敏捷式研发创新管理流程DFSS—前端预防设计日期:2021/5/25

文/AIM俐钜创新总经理兼首席创新官 詹长霖

研发创新管理对大部分的企业来说都是心里的痛,如同我们叶顾问所说的:那怕是一些大企业尝试导入IPD来解决痛点,也只是换另一个剧情痛点。究竟研发创新管理的困境与问题有那些,我列举几项,看看是否你企业也有同样问题:

千金难买早知道

在努力4个月后;才惊觉到8个月前才做过相似度80%的研发案

研发案的重点「关键质量特性(CTQ)」是什么?目标规格如何建立?

项目资源分配顺序?

研发预算的刀口?

起先想赚6%,但出货时赔10%(单位目标总成本如何预估)

加班加不完,但进度严重落后,因每天忙「救火」即使加班救火改善,质量需求始终无法满足,因旧系统或技术改善有限

外购与自制物料、组装与加工制程、采购供货商管理、现场监控等的管理重点?

突破创新机会点在哪?始可发挥最大突破创新效益,彻底超越竞争对手

简要说明一下「敏捷研发创新管理方法」重点,这方法应该可以大幅度改善你企业的研发创新管理痛点。一般标准型产品研发流程按顺序包括产品规划、产品概念发展、系统层级设计、细部设计、测试调整和量产准备等六阶段程序,适用于现阶段市场有确切或潜在需求的各类型产品。但有些产业因产品生命周期短(手机业)、制程精密度有一定上限(半导体业)、人身安全(制药业)、终端使用者无明显市场区隔(计算机操作系统)、产品次系统众多(汽车业)与高度客制化(高尔夫球杆)等不同原因,可能省略、快速重复或顺序倒置某些六阶段程序,但均不会超出此六阶段的范围。

根据产业研究机构Aberdeen Group研究报告显示,一项产品从研发、制造、上市及销售的过程中,约80%的成本是在产品设计研发与制程规划概念发展时就已经决定。新产品设计与研发始于概念发展;而终结于量产成功。其中历经产品概念发展(如何满足功能规格、质量需求与目标成本)、产品结构设计、细部设计、原型(Prototype)或样本功能测试、实验仿真小量试作(Lab. Pilot Run, LPR)、工程量试(Engineering Pilot Run, EPR)、前导量试(Pilot Run, PR)与量产阶段。若工程设计变更(Engineering Change, EC)次数过多;则产品研发时程延宕且产品研发成本甚鉅,并严重影响产品上市速度。再者,因工程设计变更时常发生,故高频率的工程设计变更应控制于「产品概念发展」阶段以大幅降低产品研发成本。

产品巿价剧烈波动的产业竞争与微利时代,产品必须持续快速设计变更与创新才可应付多元化的外观、规格、质量需求与目标成本,亦即一设计变更或创新的产品观念,必须极快速被验证是否同时满足客户规格、质量需求与目标成本,才可决定此设计变更或创新的产品观念是否可持续进行,以防止巨额的工程设计变更成本浪费于工程量试、前导量试与量产阶段。

再者,产品研发流程顺序错置及决策急促不严谨;各阶段文件数据遗漏、忽略与内涵不足,导致产品研发项目常来回救火或中途废止,深究原因乃长久以来产业界以制造能力见长,故产品研发流程常随多元化客户需求而变动,缺乏产品研发流程中的严谨规范,此为现阶段第一个努力目标。

例如「产品概念发展」阶段长久以来被业界忽略或快速通过,但此阶段应视为「产品前端预防设计」;藉以定位产品规格设计、制程设计、质量设计与生产现场管理的主要问题,避免或提出解决方案,且为兼顾功能规格、目标成本、稳健质量与突破创新的最佳机会点,而非利用「测试调整」阶段拯救功能规格、成本与质量,也失去突破创新机会点(在此阶段自由度已所剩无几),此为现阶段第二个思考方向。

「产品前端预防设计」的观念即为五阶段质量机能展开(Five-Phase Quality Function Deployment, QFD1-QFD5)的内涵(如下图),可预先检验产品概念的功能、结构、采购、制程、质量、绿色环保与生产现场监控手段中的主要问题,加以工程设计变更或避开,进而缩短产品的研发时程、成本和增加直通率。

第一阶段的QFD(QFD1)是将顾客需求(VOC)转为设计需求 ,并可聚焦于达成项目目标的少数设计重点,故可将有限项目资源进行有效配置。而将负责产品结构设计的QFD2与易组装设计(Design for Assembly, DFA)结合以简化产品结构,易制性设计(Design for Manufacturing, DFM)可得最佳制程参数或公差设计,故其结果可与QFD3结合。如此一来,物料选择(原物料、零组件与模块)、制程决定与生产条件皆有合理、连串及严谨的研发设计程序,后再配合既定的生产批量与固定成本(设置成本与各式刀、工、夹、治和模具)。QFD4是将考虑产品在生产现场时所可能发生的问题,透过此方法达成降低产品在制造过程中所发生的不良率,即为失效模式与效应分析(FMEA),可视作为质量设计(Design for Quality, DFQ) ,生产现场的复杂度可视为管理成本,配合QFD5为采购管理的质量机能展开,可快速验证一设计变更或创新的产品观念是否同时满足客户规格和质量需求的目标成本(购料成本+组装成本+固定成本+加工成本+管理成本=目标成本),此乃目标成本设计。

而产品规划阶段更需以严谨与公正制度化的方式进行,并定期(每周或每月)检视或探讨更新的必要,避免损失商机或误判为商机,徒然浪费成本与获利衰退,应充份了解客户的现阶段与未来潜在需求,配合市场接受度;聚焦于利基产品研发并逐步切换获利衰退的产品,此为现阶段第三个思考方向-产品研发项目组合的重新审视。

虽然各项研发设计常受限于客户指定、资源有限与功能矛盾等,例如客户指定某些关键目标规格或使用某些品牌的关键零组件,人力资源有限无法快速推动研发项目,欲使产品抗摔性增加;但同时其重量将增加而不易携带,在种种限制下虽然自由度降低;但仍存在众多突破创新的契机。

但现阶段创新与研发的整合能力始终无法大幅提升,必须注入研发新思维与执行力才可急起直追,使用旧经验仍不免原地踏步,此乃第四个迷思。创新构思问题解决法(TRIZ)包含问题定义与矛盾分析、系统资源利用、理想化系统与最终结果、问题解决的演化模式、矛盾矩阵、40项创新发明原则等刺激创意的方法与步骤,快速解决设计需求或关键质量要素的矛盾冲突,故可加速创新产品产出并提升附加价值。

过去研发人员经常以专利检索、试误法、脑力激荡等方式来协助开发,有别于这些方法,近年来发展迅速的TRIZ为一系统化创新性问题解决理论,其技术方法中的矛盾矩阵广泛使用在取舍问题解决,能协助创新发明者快速找到更佳的思考途径,并为提升产业界的创新能量注入ㄧ强心针。TRIZ应用于系统化创新构思并解决矛盾问题,快速激发最可能解决指定问题的TRIZ创新原则与指导方向。解决的问题包含工程技术或产品结构,系统化进行累积知识与经验学习,极有利于现阶段与后续研发项目顺利及时结案。以前端预防设计(五阶段质量机能展开)定位突破创新机会点,以TRIZ发挥最大突破创新效益,彻底超越竞争对手,始可趋近世界级Six Sigma的质量水平,并落实Five Sigma的质量要求。


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