中國制造業(yè)三十年來的發(fā)展突飛猛進(jìn)，大環(huán)境也發(fā)生巨大變化-過去的短缺經(jīng)濟(jì)變成剩余經(jīng)濟(jì)，人民對產(chǎn)品越來越挑剔，買方市場變?yōu)橘u方市場，勞動力工資節(jié)節(jié)攀升。

我們與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)水平拉近而慘遭打壓，與低工資國家的工資水平距離拉開導(dǎo)致制造企業(yè)轉(zhuǎn)移。

一個新的危機(jī)正在出現(xiàn)，即所謂的“中等收入陷阱”。如何應(yīng)對“中等收入陷阱”，必須從提升產(chǎn)品著手，向微笑曲線的兩頭拓展，即注重產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計和產(chǎn)品服務(wù)，同時提高制造環(huán)節(jié)的附加值，產(chǎn)品模塊化設(shè)計方法值得學(xué)習(xí)和應(yīng)用。

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產(chǎn)品模塊化的概念與定義

模塊的廣義定義：組成上一層系統(tǒng)的、可組合/替換/變型的單元。

按層次劃分：整機(jī)、部件、零件、結(jié)構(gòu)單元等模塊

按通用性劃分：通用模塊，專用模塊

• 通用模塊：在產(chǎn)品族中被多個產(chǎn)品所采用的模塊，其尺寸、形狀或特性在不同產(chǎn)品中是完全一樣的；

  
  

• 專用模塊：在產(chǎn)品族中只被個別產(chǎn)品所采用的模塊，是該產(chǎn)品為了滿足特定的需求而采用的模塊。

模塊的狹義定義：在模塊的廣義定義的基礎(chǔ)上，增加模塊單元具有獨立功能和標(biāo)準(zhǔn)接口的約束要求，最大特征就是具備獨立功能。

模塊族：是指一組具有相同或相似形狀和特征的模塊組合。

產(chǎn)品模塊化：主要包括成套裝置、整機(jī)、部件、組件、零件和結(jié)構(gòu)單元等不同層次的模塊化設(shè)計。

產(chǎn)品模塊化設(shè)計：對產(chǎn)品中的相同和相似模塊識別、分類、定義、規(guī)范，建立通用模塊，在此基礎(chǔ)上對通用模塊組合和變型，設(shè)計出能夠低成本、高質(zhì)量、快速地滿足用戶的多樣化和個性化需求的定制產(chǎn)品。模塊化設(shè)計主要包括兩個過程，產(chǎn)品模塊化過程和基于模塊的訂單產(chǎn)品設(shè)計過程。

模塊化產(chǎn)品平臺：產(chǎn)品模塊化設(shè)計后形成的產(chǎn)品族通用結(jié)構(gòu)模塊/接口特征以及這些模塊/接口特征間的關(guān)系集合，為客戶開展模塊化設(shè)計提供系統(tǒng)的支撐，包括設(shè)計規(guī)范、設(shè)計模板、實例產(chǎn)品文檔等。

模塊化產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計主要方法包括：原始創(chuàng)新設(shè)計、集成創(chuàng)新設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計、產(chǎn)品配置設(shè)計、模塊變型設(shè)計，主要特點如下表：

表1 模塊化產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計特點

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產(chǎn)品模塊化設(shè)計方法

圖1 Y模型?

來源《機(jī)電產(chǎn)品模塊化設(shè)計方法》

模塊化產(chǎn)品主要有兩個過程:新產(chǎn)品模塊化平臺構(gòu)建過程和已有產(chǎn)品模塊化構(gòu)建過程。

Y模型左上部分（A-H功能塊）為新產(chǎn)品模塊化平臺構(gòu)建過程，主要特點將模塊化產(chǎn)品平臺構(gòu)建作為新產(chǎn)品開發(fā)的部分內(nèi)容，由于未來客戶需求大多是未知和變化的，因此需要進(jìn)行預(yù)測分析。

采用自上而下的方法進(jìn)行設(shè)計，自上而下開發(fā)產(chǎn)品的實質(zhì)是進(jìn)行產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)的分解：成套裝置-整機(jī)-部件-零件，考慮產(chǎn)品模塊如何分解，如何盡可能提高通用模塊的比例，盡可能減少專用模塊，最終得到一個模塊化產(chǎn)品平臺，且在該平臺上快速配置出各種個性化產(chǎn)品，主要特點：

• 由易到難，上層的模塊功能關(guān)系、結(jié)構(gòu)邊界清晰，容易進(jìn)行模塊化；

  
  

• 通過頂層設(shè)計，進(jìn)行模塊化的全面規(guī)劃。

Y模型右上部門（I-L，E-H）過程是面向已有產(chǎn)品（基于歷史訂單的）模塊化構(gòu)建過程，企業(yè)已有成熟產(chǎn)品推向市場，但該產(chǎn)品開發(fā)是沒有很好考慮模塊化問題，需要對已有客戶需求信息和設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對未來市場趨勢進(jìn)行預(yù)測和分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)模塊劃分。

主要采用自下而上的方法進(jìn)行設(shè)計，其實質(zhì)是在已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，對零部件模塊化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，建立模塊模型，構(gòu)建產(chǎn)品模塊化平臺，實現(xiàn)大批量定制生產(chǎn)，支持產(chǎn)品創(chuàng)新和節(jié)能減排。通常模塊化的順序是：零件-部件-整機(jī)-成套裝置。主要優(yōu)點：

• 投入少，見效快；

• 能比較充分地利用社會化的模塊資源；

• 容易實現(xiàn)局部模塊化，所受牽涉面較窄。

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不同層次產(chǎn)品模塊化方法

以機(jī)電機(jī)電產(chǎn)品為例，產(chǎn)品具有層次性，可分為成套裝置、整機(jī)、部件、零件等層次，不同層次的產(chǎn)品有許多相同的模塊化需求，模塊化方法如下：

表2：不同層次產(chǎn)品模塊化方法比較

成套裝置模塊化是指工業(yè)聯(lián)合裝置，可以是一個工段、一條生產(chǎn)線、一個車間等，相對于整機(jī)和部件來說，是一種比較松散的組合。

整機(jī)模塊化是一種獨立使用的產(chǎn)品，如工業(yè)汽輪機(jī)、家電等，具有明顯的功能和結(jié)構(gòu)獨立的特點，整機(jī)由部件組成，通常是一種緊密耦合型的組合。

整機(jī)模塊化設(shè)計中有基于客戶訂單分離點的產(chǎn)品生產(chǎn)模式，客戶訂單分離點是指企業(yè)生產(chǎn)活動由基于預(yù)測的庫存生產(chǎn)轉(zhuǎn)向響應(yīng)客戶需求的定制/訂單生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換點，在客戶訂單分離點之前的生產(chǎn)經(jīng)營活動時根據(jù)預(yù)測進(jìn)行的，是一個“推”的過程，在客戶分離點之后的生產(chǎn)經(jīng)營活動需要根據(jù)客戶訂單的實際要求而定，是一個“拉”的過程。

從大批量生產(chǎn)到大批量定制轉(zhuǎn)變的主要要求是在滿足客戶定制需求下，盡量將客戶訂單分離點向生產(chǎn)過程的下游移動。

根據(jù)客戶訂單分離點在企業(yè)生產(chǎn)過程中位置的不同，可以進(jìn)一步將不同的生產(chǎn)模式分成按訂單銷售、按訂單裝配、按訂單制造、按訂單設(shè)計和按訂單研制五種類型，見下圖。

圖2：不同生產(chǎn)模式下的客戶訂單分離點

部件模塊化是組成上層部件的、具有獨立功能和準(zhǔn)表接口的單元，相同種類部件模塊可以重用和互換，通過各種部件模塊的組合可以得到個性化的上層部件（或整機(jī)）。

部件層的產(chǎn)品模塊化特點：設(shè)計的遞歸性、接口的復(fù)雜性、功能和結(jié)構(gòu)的獨立性、部件系列化、部件模塊的易創(chuàng)新性等。

零件層模塊化是組成部件的，具有獨立功能和標(biāo)準(zhǔn)接口的單元，相同種類零件可以重用和互換。零件是結(jié)構(gòu)獨立的最小元件。

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