模塊化生產(chǎn)方式的形成演化及其實(shí)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(guó)內(nèi)外學(xué)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(zhuān)業(yè)化、規(guī)模經(jīng)濟(jì)、需求的多樣化和個(gè)性化、模塊化設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、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(xiàn)。模塊化生產(chǎn)方式的研究對(duì)大規(guī)模定制的實(shí)現(xiàn)以及企業(yè)滿(mǎn)足市場(chǎng)多樣化、個(gè)性化需求有著重要意義，為提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)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(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及企業(yè)對(duì)利潤(rùn)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(duì)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(yīng)運(yùn)而生。因此，模塊化生產(chǎn)方式的產(chǎn)生有其必然性。
（一）專(zhuān)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(zhuān)業(yè)化是企業(yè)提高生產(chǎn)效率的有效手段。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，產(chǎn)品生命周期、交貨期的縮短及顧客消費(fèi)需求從數(shù)量消費(fèi)、質(zhì)量消費(fèi)向個(gè)性化消費(fèi)的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)分工不再適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。模塊化是在傳統(tǒng)分工的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將各個(gè)細(xì)分部分按照功能原則重新聚合的過(guò)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(dú)立的模塊，這些模塊可以在不同的專(zhuān)業(yè)化企業(yè)中獨(dú)立地被設(shè)計(jì)、制造，而這種“獨(dú)立性”正好可以使各模塊生產(chǎn)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力得到強(qiáng)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。
（二）規(guī)模經(jīng)濟(jì)是模塊化生產(chǎn)方式形成的動(dòng)力
提高規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，降低單位產(chǎn)品成本，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)良好經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。但在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)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(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)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(xiàn)企業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。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(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)化及通用化，通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)、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(biāo)準(zhǔn)化的有效結(jié)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(xiàn)了規(guī)模經(jīng)濟(jì)，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(dāng)今市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的生產(chǎn)方式，是企業(yè)追求規(guī)模經(jīng)濟(jì)的有力手段。
（三）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(guī)模定制是當(dāng)前滿(mǎn)足顧客多樣化、個(gè)性化需求的一種方式，當(dāng)在單個(gè)企業(yè)內(nèi)部實(shí)施大規(guī)模定制會(huì)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(guò)模塊化設(shè)計(jì)、模塊化制造、模塊化裝配可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制的高效、低成本生產(chǎn)。首先，通過(guò)對(duì)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(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(dá)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(shè)計(jì)階段，從開(kāi)始的設(shè)計(jì)階段到最后的交付階段，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都體現(xiàn)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(biāo)，是模塊化生產(chǎn)方式形成的必要條件。
（四）模塊化設(shè)計(jì)、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(jì)、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(jì)、制造超越了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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(duì)象由傳統(tǒng)零部件轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)化、通用化，導(dǎo)致以模塊為生產(chǎn)對(duì)象的模塊化設(shè)計(jì)、模塊化制造的產(chǎn)生，模塊化設(shè)計(jì)、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(jì)、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(xiàn)
（一）合理的模塊劃分是實(shí)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(jì)的前提，而模塊化設(shè)計(jì)是實(shí)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(duì)生產(chǎn)的成本和效率有很大的影響：模塊劃分粒度越細(xì)，越有利于客戶(hù)參與產(chǎn)品定制設(shè)計(jì)，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(shí)間加長(zhǎng)，裝配精度下降的可能性增加，從而使交貨期延長(zhǎng)；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?yàn)榭蛻?hù)一點(diǎn)小小的要求，則可能導(dǎo)致整個(gè)模塊的重新設(shè)計(jì)，從而增加成本及生產(chǎn)周期，交貨期延長(zhǎng)，客戶(hù)滿(mǎn)意度下降。針對(duì)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(chǔ)，以結(jié)構(gòu)為載體，根據(jù)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(yùn)輸、等待時(shí)間。
（二）基于功能模塊的模塊化設(shè)計(jì)
模塊化設(shè)計(jì)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(xiàn)有產(chǎn)品及模塊的重新組合能否滿(mǎn)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(jìn)行新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)；否則，通過(guò)采取現(xiàn)有模塊改進(jìn)、專(zhuān)用模塊設(shè)計(jì)及其接口設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)：
現(xiàn)有模塊改進(jìn)。分析顧客的個(gè)性化需求后，先從模塊庫(kù)中找到相似的模塊，再對(duì)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(zhēng)取在現(xiàn)有條件基礎(chǔ)上盡可能滿(mǎn)足顧客需求。現(xiàn)有模塊的改進(jìn)較模塊的重新設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)有效，周期短，更容易為企業(yè)所接受和采納。
專(zhuān)用模塊設(shè)計(jì)。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)模塊或通用模塊庫(kù)中沒(méi)有與所要求模塊相似的標(biāo)準(zhǔn)模塊，無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)有模塊改進(jìn)時(shí)，就需要采用專(zhuān)用模塊設(shè)計(jì)。專(zhuān)用模塊化設(shè)計(jì)需要較長(zhǎng)的周期，需要花費(fèi)較多的人力、物力、財(cái)力，因此，必須考慮經(jīng)濟(jì)性原理，即在設(shè)計(jì)中考慮通用化、系列化等因素，以便實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用模塊向通用模塊的轉(zhuǎn)型。
接口設(shè)計(jì)。接口的作用是傳遞功能。為擴(kuò)大模塊通用性，接口設(shè)計(jì)必須解決其互換性和兼容性問(wèn)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(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)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(xiàn)模塊間的連接。因而，充分考慮各類(lèi)產(chǎn)品的接口結(jié)構(gòu)，使設(shè)計(jì)的模塊具有多種接口，以實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品的互連，即要擴(kuò)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(shí)現(xiàn)必要的兼容，對(duì)較復(fù)雜的接口，可設(shè)計(jì)接口模塊。
（三）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(jié)合，實(shí)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(shí)際上是核心成員企業(yè)在對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行概念化設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)，并對(duì)每個(gè)模塊的性能、參數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化之后，就每個(gè)模塊在眾多的獨(dú)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(chǎng)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(shì)資源承擔(dān)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(dú)立的子系統(tǒng)，各自專(zhuān)注于自己專(zhuān)長(zhǎng)的項(xiàng)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(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(guò)程中由于各個(gè)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(fèi)用，從而真正把各成員企業(yè)的專(zhuān)長(zhǎng)、知識(shí)、信息、核心資源優(yōu)勢(shì)集中起來(lái)，以最短的反應(yīng)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(zhǎng)的工作，以努力提高自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
（四）基于多品種流水線(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(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、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(dú)立的模塊。針對(duì)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(fù)荷的均衡以實(shí)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(shí)間短，快速響應(yīng)顧客的多樣化需求。
當(dāng)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(xiàn)模塊的并行裝配，提高裝配效率。因此，對(duì)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(guī)劃及生產(chǎn)線(xiàn)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(duì)市場(chǎng)的預(yù)測(cè)及銷(xiāo)售歷史進(jìn)行預(yù)測(cè)性裝配，各模塊在不同的裝配線(xiàn)上實(shí)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(lèi)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(xiàn)平衡。模塊化裝配方式下多品種裝配流水線(xiàn)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(lái)平衡線(xiàn)內(nèi)各道工序的生產(chǎn)能力，而應(yīng)以計(jì)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(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(jiān)持“構(gòu)成產(chǎn)品的模塊數(shù)量和類(lèi)型最少”的原則下，進(jìn)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(gè)企業(yè)內(nèi)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(gòu)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(guī)模定制。當(dāng)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。
參考文獻(xiàn)：
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