模塊化生產(chǎn)方式的形成演化及其實(shí)現論文

　　內容摘要：模塊化生產(chǎn)已引起人們的廣泛關(guān)注。本文在借鑒國內外學(xué)者研究成果的基礎上，提出了模塊化生產(chǎn)方式的概念，從專(zhuān)業(yè)化、規模經(jīng)濟、需求的多樣化和個(gè)性化、模塊化設計和制造四個(gè)方面分析了模塊化生產(chǎn)方式的形成演化，從模塊劃分、基于功能模塊的模塊化設計、基于虛擬企業(yè)的模塊化制造網(wǎng)絡(luò )、基于多品種流水線(xiàn)的模塊化裝配四個(gè)方面探討了模塊化生產(chǎn)方式的實(shí)現。模塊化生產(chǎn)方式的研究對大規模定制的實(shí)現以及企業(yè)滿(mǎn)足市場(chǎng)多樣化、個(gè)性化需求有著(zhù)重要意義，為提升企業(yè)的競爭力提供了一種新型生產(chǎn)方式。

　　關(guān)鍵詞：模塊化 生產(chǎn)方式 大規模定制

　　模塊化生產(chǎn)方式的形成演化

　　技術(shù)的進(jìn)步、經(jīng)濟的發(fā)展及企業(yè)對利潤的追求，使生產(chǎn)方式由單件小批生產(chǎn)、批量生產(chǎn)、大批量生產(chǎn)向模塊化生產(chǎn)演化。傳統生產(chǎn)方式的弊端促使企業(yè)不斷尋求既能夠快速應對市場(chǎng)多樣化、個(gè)性化需求，又能夠低成本為顧客提供定制產(chǎn)品的新的生產(chǎn)方式。在這種背景下，模塊化生產(chǎn)方式應運而生。因此，模塊化生產(chǎn)方式的產(chǎn)生有其必然性。

　�。ㄒ唬�專(zhuān)業(yè)化是模塊化生產(chǎn)方式形成的前提條件

　　傳統生產(chǎn)方式下，專(zhuān)業(yè)化是企業(yè)提高生產(chǎn)效率的有效手段。隨著(zhù)市場(chǎng)競爭的加劇，產(chǎn)品生命周期、交貨期的縮短及顧客消費需求從數量消費、質(zhì)量消費向個(gè)性化消費的轉變，傳統的專(zhuān)業(yè)分工不再適應競爭的需要。模塊化是在傳統分工的基礎上進(jìn)一步將各個(gè)細分部分按照功能原則重新聚合的過(guò)程，這種思想體現在模塊化生產(chǎn)方式中就是：產(chǎn)品被分解成獨立的模塊，這些模塊可以在不同的專(zhuān)業(yè)化企業(yè)中獨立地被設計、制造，而這種“獨立性”正好可以使各模塊生產(chǎn)企業(yè)的核心競爭力得到強化。因此，專(zhuān)業(yè)化使模塊化生產(chǎn)方式具備了產(chǎn)生的可能性，是模塊化生產(chǎn)方式形成的前提條件。

　�。ǘ�）規模經(jīng)濟是模塊化生產(chǎn)方式形成的動(dòng)力

　　提高規模經(jīng)濟效益，降低單位產(chǎn)品成本，是企業(yè)實(shí)現良好經(jīng)濟效益的基礎。但在當今競爭日益激烈、市場(chǎng)需求日趨多樣化、個(gè)性化的市場(chǎng)環(huán)境下，滿(mǎn)足顧客需求與實(shí)現規模經(jīng)濟往往是矛盾的，即要滿(mǎn)足顧客多樣化、個(gè)性化需求就難以實(shí)現企業(yè)的規模經(jīng)濟。因此，如何解決這一矛盾是企業(yè)面臨的一大問(wèn)題。模塊化尤其是模塊化設計的廣泛應用是企業(yè)在技術(shù)、產(chǎn)品上的.一大創(chuàng )新，模塊化生產(chǎn)方式正是利用模塊的標準化及通用化，通過(guò)模塊化設計、模塊化制造、模塊化裝配，通過(guò)產(chǎn)品的多變性與零部件標準化的有效結合，通過(guò)模塊的批量生產(chǎn)，在滿(mǎn)足顧客定制需求的同時(shí)實(shí)現了規模經(jīng)濟，降低了企業(yè)成本。因此，模塊化生產(chǎn)方式是一種更能適應當今市場(chǎng)競爭的生產(chǎn)方式，是企業(yè)追求規模經(jīng)濟的有力手段。

　�。ㄈ�）需求的多樣化與個(gè)性化是模塊化生產(chǎn)方式形成的必要條件

　　大規模定制是當前滿(mǎn)足顧客多樣化、個(gè)性化需求的一種方式，當在單個(gè)企業(yè)內部實(shí)施大規模定制會(huì )造成企業(yè)成本增加，效率降低。因此，應用模塊化生產(chǎn)方式，通過(guò)模塊化設計、模塊化制造、模塊化裝配可實(shí)現大規模定制的高效、低成本生產(chǎn)。首先，通過(guò)對產(chǎn)品進(jìn)行合理的功能模塊劃分，利用模塊的相似性來(lái)減少產(chǎn)品結構和制造結構的變化，最終借助模塊的選擇和模塊間的組合達到在保持產(chǎn)品多樣性的同時(shí)控制產(chǎn)品成本的目的；其次，通過(guò)將顧客的個(gè)性化需求滲透到產(chǎn)品的設計階段，從開(kāi)始的設計階段到最后的交付階段，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都體現了顧客的個(gè)性化需求，大大提高了顧客滿(mǎn)意度；最后，模塊化制造、模塊化裝配縮短了產(chǎn)品的生命周期，縮短了產(chǎn)品上市的時(shí)間。因此，快速滿(mǎn)足顧客多樣化、個(gè)性化的需求是模塊化生產(chǎn)方式追求的主要目標，是模塊化生產(chǎn)方式形成的必要條件。

　�。ㄋ模┠�塊化設計、制造是模塊化生產(chǎn)方式形成的充分條件

　　產(chǎn)品的設計、制造方式?jīng)Q定著(zhù)產(chǎn)品裝配方式，從而決定著(zhù)產(chǎn)品的生產(chǎn)方式。模塊化設計、制造超越了傳統的設計、制造方式，通過(guò)將產(chǎn)品劃分為一系列的功能模塊，將生產(chǎn)對象由傳統零部件轉變到模塊上來(lái)，再通過(guò)功能模塊的選擇與組合，裝配出滿(mǎn)足顧客需求的產(chǎn)品。模塊的標準化、通用化，導致以模塊為生產(chǎn)對象的模塊化設計、模塊化制造的產(chǎn)生，模塊化設計、模塊化制造引起產(chǎn)品裝配方式由傳統裝配向模塊化裝配的轉變，從而導致生產(chǎn)方式向模塊化生產(chǎn)方式的轉變。因此，模塊化設計、模塊化制造促進(jìn)了模塊化生產(chǎn)方式的產(chǎn)生，是模塊化生產(chǎn)方式形成的充分條件。

　　模塊化生產(chǎn)方式的實(shí)現

　�。ㄒ唬┖侠淼哪�塊劃分是實(shí)現模塊化生產(chǎn)方式的關(guān)鍵

　　模塊劃分是模塊化設計的前提，而模塊化設計是實(shí)現模塊化生產(chǎn)方式的基礎，因此，模塊劃分是模塊化生產(chǎn)方式的關(guān)鍵環(huán)節。模塊劃分的粒度對生產(chǎn)的成本和效率有很大的影響：模塊劃分粒度越細，越有利于客戶(hù)參與產(chǎn)品定制設計，但由于組成產(chǎn)品的模塊數增多，使得裝配接口增多，裝配時(shí)間加長(cháng)，裝配精度下降的可能性增加，從而使交貨期延長(cháng)；模塊劃分粒度越粗，越有利于產(chǎn)品裝配，但客戶(hù)的需求又較難滿(mǎn)足，因為客戶(hù)一點(diǎn)小小的要求，則可能導致整個(gè)模塊的重新設計，從而增加成本及生產(chǎn)周期，交貨期延長(cháng)，客戶(hù)滿(mǎn)意度下降。針對模塊化生產(chǎn)方式的特點(diǎn)，在考慮顧客個(gè)性化需求的前提下，以功能為基礎，以結構為載體，根據產(chǎn)品的物理、幾何特征，進(jìn)行面向制造、面向裝配的模塊劃分，簡(jiǎn)化模塊化制造、裝配過(guò)程，減少運輸、等待時(shí)間。

　�。ǘ�）基于功能模塊的模塊化設計

　　模塊化設計是模塊化生產(chǎn)的價(jià)值核心，也是企業(yè)最大價(jià)值所在。企業(yè)在接到顧客的訂單后，首先確定現有產(chǎn)品及模塊的重新組合能否滿(mǎn)足顧客需求，以現有產(chǎn)品或模塊的重新組合即可快速、可靠地向顧客提供所需的產(chǎn)品，不必進(jìn)行新產(chǎn)品的設計；否則，通過(guò)采取現有模塊改進(jìn)、專(zhuān)用模塊設計及其接口設計來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng )新性設計：

　　現有模塊改進(jìn)。分析顧客的個(gè)性化需求后，先從模塊庫中找到相似的模塊，再對該相似模塊采取改變或替代某些要素，添加某些要素，改變某些接口以及局部功能更新，提高模塊性能等措施，爭取在現有條件基礎上盡可能滿(mǎn)足顧客需求�，F有模塊的改進(jìn)較模塊的重新設計經(jīng)濟有效，周期短，更容易為企業(yè)所接受和采納。

　　專(zhuān)用模塊設計。當標準模塊或通用模塊庫中沒(méi)有與所要求模塊相似的標準模塊，無(wú)法進(jìn)行現有模塊改進(jìn)時(shí)，就需要采用專(zhuān)用模塊設計。專(zhuān)用模塊化設計需要較長(cháng)的周期，需要花費較多的人力、物力、財力，因此，必須考慮經(jīng)濟性原理，即在設計中考慮通用化、系列化等因素，以便實(shí)現專(zhuān)用模塊向通用模塊的轉型。

　　接口設計。接口的作用是傳遞功能。為擴大模塊通用性，接口設計必須解決其互換性和兼容性問(wèn)題。模塊的接口分為內部接口和外部接口，內部接口主要實(shí)現模塊內部的互聯(lián)，它是一種專(zhuān)用接口，而外部接口主要是實(shí)現模塊間的連接。因而，充分考慮各類(lèi)產(chǎn)品的接口結構，使設計的模塊具有多種接口，以實(shí)現不同產(chǎn)品的互連，即要擴大接口的兼容性，兼容性是解決模塊更新、加大模塊重復使用的有效途徑。為實(shí)現必要的兼容，對較復雜的接口，可設計接口模塊。

　�。ㄈ�）基于虛擬企業(yè)制造網(wǎng)絡(luò )的模塊化制造

　　模塊化生產(chǎn)方式將虛擬企業(yè)制造網(wǎng)絡(luò )和模塊化制造相結合，實(shí)施基于虛擬企業(yè)制造網(wǎng)絡(luò )的模塊化制造�；�于虛擬企業(yè)制造網(wǎng)絡(luò )實(shí)際上是核心成員企業(yè)在對新產(chǎn)品進(jìn)行概念化設計、模塊化設計，并對每個(gè)模塊的性能、參數等關(guān)鍵指標標準化之后，就每個(gè)模塊在眾多的獨立企業(yè)中挑選出最優(yōu)合作伙伴。 制造網(wǎng)絡(luò )中，核心企業(yè)根據不斷變化的產(chǎn)出需求和新市場(chǎng)的出現重新配置生產(chǎn)要素。成員企業(yè)根據其核心能力、優(yōu)勢資源承擔相應模塊的制造，因此，各成員企業(yè)作為組成虛擬企業(yè)制造網(wǎng)絡(luò )的獨立的子系統，各自專(zhuān)注于自己專(zhuān)長(cháng)的項目，每個(gè)成員企業(yè)僅僅作為一個(gè)功能模塊顯示其外部功能。而各成員企業(yè)的內部功能，由各成員企業(yè)自身去解決，這樣，有利于減少資源在集成過(guò)程中由于各個(gè)成員企業(yè)的利益沖突而產(chǎn)生的內耗，降低聯(lián)盟內的交易費用，從而真正把各成員企業(yè)的專(zhuān)長(cháng)、知識、信息、核心資源優(yōu)勢集中起來(lái)，以最短的反應時(shí)間、最少的投資、最大限度的滿(mǎn)足顧客多樣化和個(gè)性化的需求；也使各個(gè)成員企業(yè)可以更好地集中自己所有的資源作自己所專(zhuān)長(cháng)的工作，以努力提高自己的核心競爭力。

　�。ㄋ模┗�于多品種流水線(xiàn)的模塊化裝配

　　模塊化裝配，即先通過(guò)零部件的組合裝配出具有不同功能的模塊，再根據產(chǎn)品的結構、功能選擇滿(mǎn)足要求的模塊，通過(guò)模塊的組合裝配出滿(mǎn)足顧客要求的產(chǎn)品。因此，模塊化裝配的基本單元是獨立的模塊。針對顧客需求的多樣化、個(gè)性化特征，模塊化生產(chǎn)方式可采用多品種裝配流水線(xiàn)，基于多品種流水線(xiàn)的模塊化裝配要求做到產(chǎn)量、品種、工時(shí)及生產(chǎn)負荷的均衡以實(shí)現生產(chǎn)平穩，產(chǎn)品結構轉換迅速，設備調整時(shí)間短，快速響應顧客的多樣化需求。

　　當前，企業(yè)的裝配線(xiàn)多是基于顧客訂單的裝配線(xiàn)，裝配過(guò)程具有動(dòng)態(tài)性。因此，必須從以下三個(gè)方面考慮模塊化生產(chǎn)方式下的模塊化裝配。

　　產(chǎn)品組合。模塊化生產(chǎn)方式下，模塊的寬度、深度決定了產(chǎn)品組合的寬度、深度，進(jìn)而影響產(chǎn)品裝配的效率。模塊化裝配按照模塊的相似性進(jìn)行裝配線(xiàn)的任務(wù)分配，實(shí)現模塊的并行裝配，提高裝配效率。因此，對產(chǎn)品組合合理的分析、分類(lèi)是進(jìn)行產(chǎn)品的裝配序列規劃及生產(chǎn)線(xiàn)平衡的依據。

　　裝配序列規劃。模塊化裝配下，產(chǎn)品的裝配分為模塊的分裝和產(chǎn)品的總裝，模塊的分裝可以根據對市場(chǎng)的預測及銷(xiāo)售歷史進(jìn)行預測性裝配，各模塊在不同的裝配線(xiàn)上實(shí)現并行裝配，因此，不必考慮分裝模塊的裝配序列規劃；在產(chǎn)品的總裝階段，則必須考慮產(chǎn)品的結構特征、裝配的工藝性、模塊接口的特性等因素，根據組成產(chǎn)品的模塊數量和類(lèi)型最少、裝配方向、夾具變換次數最少、裝配的層次化、并行化等模塊裝配序列規劃原理，確定模塊化生產(chǎn)方式下裝配的裝配序列。

　　裝配線(xiàn)平衡。模塊化裝配方式下多品種裝配流水線(xiàn)上的節拍為各種產(chǎn)品的平均節拍，而各種產(chǎn)品在工序上的工作節拍因產(chǎn)品的不同而有差異。因此，不能按平均節拍來(lái)平衡線(xiàn)內各道工序的生產(chǎn)能力，而應以計劃期為單位結合顧客訂單的交貨期及生產(chǎn)的提前期進(jìn)行生產(chǎn)線(xiàn)的平衡。生產(chǎn)線(xiàn)平衡后即可以模塊為單位，在堅持“構成產(chǎn)品的模塊數量和類(lèi)型最少”的原則下，進(jìn)行產(chǎn)品的模塊化裝配。

　　結論

　　模塊化生產(chǎn)方式是模塊化理論滲透到制造領(lǐng)域形成的更具靈活性、適應性的生產(chǎn)方式。這種生產(chǎn)方式下，企業(yè)不再需要把所有生產(chǎn)工序集中在一個(gè)企業(yè)內部，而是將生產(chǎn)工序進(jìn)行模塊化分解，外包給其他經(jīng)營(yíng)單位，或者從市場(chǎng)上采購模塊部件，因此，模塊化生產(chǎn)適合于顧客需求多樣化、個(gè)性化的大規模定制。當然，實(shí)施模塊化生產(chǎn)方式的前提條件是產(chǎn)品的可分解性，即該產(chǎn)品既能被分解成若干零部件又可以進(jìn)行重新組合，并且在這一過(guò)程中不會(huì )失去原有的功能。

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