产品类型
根据定义,系统由相互作用的元素组成。 系统本身通常是一个更大系统的一个元素,每个元素通常也可以被视为一个独立的系统。
一个 系统元素由一个或多个产品组成。 需要生产或获取产品。 有些可以按原样获得或采购,无需制造或修改。 其他需要设计,在某些情况下,需要系统设计(Martin 1997)。 基本产品类型如下图所示。
产品类型不限于硬件或软件。 许多其他类型的产品执行满足利益相关者需求所必需的功能。 有些仅与某些行业或领域相关,例如土木工程结构、航运或海军领域的船舶。 系统工程师必须记住不要将系统所需的行为单独分配给硬件和软件元素。
虽然我们可以将产品的概念与具体的对象联系起来,例如计算机芯片、电话、飞机,甚至指挥、控制和通信中心,但组织或流程也可以是产品。 有时产品不够复杂,不足以证明执行产品 SE 的合理性,只需要产品设计工程。 企业 SE 和服务 SE 应确定产品是否需要产品 SE。
产品分类
对于任何正在开发的系统,系统工程师必须决定要包含哪些正确的元素。 这不是不言而喻的,因为基本的产品类型不一定是相互排斥的。 例如,有些人会认为设施包含硬件和人员。 其他人会认为设施与硬件和人员分开。 有些会包括材料作为硬件的一部分,而另一些则不会。 创建产品类型的分类可以帮助系统工程师清楚而彻底地思考要包括哪些组件。
业务目标和产品
在开发和推出新产品时,企业必须使该产品与其业务目标、内部能力和竞争保持一致。 它必须使最终产品与预期实现和维持它的系统保持一致。
新产品概念必须基于分析,即除了产品潜力之外,还探索企业利用该潜力的能力,包括组织文化、重点、目标和流程等因素。 必须分析当前和未来的市场和技术。 竞争的几个维度也是如此:竞争对手的产品和他们的计划,进入新市场和产品扩展,包括新功能、特性或服务。 这些以及企业对其做出反应的能力也必须得到监控,以使企业长期保持竞争力。
自 1970 年代以来,经济全球化加速,迫使企业响应全球需求,而不仅仅是本地或区域需求。 在由此产生的竞争激烈的商业环境中,企业必须分析他们的财务目标、市场地位和他们参与的业务部门,以便了解需要哪些产品。
对于全新的产品、产品改进、新市场的渗透以及现有市场的增长,情况都是如此。
产品系统工程与产品开发的关系
产品开发是将新产品推向市场的过程。 产品 SE (PSE) 考虑完整的产品系统——即产品在其所有支持元素的背景下。 PSE 采用完整的生命周期视角,“从摇篮到坟墓”或“从尘土到尘土”。
基于技术的产品开发可能被认为来自两个来源。 一是创新增强现有技术,是针对相对短期的市场窗口。 另一个涉及长期研究,以确定实现这一概念所需的技术发展。 这些技术可能在不久的将来无法预见其可用性,这意味着在达到概念验证、初始运营能力 (IOC) 或原型设计阶段之前可能需要大量投资和较长的交付周期,更不用说承诺实现实际产品供应。 一些作者声称,第二个来源的系统工程过程和新产品开发 (NPD) 过程是一回事。
战略计划(长期应用研究)在军用飞机或生物工程等领域实现新产品正是来自第二个来源。 当研究解决有关科学或国家/地区利益技术问题的基本问题时,就会出现突破。
本文集中讨论基于技术的产品开发的第一个来源,即由不断发展的市场需求驱动的产品开发,以增强现有技术。
产品开发模式
当利用现有或近期的技术创新来产生新的产品创意时,产品开发可能会遵循以下任何一种情况(Phillips 2001):
- 产品开发可以使用成熟的技术来帮助企业提高当前运营的效率。
- 产品开发可以使用成熟的技术来帮助企业进行新的运营。
- 产品开发可以使用前沿技术来提高当前运营的效率。
- 产品开发可以使用前沿技术来帮助企业进行新的运营。
产品本身可能只是对现有产品或其外观的修改,它可能具有新的或不同的特性,为客户提供额外的好处,和/或它可能是全新的并满足新定义的客户需求或市场利基( http://www.businessdictionary.com/definition/product-development.html )。
现有的实现或维持系统可能不足以开发给定的产品。 例如,可能需要改变开发实践,使用不同的测试方法或设施,或者升级制造设备和程序。 可能需要改进客户支持程序和新培训的支持人员,升级维护设施和工具,或改进备件交付技术。
市场压力
产品开发过程必须是动态的、适应性强的,并且在成本、上市时间、性能和质量方面在全球范围内具有竞争力。 这是因为在全球经济中不断的技术创新和不断发展的市场和客户需求需要快速响应。
产品本身通常是多学科的; 产品开发必须有密切的参与,不仅要从不同的专业工程领域(机械、电气、工业、材料等),还要从金融领域分析开发(包括生产)、营销和销售的总成本了解市场行为和接受度、制造商和分销商以及法律和公共关系专家。
所有这些都要求企业评估他们如何创造他们的产品和服务。 结果是努力简化开发过程。 这方面的一个例子是集成产品团队 (IPT) 的部署,有时称为集成产品开发团队 (IPDT)。
产品系统工程
产品系统工程致力于有效利用公司资源,以实现业务目标并交付优质产品。 产品系统工程活动范围从概念到分析再到设计,并确定如何改变概念和物理因素以制造满足客户要求的最具成本效益、环保的产品。 设计产品系统需要跨学科方法,包括对产品及其相关要素(如制造、维护、支持、物流、淘汰和处置)的分析; 这些都是属于实现系统或维持系统的活动。 系统工程和分析的正确应用可确保及时平衡地使用人力、财力、
产品与购买它们的客户一样多样化,并且没有普遍接受的方法、流程和技术 (MPT) 用于对产品及其支持子系统进行端到端分析。 每个产品都需要根据先前的经验和最佳实践来调整现有的 MPT,例如 Toyota (Hitchens 2007)、MITRE (Trudeau 2010) 和 NASA (NASA SELDP 2011)。 产品系统工程通过执行以下任务帮助开发产品和子系统的端到端分析:
- 确定产品系统的总体需求范围;
- 定义产品和系统要求;
- 考虑产品系统不同元素之间的所有交互;
- 组织和整合工程学科; 和
- 建立包括审查、评估和反馈在内的规范方法,并确保有序和有效的进展。
不断发展的需求和要求,以及不断的技术创新,甚至可能在部署之前就使承诺的产品开发过时。 这导致了系统工程专业人士之间关于系统工程过程需要变得更快适应的辩论。 正在研究和提出基于平台的解决方案来解决其中一些挑战(基础设施即服务、平台即服务和软件即服务)(MITRE 2010;Boehm 2010)。
集成产品开发流程
集成产品开发流程 (IPDP) 从了解市场需求和制定战略开始,以创造满足或超过客户期望的产品,响应不断变化的客户需求,适应不断变化的业务环境,并结合系统思维来产生新颖的想法和合作利益相关者广泛参与,创造价值。 IPDP 是一个不断发展的过程,致力于实现其成本、性能、特性和上市时间有助于提高公司盈利能力和市场份额的产品。 马格拉布等人。 (2010) 从四个不同阶段讨论了 IPDP; 图 1 提供了 IPDP 的快照以及在每个阶段执行的主要任务。
第一阶段:产品识别
在产品识别阶段,企业的目标是确定一个企业范围的战略,该战略向下延伸到单个产品战略,从而为公司带来良好的业务投资。 在此阶段,除了产品的地理覆盖范围外,还确定了产品的潜在市场。 这一阶段的发展表明强烈的客户需求、潜在市场和地理范围的确定、企业核心能力与产品战略的匹配度、业务盈利能力(投资回报率、损益)等。
在此阶段,集成产品团队 (IPT) 首先为项目开发 IPDP,通常是通过定制公司 IPDP 标准。 IPT 评估所需的技术创新、现有技术的可行性、技术开发的预计时间和成本,以及与市场、财务和技术风险等相关的风险。这一阶段还考虑了持续改进 (CI) 流程的投入,以在现有产品中开发新功能和增强功能,以满足新的市场需求或客户需求。
第二阶段:概念发展
概念开发阶段的主要目标是为潜在产品生成可行的概念,并开发满足产品经济可行性和客户满意度的性能目标的 MPT。 这些概念设计必须确保公司的核心竞争力能够满足生产产品的要求,同时通过对替代工艺的广泛分析考虑市场可行性、可制造性和技术可行性。
在这一阶段,SE 支持 IPT 识别不同的运营场景和运营模式、产品的功能需求、技术和性能风险、产品的主要组成部分和它们之间所需的接口等。在几个 IPT 之间迭代交换概念,并且根据产品的复杂性,可能需要一个系统工程集成团队来确保分析所有可能的解决方案。 在此阶段,来自 CI 流程的输入有助于分析新技术/流程,包括对现有技术的升级,并创建可增强客户体验的产品。
第三阶段:设计和制造
在设计和制造阶段,实际产品被实现和制造。 此阶段首先为产品创建工程图、产品配置项规格、“X 设计”(DFX)、制造设计计划、生产计划和时间表、测试生产运行以确保产品满足客户要求和质量标准,以及全面的生产、物流和配送计划。
在此阶段,产品设计和制造工程团队与运营经理密切合作,创建 MPT,从端到端的角度管理产品的技术工作。 此阶段的一些 SE 活动包括产品集成、验证和确认计划; 关键场景下产品系统的建模、仿真、测试和评估; 启动准备计划,包括最终用户测试计划、操作准备等。在此阶段,开发并记录 MPT,以正确处理有缺陷的零件、流程或功能。 CI 过程输入包括产品和过程性能增强以及持续的生命周期操作支持。
第四阶段:产品发布
在产品发布阶段,产品被交付到其潜在市场。 在生产和部署期间,开发 MPT 以确保产品满足其质量目标、满足客户要求并实现业务计划目标。 这需要客户关怀、物流、维护、培训等方面的规定,以及监控产品和产品系统技术性能和产品质量的 CI 流程。 CI 过程是通过使用客户满意度调查以及远程或手动观察、记录和分析过程性能指标、技术性能指标、质量指标等的广泛数据收集来实现的。
图 1. 集成产品开发流程。 (SEBoK 原创)
产品系统工程与技术开发的关系
随着技术进步的加速,产品生命周期变得更短,特别是对于高科技产品。 因此,企业面临着与市场趋势、技术趋势或客户期望失去同步的过时或过时产品的风险。
产品系统工程应该将技术变化和趋势的意识带入新产品创意或创新的分析中。 这会影响产品技术可行性分析的时间和成本投入。 结果应包括所需技术开发的路线图,然后用于创建新产品的总体路线图。
在这些情况下,新产品创意对新技术开发提出了要求。
另一方面,当技术发展或突破推动产品创新或产生新市场时,技术发展也可能产生对产品特性和功能的要求。 决定引入产品的决定因素包括技术准备水平 (TRL)、集成准备水平 (IRL)、制造准备水平 (MRL)、系统准备水平 (SRL) 以及企业启动产品体系。 请参阅产品系统工程特殊活动 文章 中的“准备程度”部分。
了解组成产品的实体(即组件或元素)对于系统工程师来说并非易事。 新产品需要开发多种技术的情况并不罕见,包括新材料、电子元件、软件、维护和维修程序、流程或组织结构。 为了成功部署和正确使用产品,所有这些发展都必须纳入 IPDP。
图 2. 构成产品系统的基本产品类型(Martin 1997)。 本材料经 John Wiley & Sons, Inc. 许可复制。版权所有者保留所有其他权利。
产品类型示例
每种产品类型的示例如下所示(Martin 1997)。
表 1. 产品类型(Martin 1997)。 本材料经 John Wiley & Sons, Inc. 许可复制。
类型 | 例子 |
硬件 |
计算机处理器单元、雷达发射器、卫星有效载荷、电话、柴油发动机、数据存储设备、网络路由器、飞机起落架 |
软件 |
计算机操作系统、固件、卫星控制算法、机器人控制代码、电话交换软件、数据库应用 |
人员 |
宇航员、计算机操作员、文员、业务主管、莱卡(宇航员狗)、公交车司机、收银员、维修技师 |
设施 |
航天火箭发射台、仓库大楼、航运码头、机场跑道、铁轨、会议室、交通隧道、桥梁、局域网电缆 |
数据 |
人员记录、卫星遥测数据、指挥和控制指令、客户满意度评分 |
材料 |
石墨复合材料、纸、金、混凝土、石材、玻璃纤维、雷达吸收材料、覆层金属、集成电路基板、磁记忆芯 |
媒体 |
数据存储媒体(磁带、磁盘、存储卡)、信号传输媒体(双绞线、光纤电缆、射频频谱)、通信媒体(电视、广播、杂志)、社交媒体(博客、Twitter、Facebook) |
技术 |
焊接、故障技巧响应流程、变更通知处理、电话应答协议、项目调度、数据排序算法 |
材料可以被认为是基本原材料,如钢,或复杂材料,如复合金属、石墨复合材料或建筑骨料。 人员通常不被视为“产品”,但这可能会根据相关系统的类型而改变。 美国国家航空航天局 (NASA) 太空计划“系统”肯定会产生宇航员。 当人员被视为产品时,通常不可能简单地找到并雇用具有必要知识、技能和经验的人员。 这些人员“产品”通常可以使用产品 SE 方法开发(Martin 1996)。 例如,您可以为系统中的每个人指定要求(即,所需的知识、技能和经验)。 可以为每个人指定接口, 并且可以对每个人(即每个潜在产品)的成熟度进行评估。 这些是产品 SE 如何应用于个人产品的几个示例。
在企业系统工程中,我们可能需要教育和培训系统来构成我们人事系统的一部分,以培养具有适当能力和能力的人。
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