复杂产品系统
复杂产品系统(Complex Product Systems, 简称CoPS)
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复杂产品系统的定义[1]
复杂产品系统是指研发成本高、规模大、技术含量高、单件或小批量定制化、集成度高的的大型产品、系统或基础设施。它包括大型通讯系统、航空航天系统、大型船只、电力网络控制系统、高速列车、大型武器装备等, 与现代工业休戚相关, 直接影响到一个国家的综合国力和核心竞争力。
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。
复杂产品系统的研究简介[2]
过去的和现有的许多研究都是集中在传统大规模制造产品, 关注传统的大规模制造产品的生产、研发、营销、制造等领域。对复杂产品系统的关注才刚刚开始, 主要是以欧盟国家的研究人员, 其中以英国苏塞克斯大学的SPRU 中心和布莱顿大学的Centrim 中心为主。霍布德最早提出复杂产品系统研究框架, 提出英国的后规模经济模式应该为复杂产品系统创新模式。布莱迪和拉什在1995年对复杂产品系统的创新过程进行了比较深入的研究, 并且定义了复杂产品系统创新区别于常规产品创新的主要特征。甘恩和索特尔 、甘恩和米勒则聚集于复杂产品系统的项目管理过程。国内以陈劲为代表对复杂产品系统创新过程的风险、组织、能力以及评价标准等体系进行了研究。
复杂产品系统的特性[2]
与传统大规模制造产品相比,复杂产品系统具有以下不同的特性:
1.产品特性。复杂产品系统由许多具有复杂界面以及为用户定制的模块和模块子系统等组件组成,各组件常以层次链方式集成并为特定的客户预制,组件往往自身就具有用户定义和高成本的特性。
2.生产特性。复杂产品系统一般为特定用户以单件/小批量进行定制生产,复杂产品系统的研发与生产往往融合在一起,当整个产品系统研发制造出来之后,就直接单个/件交付用户,而不再像大规模制造的产品那样,在新产品研发出来之后,还存在扩大再生产的过程。由于复杂产品系统的系统集成化程度高,由许许多多的模块和零部件组成,其开发成功能够推动其它相关产业的发展,进而带动其它普通大规模制造产品的发展。
3.创新过程(研究与设计)。复杂产品系统创新并不遵循厄特巴克所描述的一般产品的创新生命周期规律。复杂产品系统的创新过程需要用户的高度介入。
4.竞争战略与创新协调。复杂产品系统的竞争战略关注点不再是像普通大规模产品那样关注生产的规模效应,而是产品/系统的设计和研发。%市场特性。Hobday和Brady,陈劲等人提出,复杂产品系统的高技术、大投入等特征使得能够提供复杂产品系统的集成制造厂商在整个行业中相对较少决定了该产品行业市场结构的特点,复杂产品系统所处的行业结构一般多为寡头市场,“双头垄断结构”是复杂产品系统最为典型的市场特征。
CoPS的范围与对象[3]
为了说明CoPS如何与制造以及项目管理领域发生联系，霍伯德借用了伍德沃的传统产业分类方法，即：(A)项目> 一次性；(B)小批量；(C)大批量；(D)大规模；(E)连续生产。下图对CoPS项目进行了定位。
霍伯德认为CoPS包括了(A)类和(B)类中所有的高价值、复杂、高技术的网络、基础设施和工程产品。诸如道路工程、简单建筑工程这样的成熟技术以及小型的低价值产品是不应当被包括到CoPS中的。但反过来，(C)类和(E)类中大部分产品的生产都将依赖于计算机网络、设施、设备以及其他高端类CoPS系统。换句话说，所有的CoPS都属于资本货物，但反过来，并非所有资本货物都是CoPS。
目前人类对创新及管理的各种隐性和显性认识大都来自于对(C)、(D)、(E)类生产的研究，尤其是对汽车和半导体这类大规模生产产品的研究。(A)类和(B)类长期以来都被认为是特例，而非研究的普遍分类。
CoPS具体涉及的范围很广，包括：空中交通管制系统、飞机引擎、银行自动处理系统、散装货轮、化工厂、广域网、空间站、水源供应系统，等等。对象包括了诸如飞机用电子部件这类的子系统。某些CoPS系统可能与低技术产品有重叠，例如道路或建筑类的标准土木工程项目。
CoPS的关键产品维度[3]
为了分析CoPS中创新与产业协作的本质，除了沿用特定领域或产业的原有维度外，霍伯德认为还需要确定新的关键分析要素。通过原有的和新建立的这些维度，就可以得到一个对产品复杂性的大致界定，同时这些维度也将有助于构建与创新相关的复杂性的各种指标。为此，霍伯德利用下图给出了一些CoPS的关键产品维度。图- 中的维度虽然没有能够涵括所有方面，但至少说明了一些CoPS关键产品的特征。
这些特征直接涉及到了创新管理、产品复杂性、不确在CoPS项目的系统架构下，对于特定零部件而言，完全可能存在多种设计路线，系统表现上的微小进步可能意味着对零部件的重大革新。因此，在CoPS项目中选择设计方案是一件让人极其头疼的事，尤其是在技术不断变化、用户要求经常不确定、很多零部件需要定制的情况下。为了确定系统架构和零部件设计路线，CoPS项目需要建立特别的企业间合作模式。
在缺乏正常市场选择机制的背景下，CoPS项目应当通过机制结构来保障参与企业建立项目、实现市场目标和进行创新。CoPS产品复杂性的另一维度是独特知识库的多样性。对复杂系统的整合会涉及各种技能与工程投入，其范围远远超越了个体生产厂商所具备的能力。例如，现代飞机制造就涉及了新材料、软件技术、流体力学和通讯技术等多种专业知识。CoPS的另一独特性是用户对项目的参与程度和用户自己对最终需求的理解。CoPS用户有时候自己并不十分肯定需要提供什么样产品（或者到底能够生产出什么），有时随着项目的进行，用户需求又出现了变化。同时，其他供应商的加入也会使协作更加困难。参与到产品规划、设计和制造中的企业越多，协作任务就越复杂。此外，CoPS项目中经常会有政府管理部门涉足，他们的参与与其公共职责有关，既可能有安全方面的原因（如飞机制造和大厦建设），也可能是由于标准等问题（如电信工程项目）。嵌入式软件由于其在系统控制和系统性能改善方面发挥了越来越重要的作用而成为CoPS项目的另一个重要产品维度。当前，软件工程在飞行模拟器、军事系统、电信交换机、空中管制系统、飞机引擎等CoPS系统中的作用显而易见。
图1可以大致描绘出某个CoPS项目的概况，然而就协作的困难性而言，不是所有维度都是均等的。例如，无论其它要素是怎样一种状况，嵌入软件水平这个维度在CoPS项目中风险性一定很大。并且，CoPS项目在图2中一般都会表现为向左端偏移，这表明CoPS项目具有非常高的协作复杂性和风险。例如，英法海峡隧道项目就涉及了数百家企业的参与。我国的三峡大坝建设工程也属于此类项目。如果有的项目在图2中向右偏移，这就意味着该项目可能是民用飞行模拟器这样的小批量生产独立系统，相对而言项目技术新颖性不高、风险较低且可以重复生产。当然，即使是这样的CoPS项目，也比自行车这类用标准零部件大批量生产的产品所涉及的复杂性要高得多。
复杂产品系统创新的利益相关者[4]
长期以来,大规模制造产品的技术创新研究已经涉及利益相关者,如传统的供应商、领先用户、产学研合作等,但这些研究缺乏在当前复杂场景下技术创新管理的多利益相关者的协调研究,更没有与日趋成熟的企业利益相关者理论思想结合。
复杂产品系统的复杂性在于其对技术深度与宽度、新知识运用程度及客户化程度的要求高,通常是由许多不同技术领域的元件或次系统所集成,不同技术在不同层次水平上相互作用的多技术系统。CoPS项目创新越是复杂,对设计、开发和系统集成的技术要求也越高,所涉及的利益相关者更加多元化也更为复杂,包括系统集成商、分包商、用户、供应商、研发机构、政府相关部门和行业监管协会等,如下图所示。
复杂产品系统的创新开发方式一般是一个或多个用户有需要订购意向,先进行招标,然后由具体一个集成供应商中标后总承包,最后该供应商再将该大型项目进行拆分,分包给多家研发机构进行模块化开发研制,最后由集成供应商进行项目协调及项目集成。此外,政府往往是复杂产品系统的购买者,所以政府在CoPS的开发研制、采购及推广过程中起着重要的推动作用,甚至能决定复杂产品项目能否进行。
复杂产品系统创新的利益相关者作用机理[4]
在某些情况下,企业利益相关者对企业进行了相应的专用性投资并承担着风险,所以在一定的程度上应该得到相应的回报。利益相关者之所以能有发言权并很大程度上影响企业技术创新的进行,从根本上来说是由于他们具有一定的技术权力,继而应该拥有相应的利益。利益包括经济物质方面的利益,也包括非物质方面的利益。按照的利益相关者理论观点,Freeman将利益相关者从权力与利益两个维度进行研究,并建立权力—利益坐标矩阵分析框架。权力根据其资源不同分为经济权力和政治权力:经济权力一般是经济活动主体拥有的各种生产要素、商品及劳动力;政治权力所反映的是各种政治实体(群体或个体)之间相互影响、相互作用、相互制约的状况,并强调这种影响、作用、制约的方向性、不平衡性和实际结果。而利益则分为股权、经济利益和施加影响者三方面的利益。
在研究技术创新及企业实际的技术创新过程中,须考虑技术创新利益相关者的权力和利益。同样在复杂产品系统整个创新过程中,利益相关者拥有对CoPS项目创新的权力,在于他们拥有CoPS项目创新所需的各种特质资源和能力,各利益相关者掌握着不同的资源从而对项目创新拥有权力,其权力也因资源的不同呈现出不同的表现形式和大小程度,继而拥有相应的利益。CoPS项目创新各利益相关者的作用机理如下图所示,主要利益相关者为分包商和用户单位,它们通过技术权力和经济权力的行使促使系统集成商在项目过程中解决各方利益冲突,对各方利益的协调和处理,从而影响整个项目的控制活动至最后项目成功完成。
复杂产品系统企业创新面临的共同问题是复杂产品系统无法达到预期的标准,项目研制结果未能如期交付用户或成本超过预算。其原因实质是CoPS系统集成商对利益相关者的系统管理能力的缺乏,尤其是多方利益相关者的协调能力、项目管理能力、员工和供应商激励能力的不足。为提高CoPS企业的创新能力,做好CoPS项目的利益相关者的协调管理是关键,尤其是在项目各阶段对利益相关者进行充分有效地整合。
复杂产品系统创新涉及系统集成、创新网络、项目管理、技术支持设施和规章制度制定等系列活动。Brady和Davies等从价值链增值角度,将复杂产品系统创新分为早期阶段、制造、系统集成、运营、提供服务和最终消费过程。陈劲等针对复杂产品系统特殊属性,提出CoPS项目的创新思想、任务分解、外包选择、模块开发、系统集成和交付使用并跟踪完善六阶段模型。复杂产品系统创新总体上可分为初始阶段、开发集成阶段和交付阶段。
复杂产品系统技术创新初始阶段,主要利益相关者管理涉及用户、系统集成商、政府和行业监管部门等。CoPS项目形态的概念和最终构架是系统集成商和客户共同参与完成。系统集成商在该阶段一般跟踪特定客户,并与其经常沟通,及时把握用户需求,做出合理的技术预测形成最终的思想。
复杂产品系统开发集成阶段,涉及的利益相关者更加复杂。系统集成商根据技术实力的评估,兼顾成本质量和交付期限等因素选择承包商,并对承包商进行管理。在整个供应商选择的过程中,各个供应商在获取零部件承包合同后,作为利益相关者成员接受项目集成商管理。客户通过直接或间接的反馈形式参与CoPS项目创新过程。
最后的完成交付阶段,也是最为关键的阶段,因为CoPS交付不是一般工程项目交钥匙式的即时行为,而是一个长远的过程,主要是集成商、开发分包商和用户等直接利益相关者的协调管理过程。此外,在交付过程中集成商给用户进行操作培训,从系统产品的维护到突发问题的处理等。在交付后,集成商须进行长期的售后跟踪服务,包括集成系统的升级,一些技术故障的解决,收集新信息反馈给参与项目开发的利益相关者,如供应商和承包商。