復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)模型研究

李　新

提要本文是關(guān)于復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)問(wèn)題的闡述，主要包括對(duì)系統(tǒng)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，了解系統(tǒng)的環(huán)境、目的，系統(tǒng)各組成部分及其聯(lián)系。根據(jù)系統(tǒng)的定義和屬性，復(fù)雜產(chǎn)品是一個(gè)完備的人造系統(tǒng)，它包含有相互作用的諸要素，并且有組織地被組合在一起，其具有明顯的整體目標(biāo)性、層次性、集合性等。結(jié)合復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，總結(jié)出復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)模型。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)；模型；研究

中圖分類號(hào)：F4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)定義

由于復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的研制和理論探討是比較新興的，并沒(méi)有統(tǒng)一的定論?，F(xiàn)在比較有代表性的說(shuō)法主要有以下幾種：

定義1：高成本、大規(guī)模、高技術(shù)、工程密集型的產(chǎn)品、子系統(tǒng)、系統(tǒng)或設(shè)施。之所以用“復(fù)雜”一詞來(lái)說(shuō)明，是因?yàn)檫@類產(chǎn)品必然會(huì)涉及數(shù)量眾多的零部件、需要領(lǐng)域廣泛的知識(shí)與技能的參與以及新技術(shù)在開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)中的融入。

定義2：客戶需求復(fù)雜、產(chǎn)品組成復(fù)雜、產(chǎn)品技術(shù)復(fù)雜、制造流程復(fù)雜、試驗(yàn)維護(hù)復(fù)雜、項(xiàng)目管理復(fù)雜、工作環(huán)境復(fù)雜的一類產(chǎn)品，如航天器、飛機(jī)、汽車、船舶、復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品等。

定義3：Hobday等對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的定義是：高成本、工程密集型的產(chǎn)品、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和建造物，而且Hobday認(rèn)為，復(fù)雜性反映的是需要訂制的元件的數(shù)量、研發(fā)過(guò)程所需要知識(shí)的寬度和技巧以及生產(chǎn)過(guò)程所涉及的新知識(shí)的程度等；另外，按照項(xiàng)目進(jìn)行生產(chǎn)以及小批量也是復(fù)雜產(chǎn)品的特點(diǎn)之一。同時(shí)，還以列舉外延的形式對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的定義加以研究，如Hobday列舉了40多種復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)，認(rèn)為復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)是指研發(fā)成本高、規(guī)模大、技術(shù)復(fù)雜、單件或小批量生產(chǎn)的大型產(chǎn)品、系統(tǒng)或基礎(chǔ)設(shè)施。

定義4：復(fù)雜產(chǎn)品是指客戶需求復(fù)雜、產(chǎn)品組成復(fù)雜、產(chǎn)品技術(shù)復(fù)雜、制造過(guò)程復(fù)雜、項(xiàng)目管理復(fù)雜的一類產(chǎn)品。它的一個(gè)主要特點(diǎn)就是在設(shè)計(jì)、建模等不同過(guò)程中蘊(yùn)含了大量行業(yè)知識(shí)。這些知識(shí)復(fù)雜多樣、形式靈活，多以經(jīng)驗(yàn)的形式分散存在，如何更為有效地表示和利用它們，使之得以形式化地保存下來(lái)并充分發(fā)揮作用是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

定義5：復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)由許多具有復(fù)雜界面及為用戶定制的子系統(tǒng)和元器件組成，各組件通常以層次鏈方式集成并為特定的客戶和市場(chǎng)預(yù)制，客戶需求不斷增長(zhǎng)，功能增加不斷，技術(shù)含量不斷提高，成本不斷上升。

本文在此基礎(chǔ)上認(rèn)為，復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)包括大型、高成本、系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)含量高、項(xiàng)目周期長(zhǎng)的產(chǎn)品系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)零部件或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)零部件的程度較低，標(biāo)準(zhǔn)零部件還不能成為大型離散制造的主流。復(fù)雜產(chǎn)品制造業(yè)是典型的大型離散制造企業(yè)，大型離散制造企業(yè)在研究開(kāi)發(fā)時(shí)，可借鑒企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品技術(shù)資料數(shù)據(jù)，但重復(fù)利用率低。

二、復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)研制過(guò)程的特點(diǎn)

復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的研制是一個(gè)巨大、復(fù)雜且技術(shù)密集的系統(tǒng)工程。如構(gòu)成飛機(jī)的零件數(shù)目多達(dá)數(shù)百萬(wàn)，新機(jī)研制的大量工作就是解決零件之間、零部件之間的位置關(guān)系和裝配關(guān)系、機(jī)載成品與機(jī)體的連接關(guān)系等。由于采用相當(dāng)數(shù)量的新技術(shù)、新材料和新方法，因而需要解決一系列關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，以及研制過(guò)程中生成的大量工程數(shù)據(jù)的傳遞和共享問(wèn)題，而傳統(tǒng)的串行工作方式不能有效地解決這些問(wèn)題。采用并行工程提供的管理和技術(shù)平臺(tái)能充分發(fā)揮集約化經(jīng)營(yíng)的優(yōu)勢(shì)，有利于保證研制進(jìn)度、降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，使人、財(cái)、物及資源等得到有效配置。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的控制，最重要的是調(diào)整產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式，使下游產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)活動(dòng)（如制造、裝配工藝等）能盡早介入上游的設(shè)計(jì)決策過(guò)程，及時(shí)分析復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)中存在的各種問(wèn)題，如可制造性、可裝配性、質(zhì)量、成本等，提出改進(jìn)意見(jiàn)，同時(shí)也使下游生產(chǎn)制造過(guò)程了解設(shè)計(jì)意圖，做好生產(chǎn)準(zhǔn)備。

具體研制手段包括：（1）在產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)階段，采取多專業(yè)并行設(shè)計(jì)方式進(jìn)行功能協(xié)調(diào)，減少?zèng)_突及后期設(shè)計(jì)與制造過(guò)程的返工；（2）在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中定期進(jìn)行信息預(yù)發(fā)布，及時(shí)獲得零部件的可制造性和可裝配性分析等信息，及時(shí)反饋；（3）消除不增值的活動(dòng)；（4）采用先進(jìn)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）軟件，使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、

制造和裝配的全生命周期中實(shí)現(xiàn)信息共享；（5）在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中定義電子化工作流，消除被動(dòng)。

三、復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的特點(diǎn)

1、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，一般具有上百個(gè)組件和上萬(wàn)個(gè)零件組成。高成本的分級(jí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，由許多定制化、互相關(guān)聯(lián)的部分組成。

2、產(chǎn)品的制造過(guò)程非常復(fù)雜，一般需要數(shù)年時(shí)間、數(shù)十家企業(yè)協(xié)同制造完成。產(chǎn)品研制過(guò)程所涉及的設(shè)計(jì)、制造和裝配工作一般由不同的設(shè)計(jì)部門(mén)、制造和裝配廠商以及眾多相關(guān)的專業(yè)系統(tǒng)公司之間密切協(xié)作，共同完成，同時(shí)以項(xiàng)目的形式進(jìn)行（都是以項(xiàng)目形式完成，涉及不止一家企業(yè)，有許多相互協(xié)作的組織）。

3、生產(chǎn)組織類型為大型單件小批。產(chǎn)品批量低，單臺(tái)價(jià)格昂貴。

4、需要根據(jù)用戶需求進(jìn)行修改、定制，用戶參與程度很高。復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的用戶一般為政府、軍方或大型運(yùn)營(yíng)商三種。因此，市場(chǎng)作為媒介的功能被相對(duì)弱化。由于復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)自身單件定制和小批量生產(chǎn)的特性，尤其是單件定制，往往是一次性收回所有研發(fā)投入。投資回收期取決于項(xiàng)目的研制和交付周期，而不同的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)之間不具有單純的利潤(rùn)和銷售額的可比性。

5、產(chǎn)品服役年限一般在十年以上，終身由生產(chǎn)商負(fù)責(zé)維修。其設(shè)計(jì)、制造、裝配的周期相對(duì)較長(zhǎng)。

6、不確定性。經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)緊急和不可預(yù)測(cè)的情況。創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)大，且技術(shù)創(chuàng)新非單一的，而是集成創(chuàng)新。

7、有絕對(duì)成本優(yōu)勢(shì)，但原始投資和沉沒(méi)成本大，且有互補(bǔ)性資產(chǎn)壁壘。

8、創(chuàng)新的連續(xù)性和戰(zhàn)略性。例如，在我國(guó)的航空業(yè)中，殲-10是中國(guó)航空發(fā)展史上規(guī)模最大、技術(shù)難度最高、協(xié)作面最廣的復(fù)雜系統(tǒng)工程。這些都體現(xiàn)了創(chuàng)新實(shí)際上就是復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)發(fā)展的生命線，而且這種創(chuàng)新還要是持續(xù)和帶有戰(zhàn)略性的。在亞洲航空武器這一行業(yè)中，主要的輸出國(guó)是美國(guó)和俄羅斯，因此復(fù)雜產(chǎn)品的研制對(duì)于我國(guó)參與亞洲乃至其他大陸的航空武器銷售市場(chǎng)有著重要的戰(zhàn)略意義。

9、規(guī)模大，技術(shù)含量高，離散式裝備制造，并有市場(chǎng)進(jìn)入和退出壁壘。

10、創(chuàng)新過(guò)程柔性非格式化。產(chǎn)品多為現(xiàn)行社會(huì)中事先沒(méi)有的，多是變型或新產(chǎn)品，因此無(wú)現(xiàn)成可用的技術(shù)或成本標(biāo)準(zhǔn)，而企業(yè)本身的生產(chǎn)設(shè)備以通用設(shè)備為主，企業(yè)就更無(wú)法對(duì)產(chǎn)品需求進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，勞動(dòng)生產(chǎn)率較低。

四、復(fù)雜性的本質(zhì)與核心特征

復(fù)雜產(chǎn)品的兩個(gè)本質(zhì)：系統(tǒng)耦合和產(chǎn)品創(chuàng)新。Hobday認(rèn)為，定義復(fù)雜性要從以下三個(gè)方面來(lái)衡量：①需要定制的元件數(shù)量；②知識(shí)的寬度和技巧；③所涉及新知識(shí)的程度?？梢钥闯觯瑥?fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)具有以下核心特征：物理結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)深度和寬度高、投資巨大、單件或小批量，各子系統(tǒng)的聯(lián)系復(fù)雜，相互影響很多。（圖1）

五、復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的屬性

1、復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的整體性。首先是該系統(tǒng)目標(biāo)的整體性；其次是復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)功能的整體性。即組成復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的各部分必須服從系統(tǒng)整體的功能，系統(tǒng)功能不等于各組成部分功能的簡(jiǎn)單相加。本文的研究重點(diǎn)是復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)交貨期、質(zhì)量和成本的聯(lián)動(dòng)控制，這些目標(biāo)均是服從復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)整體目標(biāo)和功能的。

2、合理處理最優(yōu)和滿意的關(guān)系。在處理復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)問(wèn)題時(shí)，使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)比較困難，在個(gè)別情況下，“最優(yōu)”有時(shí)不被人理解和不愿意接受，因此有時(shí)利用滿意的概念會(huì)使問(wèn)題得到圓滿的解決。

3、關(guān)聯(lián)性特點(diǎn)。上文曾指出，在處理系統(tǒng)時(shí)要努力找出系統(tǒng)各組成部分的關(guān)系，這同樣適用于復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)多目標(biāo)控制的研究，這些控制目標(biāo)是服從于復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)整體控制目標(biāo)的，要找出它們之間的規(guī)律性關(guān)系。

綜上，本文分析了復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)定義、屬性、本質(zhì)、特點(diǎn)等，這些即構(gòu)成了復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的模型。

（作者單位：江蘇科技大學(xué)）

參考文獻(xiàn)：

［1］李伯虎.復(fù)雜產(chǎn)品制造信息化的重要技術(shù)——復(fù)雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)[J].中國(guó)制造業(yè)信息化，2006.14.

［2］李衛(wèi)娜，潘燕華.復(fù)雜產(chǎn)品制造業(yè)成本控制模型初探[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2006.5.

［3］吳正剛，韓玉啟，宋華明.復(fù)雜產(chǎn)品的模塊化制造戰(zhàn)略研究[J].中國(guó)機(jī)械工程，2005.3.