产品模块化的优点和方法

【摘要】介绍产品模块化的优点和方法，从模块的概念入手，介绍模块的特点，以及模块化产品的过程，并介绍了模块化如何通过 PDM 系统得以实现。

【关键词】模块模块化产品平台批量生产大规模定制 PDMWindchill 重用互换

1 制造业面临的挑战

随着中国加入 WTO ，中国经济进一步融入世界经济，中国在世界经济中扮演着越来越重要的角色。在这样的大背景下作为中国经济增长引擎的制造行业中蕴藏着巨大的市场机遇，但同时竞争也越来越惨烈，中国的制造业同样面临者巨大的挑战。

要想赢得未来竞争的胜利，中国的制造业企业必须通过优化整个产品生命周期的业务链来缩短产品上市时间、提高产品质量、降低成本，同时还要不断通过研发创新来满足客户的变化需求。技术的飞速进步，引起产品工程越来越复杂，企业必须在不断变化的环境中应付越来越复杂的工程技术，随着客户对产品个性化需求程度的增加，也导致产品定制化趋势越来越明显，企业必须创建数量庞大的产品系列来满足客户不断变化的需求。企业必须同时具备以下的能力才能够应对挑战：持续提高的创新能力，使产品的科技含量越来越高，以满足客户变化需求；不断缩短产品上市时间，取得竞争优势；不断强化成本控制能力，通过优化产品全生命周期内的成本、研发、生产、物流、销售和服务等环节控制产品总成本，取得产品价格优势；持续的质量改进能力。

企业一方面必须利用产品的批量化、标准化和通用化来缩短上市周期、降低产品成本、提高产品质量，另一方面还要不断地进行产品创新使产品越来越个性化，满足客户的定制需求。这样，如何平衡产品的标准化、通用化与定制化、柔性化之间的矛盾，成为赢得竞争的关键能力。

平台化、模块化的产品设计和生产可以在保持产品较高通用性的同时提供产品的多样化配置，因此平台化、模块化的产品是解决定制化生产和批量化生产这对矛盾的一条出路。

但是，企业中庞大的激烈变化的产品数据仅仅依靠手工方式来管理是很难做到准确性、完整性、及时性和可追溯性的要求的。因此，将企业产品平台化、模块化的管理创新成果与信息系统的建设结合起来是很好的解决方案。要解决产品的模块化管理， PDM 产品无疑是一种很好的选择。

2 模块的概念

2.1 模块的历史来源

模块并不是一个新的概念，早在 20 世纪初期的建筑行业中，将建筑按照功能分成可以自由组合的建筑单元的概念就已经存在，这时的建筑模块强调在几何尺寸上可以实现连接和互换。然后，模块被引入机械制造业，人们进一步将模块与物理产品的功能联系到了一起，模块具有了明确的功能定义特征、几何连接接口，以及功能输入、输出接口特征。

随着计算机软件技术的发展，模块的概念又被用到了非物理产品领域，在软件行业模块的概念被广泛的实践着，大型的软件系统（比如 PTC 公司的 Windchill 系统）的模块化趋势越来越明显。目前，企业的专有知识越来越成为企业的战略性资源，合理的管理、利用企业的专有知识是赢得竞争的重要筹码！而企业产品中包含的知识是企业知识资源的最最重要部分，因此重用模块就是重用知识，可以大大的节省时间和金钱。模块化思想发展到今天，知识管理和传统的模块化之间的界限已经变得有些模糊。

模块的演变过程是从单纯的几何结构单元，发展到集成功能单元，又演变成为非物理实体的载体，如知识和软件等。

2.2 使用模块的目的和案例

由于模块具有不同的组合可以配置生成多样化的满足用户需求的产品的特点，同时模块又具有标准的几何连接接口和一致的输入输出接口，如果模块的划分和接口定义符合企业批量化生产中采购、物流、生产和服务的实际情况，这就意味着按照模块化模式配置出来的产品是符合批量化生产的实际情况的，从而使定制化生产和批量化生产这对矛盾得到解决。另外，模块实现了抽象的模块功能与具体模块实现之间的逻辑分离，整个产品结构十分清晰，容易从全局上理解和设计产品，使技术进步造成的越来越来复杂的工程管理得到改善。有些公司又将不同的目标市场进行分类，并通过模块化的产品配置，实现对不同目标市场的覆盖，也就形成了所谓的平台化战略和差异化战略。平台化、模块化的产品战略已经有很多成功的案例在世界很多的著名公司中应用。日本索尼公司在 20 世纪 80 年代仅利用 4 个基础平台的 Walkman 产品，生产出 250 余种录音机随身听。这 250 种随身听无论在价位、功能和款式上都有很大的区别，可以满足用户的各种不同需求，但是这 4 个基础平台却存在着大量的重用模块。德国大众公司在 A4 平台上生产 Volkswagen/Skoda/SEAT/Audi 四个品牌的十余种轿车，象我们熟悉的 Golf 、 Bora 、 NewBeetle 和 AudiTT 都是这个平台上的产品。这十余种轿车分布在德国、斯洛伐克、捷克、比利时、西班牙、波兰和墨西哥等国家的大众公司分厂中生产，这些产品可以满足不同市场需求的同时可以共享大众公司整体的技术资源和采购资源。日本佳能公司的单镜头反光取景相机所有的镜头卡口标准是完全一致的，同时佳能公司庞大的镜头群可以覆盖各种客户需求，这使佳能公司的产品可以满足从入门的摄影爱好者到职业级的摄影家的巨大客户群的需求。佳能公司的这种技术目前已经入侵了数码相机领域，佳能公司新近推出的 EOS300D 数码单反相机使数码单反相机走下神坛价位直冲普通数码相机， EOS300D 同样可以使用所有佳能的镜头，这对摄影爱好者具有不可抗拒的吸引力。

2.3 模块和产品平台

2.3.1 模块的定义

模块是构成产品的一部分，具有独立功能，具有一致的几何连接接口和一致的输入、输出接口的单元，相同种类的模块在产品族中可以重用和互换，相关模块的排列组合就可以形成最终的产品。模块化的产品设计可以达到以下几个目的：模块的组合配置，就可以创建不同需求的产品，满足客户的定制需求；相似性的重用，既可以重用已有零部件和已有设计经验，也可以重用整个产品生命周期中的采购、物流、制造和服务资源；减少产品工程复杂程度，因为模块是产品部分功能的封装，产品设计人员使用具体模块时根本不用关心内部实现，可以使研发人员更加关注顶层逻辑，提高产品工程管理质量和产品的可靠性。

2.3.2 产品平台的定义

产品平台就是描述产品系列的模块化结构及模块的功能、模块间的几何连接接口和输入输出接口。产品平台是不同目标市场需求的抽象表达，是企业划分模块的基础，产品平台和模块是相辅相成、相互依存的。将产品平台和产品模块割裂开来是没有任何意义的，我们将在后面就这一问题给出详细论述。因此，从以上论述和观点来看，产品的平台化、模块化是连接产品研发和大规模定制生产的桥梁。模块化产品是达到大规模定制和不断的持续改进企业商业能力的首要前提。

3 模块的特点和产品模块化的优点

由于企业产品平台方案的制订是依赖于企业客户目标市场需求的不同而变化的，同时产品模块的划分必须考虑不同企业的产品功能、研发特点、生产特点、采购及物流方式和售后服 务特点等方面的不同需求，所以产品平台和模块化的方案必须结合企业的实际情况，没有一成不变的解决方案。因此，理解模块的特点及企业要利用模块化达到的目的就显得十分的重要，本文将在下面详细的论述模块的特点和优点，以帮助读者找到本企业模块的特点和要达到的目标。

3.1 模块的特点

理解模块必须抓住模块的四个主要特点，这四个主要特点是模块的精髓，也是划分企业自身产品平台和产品模块的基础。

3.1.1 模块具有独立的功能

模块的功能是整个产品功能的组成部分，且这个功能是自我包含，自我实现的。图 1 给出了集成式产品结构和模块化产品结构的区别。

在集成化的产品结构中，零部件的功能与产品功能是多对多的关系，这样导致某个零部件的设计更改会影响到产品的多个功能，也就会导致不确定范围的零部件的修改，同样为了实现产品的某项功能改善，也会导致很多零部件的修改。随着产品复杂程度和产品零部件重用度的提高，管理这样的产品结构和相关信息就会变得十分困难，尤其是在产品为系列化、批量生产模式的企业中，随着不可互换的相似零部件种类的增加，销售、采购、物流、生产和服务等业务领域中的管理困难会成倍增加！

在模块化的产品结构中，零部件的功能与产品功能是一对一的关系，这样对于零部件的更改和产品功能的改善不会造成其他零部件和功能的调整，也就是将产品的功能抽象与产品零 部件的具体实现分离，模块自身的单独发展不会影响其他模块。

由于模块的功能必须考虑在一系列产品中互换的问题，因此某些模块的功能在某一个产品中有可能是冗余的，但是从全局的角度看这样做是值得的。比如，计算机主板上 PCI 插槽一般有 4-6 个，而大部分计算机上仅仅使用 1 、 2 个，这种功能的部分冗余带来的是很强的扩展能力和更大范围的互换能力。

3.1.2 标准的几何连接和一致的输入、输出接口

为了实现同类模块之间的互换，严格的尺寸接口和输入输出接口的定义是必须的。几何连接接口，可以是机械领域的销、面、键和螺栓等，也可以是电器领域的信号、能量等。著名的玩具供应商 Lego 乐高公司通过积木模块的不同组合可以拼成几乎无尽数量的形状，于是在市场上取得了巨大的成功。 Lego 乐高公司的积木模块定义的主要就是几何连接接口。当然，在实际的制造业中随着产品复杂度的增加，模块的几何连接接口要比这复杂得多。输入、输出接口，是模块功能的抽象，此类接口可以是能量、信息、物质（液体、气体）等，是定义该模块功能的输出标准和能够保证输出特定功能所必须的输入条件标准。例如，如果发电机对于发动机厂来讲是一个模块的话，发电机与发动机的连接尺寸等几何连接接口需要标准化和规范化。同时，发电机的输入转速、功率，以及输出的电流等输入、输出接口同样需要规范。

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