重大科技项目模块化创新管理方法研究——对美国国防采办管理方法的探析，本文主要内容关键词为：方法论文,探析论文,美国论文,国防论文,项目论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
为提高国家竞争优势，围绕国家目标组织实施重大专项计划，是多个国家和地区，如美国、欧洲、日本、韩国等采取的重要举措。2007年2月我国发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》，确定了未来力争取得突破的16个重大科技专项[1]，涉及信息、生物等战略产业领域，能源资源环境和人民健康等重大紧迫问题以及军民两用技术和国防技术。
重大科技专项不同于一般的研究开发项目，它需要通过核心技术突破和资源集成，在一定时限内完成重大战略产品、关键共性技术或重大工程，以实现重要的国家目标。实施过程中所涉及的因素非常复杂，对管理创新提出了新的挑战，如何通过管理创新保证重大科技专项目标的实现，并在重大科技专项的实施过程中凝聚我国科技创新能力是一项重要而紧迫的任务。
美国科技创新的实力有力地证明了美国科技管理的效率。直接对R&D的资金投入是政府推动技术创新的重要政策工具，根据美国基金委的统计数据，2006年在联邦政府支持的R&D经费中，57.4％与国防项目有关[2]。回顾美国科技发展的历史也不难发现，国防采办对美国整个科技发展和政府支持企业创新中发挥了极为重要的作用：巨额的国防采办一方面为新的高技术企业提供了最初的市场；另一方面促进了军事技术向民用产品的溢出[3]。该制度促进了美国在武器装备相关领域科学技术的发展和创新，使之处于全球领先地位，并在尖端技术领域形成军民共享的技术研发体制[4]。今天许多具有决定意义的科技创新，如计算机技术，其源头与国防需要和国防采办有着紧密的联系。鉴于美国在国防采办项目取得的良好效果，研究其在创新管理上采用的先进技术和管理方法将具有重要的借鉴意义，特别是目前越来越多地科研项目布局与国家目标的联系越来越紧密，目标导向的科技管理方法急需向科学化、理性化的方向发展。
本文通过研究美国国防采办创新管理过程，分析其创新管理中采用的主要技术和方法，分析重大项目创新过程管理的几个关键环节，提出重大项目模块化创新管理技术与方法。
1 大型科技项目模块化创新管理问题的提出
随着技术创新网络化的发展，从技术和产品创新管理所涉及的要素越来越多，系统也变得越来越复杂。创新的利益相关者和过程不仅局限于相关供应链企业，而是也包括政府、大学、科研机构、竞争对手企业等各环节。今天，创新系统之所以备受关注，其中一个重要的原因就是系统的设计、运转过程需要考虑整合各方面的力量，创新需要整合各种活动和过程。因此，对跨行业、跨部门的技术创新合作管理的方法研究，尤其是关于如何有效的进行科研项目的模块化分解，如何处理模块化创新中的界面管理问题，更好协调各模块间的发展并有效的进行模块整合，成为创新管理理论和方法的探索方向。
20世纪90年代学术界开始关注“模块化”的研究，并将其作为战略管理和产业经济研究的一个热点，被应用到多个产业[5]。模块化创新已成为复杂产品系统的主要创新方式，并改变着产业结构的本质[6]。Carliss Baldwin等(1997，2000)等根据计算机产业发展阐明如何通过消除系统内部的相互依赖性实现模块化的设计[7]，提出结构、界面与标准是模块化创新中重要的系统规则(看得见的规则)，并根据期权(option)理论简要论述不同的模块操作手段带来的价值。青木昌彦提出了模块化集中的硅谷模式，认为模块化设计的“舵手”就是“找出路径的人”(path finder)，并提出模块化正产生新的期权价值[8]。陈劲等(1997，2006，2007)等针对复杂产品系统的模块化创新进行了一系列深入探讨，分析了地铁交通、无线传输系统等多个模块化创新的案例，提出创新流和管理策略，并采用结构方程方法定量探讨模块化创新的关键因素[9]。
虽然目前有关模块化创新的研究主要集中于计算机、汽车等产品的产业研究层面。但其思想对公共资助的大型科研项目的管理具有重要的启发意义。一项大型科技项目必然会面临一些共同的创新管理问题：首先，如何将一个总目标进行任务分解，即模块分解的问题，用何种方法能保证任务分解的结构具有合理性？第二，分解的各个子模块(即子任务的执行)相互怎样交叉合作？用何种方法能保证它们相互之间既能够各自独立创新，又能够彼此可以衔接？即分解后的子模块之间的界面问题；第三，如何进行各模块之间的组织协调？由于设计的部门较多，利益主体多元化，如何通过体制建构一种协调机制使大型项目顺利开展？第四，在项目执行过程中存在不确定性，如何适时地进行调整，通过过程控制降低风险并保证总目标的实现？
从模块化创新的角度考虑，大型科技项目的创新管理必然触及到模块分解、界面管理、组织协调、过程控制四大类问题。这些问题是目标导向的大型科技项目在管理中必须解决的问题。美国国防采办管理的工具和技术对以上这些问题做出了较为明确的诠释。下文分别对其进行进一步分析。
2 如何实现对大型项目的任务分解
由于重大国防采办项目多为复杂的产品系统，需要大型的设计队伍，涉及到多个承担单位，承担者要求高度专业化；相关技术需要协调发展(如技术突破与产业化问题)，对资源的分配和整合方式提出了较高的要求。
2.1 工作分解结构的原则
美国国防采办项目管理办公室根据系统和产品的可分解原理组织系统研制生产活动，按照体系结构将大型项目有逻辑的分解为工作包，采用工作分解结构(Work Breakdown Structure，WBS)方法，将产品的体系结构与其相关的服务有机的组成树状的层次结构，确定包括硬件、软件、服务、资料和设施等组成系统构成要素的模块，并建立这些模块之间及其与最终产品的关系，从而连接不同的技术管理过程获得整合的系统设计。
国防部MIL-HDBK-881文件对采办中工作分解结构的过程进行了详细的说明，并确定了包括飞机、导弹、军火等九个系统在内的三级分解结构框架，而三级之下的模块由系统承包商负责制定，这样既可以保证模块化系统中合理的结构，又使系统的发展及设计生产具有一定的灵活性，因而避免了集成过程所带来的柔性低下的问题。
图1 国防采办模块集中示意图
这样，国防采办的模块集中化过程将包括两个级别的操作主体，在顶层是典型的金字塔型分割①，由采办管理者充当“舵手”的角色，处理系统信息，确定整个系统的设计规则和模块的联系规则(看得见的规则)，如上图1所示。由系统承包商充当“次级舵手”的角色，根据顶层的设计规则选择采取金字塔型分割或者信息同化型联系，使子系统级别的显性信息在系统承包商和模块之间交换。
2.2 工作分解结构的目的
经过工作分解结构形成的模块化系统设计与生产的特征表现在：构成系统的过程是通过组合、而非融合等集成的方式，将各种能执行单一独立功能或逻辑任务的部件结合[11]。为避免出现系统生产前后脱节现象，从项目的概念性阶段就进行总体设计阶段，对相应的技术路线方案进行选择和风险控制，然后逐步发展。
工作分解结构方法把项目的目标和各项活动与资源联系在一起，并形成合同的分解结构，既便于初始的预算，又简化随后的费用报告。工作分解结构形成的模块化设计，为项目管理者组织系统研制和生产活动建立有效协调的组织结构和工作组框架，在业务上为预算和费用估算提供结构框架，在技术方面进行技术状态和资料管理，组织风险管理分析并进行跟踪，自上而下的结构使各项目自上而下的流程具有连续性，便于技术升级，使项目管理者可以随时跟踪项目情况，增强向下分配的能力，使用户能够根据需要快速和经济的实现连接和组装现役平台、系统、分系统和部件，达到资源的优化配置和便利的系统升级途径。
3 如何实现有效的界面管理
模块化创新关键在于接口设计和界面管理，使用户能够根据需要快速和经济的实现连接和组装，美国国防采办过程一直遵守并不断更新完善标准体系，以一种有效的方式共享技术语言。其标准技术水平先进，体系完整配套，为模块化创新提供了开放的平台。采办过程中的标准规定产品项目、材料、工艺、方法、设计以及工程惯例的工程与技术的限制条件和应用要求，是总结“集体经验”的文件[12]，说明系统的各个模块必须做什么，做到什么程度以及如何进行验证。
3.1 “互操作性”成为模块化创新标准体系的核心
模块化创新的规则强调模块可以在多个平台和统一平台的多个系统中通用，实现各系统间的通用性和部件的重复使用，通过规定模块的物理接口和功能界面标准，使之相互配合、协调运转。从政策角度看，1994年以后美国国防部从新战略出发，发展军民两用技术，建立军民一体化的“国家科技工业基础”。通过积极采纳非政府标准和商用标准，优先采用现有的商业产品可以降低采办成本，加快周期，并且将中小企业纳入创新体系。
这样，在产业中企业进行模块化存在的潜在创新成本却成为国防采办的优势，对企业来说模块化设计的过程需要耗费大量资源，而建立模块化的设计与生产后，将带来潜在的竞争对手，对模块化企业而言是巨大的潜在创新成本，采办管理者却可以因此刺激其它公司凭借创新的模块加入竞争市场，增强和促进采办对象的优化，更可以通过风险投资家等金融业者来协调小企业组成的分权式集群。
3.2 标准之标准
标准的作用不仅是对各个模块接口和界面进行规范，更对采办的工作过程进行规范，贯穿美国国防采办过程的始终。国防部的标准体系包括国际标准化协议、国防部规范、国防部标准和国防部手册四个部分。对模块化设计的接口界面、惯例、设计准则、试验方法和制造过程都有详细的规定，更形成“标准的标准”，MIL-HDBK-962[13]对国防采办过程中标准的编制进行规范和说明。
在国防采办的过程中，随着研制过程的推进，每一步都形成更为详细的描述系统的规范文件，作为一种标准清晰准确的描述对产品项目、材料或者服务的基本技术要求，根据功能、性能和接口确定这些要求满足应用的系统。在进行模块化设计时，接口尽量由公开标准加以规定。
3.3 开放的标准体系有利于知识的积累与传承
规范文件和标准将需求从顶层传递到设计文件，自上而下，前后承接的细化过程构成了一个逻辑清晰、层次渐近的系统整体，有助于避免重复和矛盾，便于准确估算必需的工作量和资源，加强各项模块和任务的负责机构之间的协调沟通。
标准的体系也形成了知识的分类、积累和传承机制。在模块化创新的过程信息规则的不断交换中，将产生新的知识，而经实践验证过得到认可的知识、方法和管理应用实践将被纳入标准的体系。这种基础能在某种程度上有效地解决大型复杂的武器装备研制、生产和管理、使用过程中的知识积累和知识传承工作。
4 如何进行模块间的组织协调
由于模块化设计的不确定性增加了采办管理和决策的难度，需要及时协调平衡不同任务之间的矛盾，国防采办模块化创新得以有效运作的重要保证就是组织结构和决策方式的有效变革：建立产品综合工作组(IPT)，采用并行决策的模式。
并行决策主要使用的管理技术为综合过程和产品研制(IPPD)，作为并行工程的扩展，通过使用多学科工作组的方式把所有最主要的职能机构结合为一个整体，其目的是对从确定要求开始，直至生产、部署和使用保障的所有采办活动进行综合，以优化设计、制造、商务和保障过程。
综合工作组根据工作分解结构设置，与模块化的系统设计相匹配，形成纵向联络的层级结构，完成上下级之间的沟通和决策工作。IPT包括各主要职能学科、技术专业和业务保障方面的人员，代表政府、国防部和承包商各方的利益，在工作网内建立纵横交错的联系网络同时又限制过分交叉，加强工作的协调性。
在不同的工作组之间实现横向联络的方法是设置具有“守门人”(gatekeeper)角色的职位，协助工作组设计最终产品，让每个工作组都能了解他们的决策将如何影响其它的工作组，同时也了解这两个产品在技术和接口方面存在的问题，为决策和工作组形成开放互动的节点(如图2所示)。
图2 并行决策工作组示意图
5 如何实现对项目进度和创新风险的过程控制
为控制模块化创新的时间进度和风险，美国国防采办采用阶段门(Stage-gate)方法管理采办项目。通过将采办过程划分不同阶段，建立模块功能和表现的评价体系，在关键阶段设置里程碑决策点，确定项目未来的发展方向。
2003年的5000系列文件把国防采办程序分为系统采办前期、系统采办和持续保障三项活动，分为用户需求与技术机遇、方案精选、技术开发、系统开发与演示验证、生产与部署、使用和保障等阶段，三个里程碑决策点A、B、C设置在方案精选、系统开发与演示验证和生产与部署阶段前[14]。
处于不同阶段的项目，可根据特定阶段的准入标准和法定要求，由里程碑决策者采用技术成熟度(Technology Readiness Levels，TRL)评估方法确定里程碑决策点纳入采办某阶段，是否向下一阶段推进，以使采办的进程处于管理者的控制范围内。TRL是提供了一种定量化的描述和度量技术成熟程度的结构化方法，根据评价不同类型技术的实用水平，评估为达到每一级技术实用水平项目所要承担的风险，它最初由NASA(美国国家航空和宇宙航行局)于1995年采用，美国防部于2001年6月起采用此项结构，并将其应用于现今所有重大采办项目[15]。技术的成熟度由国防部各部门的科学技术部门确定，目前分为九个级别，TRL1级只掌握或了解技术的基本原理，TRL9级则通过成功的任务运行确认系统技术符合要求。
采办过程中，复杂系统的技术状态不是一成不变的，需求更改将影响系统的技术状态，TRL方法根据获得的信息决定不同的模块如何继续下一阶段的研制工作，加速从科学技术向采办与部署的转移，可以有选择的实施产品改进策略，确定渐进式采办或者一步到位的采办策略。
6 模块化创新过程模型
将以上各个因素进行综合可以看出，模块化创新管理包含着这样的过程(图3)：建立产品系统的体系结构，设定顶层系统规则进行模块化设计，确定各单元之间的界面，规定每个系统集成商遵守的标准，然后设定相应的节点对模块和产品进行检验控制，在工作过程的每个阶段都有相应的控制和反馈措施，直至整合成最终的产品系统，并不断推进系统的升级。
7 主要结论
以上通过研究美国国防的采办创新管理过程，分析了其模块化创新管理中采用的主要技术和方法，包括：工作分解结构方法以及模块化设计的规则；标准体系在建立规则平台方面的基础作用；与之相关的组织结构、决策模式和过程控制方法。在此基础上，建立了采办过程模块化创新管理的过程模型。
作为创新管理的方法，模块化创新能使更多的资源直接用于工作，加强复杂产品系统项目的可控性，促进知识的积累和传承，其关键目标是建立在标准化的管理流程之上的战略合作，提供一种公平规范的竞争平台，相关管理技术和方法的研究对我国重大科技项目管理的实践将有重要的借鉴作用。
图3 美国国防采办创新模块化创新过程示意图
首先，标准化构成了模块化创新的基础，通过采用公开的标准及工作过程形成的各种规范，将整个系统的需求与进展过程体现逐层分解细化，对整个的流程及对象有了统一的定义，使管理过程的各个环节及参与者在一个公开透明的平台上操作，也为评估验证工作提供了依托。标准体系同时也是一种知识积累和管理机制。在创新过程中的每一系统过程都有知识生成机制，而积累的知识经过实践验证和认可后将写入标准文件内，成为以后工作的依据，在此过程将隐性的知识尽可能的显性化。相应的积累知识将为国家战略和技术发展及需求过程的整合提供支撑，整个创新过程构成一个开放的循环过程。
第二，在定义好的系统、规则、标准的基础上，通过工作分解结构实现模块化系统设计，为系统体系结构提供基准模型，确定关键技术。采用阶段门控制方法确保项目的进程和发展符合预期的要求，而评价的依据是关键技术的技术成熟度评估等定量的控制方法，在这种过程中，只要有新的技术符合技术成熟度的评估就可以纳入创新的过程，对系统进行更新，从而加速从科学技术向应用商业化的转移。
第三，创新过程实际上是通过标准界面实现创新单元间合作的创新形式，由模块研制单元与模块制造企业等多类型单位进行的并行创新，从事前的设计和生产的集中控制转向分散化的创新，同时伴随着更灵活、更大众化的设计规则(产业标准)以及事后的竞争性再集中。根据开放式的系统结构和独立的模块设计，可将包括中小企业在内的创新单元纳入创新系统，便于使用具有竞争力的商业产品，并鼓励渐进式的创新。
第四，在初步形成的满足要求的系统产品后，可以根据技术及需求的发展情况，从方案、技术、设计、生产、系统等角度进行渐进式创新，对系统产品进行改进，只要有新的发展思路，就可以随时纳入系统创新的过程，形成螺旋式上升的模块化创新过程。
注释：
①青木昌彦(2001)提出，详见《比较制度分析》。