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產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)和方法　[2006年11月15日]
關(guān)鍵詞：產(chǎn)品,模塊,企業(yè),模塊化,功能,平臺(tái),生產(chǎn),越來越,可以,

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摘要：介紹產(chǎn)品模塊化的優(yōu)點(diǎn)和方法，從模塊的概念入手，介紹模塊的特點(diǎn)，以及模塊化產(chǎn)品的過程，并介紹了模塊化如何通過PDM系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：模塊 模塊化 產(chǎn)品平臺(tái) 批量生產(chǎn) 大規(guī)模定制 PDM Windchill 重用 互換

1 制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

隨著中國加入WTO，中國經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步融入世界經(jīng)濟(jì)，中國在世界經(jīng)濟(jì)中扮演著越來越重要的角色。在這樣的大背景下作為中國經(jīng)濟(jì)增長引擎的制造行業(yè)中蘊(yùn)藏著巨大的市場機(jī)遇，但同時(shí)競爭也越來越慘烈，中國的制造業(yè)同樣面臨者巨大的挑戰(zhàn)。

要想贏得未來競爭的勝利，中國的制造業(yè)企業(yè)必須通過優(yōu)化整個(gè)產(chǎn)品生命周期的業(yè)務(wù)鏈來縮短產(chǎn)品上市時(shí)間、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，同時(shí)還要不斷通過研發(fā)創(chuàng)新來滿足客戶的變化需求。技術(shù)的飛速進(jìn)步，引起產(chǎn)品工程越來越復(fù)雜，企業(yè)必須在不斷變化的環(huán)境中應(yīng)付越來越復(fù)雜的工程技術(shù)，隨著客戶對產(chǎn)品個(gè)性化需求程度的增加，也導(dǎo)致產(chǎn)品定制化趨勢越來越明顯，企業(yè)必須創(chuàng)建數(shù)量龐大的產(chǎn)品系列來滿足客戶不斷變化的需求。企業(yè)必須同時(shí)具備以下的能力才能夠應(yīng)對挑戰(zhàn) ：持續(xù)提高的創(chuàng)新能力，使產(chǎn)品的科技含量越來越高，以滿足客戶變化需求；不斷縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，取得競爭優(yōu)勢；不斷強(qiáng)化成本控制能力，通過優(yōu)化產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的成本、研發(fā)、生產(chǎn)、物流、銷售和服務(wù)等環(huán)節(jié)控制產(chǎn)品總成本，取得產(chǎn)品價(jià)格優(yōu)勢；持續(xù)的質(zhì)量改進(jìn)能力。

企業(yè)一方面必須利用產(chǎn)品的批量化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化來縮短上市周期、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面還要不斷地進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新使產(chǎn)品越來越個(gè)性化，滿足客戶的定制需求。這樣，如何平衡產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化與定制化、柔性化之間的矛盾，成為贏得競爭的關(guān)鍵能力。

平臺(tái)化、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)可以在保持產(chǎn)品較高通用性的同時(shí)提供產(chǎn)品的多樣化配置，因此平臺(tái)化、模塊化的產(chǎn)品是解決定制化生產(chǎn)和批量化生產(chǎn)這對矛盾的一條出路。

但是，企業(yè)中龐大的激烈變化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)僅僅依靠手工方式來管理是很難做到準(zhǔn)確性、完整性、及時(shí)性和可追溯性的要求的。因此，將企業(yè)產(chǎn)品平臺(tái)化、模塊化的管理創(chuàng)新成果與信息系統(tǒng)的建設(shè)結(jié)合起來是很好的解決方案。要解決產(chǎn)品的模塊化管理，PDM產(chǎn)品無疑是一種很好的選擇。

2 模塊的概念

2.1 模塊的歷史來源

模塊并不是一個(gè)新的概念，早在20世紀(jì)初期的建筑行業(yè)中，將建筑按照功能分成可以自由組合的建筑單元的概念就已經(jīng)存在，這時(shí)的建筑模塊強(qiáng)調(diào)在幾何尺寸上可以實(shí)現(xiàn)連接和互換。然后，模塊被引入機(jī)械制造業(yè)，人們進(jìn)一步將模塊與物理產(chǎn)品的功能聯(lián)系到了一起，模塊具有了明確的功能定義特征、幾何連接接口，以及功能輸入、輸出接口特征。

隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，模塊的概念又被用到了非物理產(chǎn)品領(lǐng)域，在軟件行業(yè)模塊的概念被廣泛的實(shí)踐著，大型的軟件系統(tǒng)（比如PTC公司的Windchill系統(tǒng)）的模塊化趨勢越來越明顯。目前，企業(yè)的專有知識(shí)越來越成為企業(yè)的戰(zhàn)略性資源，合理的管理、利用企業(yè)的專有知識(shí)是贏得競爭的重要籌碼！而企業(yè)產(chǎn)品中包含的知識(shí)是企業(yè)知識(shí)資源的最最重要部分，因此重用模塊就是重用知識(shí)，可以大大的節(jié)省時(shí)間和金錢。模塊化思想發(fā)展到今天，知識(shí)管理和傳統(tǒng)的模塊化之間的界限已經(jīng)變得有些模糊。

模塊的演變過程是從單純的幾何結(jié)構(gòu)單元，發(fā)展到集成功能單元，又演變成為非物理實(shí)體的載體，如知識(shí)和軟件等。

2.2 使用模塊的目的和案例

由于模塊具有不同的組合可以配置生成多樣化的滿足用戶需求的產(chǎn)品的特點(diǎn)，同時(shí)模塊又具有標(biāo)準(zhǔn)的幾何連接接口和一致的輸入輸出接口，如果模塊的劃分和接口定義符合企業(yè)批量化生產(chǎn)中采購、物流、生產(chǎn)和服務(wù)的實(shí)際情況，這就意味著按照模塊化模式配置出來的產(chǎn)品是符合批量化生產(chǎn)的實(shí)際情況的，從而使定制化生產(chǎn)和批量化生產(chǎn)這對矛盾得到解決。另外，模塊實(shí)現(xiàn)了抽象的模塊功能與具體模塊實(shí)現(xiàn)之間的邏輯分離，整個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)十分清晰，容易從全局上理解和設(shè)計(jì)產(chǎn)品，使技術(shù)進(jìn)步造成的越來越來復(fù)雜的工程管理得到改善。有些公司又將不同的目標(biāo)市場進(jìn)行分類，并通過模塊化的產(chǎn)品配置，實(shí)現(xiàn)對不同目標(biāo)市場的覆蓋，也就形成了所謂的平臺(tái)化戰(zhàn)略和差異化戰(zhàn)略。平臺(tái)化、模塊化的產(chǎn)品戰(zhàn)略已經(jīng)有很多成功的案例在世界很多的著名公司中應(yīng)用。日本索尼公司在20世紀(jì)80年代僅利用4個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)的Walkman產(chǎn)品，生產(chǎn)出250余種錄音機(jī)隨身聽。這250種隨身聽無論在價(jià)位、功能和款式上都有很大的區(qū)別，可以滿足用戶的各種不同需求，但是這4個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)卻存在著大量的重用模塊。德國大眾公司在A4平臺(tái)上生產(chǎn)Volkswagen/Skoda/SEAT/Audi四個(gè)品牌的十余種轎車，象我們熟悉的Golf、Bora、NewBeetle和Audi TT都是這個(gè)平臺(tái)上的產(chǎn)品。這十余種轎車分布在德國、斯洛伐克、捷克、比利時(shí)、西班牙、波蘭和墨西哥等國家的大眾公司分廠中生產(chǎn)，這些產(chǎn)品可以滿足不同市場需求的同時(shí)可以共享大眾公司整體的技術(shù)資源和采購資源。日本佳能公司的單鏡頭反光取景相機(jī)所有的鏡頭卡口標(biāo)準(zhǔn)是完全一致的，同時(shí)佳能公司龐大的鏡頭群可以覆蓋各種客戶需求，這使佳能公司的產(chǎn)品可以滿足從入門的攝影愛好者到職業(yè)級的攝影家的巨大客戶群的需求。佳能公司的這種技術(shù)目前已經(jīng)入侵了數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域，佳能公司新近推出的EOS300D數(shù)碼單反相機(jī)使數(shù)碼單反相機(jī)走下神壇價(jià)位直沖普通數(shù)碼相機(jī)，EOS300D同樣可以使用所有佳能的鏡頭，這對攝影愛好者具有不可抗拒的吸引力。

2.3 模塊和產(chǎn)品平臺(tái)

2.3.1 模塊的定義

模塊是構(gòu)成產(chǎn)品的一部分，具有獨(dú)立功能，具有一致的幾何連接接口和一致的輸入、輸出接口的單元，相同種類的模塊在產(chǎn)品族中可以重用和互換，相關(guān)模塊的排列組合就可以形成最終的產(chǎn)品。模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以達(dá)到以下幾個(gè)目的：模塊的組合配置，就可以創(chuàng)建不同需求的產(chǎn)品，滿足客戶的定制需求 ；相似性的重用，既可以重用已有零部件和已有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，也可以重用整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的采購、物流、制造和服務(wù)資源；減少產(chǎn)品工程復(fù)雜程度，因?yàn)槟K是產(chǎn)品部分功能的封裝，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員使用具體模塊時(shí)根本不用關(guān)心內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，可以使研發(fā)人員更加關(guān)注頂層邏輯，提高產(chǎn)品工程管理質(zhì)量和產(chǎn)品的可靠性。

2.3.2 產(chǎn)品平臺(tái)的定義

產(chǎn)品平臺(tái)就是描述產(chǎn)品系列的模塊化結(jié)構(gòu)及模塊的功能、模塊間的幾何連接接口和輸入輸出接口。產(chǎn)品平臺(tái)是不同目標(biāo)市場需求的抽象表達(dá)，是企業(yè)劃分模塊的基礎(chǔ)，產(chǎn)品平臺(tái)和模塊是相輔相成、相互依存的。將產(chǎn)品平臺(tái)和產(chǎn)品模塊割裂開來是沒有任何意義的，我們將在后面就這一問題給出詳細(xì)論述。因此，從以上論述和觀點(diǎn)來看，產(chǎn)品的平臺(tái)化、模塊化是連接產(chǎn)品研發(fā)和大規(guī)模定制生產(chǎn)的橋梁。模塊化產(chǎn)品是達(dá)到大規(guī)模定制和不斷的持續(xù)改進(jìn)企業(yè)商業(yè)能力的首要前提。

3 模塊的特點(diǎn)和產(chǎn)品模塊化的優(yōu)點(diǎn)

由于企業(yè)產(chǎn)品平臺(tái)方案的制訂是依賴于企業(yè)客戶目標(biāo)市場需求的不同而變化的，同時(shí)產(chǎn)品模塊的劃分必須考慮不同企業(yè)的產(chǎn)品功能、研發(fā)特點(diǎn)、生產(chǎn)特點(diǎn)、采購及物流方式和售后服務(wù)特點(diǎn)等方面的不同需求，所以產(chǎn)品平臺(tái)和模塊化的方案必須結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，沒有一成不變的解決方案。因此，理解模塊的特點(diǎn)及企業(yè)要利用模塊化達(dá)到的目的就顯得十分的重要，本文將在下面詳細(xì)的論述模塊的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，以幫助讀者找到本企業(yè)模塊的特點(diǎn)和要達(dá)到的目標(biāo)。

3.1 模塊的特點(diǎn)

理解模塊必須抓住模塊的四個(gè)主要特點(diǎn)，這四個(gè)主要特點(diǎn)是模塊的精髓，也是劃分企業(yè)自身產(chǎn)品平臺(tái)和產(chǎn)品模塊的基礎(chǔ)。

3.1.1 模塊具有獨(dú)立的功能

模塊的功能是整個(gè)產(chǎn)品功能的組成部分，且這個(gè)功能是自我包含，自我實(shí)現(xiàn)的。圖1給出了集成式產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的區(qū)別。

（2）模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
圖1集成式產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的區(qū)別

圖3 抽象的模塊層次邏輯

圖6 模塊劃分方案的形成過程

圖7 某企業(yè)模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在Windchill系統(tǒng)上的一種表現(xiàn)形式