿真技术往往游离于企业协同大环境之外，形成仿真“黑洞”。针对此现状，我们提出协同仿真理念，主张将企业离散的仿真技术、流程、数据和知识综合起来，形成协同优势，支持复杂产品的创新与优化。同时利用知识工程手段，降低仿真门槛，让新手更快地进入高产能状态。利用协同手段，将仿真纳入企业的协同大环境，让更多的人因仿真技术而受益。图4是安世亚太研发的协同仿真平台PERA.Simulation的架构。其中包含仿真流程集成（Workflow）、仿真技术集成（CAXMan）、仿真数据管理（DataMan）、仿真知识管理（KnowleMan）及多学科优化（MDOMan）等模块。

图4 PERA.Simulation技术架构

2. 技术创新，拓展研发思维创新不是天才的专利，也不是聪明大脑的灵光一现，创新是有方法可循的。针对具体技术难题，采用成熟的方法，遵循既定的路线，可以严密地推导出多个创新性的解决方案。同时，他山之石可以攻玉，有效利用前人的智慧，使得推导出的创新方案更加有效适用。TRIZ理论是创新方法中最有效的理论之一。3.知识管理企业创新中所需要使用的概念、原理、创意及Know-how等启发性知识是产品概念构造的基础。企业应该借鉴、融合外部知识、整理内部知识进行精简复合型地表达，形成关联集成的知识，并且按照数字化方式存储，辅以智能检索，使得知识在企业内部以信息化方式共享。其中知识的关联特性是创新过程中非常重要的属性，这一属性可以通过本体论来实现。（1）本体论（Ontology）是对工程对象及其复杂关系进行完美描述的理论体系和计算机实现技术。本体论把分离的、不成体系的、彼此无关联的知识变成相互关联的、系统的、结构化的知识，让知识串成“知识链”，结成“知识网”，便于高效地查询和使用。（2）计算机辅助创新发挥计算机的优势，基于TRIZ理论，结合本体论、现代设计方法学、多领域科学知识，可综合而成的计算机辅助创新（CAI, Computer Aided Innovation）技术。该技术可以在产品生命周期的各个阶段，帮助设计者有效地利用多学科领域的知识和前人的智慧，分析和发现技术体系中存在的问题，获得具有创新性的解决方案。可以提前规避他人的专利风险，形成自己的专利保护体系。同时积累和管理企业研发知识，为企业的核心竞争力做好知识准备。4. 质量管理，提升研发品质质量认证之后传统的企业质量管理方式如何突破？制度规范与实际运行“两张皮”的现象如何改变？质量管理的效率和过程控制的能力如何提高？分散在企业的各个角落的质量信息如何收集、分析和共享？诸多问题，皆与现代制造企业管理者朝夕相对。因此，需要一个完整的质量管理解决方案来回答和解决这些问题。（1）全生命质量管理根据制造业企业质量管理的实际需要，应该拥有一个企业级质量管理信息系统。按照先进的质量管理模式，为企业建立从质量策划、设计、采购、制造、测量、改进到分析的全过程信息化管理平台。针对产品全生命周期，以质量为优化目标，整合企业相关信息资源，建立先进、高效、协同的质量管理集成平台，从根本上提升企业质量管理的效率和能力，实现质量管理的“可知、可控、可管”，从而提升企业的核心竞争力。（2）设计质量管理设计过程是产品质量形成的源头。设计过程的质量控制能力决定了产品的总体质量水平，产品的性能、寿命、可靠性、可用性、维修性、安全性及环境要求等都是在设计阶段确定的。产品的加工工艺性水平也是由产品的系统设计、参数设计和容差设计决定的。其实，在生产和使用过程中出现的大量质量问题，都直接或间接与设计过程有关。所以如何有效地控制设计过程的质量，提高设计的水平和能力，提高设计的合理性和科学性，提高产品的可靠性，是事关全局的关键所在。为此，专门为产品设计过程定制一个质量管理平台，是进行产品精益研发的需求之一。设计质量平台需要包含产品质量策划、客户需求管理、设计项目管理、设计流程管理、设计状态管理、知识管理、失效模式与影响分析（FMEA）等管理功能。产品优化设计工具（如质量功能展开（QFD）、田口方法（TM））和可靠性设计工具（如可靠性计算、可靠性分析、可靠性分配和可靠性设计）等常见的质量分析工具应该纳入其中（见图5、图6）。

图5 企业级质量管理平台QMAX

图6 设计质量管理平台Q-Design

精益研发平台常规的产品开发平台，通常包含CAD、CAM、CAPP、PDM这样的基础工具，可以胜任常规的产品设计，但是对于用户的高标准需求，需要采用精益研发的技术对产品进行更高层面的研究，通过创新和优化手段，提升技术含量，提高品质，才可能形成精益化的产品设计。前文提到的三类技术，任何一种应用于基础研发平台都将产生丰厚回报。

图7 安世亚太精益研发平台PERA

当然，将这三种技术整合形成精益研发平台，坐落于企业基础研发平台之上，则可形成基于品质管理、注重技术创新、支持产品优化的虚拟样机开发环境，支持全数字化产品的协同化开发，可满足高标准客户的需求,图7为安世亚太精益研发平台PERA。(end)

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