模块化生产方式的形成演化及其实现论文
内容摘要：模块化生产已引起人们的广泛关注。本文在借鉴国内外学者研究成果的基础上，提出了模块化生产方式的概念，从专业化、规模经济、需求的多样化和个性化、模块化设计和制造四个方面分析了模块化生产方式的形成演化，从模块划分、基于功能模块的模块化设计、基于虚拟企业的模块化制造网络、基于多品种流水线的模块化装配四个方面探讨了模块化生产方式的实现。模块化生产方式的研究对大规模定制的实现以及企业满足市场多样化、个性化需求有着重要意义，为提升企业的竞争力提供了一种新型生产方式。
关键词：模块化 生产方式 大规模定制
模块化生产方式的形成演化
技术的进步、经济的发展及企业对利润的追求，使生产方式由单件小批生产、批量生产、大批量生产向模块化生产演化。传统生产方式的弊端促使企业不断寻求既能够快速应对市场多样化、个性化需求，又能够低成本为顾客提供定制产品的新的生产方式。在这种背景下，模块化生产方式应运而生。因此，模块化生产方式的产生有其必然性。
（一）专业化是模块化生产方式形成的前提条件
传统生产方式下，专业化是企业提高生产效率的有效手段。随着市场竞争的加剧，产品生命周期、交货期的缩短及顾客消费需求从数量消费、质量消费向个性化消费的转变，传统的专业分工不再适应竞争的需要。模块化是在传统分工的基础上进一步将各个细分部分按照功能原则重新聚合的过程，这种思想体现在模块化生产方式中就是：产品被分解成独立的模块，这些模块可以在不同的专业化企业中独立地被设计、制造，而这种“独立性”正好可以使各模块生产企业的核心竞争力得到强化。因此，专业化使模块化生产方式具备了产生的可能性，是模块化生产方式形成的前提条件。
（二）规模经济是模块化生产方式形成的动力
提高规模经济效益，降低单位产品成本，是企业实现良好经济效益的基础。但在当今竞争日益激烈、市场需求日趋多样化、个性化的市场环境下，满足顾客需求与实现规模经济往往是矛盾的，即要满足顾客多样化、个性化需求就难以实现企业的规模经济。因此，如何解决这一矛盾是企业面临的一大问题。模块化尤其是模块化设计的广泛应用是企业在技术、产品上的.一大创新，模块化生产方式正是利用模块的标准化及通用化，通过模块化设计、模块化制造、模块化装配，通过产品的多变性与零部件标准化的有效结合，通过模块的批量生产，在满足顾客定制需求的同时实现了规模经济，降低了企业成本。因此，模块化生产方式是一种更能适应当今市场竞争的生产方式，是企业追求规模经济的有力手段。
（三）需求的多样化与个性化是模块化生产方式形成的必要条件
大规模定制是当前满足顾客多样化、个性化需求的一种方式，当在单个企业内部实施大规模定制会造成企业成本增加，效率降低。因此，应用模块化生产方式，通过模块化设计、模块化制造、模块化装配可实现大规模定制的高效、低成本生产。首先，通过对产品进行合理的功能模块划分，利用模块的相似性来减少产品结构和制造结构的变化，最终借助模块的选择和模块间的组合达到在保持产品多样性的同时控制产品成本的目的；其次，通过将顾客的个性化需求渗透到产品的设计阶段，从开始的设计阶段到最后的交付阶段，整个生产过程都体现了顾客的个性化需求，大大提高了顾客满意度；最后，模块化制造、模块化装配缩短了产品的生命周期，缩短了产品上市的时间。因此，快速满足顾客多样化、个性化的需求是模块化生产方式追求的主要目标，是模块化生产方式形成的必要条件。
（四）模块化设计、制造是模块化生产方式形成的充分条件
产品的设计、制造方式决定着产品装配方式，从而决定着产品的生产方式。模块化设计、制造超越了传统的设计、制造方式，通过将产品划分为一系列的功能模块，将生产对象由传统零部件转变到模块上来，再通过功能模块的选择与组合，装配出满足顾客需求的产品。模块的标准化、通用化，导致以模块为生产对象的模块化设计、模块化制造的产生，模块化设计、模块化制造引起产品装配方式由传统装配向模块化装配的转变，从而导致生产方式向模块化生产方式的转变。因此，模块化设计、模块化制造促进了模块化生产方式的产生，是模块化生产方式形成的充分条件。
模块化生产方式的实现
（一）合理的模块划分是实现模块化生产方式的关键
模块划分是模块化设计的前提，而模块化设计是实现模块化生产方式的基础，因此，模块划分是模块化生产方式的关键环节。模块划分的粒度对生产的成本和效率有很大的影响：模块划分粒度越细，越有利于客户参与产品定制设计，但由于组成产品的模块数增多，使得装配接口增多，装配时间加长，装配精度下降的可能性增加，从而使交货期延长；模块划分粒度越粗，越有利于产品装配，但客户的需求又较难满足，因为客户一点小小的要求，则可能导致整个模块的重新设计，从而增加成本及生产周期，交货期延长，客户满意度下降。针对模块化生产方式的特点，在考虑顾客个性化需求的前提下，以功能为基础，以结构为载体，根据产品的物理、几何特征，进行面向制造、面向装配的模块划分，简化模块化制造、装配过程，减少运输、等待时间。
（二）基于功能模块的模块化设计
模块化设计是模块化生产的价值核心，也是企业最大价值所在。企业在接到顾客的订单后，首先确定现有产品及模块的重新组合能否满足顾客需求，以现有产品或模块的重新组合即可快速、可靠地向顾客提供所需的产品，不必进行新产品的设计；否则，通过采取现有模块改进、专用模块设计及其接口设计来进行产品的创新性设计：
现有模块改进。分析顾客的个性化需求后，先从模块库中找到相似的模块，再对该相似模块采取改变或替代某些要素，添加某些要素，改变某些接口以及局部功能更新，提高模块性能等措施，争取在现有条件基础上尽可能满足顾客需求。现有模块的改进较模块的重新设计经济有效，周期短，更容易为企业所接受和采纳。
专用模块设计。当标准模块或通用模块库中没有与所要求模块相似的标准模块，无法进行现有模块改进时，就需要采用专用模块设计。专用模块化设计需要较长的周期，需要花费较多的人力、物力、财力，因此，必须考虑经济性原理，即在设计中考虑通用化、系列化等因素，以便实现专用模块向通用模块的转型。
接口设计。接口的作用是传递功能。为扩大模块通用性，接口设计必须解决其互换性和兼容性问题。模块的接口分为内部接口和外部接口，内部接口主要实现模块内部的互联，它是一种专用接口，而外部接口主要是实现模块间的连接。因而，充分考虑各类产品的接口结构，使设计的模块具有多种接口，以实现不同产品的互连，即要扩大接口的兼容性，兼容性是解决模块更新、加大模块重复使用的有效途径。为实现必要的兼容，对较复杂的接口，可设计接口模块。
（三）基于虚拟企业制造网络的模块化制造
模块化生产方式将虚拟企业制造网络和模块化制造相结合，实施基于虚拟企业制造网络的模块化制造。基于虚拟企业制造网络实际上是核心成员企业在对新产品进行概念化设计、模块化设计，并对每个模块的性能、参数等关键指标标准化之后，就每个模块在众多的独立企业中挑选出最优合作伙伴。 制造网络中，核心企业根据不断变化的产出需求和新市场的出现重新配置生产要素。成员企业根据其核心能力、优势资源承担相应模块的制造，因此，各成员企业作为组成虚拟企业制造网络的独立的子系统，各自专注于自己专长的项目，每个成员企业仅仅作为一个功能模块显示其外部功能。而各成员企业的内部功能，由各成员企业自身去解决，这样，有利于减少资源在集成过程中由于各个成员企业的利益冲突而产生的内耗，降低联盟内的交易费用，从而真正把各成员企业的专长、知识、信息、核心资源优势集中起来，以最短的反应时间、最少的投资、最大限度的满足顾客多样化和个性化的需求；也使各个成员企业可以更好地集中自己所有的资源作自己所专长的工作，以努力提高自己的核心竞争力。
（四）基于多品种流水线的模块化装配
模块化装配，即先通过零部件的组合装配出具有不同功能的模块，再根据产品的结构、功能选择满足要求的模块，通过模块的组合装配出满足顾客要求的产品。因此，模块化装配的基本单元是独立的模块。针对顾客需求的多样化、个性化特征，模块化生产方式可采用多品种装配流水线，基于多品种流水线的模块化装配要求做到产量、品种、工时及生产负荷的均衡以实现生产平稳，产品结构转换迅速，设备调整时间短，快速响应顾客的多样化需求。
当前，企业的装配线多是基于顾客订单的装配线，装配过程具有动态性。因此，必须从以下三个方面考虑模块化生产方式下的模块化装配。
产品组合。模块化生产方式下，模块的宽度、深度决定了产品组合的宽度、深度，进而影响产品装配的效率。模块化装配按照模块的相似性进行装配线的任务分配，实现模块的并行装配，提高装配效率。因此，对产品组合合理的分析、分类是进行产品的装配序列规划及生产线平衡的依据。
装配序列规划。模块化装配下，产品的装配分为模块的分装和产品的总装，模块的分装可以根据对市场的预测及销售历史进行预测性装配，各模块在不同的装配线上实现并行装配，因此，不必考虑分装模块的装配序列规划；在产品的总装阶段，则必须考虑产品的结构特征、装配的工艺性、模块接口的特性等因素，根据组成产品的模块数量和类型最少、装配方向、夹具变换次数最少、装配的层次化、并行化等模块装配序列规划原理，确定模块化生产方式下装配的装配序列。
装配线平衡。模块化装配方式下多品种装配流水线上的节拍为各种产品的平均节拍，而各种产品在工序上的工作节拍因产品的不同而有差异。因此，不能按平均节拍来平衡线内各道工序的生产能力，而应以计划期为单位结合顾客订单的交货期及生产的提前期进行生产线的平衡。生产线平衡后即可以模块为单位，在坚持“构成产品的模块数量和类型最少”的原则下，进行产品的模块化装配。
结论
模块化生产方式是模块化理论渗透到制造领域形成的更具灵活性、适应性的生产方式。这种生产方式下，企业不再需要把所有生产工序集中在一个企业内部，而是将生产工序进行模块化分解，外包给其他经营单位，或者从市场上采购模块部件，因此，模块化生产适合于顾客需求多样化、个性化的大规模定制。当然，实施模块化生产方式的前提条件是产品的可分解性，即该产品既能被分解成若干零部件又可以进行重新组合，并且在这一过程中不会失去原有的功能。
参考文献：
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