複雜產品系統

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複雜產品系統(Complex Product Systems, 簡稱CoPS)

　　複雜產品系統是指研發成本高、規模大、技術含量高、單件或小批量定製化、集成度高的的大型產品、系統或基礎設施。它包括大型通訊系統、航空航天系統、大型船隻、電力網路控制系統、高速列車、大型武器裝備等, 與現代工業休戚相關, 直接影響到一個國家的綜合國力和核心競爭力。

　　由於複雜產品系統的研製和理論探討是比較新興的，並沒有統一的定論。現在比較有代表性的說法主要有以下幾種：

　　定義1：高成本、大規模、高技術、工程密集型的產品、子系統、系統或設施。之所以用“複雜”一詞來說明，是因為這類產品必然會涉及數量眾多的零部件、需要領域廣泛的知識與技能的參與以及新技術在開發與生產中的融入。

　　定義2：客戶需求複雜、產品組成複雜、產品技術複雜、製造流程複雜、試驗維護複雜、項目管理複雜、工作環境複雜的一類產品，如航天器、飛機、汽車、船舶、複雜機電產品等。

　　定義3：Hobday 等對複雜產品的定義是：高成本、工程密集型的產品、系統、網路和建造物，而且Hobday 認為，複雜性反映的是需要訂製的元件的數量、研發過程所需要知識的寬度和技巧以及生產過程所涉及的新知識的程度等；另外，按照項目進行生產以及小批量也是複雜產品的特點之一。同時，還以列舉外延的形式對複雜產品的定義加以研究，如Hobday 列舉了40 多種複雜產品和系統，認為複雜產品和系統是指研發成本高、規模大、技術複雜、單件或小批量生產的大型產品、系統或基礎設施。

　　定義4：複雜產品是指客戶需求複雜、產品組成複雜、產品技術複雜、製造過程複雜、項目管理複雜的一類產品。它的一個主要特點就是在設計、建模等不同過程中蘊含了大量行業知識。這些知識複雜多樣、形式靈活，多以經驗的形式分散存在，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並充分發揮作用是一個關鍵問題。

　　定義5：複雜產品系統由許多具有複雜界面及為用戶定製的子系統和元器件組成，各組件通常以層次鏈方式集成併為特定的客戶和市場預製，客戶需求不斷增長，功能增加不斷，技術含量不斷提高，成本不斷上升。

　　過去的和現有的許多研究都是集中在傳統大規模製造產品, 關註傳統的大規模製造產品的生產、研發、營銷、製造等領域。對複雜產品系統的關註才剛剛開始, 主要是以歐盟國家的研究人員, 其中以英國蘇塞克斯大學的SPRU 中心和布萊頓大學的Centrim 中心為主。霍布德最早提出複雜產品系統研究框架, 提出英國的後規模經濟模式應該為複雜產品系統創新模式。布萊迪和拉什在1995年對複雜產品系統的創新過程進行了比較深入的研究, 並且定義了複雜產品系統創新區別於常規產品創新的主要特征。甘恩和索特爾 、甘恩和米勒則聚集於複雜產品系統的項目管理過程。國內以陳勁為代表對複雜產品系統創新過程的風險、組織、能力以及評價標準等體系進行了研究。

　　與傳統大規模製造產品相比,複雜產品系統具有以下不同的特性:

　　1.產品特性。複雜產品系統由許多具有複雜界面以及為用戶定製的模塊和模塊子系統等組件組成,各組件常以層次鏈方式集成併為特定的客戶預製,組件往往自身就具有用戶定義和高成本的特性。

　　2.生產特性。複雜產品系統一般為特定用戶以單件/小批量進行定製生產,複雜產品系統的研發與生產往往融合在一起,當整個產品系統研發製造出來之後,就直接單個/件交付用戶,而不再像大規模製造的產品那樣,在新產品研發出來之後,還存在擴大再生產的過程。由於複雜產品系統的系統集成化程度高,由許許多多的模塊和零部件組成,其開發成功能夠推動其它相關產業的發展,進而帶動其它普通大規模製造產品的發展。

　　3.創新過程(研究與設計)。複雜產品系統創新並不遵循厄特巴克所描述的一般產品的創新生命周期規律。複雜產品系統的創新過程需要用戶的高度介入。

　　4.競爭戰略與創新協調。複雜產品系統的競爭戰略關註點不再是像普通大規模產品那樣關註生產的規模效應,而是產品/系統的設計和研發。%市場特性。Hobday和Brady,陳勁等人提出,複雜產品系統的高技術、大投入等特征使得能夠提供複雜產品系統的集成製造廠商在整個行業中相對較少決定了該產品行業市場結構的特點,複雜產品系統所處的行業結構一般多為寡頭市場,“雙頭壟斷結構”是複雜產品系統最為典型的市場特征。

　　為了說明CoPS如何與製造以及項目管理領域發生聯繫，霍伯德借用了伍德沃的傳統產業分類方法，即：(A)項目> 一次性；(B)小批量；(C)大批量；(D)大規模；(E)連續生產。下圖對CoPS項目進行了定位。

　　霍伯德認為CoPS包括了(A)類和(B)類中所有的高價值、複雜、高技術的網路、基礎設施和工程產品。諸如道路工程、簡單建築工程這樣的成熟技術以及小型的低價值產品是不應當被包括到CoPS中的。但反過來，(C)類和(E)類中大部分產品的生產都將依賴於電腦網路、設施、設備以及其他高端類CoPS系統。換句話說，所有的CoPS都屬於資本貨物，但反過來，並非所有資本貨物都是CoPS。

　　目前人類對創新及管理的各種隱性和顯性認識大都來自於對(C)、(D)、(E)類生產的研究，尤其是對汽車和半導體這類大規模生產產品的研究。(A)類和(B)類長期以來都被認為是特例，而非研究的普遍分類。

　　CoPS具體涉及的範圍很廣，包括：空中交通管制系統、飛機引擎、銀行自動處理系統、散裝貨輪、化工廠、廣域網、空間站、水源供應系統，等等。對象包括了諸如飛機用電子部件這類的子系統。某些CoPS系統可能與低技術產品有重疊，例如道路或建築類的標準土木工程項目。

　　為了分析CoPS中創新與產業協作的本質，除了沿用特定領域或產業的原有維度外，霍伯德認為還需要確定新的關鍵分析要素。通過原有的和新建立的這些維度，就可以得到一個對產品複雜性的大致界定，同時這些維度也將有助於構建與創新相關的複雜性的各種指標。為此，霍伯德利用下圖給出了一些CoPS的關鍵產品維度。圖- 中的維度雖然沒有能夠涵括所有方面，但至少說明瞭一些CoPS關鍵產品的特征。

　　這些特征直接涉及到了創新管理、產品複雜性、不確在CoPS項目的系統架構下，對於特定零部件而言，完全可能存在多種設計路線，系統表現上的微小進步可能意味著對零部件的重大革新。因此，在CoPS項目中選擇設計方案是一件讓人極其頭疼的事，尤其是在技術不斷變化、用戶要求經常不確定、很多零部件需要定製的情況下。為了確定系統架構和零部件設計路線，CoPS項目需要建立特別的企業間合作模式。

　　在缺乏正常市場選擇機制的背景下，CoPS項目應當通過機制結構來保障參與企業建立項目、實現市場目標和進行創新。CoPS產品複雜性的另一維度是獨特知識庫的多樣性。對複雜系統的整合會涉及各種技能與工程投入，其範圍遠遠超越了個體生產廠商所具備的能力。例如，現代飛機製造就涉及了新材料、軟體技術、流體力學和通訊技術等多種專業知識。CoPS的另一獨特性是用戶對項目的參與程度和用戶自己對最終需求的理解。CoPS用戶有時候自己並不十分肯定需要提供什麼樣產品（或者到底能夠生產出什麼），有時隨著項目的進行，用戶需求又出現了變化。同時，其他供應商的加入也會使協作更加困難。參與到產品規劃、設計和製造中的企業越多，協作任務就越複雜。此外，CoPS項目中經常會有政府管理部門涉足，他們的參與與其公共職責有關，既可能有安全方面的原因（如飛機製造和大廈建設），也可能是由於標準等問題（如電信工程項目）。嵌入式軟體由於其在系統控制和系統性能改善方面發揮了越來越重要的作用而成為CoPS項目的另一個重要產品維度。當前，軟體工程在飛行模擬器、軍事系統、電信交換機、空中管制系統、飛機引擎等CoPS系統中的作用顯而易見。

　　圖1可以大致描繪出某個CoPS項目的概況，然而就協作的困難性而言，不是所有維度都是均等的。例如，無論其它要素是怎樣一種狀況，嵌入軟體水平這個維度在CoPS項目中風險性一定很大。並且，CoPS項目在圖2中一般都會表現為向左端偏移，這表明CoPS項目具有非常高的協作複雜性和風險。例如，英法海峽隧道項目就涉及了數百家企業的參與。我國的三峽大壩建設工程也屬於此類項目。如果有的項目在圖2中向右偏移，這就意味著該項目可能是民用飛行模擬器這樣的小批量生產獨立系統，相對而言項目技術新穎性不高、風險較低且可以重覆生產。當然，即使是這樣的CoPS項目，也比自行車這類用標準零部件大批量生產的產品所涉及的複雜性要高得多。

　　長期以來,大規模製造產品的技術創新研究已經涉及利益相關者,如傳統的供應商、領先用戶、產學研合作等,但這些研究缺乏在當前複雜場景下技術創新管理的多利益相關者的協調研究,更沒有與日趨成熟的企業利益相關者理論思想結合。

　　複雜產品系統的複雜性在於其對技術深度與寬度、新知識運用程度及客戶化程度的要求高,通常是由許多不同技術領域的元件或次系統所集成,不同技術在不同層次水平上相互作用的多技術系統。CoPS項目創新越是複雜,對設計、開發和系統集成的技術要求也越高,所涉及的利益相關者更加多元化也更為複雜,包括系統集成商、分包商、用戶、供應商、研發機構、政府相關部門和行業監管協會等,如下圖所示。

　　複雜產品系統的創新開發方式一般是一個或多個用戶有需要訂購意向,先進行招標,然後由具體一個集成供應商中標後總承包,最後該供應商再將該大型項目進行拆分,分包給多家研發機構進行模塊化開發研製,最後由集成供應商進行項目協調及項目集成。此外,政府往往是複雜產品系統的購買者,所以政府在CoPS的開發研製、採購及推廣過程中起著重要的推動作用,甚至能決定複雜產品項目能否進行。

　　在某些情況下,企業利益相關者對企業進行了相應的專用性投資並承擔著風險,所以在一定的程度上應該得到相應的回報。利益相關者之所以能有發言權並很大程度上影響企業技術創新的進行,從根本上來說是由於他們具有一定的技術權力,繼而應該擁有相應的利益。利益包括經濟物質方面的利益,也包括非物質方面的利益。按照的利益相關者理論觀點,Freeman將利益相關者從權力與利益兩個維度進行研究,並建立權力—利益坐標矩陣分析框架。權力根據其資源不同分為經濟權力和政治權力:經濟權力一般是經濟活動主體擁有的各種生產要素、商品及勞動力;政治權力所反映的是各種政治實體(群體或個體)之間相互影響、相互作用、相互制約的狀況,並強調這種影響、作用、制約的方向性、不平衡性和實際結果。而利益則分為股權、經濟利益和施加影響者三方面的利益。

　　在研究技術創新及企業實際的技術創新過程中,須考慮技術創新利益相關者的權力和利益。同樣在複雜產品系統整個創新過程中,利益相關者擁有對CoPS項目創新的權力,在於他們擁有CoPS項目創新所需的各種特質資源和能力,各利益相關者掌握著不同的資源從而對項目創新擁有權力,其權力也因資源的不同呈現出不同的表現形式和大小程度,繼而擁有相應的利益。CoPS項目創新各利益相關者的作用機理如下圖所示,主要利益相關者為分包商和用戶單位,它們通過技術權力和經濟權力的行使促使系統集成商在項目過程中解決各方利益衝突,對各方利益的協調和處理,從而影響整個項目的控制活動至最後項目成功完成。

　　複雜產品系統企業創新面臨的共同問題是複雜產品系統無法達到預期的標準,項目研製結果未能如期交付用戶或成本超過預算。其原因實質是CoPS系統集成商對利益相關者的系統管理能力的缺乏,尤其是多方利益相關者的協調能力、項目管理能力、員工和供應商激勵能力的不足。為提高CoPS企業的創新能力,做好CoPS項目的利益相關者的協調管理是關鍵,尤其是在項目各階段對利益相關者進行充分有效地整合。

　　複雜產品系統創新涉及系統集成、創新網路、項目管理、技術支持設施和規章制度制定等系列活動。Brady和Davies等從價值鏈增值角度,將複雜產品系統創新分為早期階段、製造、系統集成、運營、提供服務和最終消費過程。陳勁等針對複雜產品系統特殊屬性,提出CoPS項目的創新思想、任務分解、外包選擇、模塊開發、系統集成和交付使用並跟蹤完善六階段模型。複雜產品系統創新總體上可分為初始階段、開發集成階段和交付階段。

　　複雜產品系統技術創新初始階段,主要利益相關者管理涉及用戶、系統集成商、政府和行業監管部門等。CoPS項目形態的概念和最終構架是系統集成商和客戶共同參與完成。系統集成商在該階段一般跟蹤特定客戶,並與其經常溝通,及時把握用戶需求,做出合理的技術預測形成最終的思想。

　　複雜產品系統開發集成階段,涉及的利益相關者更加複雜。系統集成商根據技術實力的評估,兼顧成本質量和交付期限等因素選擇承包商,並對承包商進行管理。在整個供應商選擇的過程中,各個供應商在獲取零部件承包合同後,作為利益相關者成員接受項目集成商管理。客戶通過直接或間接的反饋形式參與CoPS項目創新過程。

　　最後的完成交付階段,也是最為關鍵的階段,因為CoPS交付不是一般工程項目交鑰匙式的即時行為,而是一個長遠的過程,主要是集成商、開發分包商和用戶等直接利益相關者的協調管理過程。此外,在交付過程中集成商給用戶進行操作培訓,從系統產品的維護到突發問題的處理等。在交付後,集成商須進行長期的售後跟蹤服務,包括集成系統的升級,一些技術故障的解決,收集新信息反饋給參與項目開發的利益相關者,如供應商和承包商。