模塊化生產方式的形成演化及其實現論文
內容摘要：模塊化生產已引起人們的廣泛關注。本文在借鑒國內外學者研究成果的基礎上，提出了模塊化生產方式的概念，從專業(yè)化、規(guī)模經濟、需求的多樣化和個性化、模塊化設計和制造四個方面分析了模塊化生產方式的形成演化，從模塊劃分、基于功能模塊的模塊化設計、基于虛擬企業(yè)的模塊化制造網絡、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方式的實現。模塊化生產方式的研究對大規(guī)模定制的實現以及企業(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方式。
關鍵詞：模塊化 生產方式 大規(guī)模定制
模塊化生產方式的形成演化
技術的進步、經濟的發(fā)展及企業(yè)對利潤的追求，使生產方式由單件小批生產、批量生產、大批量生產向模塊化生產演化。傳統(tǒng)生產方式的弊端促使企業(yè)不斷尋求既能夠快速應對市場多樣化、個性化需求，又能夠低成本為顧客提供定制產品的新的生產方式。在這種背景下，模塊化生產方式應運而生。因此，模塊化生產方式的產生有其必然性。
（一）專業(yè)化是模塊化生產方式形成的前提條件
傳統(tǒng)生產方式下，專業(yè)化是企業(yè)提高生產效率的有效手段。隨著市場競爭的加劇，產品生命周期、交貨期的縮短及顧客消費需求從數量消費、質量消費向個性化消費的轉變，傳統(tǒng)的專業(yè)分工不再適應競爭的需要。模塊化是在傳統(tǒng)分工的基礎上進一步將各個細分部分按照功能原則重新聚合的過程，這種思想體現在模塊化生產方式中就是：產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)中獨立地被設計、制造，而這種“獨立性”正好可以使各模塊生產企業(yè)的核心競爭力得到強化。因此，專業(yè)化使模塊化生產方式具備了產生的可能性，是模塊化生產方式形成的前提條件。
�。ǘ┮�(guī)模經濟是模塊化生產方式形成的動力
提高規(guī)模經濟效益，降低單位產品成本，是企業(yè)實現良好經濟效益的基礎。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規(guī)模經濟往往是矛盾的，即要滿足顧客多樣化、個性化需求就難以實現企業(yè)的規(guī)模經濟。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計的廣泛應用是企業(yè)在技術、產品上的.一大創(chuàng)新，模塊化生產方式正是利用模塊的標準化及通用化，通過模塊化設計、模塊化制造、模塊化裝配，通過產品的多變性與零部件標準化的有效結合，通過模塊的批量生產，在滿足顧客定制需求的同時實現了規(guī)模經濟，降低了企業(yè)成本。因此，模塊化生產方式是一種更能適應當今市場競爭的生產方式，是企業(yè)追求規(guī)模經濟的有力手段。
（三）需求的多樣化與個性化是模塊化生產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，應用模塊化生產方式，通過模塊化設計、模塊化制造、模塊化裝配可實現大規(guī)模定制的高效、低成本生產。首先，通過對產品進行合理的功能模塊劃分，利用模塊的相似性來減少產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品多樣性的同時控制產品成本的目的；其次，通過將顧客的個性化需求滲透到產品的設計階段，從開始的設計階段到最后的交付階段，整個生產過程都體現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品的生命周期，縮短了產品上市的時間。因此，快速滿足顧客多樣化、個性化的需求是模塊化生產方式追求的主要目標，是模塊化生產方式形成的必要條件。
�。ㄋ模┠K化設計、制造是模塊化生產方式形成的充分條件
產品的設計、制造方式決定著產品裝配方式，從而決定著產品的生產方式。模塊化設計、制造超越了傳統(tǒng)的設計、制造方式，通過將產品劃分為一系列的功能模塊，將生產對象由傳統(tǒng)零部件轉變到模塊上來，再通過功能模塊的選擇與組合，裝配出滿足顧客需求的產品。模塊的標準化、通用化，導致以模塊為生產對象的模塊化設計、模塊化制造的產生，模塊化設計、模塊化制造引起產品裝配方式由傳統(tǒng)裝配向模塊化裝配的轉變，從而導致生產方式向模塊化生產方式的轉變。因此，模塊化設計、模塊化制造促進了模塊化生產方式的產生，是模塊化生產方式形成的充分條件。
模塊化生產方式的實現
�。ㄒ唬┖侠淼哪K劃分是實現模塊化生產方式的關鍵
模塊劃分是模塊化設計的前提，而模塊化設計是實現模塊化生產方式的基礎，因此，模塊劃分是模塊化生產方式的關鍵環(huán)節(jié)。模塊劃分的粒度對生產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品定制設計，但由于組成產品的模塊數增多，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，則可能導致整個模塊的重新設計，從而增加成本及生產周期，交貨期延長，客戶滿意度下降。針對模塊化生產方式的特點，在考慮顧客個性化需求的前提下，以功能為基礎，以結構為載體，根據產品的物理、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。
（二）基于功能模塊的模塊化設計
模塊化設計是模塊化生產的價值核心，也是企業(yè)最大價值所在。企業(yè)在接到顧客的訂單后，首先確定現有產品及模塊的重新組合能否滿足顧客需求，以現有產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品，不必進行新產品的設計；否則，通過采取現有模塊改進、專用模塊設計及其接口設計來進行產品的創(chuàng)新性設計：
現有模塊改進。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，爭取在現有條件基礎上盡可能滿足顧客需求。現有模塊的改進較模塊的重新設計經濟有效，周期短，更容易為企業(yè)所接受和采納。
專用模塊設計。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，無法進行現有模塊改進時，就需要采用專用模塊設計。專用模塊化設計需要較長的周期，需要花費較多的人力、物力、財力，因此，必須考慮經濟性原理，即在設計中考慮通用化、系列化等因素，以便實現專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題。模塊的接口分為內部接口和外部接口，內部接口主要實現模塊內部的互聯(lián)，它是一種專用接口，而外部接口主要是實現模塊間的連接。因而，充分考慮各類產品的接口結構，使設計的模塊具有多種接口，以實現不同產品的互連，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。為實現必要的兼容，對較復雜的接口，可設計接口模塊。
�。ㄈ┗谔摂M企業(yè)制造網絡的模塊化制造
模塊化生產方式將虛擬企業(yè)制造網絡和模塊化制造相結合，實施基于虛擬企業(yè)制造網絡的模塊化制造。基于虛擬企業(yè)制造網絡實際上是核心成員企業(yè)在對新產品進行概念化設計、模塊化設計，并對每個模塊的性能、參數等關鍵指標標準化之后，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。 制造網絡中，核心企業(yè)根據不斷變化的產出需求和新市場的出現重新配置生產要素。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)制造網絡的獨立的子系統(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)的專長、知識、信息、核心資源優(yōu)勢集中起來，以最短的反應時間、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，再根據產品的結構、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量、品種、工時及生產負荷的均衡以實現生產平穩(wěn)，產品結構轉換迅速，設備調整時間短，快速響應顧客的多樣化需求。
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方式下的模塊化裝配。
產品組合。模塊化生產方式下，模塊的寬度、深度決定了產品組合的寬度、深度，進而影響產品裝配的效率。模塊化裝配按照模塊的相似性進行裝配線的任務分配，實現模塊的并行裝配，提高裝配效率。因此，對產品組合合理的分析、分類是進行產品的裝配序列規(guī)劃及生產線平衡的依據。
裝配序列規(guī)劃。模塊化裝配下，產品的裝配分為模塊的分裝和產品的總裝，模塊的分裝可以根據對市場的預測及銷售歷史進行預測性裝配，各模塊在不同的裝配線上實現并行裝配，因此，不必考慮分裝模塊的裝配序列規(guī)劃；在產品的總裝階段，則必須考慮產品的結構特征、裝配的工藝性、模塊接口的特性等因素，根據組成產品的模塊數量和類型最少、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(guī)劃原理，確定模塊化生產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)拍為各種產品的平均節(jié)拍，而各種產品在工序上的工作節(jié)拍因產品的不同而有差異。因此，不能按平均節(jié)拍來平衡線內各道工序的生產能力，而應以計劃期為單位結合顧客訂單的交貨期及生產的提前期進行生產線的平衡。生產線平衡后即可以模塊為單位，在堅持“構成產品的模塊數量和類型最少”的原則下，進行產品的模塊化裝配。
結論
模塊化生產方式是模塊化理論滲透到制造領域形成的更具靈活性、適應性的生產方式。這種生產方式下，企業(yè)不再需要把所有生產工序集中在一個企業(yè)內部，而是將生產工序進行模塊化分解，外包給其他經營單位，或者從市場上采購模塊部件，因此，模塊化生產適合于顧客需求多樣化、個性化的大規(guī)模定制。當然，實施模塊化生產方式的前提條件是產品的可分解性，即該產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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