复杂产品系统模型研究

提要本文是关于复杂产品系统问题的阐述，主要包括对系统性质的认识，了解系统的环境、目的，系统各组成部分及其联系。根据系统的定义和属性，复杂产品是一个完备的人造系统，它包含有相互作用的诸要素，并且有组织地被组合在一起，其具有明显的整体目标性、层次性、集合性等。结合复杂产品系统自身的特点，总结出复杂产品系统模型。

关键词：复杂产品系统；模型；研究

中图分类号：F4文献标识码：A

一、复杂产品系统定义

由于复杂产品系统的研制和理论探讨是比较新兴的，并没有统一的定论。现在比较有代表性的说法主要有以下几种：

定义1：高成本、大规模、高技术、工程密集型的产品、子系统、系统或设施。之所以用“复杂”一词来说明，是因为这类产品必然会涉及数量众多的零部件、需要领域广泛的知识与技能的参与以及新技术在开发与生产中的融入。

定义2：客户需求复杂、产品组成复杂、产品技术复杂、制造流程复杂、试验维护复杂、项目管理复杂、工作环境复杂的一类产品，如航天器、飞机、汽车、船舶、复杂机电产品等。

定义3：Hobday等对复杂产品的定义是：高成本、工程密集型的产品、系统、网络和建造物，而且Hobday认为，复杂性反映的是需要订制的元件的数量、研发过程所需要知识的宽度和技巧以及生产过程所涉及的新知识的程度等；另外，按照项目进行生产以及小批量也是复杂产品的特点之一。同时，还以列举外延的形式对复杂产品的定义加以研究，如Hobday列举了40多种复杂产品和系统，认为复杂产品和系统是指研发成本高、规模大、技术复杂、单件或小批量生产的大型产品、系统或基础设施。

定义4：复杂产品是指客户需求复杂、产品组成复杂、产品技术复杂、制造过程复杂、项目管理复杂的一类产品。它的一个主要特点就是在设计、建模等不同过程中蕴含了大量行业知识。这些知识复杂多样、形式灵活，多以经验的形式分散存在，如何更为有效地表示和利用它们，使之得以形式化地保存下来并充分发挥作用是一个关键问题。

定义5：复杂产品系统由许多具有复杂界面及为用户定制的子系统和元器件组成，各组件通常以层次链方式集成并为特定的客户和市场预制，客户需求不断增长，功能增加不断，技术含量不断提高，成本不断上升。

本文在此基础上认为，复杂产品系统包括大型、高成本、系统复杂、技术含量高、项目周期长的产品系统和基础设施项目，国家标准零部件或企业标准零部件的程度较低，标准零部件还不能成为大型离散制造的主流。复杂产品制造业是典型的大型离散制造企业，大型离散制造企业在研究开发时，可借鉴企业现有产品技术资料数据，但重复利用率低。

二、复杂产品系统研制过程的特点

复杂产品系统的研制是一个巨大、复杂且技术密集的系统工程。如构成飞机的零件数目多达数百万，新机研制的大量工作就是解决零件之间、零部件之间的位置关系和装配关系、机载成品与机体的连接关系等。由于采用相当数量的新技术、新材料和新方法，因而需要解决一系列关键技术问题，以及研制过程中生成的大量工程数据的传递和共享问题，而传统的串行工作方式不能有效地解决这些问题。采用并行工程提供的管理和技术平台能充分发挥集约化经营的优势，有利于保证研制进度、降低产品开发成本、提高产品质量，使人、财、物及资源等得到有效配置。产品开发过程的控制，最重要的是调整产品开发模式，使下游产品的开发活动（如制造、装配工艺等）能尽早介入上游的设计决策过程，及时分析复杂产品系统中存在的各种问题，如可制造性、可装配性、质量、成本等，提出改进意见，同时也使下游生产制造过程了解设计意图，做好生产准备。

具体研制手段包括：（1）在产品方案设计阶段，采取多专业并行设计方式进行功能协调，减少冲突及后期设计与制造过程的返工；（2）在产品结构设计过程中定期进行信息预，及时获得零部件的可制造性和可装配性分析等信息，及时反馈；（3）消除不增值的活动；（4）采用先进的产品数据管理（PDM）软件，使产品在设计、

制造和装配的全生命周期中实现信息共享；（5）在网络环境中定义电子化工作流，消除被动。

三、复杂产品系统的特点

1、产品结构极其复杂，一般具有上百个组件和上万个零件组成。高成本的分级结构产品，由许多定制化、互相关联的部分组成。

2、产品的制造过程非常复杂，一般需要数年时间、数十家企业协同制造完成。产品研制过程所涉及的设计、制造和装配工作一般由不同的设计部门、制造和装配厂商以及众多相关的专业系统公司之间密切协作，共同完成，同时以项目的形式进行（都是以项目形式完成，涉及不止一家企业，有许多相互协作的组织）。

3、生产组织类型为大型单件小批。产品批量低，单台价格昂贵。

4、需要根据用户需求进行修改、定制，用户参与程度很高。复杂产品系统的用户一般为政府、军方或大型运营商三种。因此，市场作为媒介的功能被相对弱化。由于复杂产品系统自身单件定制和小批量生产的特性，尤其是单件定制，往往是一次性收回所有研发投入。投资回收期取决于项目的研制和交付周期，而不同的复杂产品系统之间不具有单纯的利润和销售额的可比性。

5、产品服役年限一般在十年以上，终身由生产商负责维修。其设计、制造、装配的周期相对较长。

6、不确定性。经常会出现紧急和不可预测的情况。创新风险大，且技术创新非单一的，而是集成创新。

7、有绝对成本优势，但原始投资和沉没成本大，且有互补性资产壁垒。

8、创新的连续性和战略性。例如，在我国的航空业中，歼-10是中国航空发展史上规模最大、技术难度最高、协作面最广的复杂系统工程。这些都体现了创新实际上就是复杂产品系统发展的生命线，而且这种创新还要是持续和带有战略性的。在亚洲航空武器这一行业中，主要的输出国是美国和俄罗斯，因此复杂产品的研制对于我国参与亚洲乃至其他大陆的航空武器销售市场有着重要的战略意义。

9、规模大，技术含量高，离散式装备制造，并有市场进入和退出壁垒。

10、创新过程柔性非格式化。产品多为现行社会中事先没有的，多是变型或新产品，因此无现成可用的技术或成本标准，而企业本身的生产设备以通用设备为主，企业就更无法对产品需求进行有效预测，劳动生产率较低。

四、复杂性的本质与核心特征

复杂产品的两个本质：系统耦合和产品创新。Hobday认为，定义复杂性要从以下三个方面来衡量：①需要定制的元件数量；②知识的宽度和技巧；③所涉及新知识的程度。可以看出，复杂产品系统具有以下核心特征：物理结构复杂、技术深度和宽度高、投资巨大、单件或小批量，各子系统的联系复杂，相互影响很多。（图1）

五、复杂产品系统的属性

1、复杂产品系统的整体性。首先是该系统目标的整体性；其次是复杂产品系统功能的整体性。即组成复杂产品系统的各部分必须服从系统整体的功能，系统功能不等于各组成部分功能的简单相加。本文的研究重点是复杂产品系统交货期、质量和成本的联动控制，这些目标均是服从复杂产品系统整体目标和功能的。

2、合理处理最优和满意的关系。在处理复杂产品系统问题时，使系统达到最优比较困难，在个别情况下，“最优”有时不被人理解和不愿意接受，因此有时利用满意的概念会使问题得到圆满的解决。

3、关联性特点。上文曾指出，在处理系统时要努力找出系统各组成部分的关系，这同样适用于复杂产品系统多目标控制的研究，这些控制目标是服从于复杂产品系统整体控制目标的，要找出它们之间的规律性关系。

综上，本文分析了复杂产品系统定义、属性、本质、特点等，这些即构成了复杂产品系统的模型。

（作者单位：江苏科技大学）

参考文献：

［1］李伯虎.复杂产品制造信息化的重要技术――复杂产品集成制造系统[J].中国制造业信息化，2006.14.

［2］李卫娜，潘燕华.复杂产品制造业成本控制模型初探[J].建筑技术开发，2006.5.

［3］吴正刚，韩玉启，宋华明.复杂产品的模块化制造战略研究[J].中国机械工程，2005.3.