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精益研發如何引領未來?

03-10 14:18:11

6S咨詢服務中心精益生產培訓公司概述:精益研發核心問題顯露 企業研發陷入困境

當今制造業領域的產品研發模式已經呈現出高度綜合化、協同化和全程化發展趨勢,產品日趨復雜,技術含量日趨增加,數據日益膨脹,軟件正在部分地替代原有的硬件執行更為復雜的功能,越來越多的企業部門和合作單位參與整個研發過程。隨著產品的研發過程變得越來越復雜化,在研發環節所涉及到的一系列核心問題也逐漸地暴露。大部分企業在產品研發過程中面臨的核心問題主要有三個方面。

第一,產品研發周期過長,研發效率低下。

主要表現為:

1、產品開發項目各專業組之間不能實現完全同步的產品開發流程;項目流程繁瑣,產品數據和信息在項目組內各專業組之間無效傳遞;錯誤的工程設計方法和不必要的設計步驟;研發過程中的工程更改以及各種形式的返工等。

2、由于目前對產品的仿真已經由過去的單學科、單參數以及無協同的仿真,發展到多學科、多參數、多場耦合、高性能計算的協同仿真,一方面需要能夠在越來越廣泛的仿真分析類型中實現協同,另一方面需要實現越來越多的人開展不同的仿真任務的協同,使得企業無法實現參與仿真過程的部門、人員、仿真工具、仿真模型、仿真數據、仿真流程、仿真項目等諸多方面的高度協同(多個領域的協同仿真),嚴重影響了產品的研發效率的提高。

第二,研發階段產品缺乏各方面的性能驗證,質量難以保證。

中國是世界第一制造大國,然而,“中國制造”產品質量信譽一度遭受到重大打擊,產品的質量問題事件頻發。一方面是由于在研發階段,對產品的設計可靠性、耐久性以及可維修性缺乏相應地性能分析驗證,產品的整體功能和性能指標得不到有效保障;另一方面,在詳細設計階段,產品的總設計師很難動態掌握各分系統及零部件的設計對整體功能和性能指標的滿足及影響程度,從而導致產品整體質量無法保證。

第三,產品缺乏自主創新,不具備核心競爭力。

目前我國仍處于國際化產業鏈的下游。據統計,國內制造企業中擁有自主知識產權的企業僅占企業總數量的萬分之三,而且有99%的企業沒有申請過專利,形成了中國制造業“有制造無創造,有產權沒知識,靠仿造過日子”的現象。更大的問題是,由于大部分企業靠仿造過日子,對其產品,知其然,不知其所以然。 造成了企業研發的產品,在核心性能方面比較低。

以上問題的產生,主要是由于大部分企業沒有建立一套完整健全的產品研發體系,研發流程不清晰,缺乏規范的產品策劃系統以及強有力的執行方案;各種設計與仿真工具采用隨意,且與流程、數據不集成、不通暢;質量管理沒有融入到研發工作中,質量與研發兩張皮;傳統的設計經驗及知識沒有沉淀、積累和傳承或者沒有很好的融入到研發過程中,知識與研發兩張皮……

這直接導致我國與國外先進國家相比,自主研發能力薄弱,產品創新意識不強,研發周期沒有競爭優勢,研發成本居高不下,嚴重制約了企業可持續發展與自主創新能力。

企業的目標是追求利潤最大化,實現可持續發展,企業需要的是精益。

解決企業難題 精益研發適時而發

“精益研發”正是解決企業在研發過程中的核心問題的關鍵。它是一種基于建模的信息化系統工程,通過系統集成、流程管理、數據管理、知識驅動等信息化手段,綜合應用知識工程、協同仿真、創新設計、質量設計、多學科優化等先進技術,實現產品從概念設計到試制全過程的高效協同,有效地幫助企業提升自主產品創新能力。其實現機理是通過建模而增加系統分解維度,并將知識與標準嵌入到研發與管理流程,實現知識驅動的精益研發過程。精益研發技術是對系統工程、設計方法學和項目管理等學科的分析、提煉與集成應用,是構成精益研發系統工程模型的基礎內容。精益研發技術的要點:

規范的流程——剛柔并濟;

知識的引導——適度推送;

系統維度——適于分解與綜合,基于建模的系統工程;

系統開放——利于應用集成。

精益研發的實現,需要人、流程與技術三者的協同。那么,如何實現研發過程中各參與因素的高度協同,在保證產品質量的前提下,消除產品研發過程中不必要的環節,提高產品的技術含量和附加值,實現產品研發的精益化,進而提升企業的核心競爭力,實現有“制造”到“智造”的轉變呢?

踐行精益法則 引領未來中國智造

首先,精益研發需要建立完整健全的產品研發流程

要實現精益研發,確定高效的產品研發流程是關鍵。如何創建一種高效、順暢的研發流程?盡管不同企業對于研發價值的理解不盡相同,研發流程和實現流程的工具也存在一定的差異。但是,要實現精益研發,大致地流程是可以借鑒的。

在產品研發的初始階段,為了避免因設計中的某些流程生產出不能滿足客戶的需求(即研發過程中出現不增值的流程和操作)而造成的浪費,需要在產品研發之前,進行深入的市場調查,將客戶需求形成完整的產品技術指標要求,建立基于用戶的產品力評估模型,在此基礎上對工作流程進行細化分割,把流程分成更細微的步驟,并盡可能地保證每個步驟都能滿足客戶的需求,增加價值。

在研發的過程中,結合協同仿真、創新設計、質量設計三大研發技術,以協同仿真為基礎,推動基于知識的仿真分析,從多個領域開展對產品的數字化仿真分析,充分發揮CAE技術的優勢,進行全三維的結構設計、分析和優化,將產品的優化設計貫穿于整個產品設計過程中;在此基礎上結合已有的工程經驗和行業內的快速設計方法,并對研發過程中的各種數據運用產品數據管理系統PDM進行有效管理,實現研發信息的有效集成和共享。以高效協同來減少(或消除)開發過程中的無效環節,以協同仿真瞄準設計目標“一次做對”,以客戶視角來布置和評估最終產品,以知識積累來促進技術創新。

其次,實現精益研發需要將研發流程“三化”

“三化”研發流程,即將研發流程標準化、規范化、系列化。每個企業的現狀不同,產品開發的方式也不同。如何關注研發流程,讓管理流程“落地”,并要讓流程規范起來,固化和標準化研發流程就是一個方式。 下面以仿真分析流程的建立和規范化為例,對流程的建立和規范化進行說明。

(1)建立仿真分析流程

在企業現有的研發框架下,建立產品研發過程中的仿真分析流程,與此同時,建立若干子流程。流程定義的內容包括產品開發的各個階段仿真分析的內容、輸入/輸出物、文件編制格式,各部門的職責等。在此流程的指導下,將仿真分析與產品開發的緊密結合,提高各相關部門間的配合效率,實現研發中的高效協同。

(2)規范仿真分析,建立仿真分析數據庫

總結仿真分析經驗,建立仿真分析規范,包括建模規范、分析評價規范、數據處理規范等,使沒有分析經驗的員工,按照仿真分析規范可進行標準化的仿真分析。建立仿真分析數據庫,包含設計、試驗、分析、性能、總成、零部件特性和材料特性等所有與性能開發有關的數據,并將以往的經驗在仿真分析流程中進行固化,不斷地積累現有產品的仿真分析數據、測試數據,為新產品的研發提供結構及性能設計的范圍限制,同時也是實現數據積累和知識沉淀的關鍵。

(3)仿真分析流程的標準化

將仿真分析流程進行標準化,使產品從概念設計、詳細設計到量產階段仿真分析內容和過程形成一系列標準,把模型建立步驟、仿真分析過程、評價標準、數據處理標準化;仿真分析報告模板化,使報告的格式和內容標準化。通過仿真分析標準化工作,對研發數據進行不斷積累和分類管理,方便數據查找,提高設計人員的工作效率,縮短整個產品的研發周期。

將流程規范化以后,怎樣保證流程順暢地實施?雖然有各種流程作為的基礎,但是運行這些體系和流程的是人,因此對于流程的運作進行有效的監督和管控,也是企業實現精益研發必須考慮的因素。

最后,實現精益研發需要有效的技術和工具的支持

精益研發的實現還需要有兩個方面的保障。一是產品研發應用的技術,二是研發過程所使用的工具。在引進新技術方面,精益的原則不是積極倡導新技術,而是使用可靠的、已經過充分測試的技術;研發工具的方面,必須選擇合適的研發管理工具,沒有有效的工具來支持會使產品研發處于非持續性和不完備狀態。工具和技術的意義在于支持流程,同時加強人的工作。下面以虛擬幾何樣機技術和汽車產品研發中管理工具的應用為例來說明精益研發中選用有效的技術和工具的重要性。

引進有效的產品研發技術

虛擬幾何樣機技術可以使企業實現新產品設計的全三維數字化。企業可以依據所研發產品的特點,定制三維設計工具的個性化模塊以滿足實際研發的需要。比如,目前大部分企業采用“三維加二維”(即利用三維軟件進行產品設計,然后轉換成符合國標的二維圖紙存檔及指導車間生產)產品設計模式,可能導致復雜的裝配設計困難、產品變型系列化設計困難、二維CAD出圖與三維無相關性等一些問題。針對以上問題,采用Top-down設計方法結合三維虛擬建模,在此基礎上應用PDM系統以及企業內部的網絡平臺,實現產品設計的全三維數字化、系統化以及模塊化。

分頁在產品設計過程中,將具體的產品結合Top-down設計方法,應用模塊化設計的解決方案,設計環節的所有數據均檢入PDM系統,同時設計結果采用三維軟件直接出二維圖的方式,這樣可實現產品設計過程的高效協作,即保證了產品圖紙的真實性、準確性、全相關性和圖紙與三維模型的一致性,又具有較好的模塊化能力,達到每個分總成自成體系,可以很方便的將某個部件從一個機型上抽離并放置到另一個車型上的效果,使其它產品可以快捷地借用,同時也可大大縮短新產品的開發周期。

某企業全三維數字化解決方案

應用行之有效的研發管理工具

在引進有效的理念、技術的基礎上,精益研發還需要行之有效的研發管理工具來支撐。以汽車這類復雜產品的研發為例,可以考慮將產品研發項目管理平臺、流水線產品開發流程(基于模板構造特定車型的開發流程)和電子化簽審平臺和平臺化通用管理平臺集成于一個系統中,固化整車的研發流程,同時運用流程驅動跨專業知識管理方式,管理包括產品設計的規則、流程、重要設計數據庫和交付物在內的諸多內容。

在此基礎上,以“信息包”和“知識庫”的形式將產品設計所需了解的相關法規、標準和專家總結的設計經驗進行打包,并通過任務直接傳遞給設計工程師。即建立一個基于互聯網架構的設計導航系統,以研發流程為基礎,形成研發中各階段、關鍵點及與之相對應的輸出物固化,建立標準化的項目計劃作業模板,促使研發流程及項目管理的標準化和規范化。做到將產品的研發分解為若干小任務組成的任務流,把各個研發部門看成不同的工位,任務流從一個工位轉到下一個工位,形成一條研發流水線,在提高設計效率的同時保證產品的設計質量。以此,在企業內部形成統一的產品設計數據庫,標準庫和經驗知識庫,使產品設計知識經驗有效保留,共享,利用和傳承。

某公司設計導航系統框圖

另外,為更好的幫助企業實現研發能力和產品質量的跨越式提升,打造立體的研發技術網絡體系,安世亞太公司(PERA GLOBAL)自主研發了精益研發平臺。精益研發平臺是將精益研發的技術融入到產品的實際研發過程而搭建的系統平臺,它的主體架構主要是“綜合設計與仿真(WS)、知識工程與創新(KM)、質量設計與管理(QA)、系統工程與流程協同(SE)”四大體系,包括協同仿真平臺PERA.Simulation、創新設計平臺PERA.Innovation和質量設計平臺PERA.Quality三個子平臺。該平臺是以精益為目標、以精益研發總線為基礎,通過協同仿真、技術創新和質量管理三大核心技術,實現企業數字化樣機研發。具有可視化、流程化、協同化、知識化的特點。

通過對精益研發提出的背景及對企業如何實現精益研發的分析,可以看到,精益研發將有效支撐中國制造業數字化研發流程完整梳理,規范研發;支撐產品型號開發頂層科學策劃與設計,提高執行層工作效率;支撐產品綜合設計與仿真工具的數據集成和通暢;支撐企業知識融入到研發活動;支撐企業質量管理融入到研發流程,避免企業知識/質量管理與研發兩張皮現象。

要將精益研發真正落到實地,發揮其在研發流程管理和知識工程基礎上的巨大作用,核心在于企業如何結合自身的特點構建適合自身發展的精益研發體系,即建立一套完整的開發流程,然后建立一套測量流程的手段,持之以恒地改善流程,不斷優化,堅持不懈。在這個過程中,人、流程和技術三者的有機結合至關重要,結合整個企業的研發情況開發出規范的研發流程,運用最有效的技術和工具的同時注重隊伍的培養。注意:必須要把這三個方面有機地整合在一起,成為一個協調發展的系統。


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