研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“三級跳”

從產(chǎn)品的全生命周期出發(fā)，研究“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的時候，人們總結(jié)出一套普適的規(guī)律、要素和模式，并特別強調(diào)數(shù)據(jù)的核心價值和驅(qū)動力角色。即使把生命周期的各個環(huán)節(jié)打開來看，這些規(guī)律也同樣適用，但研發(fā)環(huán)節(jié)似乎是個例外。

的確，研發(fā)是產(chǎn)品全生命周期中最不一樣的環(huán)節(jié),大多數(shù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的理念、邏輯、模式和工具，都不再適用于研發(fā)。而且，工業(yè)研發(fā)對今天的中國又有特別重要的意義。仿制輕松安逸，原創(chuàng)千難萬險，中國工業(yè)自主研發(fā)的道路充滿艱辛。所以，工業(yè)研發(fā)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，必然是中國企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“上甘嶺”。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型本質(zhì)是技術(shù)驅(qū)動的業(yè)務(wù)變革。數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心并不在“數(shù)化字”，而在于“業(yè)務(wù)”，是業(yè)務(wù)要轉(zhuǎn)型，數(shù)字化只是新業(yè)務(wù)的新載體，所以不能“為數(shù)字化而數(shù)字化”。真正有價值的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，都是借助數(shù)字化手段，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的升級甚至變革，研發(fā)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型也是如此。

一、從理想模型到數(shù)字化藍圖

我們認為，所有復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)體系都存在一個理想模型，研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的藍圖應(yīng)該基于該模型來設(shè)計，從而形成數(shù)字化轉(zhuǎn)型的路徑和方案。數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程，就是研發(fā)體系向理想體系進化的過程。

根據(jù)現(xiàn)代產(chǎn)品研發(fā)特征，我們提出企業(yè)完整研發(fā)體系的理想模型，如圖1所示。該模型是由協(xié)同、管理、開發(fā)、知識和共享五個層次構(gòu)成的多V模型。

圖1.研發(fā)體系理想模型

本模型包含了完整的研發(fā)要素及業(yè)務(wù)構(gòu)件，其中的每一個矩形或菱形就是一個業(yè)務(wù)構(gòu)件。任何一家研發(fā)型企業(yè)的業(yè)務(wù)模型都是本理想模型的子集或某個成熟度級別。越是復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)，或企業(yè)成熟度越高，其業(yè)務(wù)模式就與本模型越一致。對于簡單產(chǎn)品的研發(fā)企業(yè)，其業(yè)務(wù)現(xiàn)狀是這個模型的子集。對于研發(fā)成熟度不高的企業(yè)，其業(yè)務(wù)現(xiàn)狀是這個模型的較低成熟度狀態(tài)。

研發(fā)體系理想模型是研發(fā)型企業(yè)發(fā)展的對標(biāo)模型，可以指導(dǎo)我們進行業(yè)務(wù)模式規(guī)劃、能力規(guī)劃、知識（資源）規(guī)劃以及數(shù)字化規(guī)劃。與此對標(biāo)，本企業(yè)所欠缺的或不完善的業(yè)務(wù)構(gòu)件，就是我們未來應(yīng)該建設(shè)的內(nèi)容。根據(jù)企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，可以形成研發(fā)體系未來建設(shè)和完善的計劃和步驟，這樣將形成體系的長遠規(guī)劃。

理想模型的提出，有助于解決中國企業(yè)普遍存在的一道難題：數(shù)字化部門難以從業(yè)務(wù)角度出發(fā)規(guī)劃、建設(shè)和推進企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，導(dǎo)致數(shù)字化和業(yè)務(wù)兩張皮。理論上講，理想業(yè)務(wù)模型中每個業(yè)務(wù)構(gòu)件可以轉(zhuǎn)移到一個數(shù)字化系統(tǒng)中。因此，我們可以一一對應(yīng)地提出每個業(yè)務(wù)構(gòu)件的數(shù)字化系統(tǒng)，填入圖2的右邊框架中，就形成了研發(fā)數(shù)字化藍圖，甚至我們可以針對某企業(yè)或行業(yè)提出每個系統(tǒng)的參考系統(tǒng)。

圖2.從理想模式到數(shù)字化藍圖

通過與理想業(yè)務(wù)模型對標(biāo)，獲得企業(yè)研發(fā)體系的發(fā)展規(guī)劃，進而獲得數(shù)字化轉(zhuǎn)型規(guī)劃。通過研發(fā)體系的進化節(jié)奏，可推導(dǎo)出數(shù)字化轉(zhuǎn)型節(jié)奏。

在研發(fā)理想模型中，根據(jù)業(yè)務(wù)的相似性和關(guān)聯(lián)性對模型中所涉及的業(yè)務(wù)進行歸類。以此為依據(jù)，對研發(fā)數(shù)字化藍圖的子系統(tǒng)做相應(yīng)歸類，形成最終的數(shù)字化研發(fā)平臺的應(yīng)用架構(gòu)，如圖3所示。

圖3.數(shù)字化研發(fā)平臺

數(shù)字化研發(fā)平臺既是數(shù)字化研發(fā)體系的組成部分，又是研發(fā)體系數(shù)字化轉(zhuǎn)型的載體。理論上講，所有的研發(fā)業(yè)務(wù)構(gòu)件都數(shù)字化之后，研發(fā)人員不需要離開本平臺，就可以完成產(chǎn)品的研發(fā)和設(shè)計。需要說明的是，數(shù)字化研發(fā)平臺并非是一套軟件，而是一系列數(shù)字化系統(tǒng)構(gòu)成的集成化平臺。根據(jù)企業(yè)的數(shù)字化研發(fā)目標(biāo)，基于云計算架構(gòu)，利用面向服務(wù)的柔性集成框架，將企業(yè)所有與研發(fā)有關(guān)的數(shù)字化系統(tǒng)協(xié)同整合，形成數(shù)字化研發(fā)平臺。這些系統(tǒng)除數(shù)字化研發(fā)體系咨詢和建設(shè)方所提供的系統(tǒng)外，還包括第三方系統(tǒng)、企業(yè)已有系統(tǒng)和未來引入的系統(tǒng)。

二、研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型“三級跳”

企業(yè)的研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型無法一蹴而就。不同企業(yè)的發(fā)展階段、企業(yè)使命及研發(fā)戰(zhàn)略的差異，使得其數(shù)字化研發(fā)所處的狀態(tài)不同，其所選擇的研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的方案需要與其狀態(tài)匹配。對研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進行規(guī)劃時，需要確定：依據(jù)目前技術(shù)水平，在可預(yù)期的有限時間內(nèi)，體系建設(shè)所能達到的藍圖，并制定合理的建設(shè)路線。

通常來說，研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要經(jīng)過“三級跳”，每次跳躍的模式不同，分別是：1.精益轉(zhuǎn)型；2.正向變革；3.智慧革命，如圖4所示。

圖4.研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型“三級跳”

在數(shù)字化研發(fā)的不同階段，達到不同的進化級別，分別是精益級、正向級和智慧級。不同階段的主驅(qū)動力有所差異：

精益轉(zhuǎn)型的主驅(qū)動力是數(shù)字化流程；

正向變革的主驅(qū)動力是數(shù)字化模型;

智慧革命的主驅(qū)動力是數(shù)字化知識。

不同進化級別所采用的技術(shù)手段不同，因此具有不同的轉(zhuǎn)型特征：

精益轉(zhuǎn)型階段主要采用的是流程工程手段；

正向變革階段主要采用的是模型工程手段；

智慧革命階段主要采用的是知識工程手段。

不同級別獲得的轉(zhuǎn)型效益不同：

精益轉(zhuǎn)型階段獲得的效益是效率提升;

正向變革階段獲得的效益是創(chuàng)新能力;

智慧革命階段獲得的效益是反脆弱性。

一級跳：精益轉(zhuǎn)型

在精益轉(zhuǎn)型階段，研發(fā)流程數(shù)字化是關(guān)鍵特征。本階段需要把研發(fā)流程顯性化，并在研發(fā)管理軟件中建立數(shù)字化形態(tài)的流程，然后將已經(jīng)確定性的研發(fā)任務(wù)、研發(fā)工具、顯性知識和質(zhì)量要求，與研發(fā)活動緊密綁定，使其深入融合在研發(fā)流程中，消除兩張皮現(xiàn)象，讓工具、知識和質(zhì)量真正發(fā)揮實效。本階段，研發(fā)體系獲得最大效益是效率的提升。

中國某船舶工業(yè)研究院基于精益轉(zhuǎn)型思想，完成了研發(fā)模式轉(zhuǎn)型并取得實效。

第一，通過精益研發(fā)框架的構(gòu)建，規(guī)范了研發(fā)流程、協(xié)同研發(fā)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)的流程化和標(biāo)準(zhǔn)化，使研發(fā)工作按照流程開展，使研發(fā)過程可視、可控、協(xié)同和協(xié)調(diào)；

第二，完成了研發(fā)數(shù)字化工具的體系化建設(shè)，讓每個研發(fā)活動都具有數(shù)字化工具支撐；

第三，通過對產(chǎn)品研發(fā)知識的梳理，構(gòu)建了數(shù)字化形態(tài)的專業(yè)知識庫，實現(xiàn)了數(shù)字化知識和數(shù)字化流程的伴隨；

第四，完成了產(chǎn)品研發(fā)全生命周期中所有質(zhì)量資源的數(shù)字化，讓質(zhì)量管控策略落實到數(shù)字化流程的每個關(guān)鍵工作包。

二級跳：正向變革

在正向變革階段，產(chǎn)品模型數(shù)字化是關(guān)鍵特征。本階段，沿著系統(tǒng)工程V模型，從涉眾需求開始，經(jīng)過需求定義、功能分解、系統(tǒng)綜合、物理設(shè)計、工藝設(shè)計、產(chǎn)品試制、部件驗證、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)驗證、系統(tǒng)確認、產(chǎn)品驗收全過程，完全用數(shù)字化模型表達產(chǎn)品的所有信息，在消除二義性、減少質(zhì)量隱患、高效協(xié)同和積累成果方面都有無與倫比的優(yōu)勢。本階段，研發(fā)體系獲得最大效益是創(chuàng)新能力的提升。

在美國，從NASA到先進工業(yè)企業(yè)，基于系統(tǒng)工程和正向設(shè)計方法進行產(chǎn)品和系統(tǒng)的研發(fā)和制造，已經(jīng)至少有60年的時間。2018年美國國防部正式對外發(fā)布國防部數(shù)字工程戰(zhàn)略。借助此工程，美國國防部使現(xiàn)有采辦流程和工程活動提升為基于模型驅(qū)動的集成化實踐，極大提升生命周期各階段分析能力和決策水平，支持武器系統(tǒng)的快速規(guī)劃、敏捷設(shè)計、高效制造與精準(zhǔn)保障，使美軍超越快速變化的威脅和技術(shù)進步，更快地向作戰(zhàn)部隊交付先進能力，同時更具經(jīng)濟可承受性和持續(xù)保障性。

三級跳：智慧革命

在智慧革命階段，研發(fā)知識數(shù)字化是關(guān)鍵特征。本階段，將研發(fā)過程所有活動需要的所有類別的知識進行梳理，利用各類知識加工方式對其進行增值加工，形成數(shù)字化形態(tài)的智能知識插件，通過智能匹配的方式融入到與之高度匹配的研發(fā)活動中，使得研發(fā)活動完成過程由數(shù)字化、自動化的知識所支撐。另外，通過建立與物理產(chǎn)品實時互動的數(shù)字孿生體，利用數(shù)字孿生體持續(xù)進化的生命體特征，持續(xù)提升物理產(chǎn)品的智能化特征。本階段，研發(fā)體系和智能產(chǎn)品獲得最大效益是反脆弱性的提升。

歐盟在利用知識工程建立復(fù)雜產(chǎn)品的研制體系方面卓有成效。近年來，歐盟通過企業(yè)間合作開展覆蓋產(chǎn)品整個研制過程的虛擬企業(yè)跨域協(xié)同研制體系建設(shè)，以空客公司為主組織的某項目是典型代表。這是歐盟委員會共同資助的數(shù)字化項目，是歐洲航空工業(yè)協(xié)會（AECMA）航空遠景框架內(nèi)容的一部分。本研制體系強調(diào)知識工程的重要作用，建立了完善的知識體系和知識應(yīng)用方法，除了將資深專家的經(jīng)驗整理形成情景相關(guān)的、自動搜索和推送的、經(jīng)過增值加工的自動化知識外，還將各種最佳實踐與研制過程的各個子體系緊密連接,最終提供了一個基于知識工程和系統(tǒng)工程的協(xié)同工作環(huán)境，包含了分布式并行工程方法及知識管理方法的虛擬產(chǎn)品設(shè)計和驗證平臺，支持數(shù)字孿生飛行器和數(shù)字孿生發(fā)動機的研發(fā)。

三、研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型路線圖

總結(jié)來講，在精益轉(zhuǎn)型階段，企業(yè)的主要矛盾是資源松散、模式落后，需要通過流程聚合資源，提升效率；進入正向變革階段，即研發(fā)模式精益轉(zhuǎn)型之后，企業(yè)的主要矛盾是創(chuàng)新模式和技術(shù)能力的缺乏，本階段亟需創(chuàng)立正向模式，補強創(chuàng)新能力；在智慧革命階段，企業(yè)的研發(fā)模式已經(jīng)優(yōu)化，創(chuàng)新能力已經(jīng)建立，其主要矛盾是缺乏高可持續(xù)發(fā)展能力和隨需應(yīng)變的柔韌特性，亟需通過對知識靈活、充分和智能化的應(yīng)用，讓企業(yè)降低對組織穩(wěn)定性的依賴，人員和知識協(xié)同工作，并隨著價值的變化而靈活聚散。

圖5.研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型路線圖

基于以上的理解，我們最終繪制出工業(yè)企業(yè)研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型框架圖，如圖5所示。通過流程工程、模型工程和知識工程等核心工程的開展，可實現(xiàn)企業(yè)精益模式轉(zhuǎn)型，建立正向設(shè)計能力，同時規(guī)劃未來智慧發(fā)展路線，最終建立面向智能制造時代的現(xiàn)代工業(yè)研發(fā)體系。全圖呈現(xiàn)出“信息化在左，數(shù)字化在右；知識在前方，智慧在遠方”的理念。

審核編輯 黃昊宇