模塊化生產(chǎn)方式的形成演化及其實現(xiàn)論文
內(nèi)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(nèi)外學者研究成果的基礎(chǔ)上，提出了模塊化生產(chǎn)方式的概念，從專業(yè)化、規(guī)模經(jīng)濟、需求的多樣化和個性化、模塊化設(shè)計和制造四個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(shè)計、基于虛擬企業(yè)的模塊化制造網(wǎng)絡(luò)、基于多品種流水線的模塊化裝配四個方面探討了模塊化生產(chǎn)方式的實現(xiàn)。模塊化生產(chǎn)方式的研究對大規(guī)模定制的實現(xiàn)以及企業(yè)滿足市場多樣化、個性化需求有著重要意義，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(guī)模定制
模塊化生產(chǎn)方式的形成演化
技術(shù)的進步、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(tǒng)生產(chǎn)方式的弊端促使企業(yè)不斷尋求既能夠快速應(yīng)對市場多樣化、個性化需求，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(yīng)運而生。因此，模塊化生產(chǎn)方式的產(chǎn)生有其必然性。
（一）專業(yè)化是模塊化生產(chǎn)方式形成的前提條件
傳統(tǒng)生產(chǎn)方式下，專業(yè)化是企業(yè)提高生產(chǎn)效率的有效手段。隨著市場競爭的加劇，產(chǎn)品生命周期、交貨期的縮短及顧客消費需求從數(shù)量消費、質(zhì)量消費向個性化消費的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的專業(yè)分工不再適應(yīng)競爭的需要。模塊化是在傳統(tǒng)分工的基礎(chǔ)上進一步將各個細分部分按照功能原則重新聚合的過程，這種思想體現(xiàn)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業(yè)化企業(yè)中獨立地被設(shè)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┮�(guī)模經(jīng)濟是模塊化生產(chǎn)方式形成的動力
提高規(guī)模經(jīng)濟效益，降低單位產(chǎn)品成本，是企業(yè)實現(xiàn)良好經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)。但在當今競爭日益激烈、市場需求日趨多樣化、個性化的市場環(huán)境下，滿足顧客需求與實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟往往是矛盾的，即要滿足顧客多樣化、個性化需求就難以實現(xiàn)企業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟。因此，如何解決這一矛盾是企業(yè)面臨的一大問題。模塊化尤其是模塊化設(shè)計的廣泛應(yīng)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，通過模塊化設(shè)計、模塊化制造、模塊化裝配，通過產(chǎn)品的多變性與零部件標準化的有效結(jié)合，通過模塊的批量生產(chǎn)，在滿足顧客定制需求的同時實現(xiàn)了規(guī)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(yīng)當今市場競爭的生產(chǎn)方式，是企業(yè)追求規(guī)模經(jīng)濟的有力手段。
（三）需求的多樣化與個性化是模塊化生產(chǎn)方式形成的必要條件
大規(guī)模定制是當前滿足顧客多樣化、個性化需求的一種方式，當在單個企業(yè)內(nèi)部實施大規(guī)模定制會造成企業(yè)成本增加，效率降低。因此，應(yīng)用模塊化生產(chǎn)方式，通過模塊化設(shè)計、模塊化制造、模塊化裝配可實現(xiàn)大規(guī)模定制的高效、低成本生產(chǎn)。首先，通過對產(chǎn)品進行合理的功能模塊劃分，利用模塊的相似性來減少產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制造結(jié)構(gòu)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)品多樣性的同時控制產(chǎn)品成本的目的；其次，通過將顧客的個性化需求滲透到產(chǎn)品的設(shè)計階段，從開始的設(shè)計階段到最后的交付階段，整個生產(chǎn)過程都體現(xiàn)了顧客的個性化需求，大大提高了顧客滿意度；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)品上市的時間。因此，快速滿足顧客多樣化、個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┠K化設(shè)計、制造是模塊化生產(chǎn)方式形成的充分條件
產(chǎn)品的設(shè)計、制造方式?jīng)Q定著產(chǎn)品裝配方式，從而決定著產(chǎn)品的生產(chǎn)方式。模塊化設(shè)計、制造超越了傳統(tǒng)的設(shè)計、制造方式，通過將產(chǎn)品劃分為一系列的功能模塊，將生產(chǎn)對象由傳統(tǒng)零部件轉(zhuǎn)變到模塊上來，再通過功能模塊的選擇與組合，裝配出滿足顧客需求的產(chǎn)品。模塊的標準化、通用化，導(dǎo)致以模塊為生產(chǎn)對象的模塊化設(shè)計、模塊化制造的產(chǎn)生，模塊化設(shè)計、模塊化制造引起產(chǎn)品裝配方式由傳統(tǒng)裝配向模塊化裝配的轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致生產(chǎn)方式向模塊化生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。因此，模塊化設(shè)計、模塊化制造促進了模塊化生產(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)方式的實現(xiàn)
（一）合理的模塊劃分是實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)方式的關(guān)鍵
模塊劃分是模塊化設(shè)計的前提，而模塊化設(shè)計是實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)方式的基礎(chǔ)，因此，模塊劃分是模塊化生產(chǎn)方式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。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，越有利于客戶參與產(chǎn)品定制設(shè)計，但由于組成產(chǎn)品的模塊數(shù)增多，使得裝配接口增多，裝配時間加長，裝配精度下降的可能性增加，從而使交貨期延長；模塊劃分粒度越粗，越有利于產(chǎn)品裝配，但客戶的需求又較難滿足，因為客戶一點小小的要求，則可能導(dǎo)致整個模塊的重新設(shè)計，從而增加成本及生產(chǎn)周期，交貨期延長，客戶滿意度下降。針對模塊化生產(chǎn)方式的特點，在考慮顧客個性化需求的前提下，以功能為基礎(chǔ)，以結(jié)構(gòu)為載體，根據(jù)產(chǎn)品的物理、幾何特征，進行面向制造、面向裝配的模塊劃分，簡化模塊化制造、裝配過程，減少運輸、等待時間。
�。ǘ┗诠δ苣K的模塊化設(shè)計
模塊化設(shè)計是模塊化生產(chǎn)的價值核心，也是企業(yè)最大價值所在。企業(yè)在接到顧客的訂單后，首先確定現(xiàn)有產(chǎn)品及模塊的重新組合能否滿足顧客需求，以現(xiàn)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，不必進行新產(chǎn)品的設(shè)計；否則，通過采取現(xiàn)有模塊改進、專用模塊設(shè)計及其接口設(shè)計來進行產(chǎn)品的創(chuàng)新性設(shè)計：
現(xiàn)有模塊改進。分析顧客的個性化需求后，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(xiàn)有條件基礎(chǔ)上盡可能滿足顧客需求�，F(xiàn)有模塊的改進較模塊的重新設(shè)計經(jīng)濟有效，周期短，更容易為企業(yè)所接受和采納。
專用模塊設(shè)計。當標準模塊或通用模塊庫中沒有與所要求模塊相似的標準模塊，無法進行現(xiàn)有模塊改進時，就需要采用專用模塊設(shè)計。專用模塊化設(shè)計需要較長的周期，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(shè)計中考慮通用化、系列化等因素，以便實現(xiàn)專用模塊向通用模塊的轉(zhuǎn)型。
接口設(shè)計。接口的作用是傳遞功能。為擴大模塊通用性，接口設(shè)計必須解決其互換性和兼容性問題。模塊的接口分為內(nèi)部接口和外部接口，內(nèi)部接口主要實現(xiàn)模塊內(nèi)部的互聯(lián)，它是一種專用接口，而外部接口主要是實現(xiàn)模塊間的連接。因而，充分考慮各類產(chǎn)品的接口結(jié)構(gòu)，使設(shè)計的模塊具有多種接口，以實現(xiàn)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(fù)使用的有效途徑。為實現(xiàn)必要的兼容，對較復(fù)雜的接口，可設(shè)計接口模塊。
�。ㄈ┗谔摂M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(jié)合，實施基于虛擬企業(yè)制造網(wǎng)絡(luò)的模塊化制造。基于虛擬企業(yè)制造網(wǎng)絡(luò)實際上是核心成員企業(yè)在對新產(chǎn)品進行概念化設(shè)計、模塊化設(shè)計，并對每個模塊的性能、參數(shù)等關(guān)鍵指標標準化之后，就每個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(jù)不斷變化的產(chǎn)出需求和新市場的出現(xiàn)重新配置生產(chǎn)要素。成員企業(yè)根據(jù)其核心能力、優(yōu)勢資源承擔相應(yīng)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(tǒng)，各自專注于自己專長的項目，每個成員企業(yè)僅僅作為一個功能模塊顯示其外部功能。而各成員企業(yè)的內(nèi)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程中由于各個成員企業(yè)的利益沖突而產(chǎn)生的內(nèi)耗，降低聯(lián)盟內(nèi)的交易費用，從而真正把各成員企業(yè)的專長、知識、信息、核心資源優(yōu)勢集中起來，以最短的反應(yīng)時間、最少的投資、最大限度的滿足顧客多樣化和個性化的需求；也使各個成員企業(yè)可以更好地集中自己所有的資源作自己所專長的工作，以努力提高自己的核心競爭力。
（四）基于多品種流水線的模塊化裝配
模塊化裝配，即先通過零部件的組合裝配出具有不同功能的模塊，再根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能選擇滿足要求的模塊，通過模塊的組合裝配出滿足顧客要求的產(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、個性化特征，模塊化生產(chǎn)方式可采用多品種裝配流水線，基于多品種流水線的模塊化裝配要求做到產(chǎn)量、品種、工時及生產(chǎn)負荷的均衡以實現(xiàn)生產(chǎn)平穩(wěn)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換迅速，設(shè)備調(diào)整時間短，快速響應(yīng)顧客的多樣化需求。
當前，企業(yè)的裝配線多是基于顧客訂單的裝配線，裝配過程具有動態(tài)性。因此，必須從以下三個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行裝配線的任務(wù)分配，實現(xiàn)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、分類是進行產(chǎn)品的裝配序列規(guī)劃及生產(chǎn)線平衡的依據(jù)。
裝配序列規(guī)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(jù)對市場的預(yù)測及銷售歷史進行預(yù)測性裝配，各模塊在不同的裝配線上實現(xiàn)并行裝配，因此，不必考慮分裝模塊的裝配序列規(guī)劃；在產(chǎn)品的總裝階段，則必須考慮產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征、裝配的工藝性、模塊接口的特性等因素，根據(jù)組成產(chǎn)品的模塊數(shù)量和類型最少、裝配方向、夾具變換次數(shù)最少、裝配的層次化、并行化等模塊裝配序列規(guī)劃原理，確定模塊化生產(chǎn)方式下裝配的裝配序列。
裝配線平衡。模塊化裝配方式下多品種裝配流水線上的節(jié)拍為各種產(chǎn)品的平均節(jié)拍，而各種產(chǎn)品在工序上的工作節(jié)拍因產(chǎn)品的不同而有差異。因此，不能按平均節(jié)拍來平衡線內(nèi)各道工序的生產(chǎn)能力，而應(yīng)以計劃期為單位結(jié)合顧客訂單的交貨期及生產(chǎn)的提前期進行生產(chǎn)線的平衡。生產(chǎn)線平衡后即可以模塊為單位，在堅持“構(gòu)成產(chǎn)品的模塊數(shù)量和類型最少”的原則下，進行產(chǎn)品的模塊化裝配。
結(jié)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(yīng)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)工序集中在一個企業(yè)內(nèi)部，而是將生產(chǎn)工序進行模塊化分解，外包給其他經(jīng)營單位，或者從市場上采購模塊部件，因此，模塊化生產(chǎn)適合于顧客需求多樣化、個性化的大規(guī)模定制。當然，實施模塊化生產(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行重新組合，并且在這一過程中不會失去原有的功能。
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