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【关键词】敏捷开发 瀑布模型 产品开发项目
在日益激烈的全球竞争中,知识创新能力是影响企业核心竞争力的关键因素之一,而作为知识创新的公司通常都以产品开发作为主营业务,其中大型公司毕竟是少数,绝大多数都是中小型公司,必须有一种可以严格质量把关,并且高效率的开发管理方法,才能适应市场的变化。
针对产品开发项目管理方法的问题,众多公司及学者提出了诸多解决方法如:IBM公司的IPD产品集成开发流程[1],国际流行的CMM管理体系[2],新型的敏捷开发模型[3]等都被一些公司采用为基本的产品项目开发方法。
目前,IPD及CMM这种瀑布开发及管理模型要求公司资金充足,职能明确,市场定位超前,并引领并控制市场。这些方法在大型公司,或国外成熟的市场环境下运行的十分完善。但在我国不具备这种良好的市场环境,绝大多数中小公司不具备充足的资金及良好的市场定位,处于一种不断应付市场需求变化的情况下。因此,需要一种能够快速适应需求的项目管理方法。敏捷开发的出现完成了以软件开发为基础公司的项目运作方式,它们快速的跟踪需求。但是产品开发往往面临着软件与硬件的结合,产品的硬件及架构的变动带来了巨大的成本消耗。所以即要能够应付过多的变化带来的成本问题,又要快速的响应市场需求是产品开发项目管理的根本问题。
本文借鉴了瀑布的严谨质量控制的方法可敏捷开发快速适应需求变化的理论,总结了较为实用的中小型企业产品开发项目管理方法。
1 瀑布模型和敏捷开发模型
2.1 瀑布模型原理
瀑布模型(Waterfall Model) 是一个项目开发架构,开发过程是通过设计一系列阶段顺序展开的,从系统需求分析开始直到产品和维护,每个阶段都会产生循环反馈,因此,如果有信息未被覆盖或者发现了问题,那么最好 “返回”上一个阶段并进行适当的修改,项目开发进程从一个阶段“流动”到下一个阶段,这也是瀑布模型名称的由来。瀑布模型要求每个阶段都要为下一阶段提供依据,否则将不得向下进行。这也是瀑布模型的优点,也是它的缺点。
2.2 敏捷开发
敏捷开发是一种以人为核心、迭代、循序渐进的开发方法。在敏捷开发中,软件项目的构建被切分成多个子项目,各个子项目的成果都经过测试,具备集成和可运行的特征。换言之,就是把一个大项目分为多个相互联系,但也可独立运行的小项目,并分别完成,在此过程中软件一直处于可使用状态。主要的实现方法有XP(极限编程)、Scrum模型等。
3 产品开发瀑布与敏捷结合方法
3.1 问题的提出
即然中小型公司的产品开发过程单纯的执行某种特定的模型都会带来一定的问题,那么是否可以将二者结合呢?经过研究和实际应用发现,结论就可行的。
3.2 结合方法的计划制作
计划的制作是任何项目最重要的开端,从计划制作开始就将体现结合方法的与众不同及其可操作性。
首先计划中要把概念阶段和规划阶段列入(在某些时候可以被称作需求阶段和概要设计阶段),对于产品开发面临的硬件设备迭代周期长,无法在后期快速响应需求变化,这两个阶段是一定要开展的。这两部分结束后所达成的目标只有一个,那就是确定下方案,特别就硬件方案。为后期的敏捷打好坚实的基础。(注:上图在实际运行时需求根据情况进行分解和修改)
3.3 概念阶段和规划阶段的瀑布模型
概念阶段和规划阶段与IPD几乎没有什么变化,对于中小型公司可以严格的执行各个阶段,也可以简化每一步的完善程度(注:每一步都要执行),每一步都向着硬件电路方案的确定而努力,软件固件进行配合方案设计,这两个阶段结束后,与硬件设计方案有关的需求都最终确定。例如:某些产品需要用串口通信,对于此时只需要把要用几个串口,速度要求多少即可,对于通信协议暂时可以忽略不计。
3.4 设计验证阶段
在设计验证阶段就可以主要发挥敏捷开发的优势,由于在上两个阶段中硬件方案已经确定,所以硬件还是需要一步一步的按照瀑布进行,设计,制版,焊接,调试。此时软件和固件按瀑布方式进行平台的搭建,为敏捷的迭代过程做准备。当硬件人员由相关软件及固件人员配合将硬件设备调试通过之后,交由软件及固件人员(固件包括了FPGA等硬件逻辑代码工作)联合开发,此时以每一个星期或两个星期为一次迭代,每次迭代重新讨论需求变更及本迭代期内所要完成的功能需求。从现在开始的调试,测试及需求变换完全可以以敏捷开发方式进行。此时需要产品经理或项目经理根据最终的时间来迭代调整需求及优先级直到项目结束。
4 结论
本文在介绍了在瀑布模型及敏捷开发模型的基础上,综合分析了目前中小型企业产品项目开发中中遇到的问题,就建立完善、可操作、动态灵活的项目开发管理方法提出了建议,并采用实际的操作方法及实例充分表明本文设计方法的正确可行。
参考文献
[1]朱瑞萍.IPD―一种集成的产品开发模式[J].市场研究,2003(12).
[2]高琰,李建华等.基于CMM的软件项目管理系统的设计与实现[J].计算机工程,2002(9).
[3]俞定国.敏捷方法在企业应用系统开发中的应用与改进[J].微计算机应用,2005(26).
关键词:产品化工程;科技队伍;配置模式
产品化工程要求逐步构建型号与产品并重的科研生产体系,形成一套满足型号高强度研制交付需求的、适应未来产业化发展要求的组织、研制和经营新模式。转变传统的基于“任务驱动”的科研生产方式及科技队伍配置模式,适应型号研制任务加重和客户需求转变。
一、产品化工程对于型号研制科技队伍建设的要求
根据产品化工程要求,采取以专业产品选用和系统集成创新为核心,以型号研制项目管理为主体的模式。建立与型号研制并行的专业化的产品开发队伍,系统规划队伍发展通道和配套机制建设,加强项目管理,提升资源调配能力。
二、基于研发产出活动的专业化队伍配置思路
1、明晰型号线和技术资源线的配置关系,实现产品开发与型号项目队伍分离。突出型号线的产出,突出技术资源线的专业。型号线对产出和质量负责,而技术资源线对技术积累和人员培养负责。型号研制按项目方式运作,实行人员配的矩阵管理。对于基础成熟公共平台的型号,采用“弱矩阵”项目管理模式,将从事技术和产品开发的资源线科技人员从型号项目队伍分离出来。对于新研的、技术复杂的型号,可采用“强矩阵”项目管理模式,配置完整的型号项目队伍,并按型号研制阶段动态调整人员配置。
2、区别管理技术开发和产品开发,实现技术预研与产品开发队伍相对分离。技术开发主要包括基础研究、应用开发以及部分无产品平台的定制项目的技术开发,强调组织自主研究并掌握业界的成熟技术,构建技术平台,发现新的技术增长点;建立技术标准和技术规划,形成核心技术以主动引导客户,并在技术上领先竞争对手,同步培养优秀的技术人员;以技术研究或承接技术攻关作为资金或利润来源;为核心产品提前提供成熟可靠的技术。
产品开发主要包括平台开发、内部共享模块及平台产品开发。产品开发强调立足于市场需求,要求准确、快速、低成本和高质量;以成熟技术和平台快速、低成本地满足客户的要求;在周期、成本和可靠性以及可生产性和可保障性上领先对手,在市场和财务指标上构建核心竞争力。
技术开发与产品开发的任务目标不同,技术开发着眼于技术和原理研究,而产品开发着眼于客户需求和产品质量。科技队伍建设鼓励加强技术预研和通用产品开发队伍配置,避免大部分科技人员在解决型号具体问题投入经历多,在技术自主创新方面将缺乏内在动力,从事通用产品、共用模块研制人员严重不足的问题。
3、提高验证测试工作专业化,实现验证测试队伍与型号项目队伍相对分离。组建专职队伍,转变设计人员研发、设计与测试全程参与的职责分配模式,从重复性、程序化的测试工作中抽离出来;组建面向产品的,而非面向型号的测试队伍,强化测试设备的通用化、测试方法规范化、测试功能集成化。加强测试队伍的专业化水平,保证对测试技术和方法研究工作的时间精力,转变开发设计人员更注重于产品本身设计,忽视测试系统设计的问题。
三、科技队伍职责定位和通道建设
1.科技队伍职责定位。新模式改变了型号系统、分系统与产品研制的接口和责任关系,从型号队伍中释放单机型号设计人员并集约配置,重新调整验证测试工作的活动分配,各支队伍主要职责如下。
型号项目队伍的主要职责是以型号产品为核心开展的工作内容,根据客户的需求,确定型号技术指标,完成跨产品或跨领域集成的总体方案设计,分解任务指标、参与技术方案评审、产品验收和交付。
产品开发队伍的主要职责是组织开展新产品开发、更新换代产品研发和引进产品的国产化,并进行成熟度培育,并负责管理产品的核心技术,组织制定产品技术方案;按不同产品层次将发明、创新、研究和开发取得的技术成果、试验品转化为质量可靠、可稳定重复的货架式产品;根据型号研制任务要求,从技术货架上选取成熟技术,准确、快速、低成本地形成产品,并承担产品型号规划、新产品开发、产品成熟度提升等相关工作,为无共享产品或模块的新项目定制产品,组织开展技术研究,提供技术支持。
技术预研队伍的主要职责是负责先进技术发展趋势研究探索、研究与攻关,负责新产品发展路径规划及其应用技术开发,以形成技术和产品储备;依托重大背景型号项目,从事关键技术攻关项目和课题研究,负责新产品、新技术研究工作。
验证测试队伍的主要职责是主要负责测试与验证的工具、样例和环境开发,承担型号设计与制造过程中的装配、测试、集成测试技术及故障诊断等工作,确保产品符合相关技术参数、发现潜在质量问题。
2.科技队伍通道建设。基于专业化的队伍配置模式,人才发展通道以产品研发为主线,通道共设为六级,产品开发队伍由产品总设计师、产品副总设计师、产品主任设计师、产品副主任设计师、主管设计师、设计师构成,并划定职位晋升发展和队伍间人员流动规则。产品开发队伍新入职设计人员,需要熟悉技术方案和产品性能,优先从事产品测试工作,期满后再承担产品开发设计岗位;产品副总设计师原则上要求具有型号主任设计师或主任工艺师任职经历。产品开发队伍也是型号项目队伍总体设计师和主任设计师的主要人才输入来源,型号主任设计师和型号指挥原则上要求具有产品副主任设计师任职经历。
四、推进科技队伍分类配置实践的核心任务
1.强化任职资格管理,构建基于专业的发展通道。以任职资格体系建设为基础,系统地构建技术队伍发展通道。强调以专业为主线,以加强专业或产品领域人才的培养、储备和选拔为导向。通过明确各职层的关键活动、任职条件,对科技人员进行等级认证和分级聘任,体现研制工作的层次性。明确个人发展的职位经历要求,形成跨队伍的流动规则,强化系统级工程师的培养,为队伍配置奠定基础。
2.基于产品工程流程重组,推动组织结构与人员配置模式转变。结合产品工程的管理模式和业务流程优化,以人力资源使用效率和效益最大化为目标。稳步推进型号项目队伍与产品队伍分离,梳理并明晰型号研制中的产品技术方案决策、协调和状态控制的责任,新技术、新产品在项目中应用的审定责任,产品平台建设责任等。以薪酬导向为手段,逐步建立起导向技术开发和产品开发价值贡献的薪酬激励机制,鼓励具有高技术水平的型号设计人员更多地从事技术开发和产品开发,提高自主创新能力的人力资本投入。
3.明确责任,完善评价与考核体系导向作用。根据型号项目管理责任,明确项目管理在总体和分系统集成研制、产品选用的职责与权力范围。强化项目经济责任,增强人力资源使用责任意识。引导型号项目关注重点的转移,将从目前的事无巨细转变为重点关注型号系统平台建设。根据产品供应单位的责任调整,进一步明确产品交付责任、产品质量责任、产品保障责任。建立对产品供应单位各技术资源部门的体系建设与人才培养的考核机制,强化技术资源部门关注平台建设和知识积累,提升技术和产品成熟度;关注提高专职从事技术开发人员比例,提升科技人员任职资格水平。
(作者单位:中国运载火箭技术研究院)
参考文献
[1] 周辉.产品研发管理[M].北京:电子工业出版社,2012:171-177.
关键词:机械产品;方案设计方法;计算机辅助软件
当前社会是一个科学技术高度发达的社会,是一个信息化社会。在当前社会发展的过程中,人们日益增长的物质文化需求与落后的生产技术成为制约当前社会发展的主要因素。在社会发展的过程中,各个产品功能和产品需求不断增加为当期社会发展提供了前提基础,是社会发展过程中的主要因素,随着产品功能要求的日益增多,复杂性增加,寿命期缩短,更新换代速度加快。在当前各种产品的设计过程中,机械产品设计已成为设计的重点和中心环节。在机械设计过程中,由于人们对各个机械要求的不断增加,使得设计手段就显得优点力不从心,跟不上时展的需要。在当前的设计中,主要是采用计算机技术的辅助进行设计和研制,主要的手段是通过设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划来进行系统化和流程化的设计方法,这种方法在当前设计中已得到了比较广泛和深入的研究,并初见成效,但是由于当前各种更新的不断增加使得当前产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。因此在当前的设计过程中提高计算机技术的发展是实现机械设计的前提与基础。
一、结构模块化设计方法
从规划产品的角度提出:定义设计任务时以功能化的产品结构为基础,引用已有的产品解如通用零件部件等描述设计任务,即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解,这样,能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾,早期预测生产能力、费用,以及开发设计过程中计划的可调整性,由此提高设计效率和设计的可靠性,同时也降低新产品的成本。将描述设计任务的功能化产品结构分为四层,1产品2功能组成3主要功能组件4功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录,对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。 认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解,而具有新型解的专用功能只是少数,因此,在专用机械设计中采用功能化的产品结构,对于评价专用机械的设计、制造风 险十分有利。 提倡在产品功能分析的基础上,将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构,通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件,甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口联接和配合部,并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化,具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和 CAD 技术,将变形设计与组合设计相结合,根据分级模块化原理,将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级,并利用专家知识和 CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块,再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
二、基于产品特征知识的设计方法
基于产品特征知识设计方法的主要特点是:用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验,建立相应的知识库及推理机,再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。 机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征,以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策,完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计,必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。
三、系统化设计方法 系统化设计方法的主要特点是
将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统,每个设计要素具有独立性,各个要素间存在着有机的联系,并具有层次性,所有的设计要素结合后,即可实现设计系统所需完成的任务。 制定的机械产品方案设计进程模式,基本上沿用了德国标准 VDI2221的设计方式。除此之外,我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想,其中具有代表性的是:
1.将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础,从产品开发的宏观过程出发,利用质量功能布置方法,系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。
2.将产品看作有机体层次上的生命系统,并借助于生命系统理论,把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求,形成产品功能系统结构。
3.将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题:一是把要设计的产品作为一个系统处理,最佳地确定其组成部分单元及其相互关系;二是将产品设计过程看成一个系统,根据设计目标,正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。
4.智能化设计方法 智能化设计方法的主要特点是:根据设计方法学理论,借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术,以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述 产品的结构。 机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行,也难以用数学模型进行完整的描述,而需根据产品特征进行形式化的描述,借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此,欲实现计算机辅助产品的方案设计,必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题,由此形成基于产品特征知识的设计方法。 目前,智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计,直观性较好,开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中,要求软件具有较高的智能化程度,或者有丰富经验的设计者参与。
“机械CAD/CAE/CAM综合训练”以机类专业学生就业方向上的典型产品开发为目标,要求学生对产品参考实物模型进行拆装分析,完成整个产品开发过程中的CAD、CAE和CAM任务环节,使学生深入理解产品开发生命周期过程,进一步巩固基于信息集成的设计制造理论知识和技术方法,掌握基于统一产品数据信息的集成设计制造技术,掌握不同CAD/CAE/CAM软件间的数据共享和集成方法,熟练应用国际上较为流行的CAD/CAE/CAM软件,树立先进设计制造技术理念,提高创新意识、自我学习和相互学习能力,综合应用相关知识能力、实际动手能力和就业竞争力,为顺利走上工作岗位奠定基础[4G6].根据学生前期基础课程知识掌握情况,结合现代产品开发生命周期过程思路,设计综合训练实施流程。流程中各环节具体内容和要求包括:(1)合理选取产品开发对象.产品开发对象应考虑就业需求,并结合个人兴趣合理选取.产品对象不能过于简单,零件或构件总数不可少于8个,也不能过于复杂,应有实际产品或模型做参考.(2)有一定创新性的产品概念设计.可从产品功能原理方案、运动机构方案或外观造型的新颖性、宜人性和易加工性等角度开展创新设计.概念设计成果应以产品三维数字模型的渲染效果图展示.(3)基于实物参考模型的产品CAD模型设计.对所选产品实物模型进行拆装和分析,避免凭借网络图片资料或个人想象拼凑产品机构或结构形式,造成机构运动原理错误或结构不合理等问题,保证后续CAE分析模型的合理性.针对概念设计方案进行产品结构模型设计,建立产品的三维CAD模型.(4)合理的产品CAE分析.分析产品对象在实际使用或制造中存在的运动学、力学或成型工艺等问题,选取机构运动学/动力学、零部件结构静力学、零件模具设计或成型工艺中某一方向问题进行分析,基于CAD模型建立CAE分析模型,进行产品的分析与优化.(5)零件的虚拟仿真加工和模型实物数控加工.选取产品典型零件,进行零件特征分析和加工工艺规划,制定加工工艺路线和工序参数,对各工序进行刀具路径规划,完成模拟加工,输出数控加工代码.选用代木、蜡块等材料进行加工实验,修改加工指令,输入数控机床,加工出零件外形.(6)图纸和文档管理.按国标要求绘制产品工程图,完成产品装配图、爆炸图和各零件工程图.撰写产品设计说明书一份,包括产品背景和开发意义,CAD、CAE和CAM各环节的主要过程与成果,综合训练总结等内容.(7)提交材料要求.每位学生提交产品开发纸质说明书一份,采用A4纸打印,封面用230克浅蓝色虎纹纸装订;提交产品所有相关CAD/CAE/CAM部分运行电子文件;提交加工零件实物模型一件.
2实施方法
在训练任务对象方面,考虑机类专业学生从事专业方向的工作有机械类产品的设计、制造、模具设计和机械装备的设计、维护及销售等类型.可选取实验室已有机构、夹具和模具实物模型资源,或生活中正在使用、方便进行拆装、方便获取产品参考结构的家电类产品,如手机、台灯、风扇、吹风机等,使学生训练之初具有较好兴趣和感性认识,并能通过实际测绘获取设计产品数据参数.在设计软件选取方面,指导学生掌握软件间的差异,正确区分集成类型软件和单一功能软件,了解常用软件的功能模块.通过资料收集和调研的方法,了解目前珠三角企业在产品设计开发中软件的应用情况,指导学生合理选择利用现代企业流行的计算机辅助软件完成产品的开发任务.为解决训练时间短的问题,在前期“机械CAD/CAM”理论课程讲授过程,采用目标教学方法,在教学初始下达综合训练任务,将训练任务内容“化整为零”进行教学[11].在理论教学过程中,结合任务内容进行有目的的引导,让学生带着任务主动学习,利用理论课程学习的课余时间进行任务内容思考和软件应用的准备.使学生在综合训练开展时已具备解决任务的理论基础和软件应用基础,明确设计任务要求,选定好开发产品目标,并完成产品实物模型拆装和测绘[12G13].
3实施条件与计划
综合训练在我校工程训练中心实施.中心的机械基础实验室有塑料注射模、吹塑模、吸塑模、挤塑模、五金冲压模等模具类模型,车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、检验夹具、组合夹具等夹具类模型;油泵、额式破碎机、装订机、抛光机、剪床机构、制动机构、机械手腕部机构、步进输送机等机构类模型及扳手、起子、虎钳、锤子、游标卡尺、钢卷尺和钢皮尺等拆装和测量工具,为综合训练提品参考模型和拆装测绘条件.中心CAD/CAM实验室配有扬天A8800t计算机、CANON扫描仪和HP激光打印机等设备,安装有ProeWildfile4.0、NX7.0、Solidworks2010、ADMAS2007、Ansys12.0、Mastercam8.0,Moldflow2010,CAXA2007,AuGtocad2010等软件,提品的设计、分析和零件NC仿真加工条件.中心的机械加工车间有VM6540立式加工中心、CK6132/750数控车床、XK5025/6数控铣床、DK7732G数控线切割机床等设备,配有各种型号车刀、铣刀、夹具、扳手等工具,及代木、蜡块、钢板等加工材料,提供零件实物模型数控加工条件.
4评价体系
客观、全面和公正地评价学生的综合训练成果是实践教学的重要环节[14].仅对设计说明书和产品工程图纸结果质量进行综合评价,难以在学生之间进行成果交流,无法形成成果激励,一些抄袭问题也难以发现,无法体现公平评价.为此采用以班为单位进行作品公开展示和答辩的考核方式.每位学生答辩时间不超过10min,在前5min内应用所选软件演示主要设计、分析和加工过程,展示设计说明书、产品工程图纸和加工实物模型;在后5min内回答老师和同学的提问.根据综合训练大纲要求,确定产品开发过程各任务环节具体项目和分值比重,制定作品评分标准如表2所示.由指导教师依据评分标准对于每个学生的综合训练成果进行打分,按优(90~100)、良(80~89)、中(70~79)、及格(60~69)、不及格(<60)5个等级评定。
5结束语
关键词:机械产品;研发;质量控制;汽车行业;NVH性能 文献标识码:A
中图分类号:TH186 文章编号:1009-2374(2015)03-0046-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.0215
进行汽车产品研发的时候,一般把汽车的性能划分为多种功能,若这一系列功能满足设计的要求,整车的性能就会满足期望目标。汽车NVH性能是汽车产品各项性能的重要指标之一,在对汽车研发的时候把汽车的NVH性能与安全性。排放性等性能进行规划和设计。随着汽车技术的快速发展,各个级层的供应商与整车厂的合作更加紧密,各种品牌汽车的使用性能及安全性之间的差异性不断缩小,本文以机械产品的研发及质量控制为研究视角,分析了汽车NVH研况,介绍出汽车产品开发前、中、后期的实际情况。
1 汽车NVH研发规划
世界上汽车市场上各个汽车公司之间面临着利益冲突与利益共享,促进技术研发也以两种合作方式存在,汽车的研发也向着多元化的方向发展。竞争对手之间的研发是因共同利益的驱使促使某些老牌竞争对手相互联合,在关键技术及零部件上联合开发,达到优势互补的效果,从而促进双方的共同发展。由于市场竞争的日益激烈,汽车整车厂家为实现降低成本,提升自身产品竞争力,采用降低供货价格的办法把价格压力转向零部件企业,从而迫使其承担更多的研发和制造任务。研发新型汽车的流程可以划分为前期、设计时期、开发、试生产、批量生产等阶段。
NVH性能的调试和开发工作必须与汽车的总体设计流程紧密结合,穿插在汽车设计与研发各个环节之中。为了有效提升汽车的NVH性能,依照研发新型汽车产品的流程NVH研发工作可以划分为如下阶段:首先设计汽车概念,NVH性能工程师必须参与汽车总体概念设计过程,参与NVH指标及其协调性与其他性能关系的制定过程。根据手机相同类型汽车的NVH信息,对标杆样车的NVH性能展开试验会为分析,创建满足样车NVH目标。设计NVE工作必须根据CAD方法对汽车的不同零件。整车的NVH性能进行分析,与供应商进行协调,对部件级系统层次展开测试。开发时期工作重心转移至以试验为主的性能调试。必须全面对样车的NVH性能进行测试,找寻差距,给出合理的改进方案。试生产时期做小批量NVH检核,从而发现并解决从生产装配等出现的NVH性能问题。投产时期NVH开发工作初期质量进行抽查并解决遗留下来的性能问题。
2 设计汽车产品开发前期的NVH性能
研发汽车产品是一个系统的、复杂的过程,在进行汽车设计时,主要的目标是完成总体技术标准。所以,汽车产品开发前期的NVH任务就是制定整个车的NVH指标,并把该指标分化至各个子系统和部件之中。这一系列的工作影响着汽车NVH性能是否得以实现,阻碍制定汽车NVH性能的因素包括顾客需求、竞争企业样车水平、公司技术水平、政府法规等,设计公司必须根据客户的实际要求,设计新型汽车的定位及所服务的客户群,这是进行产品规划过程中必须完成的工作。同时,认真分析标杆样车在振动噪声方面的相应特点。汽车产品NVH性能所牵涉的知识背景过深,世界上多数大型汽车跨国工资采用专业的咨询工作或NVH部门同市场实现联合。
关于政府强制性法规,只要依照公告的要求对动力传动系统和进、排气系统对于标杆样车展开定量分析,从而更加全面地分析和了解振动噪声处理办法。分析竞争公司样车水平是汽车产品开发前期NVH设计最关键的一步。因我国国内最新型的汽车主要采用汽车公司研发部门设计与外委分析相互结合的方式完成。国内外委设计与分析对于NVH性能的要求不够明确,基础数据不足,NVH性能方面的专家大多是试验方面专家。根据整车NVH提出的要求和分解至子系统方面的要求不明确,因此,认真研究竞争公司样车NVH水平尤为重要。设计整个车的NVH目标必须参考上述因素并根据竞争公司样车NVH水平实施。制定整车的NVH目标需要根据竞争公司样车NVH水平给予主、客观评价、新车型的所定位市场及其成本等因素而定。评价竞争公司样车NVH水平主观评价可以划分为振动、噪声及不平顺性三个方面。对整车振动的主观评价包含座椅、方向盘、后视镜前地板振动等各个方面,泊车状态下,点、熄火的时候观察车身振动情况。减速、急加速的状态。整车噪声主观评价包含泊车状态下急加速、减速正副驾驶及后座乘客耳边的噪声大小及其品质、开、关门声音。处于泊车状态急加速。减速发动机部位出现的排气声、进气声等。因竞争公司样车NVH水平客观评价就是制定整车振动标准的重要依据,主要对整车及部件NVH水平展开测试,试验整车NVH固有特性情况。振动测试的流程如图1所示:
3 汽车产品开发中、后期的设计
设计汽车产品的中期主要是设计产品的详细车型,此时必须把NVH目标融合在设计之内,尤其是外包出来的系统及部件,可以把NVH指标当做工程标书和合同的一部分。此时整车厂及设计公司与工程师需要协作研制,尤其重视性能集成的协调。因NVH问题过于复杂,多个环节相关联系、耦合,如果一个零、部件出现改动之后,就会影响整个NVH性能。
同时,NVH性能与其他性能之间存在一定的矛盾体,这就要求整车项目团队需要协调解决。汽车产品开发中期可以采用CAE数字化样车计算出整车NVH飞固定特性。为确保整车NVH数字化平台的建立,这一时期必须对材料的性能、零部件特征、刚度等展开分析和测试。NVH设计分析完成之后,如果数字化样车完工期各项性能都满足要求,可以展开模型试制。此时,必须对模型车辆展开主观和客观的评价。开展这样的评价便于发现NVH存在的问题并对数值化样车加以验证。随之,根据实验对数字分样车模加以修改,创建混合数值化模型。试制完工之后,必须对车辆的NVH稳健性展开分析。
在样车完工之后,必须对各个结构和动力的样车实施NVH调试,样车完成实验后必须与标杆车NVH的评价相同,同时也要进行CAE分析定义测试项目并给予相应的检验报告。对比测试结果与标杆车,对无法实现目标值的项目展开工作计划,若测试结果满足要求,需要给出具体的达标报告、风险评估报告、工程签发标准。设计时期NVH CAE分析可以实施有效的设计验证,从而防止出现较大的设计失误。因设计、装配、供应商产品质量等因素会致使NVH性能存在一些问题,有效解决这一系列问题需要花费大量的NVH调试时间。首先,对NVH性能给予主观及客观的分析和评价,比较目标值,量化需要改进;其次,诊断出现问题的因素,依照诊断结果给予有效方案;最后,对改进的方案进行验证,确保最终签发时可以满足所有NVH目标值的要求。
4 结语
随着用户对汽车的性能要求的不断升高,研发设计高水准的汽车产品及品牌质量对于汽车行业的发展发挥着重要作用。汽车产品的NVH性能控制是一项比较复杂的工程,文中以汽车设计的各个阶段采用试验机分析办法为研究依据,分析汽车产品NVH概念设计在产品完成各个阶段发挥的作用。
参考文献
[1] 任微微,范野,路璐,等.机械产品的研发与质量管理[J].中国科技纵横,2012,(14).
笔者所在公司已经建立了一套较为完善的质量体系,通过了ISO9001质量体系认证、QS9000质量体系认证、ISO10012测量管理体系认证和TS16949及GJB9001B质量管理体系认证,形成了较为规范的设计流程和管理流程,但随着研究领域的拓宽和任务的延伸,原有的设计思路、设计手段和设计方法需要进一步改善,尤其是在规范化、科学化和自动化方面。
目前本公司存在的主要问题有以下几个方面。1)信息共享、知识重演重用程度较低;2)设计变更缺乏有效的控制手段;3)产品技术状态信息一致性较差;4)产品开发过程的可追溯性较差;5)信息传递速度较慢;6)设计与管理方面的流程不完善;7)对外购/外协产品及供应商协作产品的管理水平较低等。
虽然本公司属于行业龙头公司,但这些问题的存在制约了公司的进一步发展。特别是目前全球经济处于低位运行阶段,中国汽车市场增速放缓,在这些大背景下,以上问题急待解决。为此,公司高层研究决定引进开发PDM系统,并对此立项。
一、PDM系统开发方案
针对公司目前存在的上述问题,结合公司实际情况,我们决定与国内某知名软件开发公司合作,一起开发PDM系统。在项目启动大会结束后,整个项目组通过前期多次调研后制定了适合公司状况的、有效可行的PDM系统实施方案:依据公司的总体发展战略规划,紧密围绕设计开发系统设计、生产、试验、管理及其集成等方面的产品数据管理需求,建立一个支持协同设计的产品数据管理系统(图1),保证产品数据的安全、可靠、有效、一致、共享和重用。
该系统涉及从项目论证、方案设计、工程研制、批量生产直至售后服务等过程中产生的全部产品数据,从而有效提升研发部协同设计、创新设计的能力。PDM实施技术方案包括基本实施、核心业务流程管理和系统应用界面配置。
1.基本实施相关方案
硬件实施包括:符合公司近期计算机网络规划中网络、计算机等网络应用环境的规划建设方案;系统产品库与存储库的开发方案;权限控制管理(用户管理)方案;公司编码系统方案等。
(1)网络规划建设方案。
为了更好地为PDM系统应用提供基础软硬件运行环境,根据公司计算机网络的长期规划,本项目的主要技术内容包括:局域网网络、PDM服务器等运行环境的搭建;Adobe Acrobat、Pro/ENGINEER和AtuoCAD等软件配置与安装部署;服务器操作系统和用户操作系统配置等(图2)。
另外,PDM系统的信息安全管理方案包括:用户登录方式、与公司现有加密系统兼容的网络加密机制,及PDM数据的访问控制等。
(2)产品库与存储库的开发方案。
产品库和存储库就好比电子仓库,是PDM系统的核心单元,用户用它来存放各种文档和资料(图3)。
产品库文件夹需要保证数据的安全性和完整性,支持各种查询和检索功能。开发方案具体包括:文档的分类、文档属性的确定、文档模板的相关规范、文档生命周期的定义、产品库存储库的定义及划分和版本控制原则等。
(3)权限控制管理。
权限控制由用户、权限和角色3个对象构成,将权限赋给角色,再为具体用户分配角色(图4)。
权限控制的重点在于:从业务流程角度,结合公司保密制度和相应规范,明确用户角色的属性、职责、定义及数据访问权限等。另外权限控制方案还需明确:选择动态权限控制(生命周期状态控制)或者静态权限控制(文件夹控制)。
权限控制方案具体包括:用户的定义(如部门或组织)、角色的定义(如应用工程师、设计工程师、室主任和所长等)和权限的定义(根据不同角色的用户,定义其静态权限和动态权限,包括读取、修改、添加、删除、复制、检入检出和等)。
(4)编码系统方案。
编码系统是信息系统的基础,公司编码也是公司文档管理的重要基础。在现有公司编码规范的基础上,我们与公司标准化部门一起建立了适应于PDM系统的公司编码规范,包括产品、零部件和图纸技术文档等的编码与命名。在原有办公系统编号登记系统的基础上,根据新编码规范,开发出了PDM编码登记系统,除了可用来登记现有所有文档对象的编号外,还可进行编码一致性的验证和查询,及大地方便了实际工作。
2.核心业务流程管理
核心业务流程管理主要包括文档流程管理和数据管理。
(1)文档流程管理。
结合本公司的质量体系文件、相关标准规范和现有相应制度,我们制定了文档流程规范,包括文档的签审流程、发放流程、更改流程和归档流程等。这其中包括对各流程节点签审人员的要求、更改时应遵守的业务规范等。通过该流程规范,使得我们现有的业务工作更加流畅、规范,并进一步提升了我们的工作效率和管理水平。
(2)数据管理。
PDM系统中数据管理的主要对象是零部件与文档。根据公司现有技术文件的种类和特性,我们将零部件分为总成、分总成和零件,文档分类为:设计图档、设计文档、试验文档和应用文档。数据管理的重要内容就是将零部件与文档形成一定的关联联系,以方便用户建立和处理不同形式的物料清单。最常见的处理方案是通过产品结构进行管理,产品结构相当于一个总的BOM,其下面包含各个分总成零部件,各个零部件下又可关联各种文档。这样,用户可以方便地通过产品结构来管理和查询相关对象(图5)。
3.系统应用界面配置
项目组开发完底层功能后,根据调研结果,最后开发了主应用门户的通用功能应用视图。主要包括:系统主页界面、工作流定义界面、搜索界面(包括分类搜索)、可视化界面和用户管理界面等(图6)。
二、PDM具体开发过程
PDM项目是一项系统工程,它不仅涉及技术因素,同时涉及组织与管理等诸多因素。通过一年多的开发过程,作为汽车设计专业毕业的笔者来说,感慨颇深。其中有成功也有失败。个人认为作为一个系统项目,各个阶段是开发此项目时必不可少和环节(图7)。
三、结语
【关键词】CAE;产品设计;有限元分析;应用
1、引言
随着世界经济全球化进程的不断加快以及市场竞争的激烈程度不断提高,生产制造企业迫切需要缩短产品研发的周期和成本投入,CAE技术的大规模普及正式满足了这样的要求。CAE(计算机辅助工程)的实质就是为工程设计提供一种用于计算和仿真的平台。目前的CAE应用领域覆盖了电子设计、飞机、汽车等大量的工程领域,CAE技术在这些领域的大规模应用大大的缩短了产品的设计周期,加快了产品研发的速度,而且通过CAE虚拟模拟技术的应用,大大降低了产品研发的成本,也为企业提高经济效益带来了条件。
2、CAE内涵及设计
通常情况下的产品设计采取的是首先进行产品的设计,然后通过CAE(计算机辅助工程)技术对设计的产品进行后期的基于软件平台的分析,在这种意义来讲,CAE技术是CAD(计算机辅助设计)技术的后续过程。然而,随着经济社会的快速发展以及市场竞争的不断激烈,同时也是为了满足公司降低产品开发成本、缩短产品开发周期的需要,将CAE技术在产品开发中的应用进行了新的调整,更加倾向于将CAE技术置于CAD技术的前一阶段,即首先通过基于计算机的软件仿真技术对产品就行仿真,可以大幅度的缩短产品的开发周期,同时对于降低产品开发成本也有着显著效果。CAE技术本身就是一种典型的设计方法,它的应用对于产品设计的整个流程都有着重要影响。一般情况下,传统的经验设计思路虽然能够取得一定的效果,但是如果加入CAE技术的理性元素,就会使得产品设计的周期更短、质量更好。而且可以通过计算机软件的仿真大幅度的降低产品实验过程中的成本,对提高公司产品的竞争力、增加公司经济效益有着显著的作用。而且CAE技术的应用不仅仅是在提高制造企业的创新能力,同时对于理论研究和结论的验证有着重要的作用,对于推动我国的制造行业的快速成长意义重大。目前,CAE技术已经成为了很多行业进行产品验收的重要依据,足见其在产品设计中的应用越来越广。
3、CAE在产品设计中的作用
CAE技术的应用贯穿于企业产品开发的整个流程,并且在各个环节都发挥着重要作用,给企业带来了巨大的经济利润。其中,CAE技术的计算机软件仿真能力主要体现在产品开发的初期,同时也可以为产品的材料采购、机床准备等环节提供重要参考,对于保证产品设计的可靠性和正确的方向有着重要作用。因此,可以说CAE技术为产品的整个开发过程提供了十分重要的参考依据,大大缩短的产品设计的周期。
(1)产品设计初期的仿真
在企业产品的初期阶段,企业需要结合市场的实际需求情况、产品能够完成的功能、产品的商业价值等因素对所设计的产品进行综合的规划设计以及产品设计方案的确定,在此阶段采用CAE技术可以对产品的初期设计思路进行验证,同时还能够通过CAE技术对不同的后续方案进行筛选,以使得产品的设计方案更好的满足产品性能、市场的要求,而且还能够通过CAE的仿真结果为企业公司高层进行决策提供一定的参考。总的来说,初期阶段CAE技术的应用主要解决的是产品的可行性以及产品功能性要求的满足情况的仿真分析,对于企业合理确定产品设计方案有着重要指导意义。
(2)产品设计阶段的仿真
产品设计阶段是CAE技术应用的核心阶段,主要是应用计算机软件的辅助仿真技术完成产品的设计,包括产品的整体设计、零部件设计、图纸、用料、加工工艺等各个方面。根据对CAE技术的设计思路可知,在这个阶段的CAE技术应用主要是对不同的零部件功能性进行验证,以确定其是否能够满足产品的功能要求,而且仿真可以既可以是系统级的也可以是某个单独的零件。这些仿真的结果能够为产品设计师提供很好的参考,对于加快产品设计速度有着重要作用。
(3)产品试验阶段仿真
在整个产品的设计周期中,产品性能的试验是最为关键的环节。以往传统的产品设计流程中,大都是采用先行制造产品的样品,然后对样品进行试验验证,一旦样品的某个方面不能够满足产品设计要求,就需要对样品重新进行设计、加工、试验,整个阶段需要反复进行数次,这种传统的实际方法极大的浪费了产品设计的时间,同时增加了产品设计的成本。
目前,CAE技术的大规模应用对于降低产品试验阶段的时间和试验次数有着显著效果。其主要原因是可以在产品的计算机软件仿真过程中就可以发现产品中存在的问题,及时的对产品的设计进行修改,有效的避免在实际产品试验阶段的复杂修改,可以大幅度的节约产品设计的周期,提高产品的市场竞争力。同时,CAE技术的应用对于产品成功完成试验阶段有着重要意义,设计人员可以在产品的实际试验前就通过CAE技术完全的掌握产品的实际特点,可以在产品的试验阶段加快产品的性能分析,缩短产品试验阶段所需的时间。
(4)产品制造阶段的仿真
产品的实际制造阶段是产品设计的最后一个流程。在产品制造阶段的计算机仿真主要是对产品制造的工艺进行分析,通过CAE技术的应用可以有效的简化产品的加工工艺,同时可以有效的避免产品设计中的缺陷问题,使得产品具有实际的产品化特点,降低产品制造中的成本支出。
4、提高CAE分析效果的措施
通过对以上CAE技术在产品设计中的应用分析可以发现,做好CAE分析对于产品的设计具有重要意义。因此,需要根据实际的市场情况和产品设计情况,加强CAE在产品设计中的效果。CAE分析看似简单,实际上却包含着巨大的工作量。通过CAE技术确定合适的产品设计参数是十分复杂的过程,需要对CAE软件的特点、产品设计的特点等进行详细的分析后才能够得出较为合理的结论,最后还需要通过CAE技术对计算结果等进行合理性验证。加强CAE分析的应用能力,经验和理论都占有重要的位置。首先专业的CAE分析设计人员要通过相关的专业学习以及培训,对产品开发的各个环节、CAE软件特点等熟练掌握,同时在实际的应用中要不断的积累和总结,通过经验更好的指导今后的工作。
论文摘要:新产品开发是一个复杂的知识运动过程。在该过程中, 企业 不仅要应用企业已有的各种相关科技知识,而且要从企业外部获取有关的科技知识、市场知识和其它知识,还要创造新的知识。因此,搞好新产品开发过程中的知识管理工作,对于成功开展新产品开发活动具有决定性的意义。本文分析了新产品开发流程中,研发团队与用户、供应商、员工等之间的知识获取、转移和共享。
一、引言
在知识 经济 时代里,企业新产品开发工作的绩效越来越取决于企业知识资源的状况和其知识活动的有效性。从本质上讲,企业新产品开发过程就是企业创造、获取、吸收、转移和应用知识的过程。因此,能否做好新产品开发过程中的知识管理工作,直接关系到企业新产品开发工作的绩效乃至成败。由于新产品开发均要经历技术开发、生产开发和市场开发这样三个阶段,而且往往涉及到企业的相关利益者(包括供应商、合作伙伴、批发商、零售商、用户、高校、科研院所等),所以,新产品开发过程中的知识管理并不局限于企业的研发部门(团队),也不局限于企业内部。换言之,只有搞清新产品开发流程中每一个阶段的知识运动 规律 ,并有的放矢地采取相应的管理措施,方能使新产品开发_[作取得好的绩效。
二、新产品开发流程
企业的新产品开发是一个由若干阶段构成的完整过程。甘华呜认为,企业从事新产品开发要经历三个阶段,即技术开发阶段、生产开发阶段和市场开发阶段。根据cooper的阶段关卡模型,可以将新产品开发的流程分为5个阶段:概念设计(初步研究)、产品规划(细部研究)、产品设计、产品测试、批量生产。一般而言,企业新产品开发主要由4个阶段组成:构思阶段、r&d阶段、生产阶段和营销阶段。在企业中运用的一种典型的产品开发模式就是将新产品开发的有关人员(如研发人员、制造人员、营销人员、管理人员、用户,外部合作者等)整合起来,以团队合作方式运行。通过对产品开发各阶段可能面临的信息的传递和转移,做出整体性的集成和优化,达成各成员的沟通和共识。因此产品开发中业务活动和相关需求的连接用idefo可以表示为图1:
三、新产品开发各阶段的知识管理
1.构思阶段的知识管理构思阶段是整个新产品开发过程的出发点。能否产生好的构思决定着该阶段的成败。因此,该阶段的知识管理工作要围绕构思的产生展开,要努力为新产品开发团队提供必要的信息和知识,并采取有效的激励措施,以使其创造力得到充分的发挥,从而能够产生好的构思。构思阶段的知识流图如图2所示。
用户是产品构思最丰富的来源,为新产品开发提供知事知识(know—what),但是用户的建议经常不是以明确的建议表达出来,而是以他们对产品的不满、抱怨、疑问等反映出来。营销人员可以通过对典型用户的拜访、调查和跟踪,了解他们的需求。企业要对用户信息进行甄别和整合,并结合已有的经验和技术能力将用户所描述的需求信息演变成团队知识,这些知识被团队成员共享并内化为成员的隐性知识,从而让更多的员工了解和把握客户需求,实现知识集成和共享,以便激发出更多更好的设想。在这一阶段,营销人员是连接客户和开发团队的桥梁,企业应加强对营销人员的培训和 教育 ,提高其获取和转移知识的能力。
员工头脑中的知识是最具有潜在价值的知识。员工为新产品开发提供的是技能知识(know—how)。这些知识大多是“隐性知识”,比如针对企业原有产品的技术改造,或在原有产品基础上开发相关产品,或根据市场需求,在已有市场信息的基础上产生新的产品构思。koskinen的研究表明,各种非正式的技术交流会(聊天,会谈等)可使员工间更加清晰的理解彼此的观点和想法,保证隐性知识整合的有效性和准确性。企业也可通过对员工进行定期的培训,为员工学习提供基本保障,提高员工获取转移知识的能力。
供应商早期介入新产品开发能够缩短开发时间,减少产品更改次数,弥补企业内部能力的不足,使产品质量的可靠性更高和制造缺陷较少。一般说来,供应商主要为新产品开发提供know—how知识。任何可以依靠技术能力提供服务的供应商,都可以看成一个新产品构思的来源。
社会性组织(科研机构、高校、咨询机构和培训机构等)提供新产品开发的原理知识(know—why)。企业可以把构思过程委托给这些专门机构去做,而自己只需要制定项目计划和对开发结果进行筛选就行了。这种方式能够弥补内部人力资源和研究设施的不足,促进中小企业在新产品开发能力上的 发展 ,缩小与创新先进企业的差距。此种方法对在新产品开发方面希望追上先进者的中小企业来说特别具有吸引力。
构思阶段知识共享与转化还可以通过分析竞争对手产品、查阅公开出版物和进行研究实验等方式实现。此外,构思库是新产品构思阶段的一个重要来源。这种方法最简捷快速,但也最容易被企业所忽视。企业要把用户、员工、供应商和竞争者等产品相关者的意见整理成便于阅读的材料,以显性知识的形式存入构思库,为以后新产品开发提供知识储备。
一般来说,研发团队需要对多个构思方案进行评价和比较,从中选择最优方案。在筛选程中,评价小组以用户为主、专业人员为辅,每个成员根据各自的经验、评价标准和感受对各种新产品方案提出自己的意见。虽然各成员意见大部分不相同,但能在用户和专家的协调下对方案做出正确评价,制定出合理可行的产品概念。
2.r&d阶段的知识管理
r&d就是使新产品开发的构思得以落实,并达到技术实现的水平。研究人员的创新活动离不开构思阶段所提供的必要知识准备。比如,及时充分的市场信息可以帮助研究者加深对市场的认识,准确把握市场动态,以便及时调整构思中的不足;还有现有的技术信息可以使研究者及时了解相关领域的发展状况,避免重复劳动,节省研发时问。企业提高研发能力可从以下几个方面着手:
(1)增加隐性知识积累。隐性知识是指存在于人脑中的隐性的、非结构化的、不可编码的知识,是关于个人的思想、经验等。隐性知识来自个人学习和实践过程中的直接经验,也来自于有经验的人进行接触和思想交流。 企业 应该完善组织文化、知识环境去激发员rt的大脑和心智,促进隐性知识的积累。良好的企业环境会使员工产生一种归属感,促使隐性知识的显性化,并激励研发人员将掌握的核心技术和成果奉献出来,这些往往决定了新产品开发的走向。
(2)保证现有知识的共享。很多企业重点关注了知识的获取,而忽略了知识的共享。企业管理者应该建立有效的上传下达机制,使销售人员收集的市场信息及时传达给领导层,领导者的应对措施也能快速地到达基层各部门,并得以落实。同时,平行部门之间的知识共享也必不可少,比如,销售部把客户需求信息传递给研发部,研发部把新产品开发成本传递给财务部等。同时,企业也要让员工参与知识的共享过程,让员工认识到知识共享并非对个人的 发展 有害而是可以促进员工成长的道理,即通过对员工进行知识管理理念的培训与宣传,让员工明白并非拥有的知识是个人的核心竞争力所在,而只有不断创造和利用知识才是个人发展的根本。这同样受到企业文化的影响。
(3)分析领先产品,进行二次创新。对于很多实力较弱的企业来说,通过研究行业领先产品,可以弥补研发能力上的缺陷,并从技术角度对竞争对手的产品进行全面评估,发现其中的不足,从中获取本企业产品创新的来源。研究团队要确保及时的吸收从中获取的知识,并结合企业的实际研发能力,创造出满足新产品概念的新技术。
(4)企业应该提高新产品的研发意识,加大投资强度。新产品研发的高风险性使得很多企业不愿涉足这一领域,而愿意直接引进技术或采用现有技术。企业在技术方面的劣势,将会使生产出的最终产品要么不够先进或只是本地区先进,要么技术水平限制了产品开发。最终使企业陷入开发时机过迟,市场被竞争者占领的困境。因此,企业必须提高自主研发的能力,鼓励员工积极主动地参与到新产品研发的行列当中,为新产品的研发出谋划策。
此外,企业在研发过程中要做好保密工作,确保有价值的内部知识不外泄,以避免损失。
3.生产阶段的知识管理
新产品的生产阶段主要包括试制和测试两方面。从知识管理的角度看,该阶段也进入了知识的应用阶段。
首先,试制人员要深入理解新产品研发团队在构思阶段和r&d阶段的意图和动机。因为试制不成功,在很多情况下与试制人员领会构思人员、研发人员的意图不够有关。如果试制人员感到原设计有问题,想改动一下设计,最好按原设想、原设计提出一个试制品,再按试制人员的想法搞出另一个试制品,然后对其进行对比,产生令大家满意的试制品。在这一过程中,企业需要对技术人员克服技术难题的能力有个准确的评价。虽然这种试制会耗费一定的生产成本,但同时也降低了企业风险。具有风险意识的企业一般都会选择将新产品试制作为新产品开发的必经阶段,只有能顺利通过试制阶段的新产品,企业才会将生产线扩大到批量生产。
新产品试制出来后,往往要通过测试、访问的形式来了解用户的满意度。例如:选择有代表性的用户试用新产品,并与构思阶段的产品概念相比较:产品的竞争力是否体现?功能是否完备?这些功能的成本是否符合消费者的认知?哪些功能可适当增减?如果大部分的用户满意,表明新产品开发成功,研发团队则要制定一个详细的设计规范,作为以后产品开发的知识储备;如果用户不发表任何意见,或发表失望意见,这说明新产品试制不成功,研发团队要让试制人员理解产品开发意图,掌握新产品开发的技术能力,为新一轮的产品试制做好准备。测试阶段的知识流图如图3所示:
产品的测试是一个反馈的过程。研发团队通过收集、分析试制中出现的问题,更深入的了解产品的优点与缺点,然后再结合自身的学习能力和丰富的知识库,对新产品进行改进,生产出满足用户需求的正式产品。这一过程又是一个知识的收集、共享、创新的过程,充分体现了知识管理的动态性。
4.营销阶段的知识管理
用户是新产品的最终使用者,因此,新产品是否适合用户口味决定了新产品开发成功与否。新产品上市后,企业应该正确对待用户的各种评价。有的用户将产品买回家后有种“上当受骗”的感觉,这是南于用户对新产品的期望太高,对新产品认识片面造成的,企业应该正确全面的宣传新产品。还有的用户对新产品的不满和埋怨是由于对新产品的使用不当造成的就此企业可以在销售产品时详细介绍产品的使用方法,加强新产品的售前售后服务。对于因假冒产品引起的用户不满,企业可以通过宣传渠道改变公众的舆论。
在新产品的市场开发方面,企业可以进行产品市场测试。例如,对潜在用户进行新产品概念测试,或者组织潜在用户进行模拟采购活动。在测试过程中,企业能够收集到接近实际情况的一些重要数据,如用户接受度、用户关心度、使用频率和扩展速度。企业可以根据这些数据制定合理恰当的营销策略。
这一阶段也需要同供应商、科研机构等进行交流,以获取他们在产品推向市场后对产品的意见。
知识管理在新产品开发中的应用使企业新产品开发呈现螺旋上升的动态连续性。因此,营销阶段既是某一特定产品开发的终结,又成为下一轮新产品开发的基础。同样,企业从外部知识源获取的知识,即是本轮新产品开发的最后一手知识,也是下一轮新产品开发的第一手知识。并将这些知识消化为团队内部知识,在销售部、生产部、研发部和售后服务部等部门问共享,为知识的创新和应用奠定基础,为新一轮的产品开发提供知识储备。这样,企业新产品开发就在知识管理的推动下环环相扣,持续发展,不断为企业创造丰厚的利润和价值。
(华南理工大学工商管理学院工业工程系,广州 510640)
摘要:工程师在设计电梯等复杂产品系统时,很难准确全面地确定各种利益相关者的不同需求,而最终客户需求的全面分析对于开发高附加值的、界面友好的、实用的产品至关重要。面向电梯产品的设计,基于管道管理模型以及图形工具的引入,本文提出一种以人为中心的、面向人机交互密集的复杂产品系统的设计方法,将多种用户多种角色纳入到分析对象中,并进行了三维虚拟人体的分析,将这些角色的偏好及能力转化为产品概念,增强了产品的适用面、舒适性与创新性。
关键词 :以人为中心;复杂产品系统;电梯;设计
中图分类号:TB472 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2015)24-0219-05
基金项目:广东省创新方法工作项目(2013B061000004);广东省创新方法与决策管理系统重点实验室开放课题基金。
作者简介:赖朝安(1973-),男,广西钦州人,副教授,博士,主要研究方向为产品创新、人因工程等。
0 引言
在复杂产品系统的开发流程中,各种利益相关者的需求都应被充分考虑。特别是对于存在密切人机交互的系统,人应该处于系统设计的核心位置,以保证系统可以满足各种使用情况下的需求。在设计界,以人为中心的设计已经成为主流的观点,以至于设计人员经常不加思考地采用。本文基于以人为中心的设计(human-centered design,HCD)进行扩展,引入行为图、基于情景的设计(scenario-based design,SBD)准则,提出一种适合复杂产品系统的设计流程。
HCD是指在设计产品或系统时,将客户置于设计与开发过程的中心[1]。HCD在产品开发过程中发挥重要指导作用。在激烈的市场竞争中,产品成功由客户是否满意决定,而客户满意由客户需求的满足来实现。HCD方法使产品设计与客户需求匹配[2],通过这种匹配提高产品质量、客户满意度与产品成功率。然而,设计与需求的匹配是困难的、不准确的[3]。客户通过使用非技术语言来描述他们的需求。HCD方法需要将技术设计与非技术语言匹配,这种匹配准确度通常比较低。因此,大部份产品并没有与客户需求相匹配。
HCD的缺陷在于,HCD以已经作好技术准备为前提,一旦明确客户需求,可以迅速地完成产品设计并推出市场。另外,以人为中心还缺乏明确的实现途径。Don Norman在ACM通信杂志“交互设计”专栏中写道:“这个世界上的大多数东西都是在没有得益于以人为中心的设计方法的情况下被设计出来的,不过这些东西仍然工作得很好。...最基本的原因就是,在它们被设计时,这些物品所被用来从事的活动是经过深入理解的,这就是以行为为中心的设计”。人的行为才应该是设计的焦点。
HCD已经纳入到ISO标准中。ISO 13407明确定义了HCD的4种主要活动[4]:理解并定义使用情景,定义客户及组织的需求,制订设计方案,并依据需求对设计进行评估。
本文的主要目标是设计一种新型的电梯产品,以支持老人、病人的特殊需求,满足老龄化社会的需要,而相关的支撑技术并未完全具备。
基于以人为中心的启发,具有特殊需要的人群,包括制造商、老人、病人,以及他们的护士等各种人群及其行为过程,被纳入到电梯系统开发的每一步骤中:从电梯系统开发的最早的概念阶段,进行用户的行为分析,直至电梯系统设计的最终评价。
以行为为中心以及SBD是本文依据的另一方法准则。在人机交互领域中,场景已经被作为一种多个系统开发阶段使用的工具,它能帮助所有的利益相关者贡献自己的系统分析、设计与评价意见。
设计师通常使用情景来组织、论证和交流思想。情景作为语言的辅助,描述人的行为,使客户可以融入到设计流程中,并帮助他们确定需求。通过描述多种情景下的各种行为过程,可展现出序列性的需求。在整个设计循环中,描述行为的工具可首先用于描述产品当前使用的目标与需求,然后通过迭代的设计与评估过程转换、提炼设计目标与需求。多情景下的行为描述有助于检验、仿真分析、展示各种可能的设计方案结果。
1 设计流程的思考
通常,客户需求空间向产品设计空间转换的过程会导致信息的丢失。一些产品开发的机制,例如质量功能展开(QFD)关注产品的性能、可靠性、寿命等因素在后续开发过程中的贯彻,但与情感有关的因素由于较难获取与描述,因而在质量功能展开过程中易于被忽略、丢失[5]。
关于开发流程,学术界及管理实践逐渐形成了如下四种观点[6]:门径管理;管道管理;功能-作用原理-结构的映射过程;风险管理系统。
管道管理模型[7]为最主流的观点,它将产品开发流程定义为:产品规划-概念开发-系统级设计-详细设计-测试纠正及生产起步。这一流程类似一条不断缩窄的管道,在这一喇叭形态的“管道”中,流动着的新产品可选方案及对应的开发项目数量越来越少,而新产品方案的信息却越来越丰富、具体。
然而这一流程模型对人机交互的需求缺乏足够的考虑与重视。为此,文献[8]提出,具有复杂人机交互的系统的研发流程应具有如下步骤:焦点开发-创建当前系统应用的工作流-问题定义及确定设计目标-创建未来系统应用的工作流-创建功能概要-创建物理概要-将物理概要分解至可管理的模块。通过对当前系统应用工作流的分析,存在的问题得到全面的展示;通过对未来系统应用工作流的规划,引导思维边界的突破及全新观念的产生。
基于以上研究可以设想,构建一种图形化的、易于理解的多层次行为视图,使非专家的普遍客户也能参与到设计中来,也使设计工程师能更好地理解电梯行业、护理行业等多个不同领域的背景与技术,以更有效地利用所有利益相关者在设计过程中达成的共识。俗话说:一图胜千言,在开发复杂产品系统时特别如此。下文以电梯为例说明。(图2)
2 电梯实例
随着老龄化社会的临近,越来越多地需要在公共设施设计中考虑老年人、病人的需要,电梯作为一种垂直升降的公共交通设施,需要重视这一趋势。
为此,首先在设计其轿厢内部装潢时,应考虑到人的情感因素,尽量使电梯给人一种舒适温馨的感受,多使用温暖色调,避免冰冷暗淡的色调;其次,需要考虑病人以及各种医疗设备,例如病床、吊瓶架、氧气瓶等抢救设备所需要的大尺寸空间,以及杀菌化学制剂的使用;最后,适当考虑防撞缓冲的需求,减轻相撞时的冲击保护病床上的病人。
目前,还没有一种电梯能满足这一需要:不只需要考虑正常人的使用,还要考虑承载病人,运送病床及医疗设备,同时需要考虑这些特殊情况发生的偶然性,考虑电梯的可制造性、可装配性,以尽可能降低产品成本与能量消耗,并具有较高水平的人机交互界面与可操作性。
2.1 步骤1:产品规划
产品规划环节由开发团队执行,其目的是制定产品开发任务书。团队包括如下成员:工业设计师1人,电梯设计工程师5人,制造工程师1人,医护人员1人,医学专业人员1人,电梯维护人员1人。经过市场的细分与分析、技术发展趋势分析、企业战略分析三者的匹配,最后经过头脑风暴会议来完成产品规划。
产品开发任务书的研究对象是:明确设计的焦点;定义新产品的概念;确认目标客户;确认安全有效使用电梯的障碍;搜集对产品设计特征的意见。
通过产品规划,认为新型电梯的焦点是感性设计、人机交互,在有限的空间内需要容纳担架、轮椅及病人,减少碰撞振动与不适,并进行安全高效的电梯控制操作,同时又要满足节能环保的要求。
在开发过程的早期阶段确定产品的焦点是一项困难的工作。通过这一阶段,潜在的设计意图逐渐变得清晰。
2.2 步骤2:客户需求获取
2.2.1 理解当前使用情景
通过归纳客户操作电梯的行为习惯和固有特性,创建当前系统的行为图,形成获取多层次客户需求的框架,这是多层次信息视图的重要组成部份。步骤如下:
首先,以来自医院的医护人员,以及家有老人病人的普遍电梯客户共50人,为访谈对象,基于步骤1确定的产品设计焦点与概念,进行面对面的半结构化的访谈(interview)。该步骤主要用于明确如下问题:需要用担架、轮椅搬运病人时电梯的操作过程;在这过程中所遇到哪些问题,以及这些问题的条件、过程与后果;对于电梯设施有何感性需求;任何影响在执行医护任务时安全高效使用电梯的因素。
对系统实际操作环境及客户的全面且精确的洞察,对于系统的设计以及客户需求的满足至关重要。为了确认当前实践的问题,设计者应首先将总结所获得的设计信息转换为行为图,以描述当前系统的作用。仅作为示意,如图2所示,该行为图显示了电梯从制造装配、运输、安装维护到客户使用的全生命周期的行为,以图形化的直观方式使得全面的客户需求,且不易遗漏。图中,方向线的粗细表示该方向所指的行为的频率,线越粗表示该行为越常见;箭头的方向表示行为的串行关系。
2.2.2 确认存在问题及设计目标
2.2.2.1 访谈与数据收集
基于当前使用行为图指出的每一使用模式,围绕如下问题进行访谈并收集数据:
①客户在与电梯交互过程中遇到的问题,以及这些问题如何随着客户属性的变化而变化;
②这些问题发生的频率,以及对不同客户产生的后果;
③新型电梯应如何克服这些问题;
④安全高效使用电梯的障碍;
⑤新型电梯对病人、普通用户、电梯安装维护人员、医疗机构、医护人员等各种客户有何益处;
⑥新型电梯的设计偏好。
2.2.2.2 数据组织与分析
在上述步骤系统性地收集资料的基础上,基于质性分析的方法,寻找反映客户需求本质的核心概念,然后通过这些概念之间的联系建构完整的需求模型。访谈调研数据转换为如下三个类别:需求;障碍;设计,简洁地展示数据分析结果,如表1所示。
对原始资料进行进一步的定性分析以后,明确存在的问题及设计目标:
①电梯生产与运输。
电梯包装箱在很长一段时间不能引起厂商及设计人员的重视,只是简单给以部件包裹,这才很大程度上违背了人性化的设计原则。电梯包装箱存在如下问题:裸包装部件遇潮湿后易生锈,不便于运输;纸箱包装,易损坏,不便运输,零散易丢件。应考虑新型的包装箱,以达到方便搬运、整齐美观的目的。
②电梯操纵显示器。
电梯操纵显示器在感性需求上尤为重要。乘客首先接触的是电梯的外部操纵显示器,进入轿厢后同样需要操控电梯内部的操纵显示器,进行楼层选择。色彩搭配以及按钮布局排布是其感性设计的关键。当人在受到色彩的刺激后,会产生心理暗示,色彩搭配必须尊重这种因果关系。
③电梯的空间。
常用的电梯长度从1.3米到1.6米不等,而一部急救担架的长度超过1.8米。狭小的电梯放不下担架。由于患者不能颠簸晃动,医护人员(或家属)常常只能将担架半竖着放进电梯,让患者斜躺在担架上,容易使病情加重。《住宅设计规范》(GB50096-1999)规定:“十二层及以上的高层住宅,每栋楼不能少于两台电梯,其中一台电梯应该能容纳担架。”然而,开发商从成本的角度考虑,在不少的电梯上没有执行这一规定。
④不适合行动不便人员使用。
目前电梯按钮主要采用亮光来显示楼层,并不适合于盲人使用。盲人进入电梯时,不便于方便的找到希望到达的楼层,所以对于盲人来说,单独乘坐电梯很不方便。
扶手在安装时往往有螺钉突出,行动不便人员往往难以避开,并且不美观。
电梯震动或坠落时,电梯无适当的支撑物,震动或坠落会造成伤害,对行动不便人员的伤害特别大。
⑤电梯环境。
传统的通风装置是电力驱动的风扇,购置成本与使用成本较高。
2.2.3 设计未来的使用情景
在这一步骤中,将当前的使用情景转换为未来的使用情景,如图3所示。在未来的使用情景中,当前问题被消除,产品愿景得以实现。未来的使用情景是一种对人机交互过程的高度概括,有助于设计团队及设计参与者理解电梯使用的环境,显示关键的设计问题。
在未来的使用情景中,不需扩大轿厢的整体尺寸而低成本地实现大尺寸的空间,保证担架可以进入并平放;行动不便的人可以舒适地保持平衡;视觉不良的人可以方便地进行目的地楼层设置,并可修正错误的设置;等等。生产安装情景分析在此省略。
2.3 步骤3:系统级设计
2.3.1 功能分析
功能分析的结果展示系统功能的实现目标。对于复杂产品系统,将功能分析为多项子功能十分必要,它可以阐明问题,使设计师可以聚焦到最关键、最有可能实现创新的子功能上。
在检修运行、(自动)开门、(自动)关门、自动返回基站、满载直驶、司机操作、独立运行、通风等基本功能,使用温和的工业设计风格,并增加如下功能:远程监控;PDA在线交互;可变的空间尺寸;碰撞缓冲与支撑;盲文及声控;错误修正。需要在成本得到控制的情况下,在传统的电梯上增加以上功能。
具体的功能描述在此不表,它应提供详细的使用背景信息,以及明确的、定量的功能目标。例如,可变的空间尺寸的需求项中指出:扩大后的空间尺寸应能容纳1.8米长的担架。
通过达到以上产品功能,电梯将能更高效迅速地安装维护,更安全、舒适地使用,减少碰撞、震动、压力与不适。这时,开发团队坚信,这一电梯的市场需求是广阔的、迫切的。
在以上需求实现之前,研发团队认识到,以上功能最困难的部份是可变的空间尺寸、碰撞缓冲与支撑、盲文及声控等需求。
2.3.2 制定系统解决方案
在这一步骤中,依据“功能—作用原理(效应)——物理结构”的映射过程,将产品的功能要求转化为解决方案。解决方案是具体物理结构设计的要点,它指出每一主要功能实现的关键点,以及主要部件的空间及结构上的关系。
解决方案应遵守功能及技术需求的约束,并基于最终用户的需求进行评估,选择最佳的解决方案。
在设计过程中,知识会不断进化,因此系统结构的部件也随之进化。解决方案可用于修正未来的使用情景,使设计意图进一步明确。
以几个主要的子功能为例,说明其解决方案:
①根据发明问题解决理论(TRIZ),使用“基于条件的分离”这一分离原理,以及“动态化”这一发明原理,实现动态的轿厢深度。解决方案为:轿厢下后壁可以向背离轿厢门的方向打开、折叠,充分利用井道空间,在需要运输担架时,通过折叠,动态产生额外的空间,提高了担架出入时的安全性,并增加载重的均匀性。其平时可充当普通载客电梯,具备普通电梯轿厢的宽度与深度;在特殊情况下,延展电梯轿厢的深度,满足普通人平躺在担架上的长度要求,充当救援用的担架电梯。因此,这一功能可增大深度却不增加土建面积,达到节省成本与能量消耗的目的。
②碰撞缓冲与支撑功能的解决方案为:扶手连杆上套有端座外套,将扶手端座表面覆盖,遮盖螺钉,防止行动不灵活的人在轿厢内转身时划伤,同时保持轿厢内美观。轿厢顶部安装有吊环,在震动特别是坠落时,抓住吊环可显著减少伤害。
③盲文及声控功能的解决方案为:按键的按压位置处设有凸起的盲人数字,按键连接有发声话筒,开关、发声话筒均与用于楼层登记的电路连接。
④通风的解决方案为:通过轿厢上的风滞压力产生电梯轿厢中的竖直的气流,实现免电力的通风。风扇仅在需要时打开,减少了电力消耗与使用成本。
电梯作为一种成熟产品,目前已经存在海量专利。以上的构思可能与已有专利冲突,需要进行查询分析,避开已有的相似专利,同时基于专利挖掘,进行技术成熟度分析。对关于轿厢的专利进行分析发现:在轿厢深度调整、碰撞缓冲、盲文及声控、通风等方面的技术都仍处于成长期,值得加大投入进行研发。
2.3.3 系统级的参数分配至模块
通过以上步骤,从轿厢空间调整装置、碰撞缓冲与支撑装置、盲文及声控装置、通风等方面实现了电梯系统人性化创新及改良设计。
在上述步骤中,系统作为一个集成的解决方案进行思考。在模块化的设计方案中,需将设计需要分配至模块,是最终实现产品功能需要的必然的步骤。然而,将技术参数分配至模块具有很高的复杂性,它需要依据两个准则:一是保证系统的技术参数与模块的技术参数的一致性,也就是说,实现模块的技术参数后,能保证系统的技术参数得到保证;二是各个模块的实现难度保持相近,不能让某些模块很难实现,否则会使成本不必要地上升。系统的模块化的好处是:使得最终客户可以按其需求定制产品。
通过对电梯的模块化划分,使得功能与模块近似地具有一对一的关系。在这一设计方案中,如下5个模块被定义:厢体、导轨、驱动、无线通讯、轿厢空间尺寸调整、碰撞缓冲与支撑、控制与显示、通风与照明。其设计方案如图4所示。
2.4 步骤4与5:详细设计与测试纠正
方案的产生与方案评估密不可分。在跨功能的研发团队组建开始,各个团队人员以及参与设计的多种角色,都从一开始就贡献其知识经验,以验证提出来的各种新构想,使得最终的解决方案更具市场可行性与可用性。在开发的后期阶段,解决方案逐渐具体与可视化,设备供应商开始参与设计,以确认方案的技术可行性。由于方案表达为易于理解的形式,包括三维虚拟人体的应用情景展示,团队可以在早期的设计阶段,向商业合作伙伴证明新型电梯的高附加值。
经过可用性评估,最终的设计方案得到了较高的评价。
3 结论
本研究基于以人为中心设计的理念,提出了一种适用于复杂产品系统设计的、以人为中心的设计流程,并进行电梯系统的创新优化与改良设计,解决了电梯系统中几个非人性化设计缺陷,规划、定义了电梯的主要模块,并进行了三维虚拟人体的分析,提出一种具有良好人机操作界面的绿色电梯系统。经评估认为,这一新型电梯具有较广阔的市场需求。本文提出通过行为图的引入,扩展了以人为中心设计的观点,有助于将各种利益相关者的需求融合到一个框架内,并清晰展现。
本研究所提出的方法适用于电梯之外其它类型的、存在复杂人机交互的复杂产品系统的设计。
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