开放科学(资源服务)标识码(OSID)：
Taking Commercial Aircraft Corporation of China (COMAC) C919 large passenger aircraft as an example, this paper makes a deep analysis of how focal firms can effectively manage complementary assets to resolve the challenges of complex product innovation and promote the development of its innovation ecosystem. On the one hand, the study tries to identify the types of complementary assets in the research, development and application stages of the complex product innovation ecosystem and the innovation challenges; on the other hand, it constructs a complex product innovation ecosystem by summarizing and refining the complementary management process model for focal firms of complex products.
The main findings of this study are as follows. Firstly, the complementary assets of the complex product innovation ecosystem include detailed design technology in the research phase, subcontracted products in the development phase, and delivery and operation services in the application phase. Secondly, different types of complementary assets are confronted with the innovative challenges such as the contradictions between closure and synergy, control and flexibility, and security and economy. Finally, in order to resolve these challenges, the core firms have constructed complementary management mechanisms through mutual adaptation between strategic intention and organizational structures, and further promoted the complex product innovation ecosystem from a single research community to multilateral communities of research, development and application.
In summary this paper makes three main contributions. Firstly, it enriches the connotation of complementary assets in the existing literature focusing on the application of product commercialization, and further expands the research scope of complementary assets in the existing theory that only focuses on general products. Secondly,the challenges are resolved through the mutual adaptation mechanism between the focal firms' strategic intention and organizational structure based on the ecological situation of complex product innovation, and the black box of complementary management is then opened. Finally, the study discusses complex product innovation from the three major innovation processes of research, development and application rather than the main level, revealing that the sustainability of the innovation ecosystem can not be separated from the complementary management of focal firms. Meanwhile, it also has important reference values for core firms to improve the technological innovation capability of complex products and realize the bottleneck breakthrough.
The follow-up study will take the ARJ21 regional aircraft as the case study object, and focus on the complementary asset management mechanism and other issues in the commercialization stage of complex product innovation from a more microscopic perspective. Meanwhile the method of cross-case comparative analysis with aerospace, high-speed rail and other enterprises is recommended for statistical confirmation to determine the constraints of the complementary asset management process model of the core enterprises in the complex product innovation ecosystem.
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习近平总书记于2014年5月在中国商用飞机有限责任公司(简称“商飞”)提出:“我们要做一个强国,就一定要把装备制造业搞上去,把大飞机搞上去,起带动作用、标志性作用。”2017年5月5日,C919大型客机圆满完成首飞。2022年7月,6架C919试飞机完成全部试飞任务,开始全力向取证冲锋,标志着中国航空领域取得新突破。C919发动机与航空电子系统等核心设备有不少由中外合资企业研制生产,但总体方案设计、总装集成制造、机头、机身、机翼、发动机吊挂、水平尾翼等由我国独立完成,具有完全自主知识产权[1]。追溯我国大型客机发展历史,1970年举全国之力立项研制载客124人的运10是第一款大型民用飞机,在1980年成功首飞,最终于1986年被搁置。其重要原因是运10没有构建可持续性创新生态系统,尤其对创新生态中供应商、客户服务、内外部资源等互补性资产缺乏有效管理,主要依靠国家财政资助和制度驱动,无法形成自身“造血”功能,因而无法在国家经济困难时期持续研制[2]。
C919的成功突破离不开核心企业商飞研发设计、制造开发和商业化应用一体化创新生态系统。创新生态系统(Innovation Ecosystem)由研究、开发和应用三大群落组成[3],其中,研究群落旨在推动产品总体设计和持续优化;开发群落实现研究产品生产和集成总装;应用群落进一步传播上述技术,实现产品交付和使用[4]。同时,创新生态系统由一组具有不同程度的多边、非一般性互补的不完全分级控制的生态链系列行动方构成[5],而且互补性资产(Complementary Assets)在创新生态系统发展过程中扮演重要角色。
相对于核心技术,互补性资产是指使公司战略、技术和创新获利的资源或能力,如产学研、供应商管理和市场开拓等[6]。在完整产业链和成熟市场环境中,并非仅拥有知识产权就能获利。核心企业的竞争力不仅在于实现关键技术突破,而且需要在不同创新流程中获得不同互补性资源或能力[7-8],如详细设计互补性技术、分包制造互补性零部件、市场应用互补性服务等。因此,在航空客机市场竞争领域,核心企业需要构建跨组织大规模协作创新生态以实现产品创新,因而需要将互补性资产视为关键资源。现有文献重点关注互补性资产识别[9]、创建[10]和管理[11],对创新生态系统与互补性管理关系的研究相对不足。
航空复杂产品创新从预研、立项、研发、测试、生产集成到交付应用,每个环节都是极其复杂的系统工程[12],其背后考验的是能否实现有效互补性管理,进而持续推动创新生态系统发展。C919大型客机从无到有的开拓创新得益于互补性资产,因而积极管理互补性资产的重要性不言而喻。但如何管理在研究、开发和应用过程中的互补性资产这一问题是尚未打开的“黑箱”[13]。因此,本文以商飞C919大型客机为代表性案例,深入探讨核心企业如何有效管理互补性资产,以应对复杂产品创新挑战,促进创新生态系统发展,主要研究问题如下:第一,识别复杂产品创新生态系统中研究、开发和应用阶段的互补性资产类型与创新挑战;第二,构建复杂产品核心企业创新生态系统互补性管理过程模型。
创新生态系统(Innovation Ecosystem)起源于Lundvall [14]论述的创新系统,具体包括国家、区域和产业3类创新系统。20世纪90年代,日本经济低迷和美国经济危机后的重振,尤其是“世界创新中心”——硅谷持续发展对创新系统理论产生了很大冲击。2004年,美国竞争力委员会在《挑战和变革的世界中实现繁荣》研究报告中明确提出,创新不再是一种线性或机械的过程,而是经济和社会的多面性相互作用形成的生态系统[3]。创新系统主要强调政策制度等外部因素,而创新生态系统既关注创新过程中的政策制度和市场需求等因素,也强调核心企业与其它企业及环境的相互关系。因此,创新生态系统由创新系统发展而来,通过揭示核心企业内外部相互关系,对创新的本质进行动态分析[15],主要包括上游组件供应商、核心企业、下游互补方和客户4类组织。其中,核心企业在生态中心扮演具有关联性并发挥重要作用的组织角色[16]。与创新网络结构相比,创新生态系统更加关注价值创造和获取流程,由研究、开发和应用三大组织群落组成,具体而言:研究群落以长远眼光发现新知识;开发群落推动产品和服务生产与交付;应用群落则进一步对上述技术知识进行传播[4]。
复杂产品由多个不同子系统组成,由Hobday[17]最先提出,具有知识密集、投入大、周期长和风险高等特点[18],往往是一个特大型集团带动多个大中型企业或研究院,而大中型企业又带动无数个小企业或研究所,由此形成的生态能够不断创新。航空产品研制生产体系是极其复杂的工程,包括方案设计、打样设计、工作设计、产品试制、地面试验、飞行试验、设计定型、生产定型和改进发展等步骤[19]。由于该行业的特殊性,该领域的创新研究严重滞后于其复杂产品创新实践活动。航空复杂产品创新每个环节都是非常复杂的系统工程[20],因而相较于创新网络层面,从创新生态系统层面探讨复杂产品创新更契合其特性。同时,创新生态系统具有互补性,通过合作,核心企业能够联合不同合作方进行产品创新的研究、开发和应用[21]。在Teece[22]看来,核心企业既需要实现关键技术突破,也需要获得不同互补性资源或能力。
因此,中国复杂产品核心企业发展(如C919)需要在技术开发的基础上,围绕产品生态链所需的资源和能力等互补性资产,构建以系统集成商(核心企业)为中心的创新生态系统。但现有文献鲜有探讨创新生态系统的研究、开发和应用三大群落在发展过程中面临的挑战,以及其应对机制。因此,探讨创新生态系统互补性管理是该研究领域的重要课题。
互补性管理(Complementary Management)能够促使企业技术创新价值实现,但何为互补性?Stieglitz & Heine[13]指出, 一个活动的边际收益随着其它活动开展而增长,即活动间具有协同互补性。互补性管理实质上是对互补性资产的管理,Teece[6]于1986 年最早提出互补性资产的概念,发现互补性资产是使组织核心技术获利的能力或资源,包括财务资源、人力资本、生产资源、客户能力等。对企业而言,产业组织形式创新和市场运营模式创新离不开互补性资产支持, 企业通用互补性资产(如销售渠道、客户关系)、专业化资产(如互补性技术和产品)、共同专业化资产(如产品供应商网络)等对产业组织形式创新和市场运营模式创新具有重要影响。
核心企业协调不同的资源或能力是管理通用互补性资产和专业化资产的关键,可采取科学的战略意图和组织结构相关机制[13]。其中,战略意图可分为利用式和探索式,组织结构或紧密或松散,在组织创新不同阶段,互补性资产管理机制也有所不同。例如,在探索阶段,战略意图是分散授权式(互补性投资和学习等活动,以适应技术知识和消费者偏好快速变化),借助松散式组织结构(强调灵活性,以及组织成员间的共享)运营执行。互补性资产对企业创新十分重要,但已有相关文献聚焦一般产品的内涵、分类[22]和变革机制[9]等,对复杂产品创新过程中互补性资产识别、挑战及管理缺乏关注。
互补性资产具有专用性[23],只有贯穿于企业产品创新的研究、开发和应用过程,才能发挥其生态价值。在复杂产品(如大型客机C919)领域,无论是供应商组件(如发动机、机体系统)还是互补品(如模拟机、实时监控与故障诊断系统),都是创新生态系统的重要互补性资产。互补性协作应对挑战的结构和方式不同,不同于买方—供应商关系,创新生态系统的终端客户能够选择由合作方提供的互补性组件(要件)或其它物件。例如,安卓手机创新生态系统用户能够决定购买哪款软件,而不是局限于某个公司提供的单一或复合型产品。
互补性资产创造和使用有助于新产品市场开拓[24],因而企业需要有效管理互补性资产。目前,鲜有研究对互补性资产管理需要解决的协调(内部性)与合作(外部性)问题进行探讨,对其面临的创新挑战也缺乏关注。同时,以往学者大多关注产品创新的互补性资产管理,忽视了对复杂产品创新生态系统管理方法的总结。基于此,本文探讨复杂产品核心企业互补性资产特征与面临的创新挑战,试图解答如何通过互补性管理推动创新生态系统发展这一问题。
已有学者发现,互补性资产与产品创新密切相关,但未基于互补性管理视角深入探讨复杂产品创新生态系统发展过程。本文以C919大型客机为例,通过识别航空复杂产品生态系统中研究、开发和应用三大创新群落的互补性资产,分析各创新阶段互补性资产面临的创新挑战,并基于核心企业战略意图与组织结构的适配性,构建应对挑战的互补性管理机制,进一步推动复杂产品创新生态系统发展,具体分析框架如图1所示。
图1 理论框架
Fig.1 Analytical framework
首先,识别复杂产品创新生态系统不同阶段的互补性资产特点;其次,分析复杂产品创新面临的挑战,并构建应对挑战的互补性管理机制。已有文献未基于中国航空复杂产品创新情境进行深入探讨,因而需要采用探索性单案例研究方法[25],分析新情境下的新现象[26]。
本文以民机制造集成商商飞为例,深入探讨核心企业复杂产品创新生态系统互补性管理,案例选择遵循代表性、理论抽样性和适配性等相关原则[27],主要包括如下方面:
(1)遵循代表性原则。大型客机被称为“现代工业之花”,C919大型客机从首飞到试飞取证和订单渐增,标志着我国航空工业创新取得新突破。据统计,近60%的现有制造技术与航空工业密切相关。C919大型客机研制加快了诸多领域技术突破,如复杂产品自主设计、现代化制造集成和复合新材料等。由此,掌握了成百上千项飞机技术,并与几十所高校建立了多团队协同、多专业融合、多技术集成的创新生态。因此,以中国客机制造核心企业商飞为案例研究对象,能够体现案例选取的代表性。
(2)遵循理论抽样原则。案例选择并不因统计抽样需要,而是出于理论需要,如丰富现有理论和构建新的理论[28]。创新生态系统包括研究、开发和应用3类群落,属于创新理论前沿课题。大型客机属于典型的复杂产品,其集成商核心企业承担的风险高、不确定性因素多、创新难度大。因此,探讨复杂产品创新生态系统,有利于发现新的理论或丰富现有理论。虽然中国民机研制和应用尚处于追赶阶段,但随着具有完全自主知识产权的AJR21、C919产品技术突破和应用,航空技术和管理能力可以紧跟国际先进水平甚至实现局部超越。
(3)兼顾研究目标、案例样本和理论选取的适配性原则。中国航空核心企业进行复杂产品研发会面临很多难题,除核心技术开发外,还需要应对不同阶段的创新难题。本文以C919大型客机为案例,深入探讨核心企业如何通过适配性战略意图与组织结构提升互补性管理水平这一问题,以期推动研究、开发、应用不同创新群落生态系统发展,能够较好地体现研究目标、案例样本和理论选取的适配性。
通过准备、现场调研和建模3个阶段进行数据收集与分析,以确保数据的可靠性与有效性,如图2所示。
图2 数据收集与分析过程
Fig.2 Process of data collection and analysis
(1)准备阶段。为深入了解中国航空创新情境,使结论能够反映现实情况[29],2018年3～7月,研究团队通过商飞公开网站和航空业分析报告收集二手数据,并与中国航空工业集团和工信部部分工作人员进行初步访谈。通过准备阶段的数据收集工作,获得C919复杂产品创新生态系统发展的关键事件,初步归纳关键成功因素与发展机制,并基于互补性管理视角构建相关理论构念维度,准备后续访谈的一手资料收集工作。
(2)现场调研阶段。2018年7～10月,研究团队进行现场调研访谈,并对一手资料数据进行初步分析。根据准备阶段涌现出的新主题以及C919研制与应用所需的互补性资产,研究团队对核心企业商飞设计院、科学技术委员会、科技管理部、专业总师、试飞中心等重要部门和单位进行正式访谈(见表1)。为确保数据的有效性与可靠性[30-31],研究团队通过参加航空类学术会议和航展等活动对C919外部合作单位进行非正式访谈,并基于互补性资产视角对上述数据的规律进行推导。
表1 商飞C919复杂产品创新正式访谈简况
Tab.1 Brief introduction of formal interview on the complex product innovation of COMAC C919
访谈部门和人数受访人员职务访谈关键词访谈时间(小时)设计院(2人)C919总设计师、项目设计总协调人C919设计、技术能力、创新挑战2.5科学技术委员会(2人)副总工程师、工艺装备工程师C919方案论证、关键技术决策与规划2.5科技管理部(2人)科技管理部部长、总经理助理产品创新、组织内外部合作挑战2生产管理部(2人)上飞公司C919型号生产总监、生产管理部长集成制造、分包生产挑战3.5市场部(3人)市场部总监、客户服务经理、主管订单管理、维修服务、客户需求3试飞中心(1人)试飞管理中心主任试飞测试与取证、挑战与生态环境2供应商管理(2人)采购与供应商管理部部长、主管,标准化管理三级总师全球采购、分包生产、制造集成2.5专业总师(3人)装备工装、系统安装和非热压罐的三级专业总师各1人产品制造工装设计2.5
(3)建模阶段。自2018年10月份访谈后,研究团队基于中国航空创新情境进一步搜索访谈数据[32],并根据反馈决定是否对案例企业商飞进行回访。研究团队对数据与理论的匹配性进行反复验证,旨在确保数据—理论—发现的一致性,并将新发现和已有发现合并成新的整体[31]。
在我国大型客机发展历史中,第一款大型民用飞机运10于1970年立项并于1980年成功首飞,却于1986年被搁置。随后,1984—2000年我国民用客机处于与国外合作生产阶段,因无法获得知识产权而终止。C919是中国继运10后自主设计的第二款大型民用飞机,自2008年5月商飞成立后研制,是我国具有完整自主知识产权的大型民用客机,经历研究、开发和应用3个主要阶段,如图3所示。
图3 商飞C919大型客机研制发展历程
Fig.3 Development history of COMAC C919 large passenger aircraft
飞机设计阶段包括总体方案、初步设计和详细设计等3个方面。C919设计主要由商飞上海飞机设计研究院主导(原640所),举全国之力组建近3 000人的客机联合工程队。2008年7月到2009年初,制定C919总体方案设计(联合概念设计),以早期国内外航空公司(如东航、国航和巴西航空等)客户需求为依据,大致确定飞机轮廓。
2009—2011年,商飞开始进行C919初步设计(系统联合定义设计)。2012年初,商飞开始进入详细设计阶段,确定最终制造工艺工装。2014年,各承制合作商交付C919部段转入总装,完成详细设计方案。因此,经过6年时间,商飞设计院、制造厂与客户、供应商、科研所完成该客机设计工作。C919项目常务副总设计师陈迎春自信地说:“C919设计上没给外国人一分钱,完全是自主性的。无论是总体方案、气动外形、机体设计还是系统集成,都是我们商飞集全国之力完成的,这也是自主创新的重要标志。”
核心企业复杂产品探索研究阶段,创新生态系统需要多方主体松散式合作。经过6年时间,核心企业商飞设计院、制造厂与客户、供应商、科研所完成了该客机设计,形成核心企业同高校、研究所直接关联并与其他创新主体间接合作的研究群落。
C919生产与总装由商飞上海飞机制造有限公司(简称“上飞”)负责,该公司于1973年6月划归上海市管理,拥有6 000余员工,占商飞总人数的60%。2010年,上飞开始筛选供应商,并与供应商联合设计工艺工装,包括非金属零件、金属零件、装备和先进设备。2012—2014年,上飞工艺和设计部与商飞设计院进行C919三维设计参审及对接,并启动机翼、机身等5条总装生产线建设工作。其中,C1919全机结构对接定位能够实现100%数字化,如中机身装配生产线是上飞与德国宝捷自动化有限公司(BJA)、美国AIT公司合作研制的全机对接装配生产线。2015年,C919的101架机总装完成,2016年进行全方位系统测试,为2017年5月首飞作准备。
商飞采取主供模式(主制造商—供应商)对C919生产制造进行管理,机体部件由哈飞、成飞、洪都航空、沈飞等国内飞机制造供应商负责,发动机、航空电子设备等机载系统由国外供应商(在中国成立16家合资企业)提供,最终实现客机制造国产化。此外,商飞按年产100架规划(5套移动平台)与德国爱达克(EDAG)公司设计制造总装移动生产线,从而有效提升生产和总装效率。2017—2019年,商飞完成5架C919试验机制造。
在复杂产品开发阶段,创新生态系统需要快速整合外部资产,表现为密切的多方主体合作。商飞与供应商、高校和研究所合作,所采用的主供合作模式有助于风险分担、利润共享,由此形成“生命共同体”的开发群落。
2010年9月,商飞成立由21名飞行员组成的试飞中心,编制了全国第一本民机试飞手册。试验试飞主要是为了确定安全“红线”,被称为在“刀尖上跳舞”。在C919大型客机试验试飞适航取证过程中,中国飞行试验研究院、中国民航上海航空器适航审定中心与商飞试飞中心协同奋战。C919首架机总装下线后,商飞于2016年对机身进行增压静力试验、吊挂静力试验等多项全机静力试验。同时,将6架C919试验机投入使用,对飞机性能、飞控、结冰和高温高寒等科目进行测验,结果如表2所示。
表2 C919试航取证的主要试验发展历程
Tab.2 Main test development history of C919 flight trial and evidence collection
试验机类型试验地点试验项目开始时间静力试验机飞机强度研究所主要对增压和吊挂静力、航电、电源和全机系统试验等工作2016年4月C919-101 架机浦东国际机场首飞圆满成功,对滑行、刹车、动力稳定性等多试验点进行相关测试2017年5月C919-102 架机浦东国际机场、东营胜利机场、瑶湖机场在国内3个机场都进行了试飞,对动力装置、燃油和电力环控等科目进行了系统试验2018年1月C919-103 架机浦东国际机场、西安阎良机场对空速校准、载荷、性能等科目进行了试飞2018年12月C919-104 架机浦东国际机场顺利完成其首次试验飞行任务,主要承担航电系统、起飞着陆性能、自动飞行系统和自然结冰等相关科目的试飞任务2019年8月C919-105 架机浦东国际机场完成试飞任务,主要承担高温、高寒等特殊气象条件,以及环控、电源、全机排液等相关科目的试飞任务2019年10月C919-106架机浦东国际机场主要承担验证客舱、照明、外部噪声等相关科目的试飞任务2019年12月
商飞客服中心(“上海飞机客户服务有限公司”)于2008年10月组建,由900多人组成,主要负责民机客户服务科技研究与体系建设等相关工作。C919的目标市场是亚洲地区,尚无美国市场拓展计划。依据C919战略规划,2022年商飞已完成6架试飞机的全部取证试飞任务,进入量产阶段。时任商飞公司总经理的金壮龙在客服公司成立时曾对媒体表示:“中国民机工业要实现产业化发展,需要的不仅仅是技术,更重要的是要通过市场手段建立起一个完整的产业体系,即市场体系、研制体系和客户服务体系。以前的中国航空工业只拥有其中的研制体系,在市场和客户服务方面的积累十分有限,而民机产业想要持续健康发展,首先要做的就是构建完整的民机工业体系。”
在复杂产品应用阶段,创新生态系统核心企业需要与不同合作主体进行市场探索。由此,C919核心企业商飞与民航局、飞行院、客户直接关联,并与供应商及其他合作主体形成较为松散的应用群落。
通过对C919复杂产品创新生态系统互补性管理进行研究,识别航空复杂产品创新生态系统互补性资产类型,进一步分析复杂产品创新生态系统互补性资产面临的创新挑战,以解答核心企业如何管理互补性资产这一问题。
航空客机C919创新模型呈现“V”字特征,由左右两边组成,左边下划线代表设计与优化研究阶段的总体方案、初计和详细3个环节;右边上划线代表生产与总装开发阶段的分包生产试制、总装集成和试验室试验,以及取证与交付应用阶段的地面试验、飞行试验和最终交付应用,如图4所示。该“V”字模型充分展示了航空复杂产品研制生产体系[19],能够清晰描述C919研制过程中的不同流程,揭示设计、制造和取证交付的相应关系。该模型包括产品研究、开发和应用三大群落,展示了基于产品创新的创新生态系统[3, 33]。
图4 C919复杂产品创新的V字模型
Fig.4 V-shaped model of complex product innovation of C919
相比于核心技术,复杂产品研制与商业化需要协同客户、供应商和科研所的资源或管理能力等互补性资产[10]。因此,在C919大型客机研究、开发和应用3类群落组成的生态系统中,不同阶段都存在互补性资产,为航空复杂产品持续创新提供支撑,如表3所示。
表3 C919大型客机创新生态系统不同阶段互补性资产类型与数据支持
Tab.3 Complementary asset types and data support of C919 large passenger aircraft innovation ecosystem at different stages
阶段互补性资产类型与定义互补性资产数据支持研究阶段设计优化:总体方案和初步设计是无法借鉴的核心技术,详细设计是国内外各方创新主体进行设计优化的互补性技术资产C919详细设计的互补性技术是通过与各制造商进行密切合作,如采取比波音737更先进的操作和控制技术代码开发阶段分包生产:系统总装集成是核心企业开发的核心技术,主要供应商和其他合作方无法替代完成,如集成平台大部分子系统或大部段分包生产是互补性产品资产C919雷达罩、机头、机身和机翼是由国内中航哈飞等航空制造企业分包完成,航电系统是采购国际一流企业如GE提供的互补性产品应用阶段交付运营:相比于民机商业化最后一环的试飞取证核心技术,持续商业化交付运营是互补性服务资产商飞打造了一流试飞取证后的互补性服务,理念是“服务同飞机一样,都是产品,也是商品”,服务贯穿于C919飞机全寿命,以提升飞机利用率
(1)研究阶段:总体设计是核心技术,多方主体协作的详细设计是互补性技术资产。在复杂产品研究设计阶段,整体方案和初步设计虽然十分重要,但无法确保组件供应商和互补件提供商能够准确了解集成商的需求。因此,在C919详细设计期,需要通过与各制造商、科研所密切合作攻克互补性技术。
(2)开发阶段:总装集成是核心技术,多级供应商分包制造是互补性产品资产。中国工业组织自主开发的标志是拥有自主产品开发平台(路风,2019)。自2012年以来,商飞建立了机翼、机身、全机对接和总装等5条自主知识产权移动生产线,拥有系统集成商产品开发核心技术。但集成总装所需的多个大部件(如机体、航电系统等互补性产品),则由国内外供应商分包生产。
(3)应用阶段:应用阶段的试飞取证是核心技术,商业化交付运营服务是互补性服务资产[6]。自2015年C919首架下线后,商飞试飞中心用6架试验机耗时7年完成全部取证试飞任务,并构建商飞公司数字化客户服务与快速响应互补性服务系统。
航空复杂产品创新从预研、立项、研发、测试、生产集成到交付应用,每个环节都是极其复杂的系统工程[34]。因此,核心企业复杂产品面临不同的创新挑战[35],后者源于复杂产品生态系统不同创新阶段的互补性资产。基于C919大型客机创新生态系统中研究、开发和应用3个阶段的互补性技术、产品和服务,C919大型客机创新生态系统互补性资产面临的创新挑战如表4所示。
表4 C919大型客机创新生态系统不同阶段互补性资产创新挑战与数据支持
Tab. 4 Complementary asset innovation challenges and data support at different stages of C919 large passenger aircraft innovation ecosystem
阶段互补性资产创新挑战互补性类型挑战特点创新挑战的数据支持研究阶段设计优化(互补性技术)封闭性VS开放性在C919机翼系统方案详细设计中,商飞对比国外已有最先进技术,进行独立封闭创新的初步设计,实现了在机翼高速飞行时减阻5%由于C919飞机的要求和一些标准其实都是新的,在详细设计阶段,供应商、科研所会与商飞设计部一同参与设计,有助于互补性能力提升开发阶段分包生产(互补性产品)管控性VS灵活性商飞作为C919大型客机的总装集成商,需要对集成平台各分包互补产品进行各接口标准的参数控制,已达到整机总性能要求C919需要在分包互补性产品时要调动供应商的主观能动性,如遵从供应商对起落架舱门制造时支柱后面建挡水板的建议,避免在跑道积水时导致发动机被溅水应用阶段交付运营(互补性服务)安全性VS经济性商飞客户中心编写了C919飞行人员手册,确保当天气不好时,机组人员也能安全操作。尤其,建立地面支援设备团队,确保后续运营中与航空公司一对一的安全联络合作试飞取证后,C919交付运营现有成本比同行高不少,如商飞客户中心花费巨资建立飞机运营和维修平台,所以对航空制造公司来说,在安全性和经济性方面要兼容还是很不容易的
(1)研究阶段的设计优化互补性技术创新挑战:封闭性VS协同性。在复杂产品研究阶段,为实现自主创新,核心企业需要独立掌握关键设计技术[36]。如C919发动机虽选用CFM公司的LEAP发动机产品,但对吊挂结构形式进行了自主设计,即采取降低迎风阻力和飞机油耗的一体式吊挂。同时,在详细设计互补性技术中,商飞与组织供应商及科研所单位(如西飞、沈飞和航空工业飞机强度研究所等)协同开展超临界机翼设计分析,实现了鲨鱼鳍翼梢小翼技术创新。
(2)开发阶段的分包生产互补性产品创新挑战:管控性VS灵活性。复杂产品拥有上百万零部件,如何确保分包供应商制造的产品既符合统一标准,又具有创造性,以缩短学习曲线和降低制造成本(江鸿, 吕铁,2019)?这实质上是互补性资产面临的创新挑战。C919零部件分包制造接口标准是由核心企业商飞统一制定的,但C919属于新机型,对已分包的零部件难以提出明确的需求,故供应商主动提出起落架舱门挡水板需要增加这一建议。
(3)应用阶段的交付运营互补性服务创新挑战:安全性VS经济性。强有力的销售和运营网络是关键的互补性服务资产。商飞通过编制飞行员手册、创建地面支援团队和快速响应大数据服务平台,确保后续交付运营安全,付出了巨大成本。由此,在航空复杂产品商业化过程中,核心企业既要确保应用交付后飞行的安全性,也要实现运营的经济性。
互补性资产面临的创新挑战,其实质是不同创新主体间的协调与合作问题[6]。复杂产品创新生态系统需要核心企业加强互补性资产管理[37]。为了有效应对创新挑战,核心企业需要科学的战略意图和组织结构[13]。其中,战略意图是指组织在战略上最希望实现的目标或最主要的战略任务[38]。在高层战略意图的干预下,中基层需要依靠组织结构解决冲突,包括稳定、正式的紧密性组织结构和开拓多变的松散性结构,以获取稀缺资源。
复杂产品创新研究的互补性资产详细设计阶段,为应对创新挑战,核心企业商飞通过整合供应商、研究所和高校资源,筛选合作供应商并确定多主体合作单位接口设计标准,因而会采用紧密性组织结构。该阶段,商飞与制造厂、供应商等通过密切协作对初步设计方案进行优化。在所有C919飞机设计结构图纸发送给供应商后,由商飞制造厂(上海飞机制造有限公司)的工艺设计人员基于同一设计平台进行审图。该设计平台由商业通用软件数据库与高校(如北京航空航天大学、南京航空航天大学等)自建的管理设计平台组成,客户需求被商飞客户中心收集后反馈到C919设计团队,从而不断优化总体参数。
拥有复杂产品制造开发互补性资产的企业能够从技术变革中获利[39]。在C919生产开发过程中,重要供应商派克宇航集团建议设计液压工作包时采用1 200PSI或1 500PSI(PSI:计量单位,磅/平方英寸),商飞经求证后,最终采纳了修改后的设计要求。2010年,商飞将供应商管理纳入公司管理流程。因此,在复杂产品创新开发的互补性资产生产阶段,核心企业商飞分包给国内外先进零部件制造公司,充分发挥后者的资源优势,以上海为基地,全国300余家企业、40余家高校共同完成生产任务,进而优化供应商从设计到制造一体化机制的紧密性结构。
在创新商业化时,互补性资产发挥关键作用[6]。因此,C919应用阶段,商飞成立客户和试飞中心加强与民航局及供应商合作,采用取证交付与应用服务一体化的探索性战略并基于松散性组织结构组建联合攻关团队,实现客机的安全性与经济性。为了减轻C919的重量,提高其经济性和商载航程性能,商飞攻关团队首次采用先进的纤维复合材料。在试航取证时,为了尽快达到最低安全标准,给每架实验机安排不同的测试科目。2016年7月,上海航空器适航审定中心成立联合工作组。2017年12月,商飞成立架机团队,每架试飞机各配备一位架机长、机务和空乘。架机长负责跟进飞机现场试飞、验收和交接工作,通过主动与供应商、客户沟通解决试航中发现的问题,以便尽快取得单机适航证(AC,Aircraft Certificate)。C919-107架机长由中国上飞常务副总设计师担任,该架机长的首要任务是确认航空公司的需求。在谈到C919安全性与经济性的挑战时,商飞一位试飞员感慨:“为了满足C919飞机无附加条件取证,我们要到国外进行自然结冰试飞如加拿大温莎五大湖地区,要在恶劣气象条件下,做失速、操稳等科目,风险非常大,行前我不得不向家人做出‘交代’,同时,试飞坠机失败对国家和企业经济损失也是巨大的。”
在创意设计、制造和商业化创新阶段[33],有效应对互补性资产的创新挑战能够促进复杂产品创新生态系统的研究、开发和应用三大组织群落形成和发展[40]。研究详细设计中,多主体密切协作的利用性战略和紧密性组织结构有助于核心企业与高校、供应商、研究所及客户的研究群落形成;在研究群落的基础上,开发分包中的供应商一体化利用性战略和紧密性结构有助于核心企业与供应商密切合作,促进高校与研究所协助的开发群落形成;取证与交付应用中,探索性战略和松散性组织结构有助于核心企业与民航局、飞行院、客户的应用群落形成。由此,构建复杂产品创新生态系统。因此,复杂产品创新生态系统的核心企业互补性管理通过识别不同阶段特征,以适配的战略意图与组织结构应对各阶段创新挑战,进而推动生态系统发展,其过程机理如表5与图5所示。
表5 复杂产品创新生态系统的核心企业互补性管理过程
Tab.5 Complementary management process of core enterprises in the complex product innovation ecosystem
研究开发应用主要特征阶段识别详细设计分包生产取证与应用创新挑战封闭性VS开放性管控性VS灵活性安全性VS经济性互补性管理战略意图利用性战略:为制定详细的可执行性图纸,需整合科研所和供应商资源利用性战略:为提升国内供应商制造能力,分包合作有效快速地制造创新性产品如C919探索性战略:为成功实现客机商业化,核心企业需建立取证与交付的应用群落,充分发挥研究和开发群落的创新性产品优势组织结构紧密性结构:采取多主体密切协同的结构机制,筛选供应商和合作单位,设立各产品层级的承接商接口标准紧密性结构:运用供应商一体化的机制,集成商如商飞派出工作团队对分包商进行生产前介入、中后期指导和协调管理松散性结构:成立联合工作组、架机长管理和客户公司进行取证与交付应用的探索性工作,建立长效机制,更好地拓展新市场和保障客户服务水平持续提升
图5 复杂产品创新生态系统的创新群落发展过程
Fig.5 Development process of innovation communities in complex product innovation ecosystem
继ARJ21支线飞机成功实现商业化应用后,C919大型客机也在首飞后如期取证并交付生产。由此,我国民机技术实现突破性发展。
(1)复杂产品技术突破需要营造有利于持续创新的生态环境。与制度领域类似,生态系统拥有自身制度逻辑。高技术含量和高风险的复杂产品创新生态形成与发展离不开科技政策支持,因而复杂产品创新政策有利于创新生态系统持续发展[10]。
(2)航空核心企业应构建有效的互补性资产管理机制,以应对研究、开发和应用创新阶段的创新挑战。相比于中国航空复杂产品运10,C919互补性资产管理水平有所提升。但相对于高铁CRH380系列产品而言,其在开发和应用阶段的互补性资产管理水平有待进一步提升,具体如表6所示。航空核心企业不仅需要实现关键技术突破,而且需要应对研究、开发和应用阶段的创新挑战。因此,航空核心企业将高层的战略意图与执行层的组织结构进行匹配,进而形成研究、开发和应用3个群落,以此推动核心企业创新生态系统发展。这将在较大程度上帮助航空核心企业摸清大型客机创新生态系统运行规律,从而构建商用飞机互补性组织系统。
表6 复杂产品创新生态系统互补性资产管理水平比较分析(以航空与高铁为例)
Tab.6 Comparative analysis of complementary asset management level of complex product innovation ecosystem: examples of aviation and high-speed rail
典型复杂产品研究(详细设计)开发(制造生产)应用(商业化)数据支持C919高:多方主体与国际供应商协同参与详细设计中:分包生产与全球招标中:已完成取证试飞任务、国内预订单较多商飞C919拥有完全自主知识产权,通过构建供应商一体化机制实现研究和开发阶段的前沿技术突破,以联合工作组方式推动C919取证和新市场探索———C919项目常务副总设计师 陈迎春高铁CRH380系列高:自主创新,与国内外联合详细设计高:自主生产与分包协作高:国内广泛应用,国外订单较多高铁CRH380系列号能实现突破性创新,除一直遵循研究设计的自主导向外,还与供应商进行联合设计和协作生产,并积极开拓国内外高铁市场———路风[34]运10中:科院所三方主体完全自主参与详细设计低:国内分包与仿制生产低:取证未完成、订单甚少运10从立项到首飞花了近10年时间,当时抽调了全国航空工业300多个单位进行自主研制,由于那个年代我国民航发展十分滞后,几乎没有对大型客机的需求,所以在商业市场中一直未有效开展———国家大型飞机重大专项专家 吴兴世
(1)本文丰富了已有文献,并结合复杂产品特性进一步拓宽一般产品互补性资产研究范畴。互补性资产不仅存在于复杂产品商业化应用阶段,而且存在于复杂产品创新生态的研究和开发阶段。既有文献聚焦新产品市场领域[6],未对产品研究与开发阶段的互补性资产进行识别,因而无法深入探讨互补性资产在复杂产品创新过程中的重要作用。本文结合复杂产品特性研究发现,研究和开发环节也存在互补性资产,并通过3类不同群落构建共生共存的产品创新生态系统。
(2)基于复杂产品创新生态情境,分析互补性资产在研究、开发和应用阶段的创新挑战,并构建战略意图和组织结构相适配的应对机制,以期打开互补性管理研究的“黑箱”。在识别复杂产品创新生态互补性资产后,如何对互补性资产进行管理?这是互补性资产研究领域亟需填补的理论空白[13]。虽然部分学者对互补性资产与技术创新的关系进行了研究[7, 9],但未对复杂产品创新生态互补性资产管理机制进行深入探讨。随着复杂产品创新面临的挑战日益增多,其应对挑战的关键在于内外部协调与合作。因此,核心企业需要提升战略意图和组织结构的适配性[37]。通过C919案例,本文发现,核心企业商飞借助利用性或探索性战略意图、紧密性或松散性组织结构能够有效应对研究、开发和应用阶段的创新挑战。核心企业通过构建互补性资产管理机制,形成复杂产品创新生态系统。
(3)从研究、开发和应用三大创新流程探讨复杂产品创新,揭示了创新生态系统形成与发展离不开核心企业互补性资产管理。基于产品创新流程进行研究的学者将开放式创新生态划分为创意产生、研究、开发和商业化4个阶段[33],并未探究创新生态系统如何发展与管理等问题。已有研究大多对由组件供应商、核心企业、客户、互补件供应商等创新主体组成的生态系统进行研究[41]。本文基于C919创新流程探讨生态系统管理,契合复杂产品创新特点,有效弥补了创新生态系统理论研究的不足。创新生态系统由一组不完全分级控制的生态链系列行动方构成[5],因而互补性资产对复杂产品创新具有重要影响,由研究、开发和应用三大群落组成的创新生态系统离不开核心企业互补性资产管理。
后续研究中,研究团队可以ARJ21支线飞机为研究对象,从更微观的角度探讨复杂产品创新商业化阶段的互补性资产管理机制,以完善本研究结论。同时,本文属于探索性研究,目的在于揭示复杂产品创新生态系统核心企业互补性管理过程。未来可以采用跨案例比较分析方法进行研究,以确定复杂产品创新生态系统核心企业互补性资产管理模型的限制条件,使模型更加完善。
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