复杂研发项目管理——基于结构化方法的视角

第1章 研发项目与DSM方法概述 1.1 引言 当今世界日渐复杂，随着对自然的探索越来越深入，人类累积的信息量也呈指数级增长，巨大的信息量使设计更为复杂的人工系统成为可能，持续增长的产品设计复杂性是各企业获得市场成功的巨大挑战（杨善林，2012）。飞机、汽车、计算机和社会技术系统等是典型的复杂系统，复杂系统的复杂性体现在：它涉及很多的人（团队）、部件和流程，它是这些元素相互作用的结果，任何单一的元素都不能实现系统功能，它需要跨学科知识，以及在正确的时间和地点获取正确的信息（Eppinger and Browning，2012；Eppinger，2001）。正如著名科学家钱学森（1998）所描述，研制一个复杂系统所面临的问题是怎样把比较笼统的初始研制要求变成成千上万研制任务参加者的具体工作；以及怎样把这些工作*终综合成为一个技术上合理、经济上合算、研制周期短、能协调运转的实际系统，并使这个系统成为它所从属的更大系统的组成部分。 工程问题可分为简单的、结构复杂的（complicated）和复杂的（complex）问题，简单的问题是指几个参数之间的关联性较低，而在复杂的问题中，大量参数之间具有很强的关联性。结构复杂的问题和复杂的问题之间的差异在于：前者强调在特定的时间内可以保持相对稳定的结构，而后者则强调其高度的动态化特征（杨青等，2016）。复杂性可从不同的角度进行评价，例如，研发项目复杂性可分为五个维度：数值（numerical）复杂性、关系（relational）复杂性、多样（variational）复杂性、学科复杂性和组织复杂性（杨青等，2016）。其中，数值复杂性与元素数量有关，关系复杂性与元素间的依赖关系有关，多样复杂性与产品的变体（variant）数量有关。研发项目复杂性来自技术系统的复杂性和对象的复杂性，技术系统的复杂性取决于多样性（variety）和连接性（connectivity），其中，多样性是指元素的种类和数量，连接性是指元素间关系的类型和数量。此外，不确定性和含混性（ambiguity）也是复杂性的重要特征，不确定指变量的具体值是未知的，含混性是指不能准确把握变量之间的关系，即它们是如何在一个复杂的系统中相互作用的。技术、人和功能是导致研发项目复杂性的根源，其中，技术可以归属为产品复杂性，人可以归属为组织复杂性，产品功能的复杂性与其结构密切相关（杨青等，2016）。 总之，研发项目是涉及市场、产品、流程和组织的复杂系统（Eppinger and Browning，2012；Browning，2016），这些领域相互影响。在技术和市场的驱动下，新产品的功能和部件越来越复杂，产品的复杂性可以更好地实现其功能和商业机会，但是，产品的复杂性导致研发流程更复杂，流程的复杂性又导致组织内部部门之间（内部生态）及与外部供应商之间（外部生态）的协作更加密切，组织结构和团队沟通也变得更加复杂。因此，高效地管理流程、组织和产品之间的复杂关系对于研发项目至关重要。 项目的复杂性意味着我们应提高系统分析和管理能力，而这种能力与采用的工具密切相关。采用结构化的方法探索产品、流程与组织各领域及其之间相互的耦合依赖关系，对于分析、管理研发项目的复杂性具有重要的意义。 1.2 研发项目的特点与基本流程 1.2.1 衡量研发项目绩效的五个维度 产品是企业向它的顾客销售的东西。从投资者的角度来看，在一个以营利为目的的企业中，成功的产品开发可以使产品的生产、销售实现盈利，但是营利能力往往难以被迅速、直接地评估。通常，可从五个具体的维度来评估产品开发项目的绩效（乌利齐和埃平格，2018）。 （1）开发时间：团队能够用多长的时间完成产品开发工作？开发时间决定了企业如何应对外部竞争，以及如何对技术的发展做出响应。开发时间反映了企业能够多快从团队的努力中获得经济回报。三星公司提出了“生鱼片”理论，即刚打捞上的鱼做生鱼片的话，在**天可以卖得价格*高，第二天价格是**天的一半，第三天就无人问津了。产品开发的速度也是如此。 （2）开发成本：通常，在为获得利润而进行的所有投资中，开发成本占有较大的比重。 （3）产品质量：顾客对产品的需求是什么？产品的应用场景是什么？产品应具有哪些功能和特性？它们的可靠性如何？产品质量*终反映在其市场份额和顾客愿意支付的价格上。 （4）产品成本：产品的制造成本有多少？产品成本决定了企业以特定的销售量和销售价格所能够获得的利润是多少。 （5）开发能力：根据以往的产品开发项目经验，团队和企业能够更好地开发未来的产品吗？开发能力是企业的一项重要资产，它使企业可以在未来更高效、更经济地开发新产品。 1.2.2 基本的产品开发项目流程 产品开发项目是由始于发现市场机会，止于产品的生产、销售和交付的一系列活动所组成。基本的产品开发流程包括六个阶段，如图1-1所示。该流程开始于规划阶段，它将研究与产品开发活动相联系，规划阶段的输出是该项目的使命陈述，它是概念开发阶段的输入，也是开发团队的行动指南。可以从三个角度考虑产品开发流程（乌利齐和埃平格，2018）。 （1）逐渐收敛的产品可选择范围和更明确的规格。首先创建一系列广泛的、可供选择的产品概念，随后缩小可选择范围，并细化产品的规格，直到该产品可以可靠地、可重复地由生产系统进行生产。 （2）把其作为一个信息处理系统。这个流程起始于各种输入，如企业的目标、战略机会、可获得的技术、产品平台和生产系统等。各种活动处理着开发信息，形成产品规格、概念和设计细节。当用来支持生产和销售所需的所有信息被创建和传递时，开发流程也就结束了。 （3）把其作为一种风险管理系统。在产品开发的早期阶段，各种风险被识别并进行优先排序。在开发流程中，随着关键不确定性因素的消除和产品功能的验证，风险也随之降低。 图1-1 逐渐收敛的产品开发流程 基本产品开发流程的六个阶段详细介绍如下（乌利齐和埃平格，2018）。 1.产品规划 规划活动通常被称为“零阶段”，因为它先于项目审批和实际产品开发流程的启动。这个阶段始于依据企业战略所做的机会识别，包括技术开发和市场目标评估。规划阶段的输出是该项目的使命陈述，其详述了产品目标市场、业务目标、关键假设和约束条件。 2.概念开发 概念开发阶段识别目标市场的需求，形成并评估可选择产品的概念，然后选择出一个或多个概念进行进一步开发和测试。概念是对一个产品的形式、功能和特征的描述，通常伴随着一系列的规格、对竞争产品的分析以及项目的经济论证。 3.系统设计 系统设计阶段包括产品架构（architecture）的界定，以及将产品分解为子系统、组件及初步设计的关键部件。此阶段通常也会制订生产系统和*终装配的初始计划。此阶段的输出通常包括：产品的几何布局、产品每个子系统的功能规格以及*终装配流程的初步流程图。 4.详细设计 详细设计阶段包括了产品所有非标准部件的几何形状、材料、公差等完整的规格说明，以及从供应商购买的所有标准件的规格。这个阶段将编制工艺计划，并为即将在生产系统中制造的每个部件设计工具。此阶段的输出包括：描述每个部件的几何形状和生产模具的图纸或计算机文件；外购部件的规格；产品制造和组装的流程计划。贯穿于整个产品开发流程（尤其是详细设计阶段）的三个关键问题是材料选择、生产成本和稳健性。 5.测试和改进 测试和改进阶段涉及产品多个试生产版本的创建和评估。 6.试产扩量（或生产爬坡） 在该阶段，产品将通过目标生产系统制造出来。该阶段目的是培训员工、解决生产流程中的遗留问题。该阶段生产出来的产品，有时会提供给有偏好的顾客，并仔细评估以识别存在的缺陷。从试产扩量到正式生产的转变通常是渐进的。 1.2.3 产品开发的前端流程 图1-1所示的产品规划和概念开发阶段是产品开发流程的模糊前端，即客户的需求等方面存在不确定性，这些不确定性将极大地影响项目的成败，而且，不确定性也增加了管理的难度，因此，产品开发项目的前端流程是研发项目管理的难点和重点。 1.产品规划 产品规划的主要内容是机会识别，它包括如何从一个广泛的产品机会开始，开展信息收集、评价和选择工作。图1-2描述了产品规划流程，包括：确认市场机会、项目评价和优先级排序、资源分配和时间安排、完成项目前期规划（乌利齐和埃平格，2018）。 图1-2 产品规划流程 首先，按照优先级对多种机会进行排列并确定出一个项目组合，将资源分配到这些项目中并进行时间安排。这些规划活动注重多种机会和潜在项目的组合，有时被叫作组合管理、总生产规划、生产线规划或者产品管理。一旦项目被选定并分配了资源，每个项目的任务陈述就被制定出来。 产品开发项目可以分为四种类型：新产品平台、已有产品平台的衍生产品、对已有产品的改进、全新产品。 2.概念开发 概念开发阶段是前端过程，它通常包含许多相互关联的活动（图1-3）。 图1-3 概念开发阶段的主要活动 研发流程很少以顺序的（sequential）方式进行，即上游活动结束之后，下游活动才开始。实际上，这些活动可以在时间上是重叠的（overlapped），有时也经常会发生迭代。图中的虚线箭头反映了产品开发流程中的不确定性。几乎在任何阶段，新获取的信息或结果都可能引发团队回过头重新开始先前的活动，这种对上游已完成活动的重复被称为迭代（iteration）。 本书所述的方法与工具，适用于研发项目（新产品开发项目）的全过程，尤其是产品规划、概念开发等模糊前端相关的项目管理工作。 1.3 采用DSM分析研发项目的系统架构 复杂项目由相应的系统架构所组成，系统架构是指系统的结构，包括：组成元素（element）、元素之间的相互作用（或相互依赖）、元素与系统环境的相互作用，以及可以提升系统功能与行为的设计与演化机理。通常，研发项目的系统架构包括三个方面：①产品架构，指在物理实物中的部件及其相互依赖关系或相互作用，产品架构既可以指物理实物（硬件，如汽车、飞机、建筑物等）中由部件/组件构成的架构，也可以指软件（如手机App）中各功能模块构成的架构；②组织架构，指人（或团队）及其在组织中的相互依赖关系；③流程架构，指活动及活动之间的相互依赖关系（杨青等，2016；Eppinger and Browning，2012）。 系统架构的每个方面称为一个领域（domain）。“系统”通常指上述方面的全体，每一个领域可视为一个子系统。如图1-4所示，通常采用分解的方法识别系统（或子系统）中的元素及其之间的关系。 图1-4 复杂系统的分解 通常，管理分析复杂系统的步骤如下。 （1）分解：将复杂的系统分解为可管理、可控制的单元（元素），例如，