IPD理念在民用飞机研制中的应用初探_陈雷.pdf

Science&Technology Vision科技视界0引言近年来，集成产品开发（IPD，Integrated Product Development）体系广泛应用在 IBM、华为、思科等高科技企业，IPD 体系的核心理念是更好地满足客户需求，华为公司总裁任正非曾说过：“IPD 关系到华为未来的生存与发展！”。基于 ARP4754A 的设计方法是目前国际航空界采用的一套通用的设计方法，核心理念是基于需求的设计流程。2011 年 9 月 30 日，FAA 新颁发了 AC20-174（Development of Civil Aircraft and Systems），明确要求飞机和系统的研发需按照 ARP4754A 民用飞机和系统研制指导方针（Guidelines for Development of Civil Aircraft andSystem）描述的程序和方法；同时，CAAC 也推荐在型号研制过程中使用。美国、欧洲、中国等国内外新研的民用飞机中已广泛使用，波音的 B787、空客的 A350、国内正在研制的 C919、MA700 等民用飞机设计过程均采用ARP4754A 的设计流程。IPD 体系的核心理念是满足客户需求，而 ARP4754A 是基于需求的开发流程，两种研制体系都是为了满足客户需求，分析 ARP4754A 的研制流程与 IPD 体系差异，研究高科技企业的 IPD 体系是否适用于国内民用飞机研制，得到值得借鉴的方法和理念，对国产民用飞机的研制具有重要意义。本文就 IPD 理念在民用飞机研制过程中的应用作初探。1IPD体系简介IPD 体系是 IBM 公司于 20 世纪 90 年代在吸收实践产品及周期优化算法（PACE，Product And Cycle-timeExcellence）概念理念后创立的。IPD 是一套系统的研发管理思想、模式和方法，通过这些方法和措施，可以更好地满足客户需求。IPD 的核心思想是：研发是投资行为、基于需求的规划和开发、结构化流程、基于平台的规划和开发、结构化流程、跨部门合作、业务和资源的平衡、灵活发展，与时俱进等 7 各方面。华为公司 1999 年开始引入 IPD 体系，到 2006 年平均开发周期缩短 36%，产品故障率由 17%下降至 1.3%，经过不断的实践，有效地整合了产品研发的所有环节，成功建立了跨部门、跨专业研发团队的合作体系，突破企业发展瓶颈，迈入快速发展通道。华为核心流程以“为客户服务是华为存在的唯一理由”为目标，IPD 体系是为客户创造价值的主业务流之DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2022.31.01IPD 理念在民用飞机研制中的应用初探陈雷（中航西飞民用飞机有限责任公司，陕西 西安710089）【摘要】本 文对IPD理念 在民 用飞 机 研制 中 的 应 用 初 探，对 比 分 析 了 高 科 技 企 业 广 泛 应 用 的 集 成 产 品 开 发（IPD）体 系 和民用航空 界 普遍 采 用 的 基 于ARP4754A（民 用 飞 机 和系 统 研 制 指 导 方 针）的 设 计 方 法，提 出 了IPD理 念 在 民 用 飞机 研 制中可借鉴 的 思路，具 有 参 考意义。【关键词】IPD；ARP4754A；民 用 飞 机 研制新技术应用001科技视界Science&Technology Vision一，是研发的核心流程，是基于市场和客户需求驱动的集成产品开发流程管理体系。产品开发流程分为六个阶段：概念阶段（捕获客户需求，提出产品概念，即做什么）、计划阶段（怎么做）、产品开发阶段（按计划做）、验证阶段（做得怎么样）、发布阶段（做完了）、生命周期管理阶段（持续优化），见图 1。图1IPD主业务流和评审点项目启动，首先制定产品开发过程中的任务书，是支撑新产品开发投资评估、产品和解决方案概要的初始商业计划书，也是产品规划过程中的最终交付件，它是进入团队开发过程的关键，完整的计划书需要回答以下的问题：Why：为什么要做这个产品，需要理清产品市场机会、客户需求，竞争对手；What：产品应该做成什么样子，即详细产品工作包；When：产品开发和生命周期关键里程碑节点，产品上市和批产的时间；How Much：产品盈利情况，需要投入多大的资源；How：怎么样才能获得最大的商业目标，销量，价格，成本等；Who：本产品的开发承接团队。计划书确定了如何把事情做正确，同时启动集成产品开发流程（IPD）。IPD 执行过程中基于市场的实际需求进行确定性的开发活动，以满足用户需求为目的，建立明确的项目约束、结构化流程、决策评审点和技术评审点，降低产品开发的风险。其中包括四个决策评审点和六个技术评审点：四个决策评审点分别为概念决策、计划决策、发布决策、生命周期决策。六个技术评审点分别为产品包需求评审、系统规格评审、概要设计评审、详细设计评审、样机评审、小批量评审。四个决策评审的关注点：（1）DR1（CDCP）：概念阶段决策评审，确保产品的目标和策略是明确的、具有进一步开展计划阶段工作的必要；（2）DR2（PDCP）：计划决策评审，决定此项目是否进入下一个阶段；（3）DR3（ADCP）：发布决策评审，对产品的质量、成本、定价、定位等进行评价，完成产品发布；（4）DR4（LDCP）：生命周期决策评审，对项目是否终止进行评审。六个技术评审的关注点：（1）TRl：产品包需求评审，重点关注的是产品包的需求。（2）TR2：产品规格评审，主要是检查总体方案及系统设计规格。（3）TR3：概要设计评审，主要是对概要设计进行评审，包括硬件、软件、工艺、结构等。（4）TR4：模块或系统详细设计评审，关注的焦点是模块或系统详细设计层面的问题是否已经解决，是否满足该模块或系统的设计规格。（5）TR5：样机评审，主要是确保初始产品性能需求已经满足，所有已知的技术问题已经解决。（6）TR6：小批量评审，主要是评估生产级的技术成熟度，并且确认进入量产阶段的风险。同时，IPD 体系另一个核心是由来自市场、研发、制造、服务、财务、采购、成本、供应链、设计等方面人员组成新技术应用002Science&Technology Vision科技视界的跨部门团队共同管理整个产品开发过程，也是从客户需求、概念开发、产品开发、生产制造、上市和一直到生命周期的过程，华为终端通过 IPD 流程管理体系，使得产品开发更加注重市场和客户的需求，加速对市场的反应速度，缩短产品开发周期，提高项目成功率，降低产品开发成本，提高产品的质量、可靠性和稳定性。通过跨职能产品开发团队 PDT（Product Development Team）有效的沟通、协调及决策，调动有效的资源完成产品的顺利开发，并成功地将产品推出到市场。2民用飞机研制流程ARP4754A 正式版发布于 2010 年 2 月，是由美国汽车工程师协会（SAE）在联邦航空局（FAA）的要求下编写的。ARP4754A 的核心理念是基于需求的设计流程，可以用一幅“V”形图进行宏观描述。在“V”形图的左侧，自上向下，是需求的设计和传递过程，包括需求定义、功能分析、逻辑设计、物理设计，主要是将复杂系统（或飞机）的需求分解成分系统、子系统、部件、组件、零件的需求，分别完成对应的架构及解决方案；在“V”形图的右侧，则自下向上，是一个需求的集成验证过程，是把产品从零件、组件、部件、子系统、分系统到系统进行集成、测试、验证的过程，以检验各层级需求是否全面满足。根据 ARP4754A 的研制流程，民用飞机在启动项目研制前，需识别外部制约环境，主要包括飞机研制的外部环境和企业生产环境，这两方面因素归纳为五个方面：自然/生态、经济、政策法规、科技水平、人文，这些环境我们是很难改变的，在产品研制时要充分地考虑并尽可能地满足。当这些外部因素被我们考虑时，慢慢在民机研制系统中进行了转换，变成了最初的需求来源。参考民用飞机整个生命周期，可按照：市场需求定义、飞机/系统研制、市场运营三大阶段，见图 2。图2飞机或系统的主要生命周期如何将市场和客户的需求正确、有效地贯彻到飞机/系统整个设计过程中去是流程管理的要素。按照系统工程的思想和 ARP4754A 的指导方针，抓住市场和客户需求这条主线，并将飞机功能要求、安全性要求、适航标准要求等这些需求分解并传递给系统，并通过系统构架、安全性评估、产品制造和验证的过程，通过一层层的需求确认和验证过程最终保证飞机/系统与最原始需求（市场和客户）紧密联系在一起。在整个过程中，需求是主线，功能（功能也是一种需求）是媒介，相关性能、安全性、维修性、设计约束等依附功能向下传递，将复杂的飞机研制串联成一个有机的整体。通过层层需求的分解和衍生，可将复杂的飞机研制任，务分解成逐层的“小需求”，正确有效地保证这些“小需求”的实现，则飞机研制的“大需求”得以实现，用户的要求自然而然地得到了实现。目前新研的民用飞机均采用了 ARP4754A 的研制流程或相似的流程。而 ARP4754A 的研制流程是以自上而下的需求产生和确认，自下而上的需求验证为主线进行研制的，需求贯穿于整个流程，在整个产品研发生命周期中，完整的、准确的的传递研发需求，实现自上而下的逐层需求确认、传递和自下而上的产品验证集成，通过管理“需求”这条主线，实现对整个工程过程的管理。见图 3。结合民用飞机各研制阶段任务特点，主要研制阶段相关工作和阶段主要任务如下：a）可行性论证阶段：主要是捕捉和定义市场/客户的需求，做好飞机的市场定位和产品定位工作；制定飞机的设计目标，规划飞机系列化发展和客户化构型要求；b）JCDP 阶段：主要任务是定义飞机级功能，并传递给系统，完成系统级需求定义工作。包括飞机级功能定新技术应用003科技视界Science&Technology Vision义、分配飞机级功能和需求给系统、系统级需求和接口定义；图3ARP4754A研制流程c）JDP 阶段：与供应商一起定义分系统功能、系统物理架构、系统详细组成和详细技术规范需求；DDP 阶段：开展系统集成工作，定义设备级技术规范，做好供应商需求管理和需求变更工作，并开展逐层的需求验证工作。3对比分析IPD 体系和 ARP4754A 体系的核心都是基于用户需求，研制出满足市场需要，用户满意的产品。通过流程图对比，见图 4，发现流程非常相似，都是基于系统工程的一种研制方法，市场和客户的需求是研制的主线。对于复杂的产品，都是通过结构化的开发，保证研制的周期和降低研制风险。图4流程对比ARP4754A 体系从飞机的整体运营环境和需求的考虑，提出了全寿命周期飞机/系统的研制流程，从飞机新技术应用004Science&Technology Vision科技视界级、系统级、部件级不同层级进行结构化的开发，主要包括自上而下的需求确认和自下而上的需求验证过程。结合飞机研制特点提出安全性评估、研制保证等级分配等研制过程。IPD 体系同样是基于需求的研发流程，结构化的开发过程，建立决策和技术评审机制与民用飞机研制体系基本一致。但是 IPD 体系同时提出了跨部门协作、结构化流程等管理方法。4IPD理念在民用飞机研制应用波音公司为了规范研发过程，20 世纪 90 年代末期引入 IPD 体系，消化吸收和结合自身实际情况，逐渐发展为“全球企业技术体系”。国内民机产品研制过程中也成立了 IPT 的团队，但传统飞机研制往往是面向任务，产品设计、制造、客服基于任务的流程反复迭代。借鉴 IPD 体系提出的跨部门协作、结构化流程的管理方法，在民用飞机研制过程中，以满足客户需求为目的，围绕产品，通过产品集成与流程集成，实现全局最优的一种跨专业，跨部门的“端到端”的技术和管理方法，见图 5。图5“端到端”架构“端到端”流程的特点是：面向最终的产出，而不是面向任务；是从客户需求到客户满意的一个完整闭环。基于满足客户需求的目标，成立集成产品组织 IPT（Integrated Product Team）的团队共同进行协同设计，减少迭代的过程和跨部门的协调，建立从客户需求出发，到为客户