【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 必要的成本，而且也是企業(yè)的貨存自己周轉(zhuǎn)起來十分困難。模塊化的生產(chǎn)，在減少產(chǎn)品數(shù)量和種 類的同時(shí)，減少 了產(chǎn)品庫(kù)存，也間接的減少了這些成本。這樣看來傳統(tǒng)模式下的零部件占用大多數(shù)空間和很多機(jī)會(huì)成本的問題也將得到它的解決。其原因也可以解釋為模塊化生產(chǎn)的組合性，使其每個(gè)都是有獨(dú)立功能的實(shí)體。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 9 頁(yè) 9 族 模塊 動(dòng)態(tài) 劃分研究 通過對(duì)產(chǎn)品的需求量進(jìn)行預(yù)算，結(jié)合產(chǎn)品功能分析將產(chǎn)品分成一些小的模塊，并將相同的模塊進(jìn)行大批量的生產(chǎn)，或設(shè)計(jì)出一系列通用的功能模塊。根據(jù)模塊間功能、性能以及規(guī)格等之間的特點(diǎn)結(jié)合消費(fèi)者需求選擇不同的模塊進(jìn)行組合，形成客戶所需要的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法就是本文所說的模塊劃分技術(shù)。這是模塊劃分技術(shù)的延伸，在產(chǎn)品族研究中意義重大。 本文依據(jù)產(chǎn)品零部件構(gòu)和功能上的關(guān)聯(lián)值對(duì)零部件在產(chǎn)品生命周期不同階段的相關(guān)性進(jìn)行分析。根據(jù)模塊劃分的原則進(jìn)行模塊劃分模型的構(gòu)造。 產(chǎn)品族與模塊演化 根據(jù)產(chǎn)品族演進(jìn)不同的驅(qū)動(dòng)模式和大批量定制規(guī)模，產(chǎn)品族演進(jìn)創(chuàng)新表現(xiàn)出三種形式：跳躍式、漸進(jìn)式以及快速突破式。在這種表現(xiàn)形式下，產(chǎn)品定制程度也由深變淺，創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)由高變低，如機(jī)床產(chǎn)品批量小，品種多，定制程度深，演進(jìn)創(chuàng)新模式多數(shù)表現(xiàn)為跳躍式，輪式裝載機(jī)批量一般，品種多，定制程度較淺，演進(jìn)創(chuàng)新模式多數(shù)表現(xiàn)為漸進(jìn)式，手機(jī)等電子產(chǎn)品生產(chǎn)批量大，定制程度淺，通常在較短時(shí)間內(nèi)快速突破。產(chǎn)品演進(jìn)創(chuàng)新無論是哪一種模式和表現(xiàn)形式，產(chǎn)品族演進(jìn)。產(chǎn)品升級(jí)換代不但可以直接增加產(chǎn)品的銷量、增強(qiáng)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力、加大產(chǎn)品成本和價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，而且 還可以帶來技術(shù)能力的供給、企業(yè)管理水平的提升等間接經(jīng)濟(jì)效益。因此，產(chǎn)品族演進(jìn)及實(shí)施過程終究是一個(gè)“矛盾體”，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品族實(shí)施過程企業(yè)的綜合績(jī)效與成本之間的平衡關(guān)系。 產(chǎn)品族演進(jìn)及實(shí)施整個(gè)過程始終都伴隨著矛盾，在產(chǎn)品族生命周期中，當(dāng)相對(duì)穩(wěn)定的市場(chǎng)客戶需求出現(xiàn)時(shí)，產(chǎn)品族運(yùn)行處于穩(wěn)定狀態(tài)，企業(yè)的利潤(rùn)逐漸達(dá)到最大，當(dāng)新的產(chǎn)品出現(xiàn)或者潛在需求變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)需求時(shí)，當(dāng)前產(chǎn)品漸漸走向衰退，制造企業(yè)該采取怎樣的的應(yīng)對(duì)措施來保證盡量用最低的成本來實(shí)現(xiàn)綜合績(jī)效最大化，還是要靠產(chǎn)品演進(jìn)創(chuàng)新。產(chǎn)品族實(shí)施過程模式的選取成為制造企業(yè)贏得 市場(chǎng)的關(guān)鍵點(diǎn)。同時(shí)分析內(nèi)外部因素是解決產(chǎn)品族演進(jìn)及實(shí)施環(huán)節(jié)過程中的矛盾的首要問題。 在產(chǎn)品族實(shí)施過程中，市場(chǎng)需求的種類和數(shù)量與企業(yè)的生產(chǎn)能力存在矛盾，貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 10 頁(yè) 10 即批量 成本問題，核心技術(shù)指標(biāo)與現(xiàn)有技術(shù)存在矛盾，即通用性 個(gè)性矛盾以及模塊化 集成化等之間的矛盾。另外，同行業(yè)之間存在競(jìng)爭(zhēng)矛盾，新技術(shù)注入到新產(chǎn)品中往往會(huì)引起現(xiàn)有產(chǎn)品份額縮減，給企業(yè)帶來較大的競(jìng)爭(zhēng)壓力和銷售沖擊。因此，企業(yè)需要在產(chǎn)品研發(fā)方面投入大量人力財(cái)力填補(bǔ)同行業(yè)新產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)帶來的不良影響，同時(shí)企業(yè)需要在產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)上做戰(zhàn)略調(diào)整。市場(chǎng)需求、同行業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)、核 心技術(shù)應(yīng)用以及政策與投資環(huán)境等是產(chǎn)品族演進(jìn)過程中的外部影響因素，即產(chǎn)品族演進(jìn)及實(shí)施過程外部影響因素即為產(chǎn)品族演進(jìn)外部動(dòng)因。這些因素一方面既限制了當(dāng)前產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)的發(fā)展，同時(shí)也是企業(yè)產(chǎn)品族發(fā)展的能力考驗(yàn)，并誘發(fā)了產(chǎn)品族的一系列權(quán)衡問題。 產(chǎn)品族演進(jìn)驅(qū)動(dòng)力除外部影響因素外，產(chǎn)品族內(nèi)部動(dòng)因也是產(chǎn)品族演進(jìn)的重要?jiǎng)恿ΓM成產(chǎn)品的模塊或子系統(tǒng)之間接口及其關(guān)系是維持產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要指標(biāo)，同時(shí)也是產(chǎn)品族面向不同的細(xì)分市場(chǎng)快速配置的保障，如 IBM 利用模塊化技術(shù)對(duì)筆記本電腦進(jìn)行設(shè)計(jì)，在相同的主授平臺(tái)上可以快速配置出客戶滿意的 產(chǎn)品。此外，企業(yè)內(nèi)部資源配置、產(chǎn)品族實(shí)施過程優(yōu)化能力、產(chǎn)品協(xié)同制造能力、現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用能力以及企業(yè)內(nèi)部管理能力等都會(huì)直接影響到產(chǎn)品族的演進(jìn)創(chuàng)新過程。 產(chǎn)品族演進(jìn)創(chuàng)新是內(nèi)因和外因共同作用的結(jié)果。相對(duì)于產(chǎn)品族演進(jìn)外部動(dòng)因，內(nèi)因更具有能動(dòng)性和可控性。產(chǎn)品族實(shí)施過程及演進(jìn)創(chuàng)新動(dòng)力機(jī)制如下圖所示： 產(chǎn)品族演進(jìn)動(dòng)力機(jī)制 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 11 頁(yè) 11 產(chǎn)品族在很大程度上受客戶需求 、核心技術(shù)、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的影響，并在此影響的驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)品族不斷向高要求高目標(biāo)演進(jìn)發(fā)展，反饋到產(chǎn)品族層次模型中，體現(xiàn)了功能需求在核 心技術(shù)的推動(dòng)下的改變，從而導(dǎo)致產(chǎn)品物理結(jié)構(gòu)的變化，使對(duì)應(yīng)的物理模塊也要發(fā)生變化，進(jìn)而模塊逐漸且不斷的改進(jìn)、更新和完善。產(chǎn)品族隨時(shí)間演進(jìn)過程如下圖所示： 產(chǎn)品族的演變最終導(dǎo)致產(chǎn)品模塊結(jié)構(gòu)的進(jìn)化，根據(jù)模塊的定義，模塊在產(chǎn)品系統(tǒng)中是一種具有特定的功能且能獨(dú)立存在的單元，并且其具有的功能一般不依附于其它功能而相對(duì)獨(dú)立的存在，同時(shí)也不受其它功能的影響。因此，產(chǎn)品族模塊的演化是根據(jù)市場(chǎng)需求，企業(yè)內(nèi)外部因素的變化情況而變化的。綜合各種因素，模塊演化如下表所示： 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 12 頁(yè) 12 產(chǎn)品模塊動(dòng)態(tài)劃分因素分析 以模塊化 、產(chǎn)品技 術(shù)為基礎(chǔ)的產(chǎn)品族隨時(shí)間的變化逐漸向高層次演進(jìn)，它的核心思想就是通過共用模塊或零部件，充分簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)復(fù)雜性并減少生產(chǎn)成本，在此前提下，生產(chǎn)出一系列相似產(chǎn)品使客戶的多樣化定制需求得到充分的滿足。產(chǎn)品族受許多因素的影響，為了獲得更多更優(yōu)質(zhì)的市場(chǎng)需求，在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，升級(jí)、擴(kuò)展或者更新?lián)Q代產(chǎn)品模塊、零部件，同時(shí)充分利用當(dāng)前核心技術(shù)、學(xué)習(xí)了解市場(chǎng)知識(shí)情況以及提升制造能力，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)的低投入高回報(bào)，并促使產(chǎn)品族不斷的向前演進(jìn)。產(chǎn)品族演化過程的實(shí)質(zhì)就是使組成產(chǎn)品的模塊不斷“升級(jí) 擴(kuò)展 創(chuàng)新 再升級(jí) 再擴(kuò)展 又創(chuàng)新 ”周而復(fù)始的動(dòng)態(tài)過程。因此，在產(chǎn)品族演化過程中，客戶需求、核心技術(shù)、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)以及市場(chǎng)環(huán)境成為了關(guān)鍵因素。在特定的市場(chǎng)環(huán)境下，市場(chǎng)需求的變化、核心技術(shù)的發(fā)展以及激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)成為驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品族演進(jìn)的關(guān)鍵點(diǎn)，決定了產(chǎn)品族演化過程的模式。客戶需求、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)、核心技術(shù)、市場(chǎng)環(huán)境與產(chǎn)品族演進(jìn)的邏輯關(guān)系如下圖所示：貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 13 頁(yè) 13 需求、技術(shù)、市場(chǎng)環(huán)境與產(chǎn)品演進(jìn)之間的關(guān)系 需求驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品族演進(jìn)模式是一種產(chǎn)品由內(nèi)而外的，連續(xù)的，循序漸進(jìn)的變化過程，在可預(yù)知市場(chǎng)需求的情況下，產(chǎn)品族設(shè)計(jì)者將以客戶需求作為產(chǎn)品設(shè) 計(jì)的理念，打造出適合當(dāng)前市場(chǎng)的創(chuàng)新產(chǎn)品。因此，客戶需求是促進(jìn)產(chǎn)品演進(jìn)創(chuàng)新的根本動(dòng)力也是最終目的，成為了產(chǎn)品族生命周期中最關(guān)鍵的影響因素之一。 核心技術(shù)發(fā)展使產(chǎn)品族演進(jìn)模式出現(xiàn)躍進(jìn)式變化，企業(yè)充分利用目前核心科技對(duì)產(chǎn)品族進(jìn)行創(chuàng)新，從而很好的滿足市場(chǎng)客戶對(duì)新產(chǎn)品的潛在需求。在模塊化產(chǎn)品族設(shè)計(jì)中具體體現(xiàn)為產(chǎn)品模塊零部件的升級(jí)更換或用更高層次的組件替換原用零部件，從而生產(chǎn)出質(zhì)量更優(yōu)越，成本更低的多樣化產(chǎn)品，最終使企業(yè)獲得更多利益。 行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)主要表現(xiàn)為同類企業(yè)對(duì)市場(chǎng)占有率、產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)以及銷售利潤(rùn)的爭(zhēng)奪，也是促進(jìn)產(chǎn)品族升級(jí)，更好滿足客戶需求的動(dòng)力所在。企業(yè)要想獲利并且在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)，只有不斷更新升級(jí)產(chǎn)品，從而驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品族不斷演進(jìn)。 客戶需求定制化、產(chǎn)品創(chuàng)新技術(shù)日新月異、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，產(chǎn)品族創(chuàng)新所涉及的因素也隨之增加，越來越復(fù)雜。因此，很難明確判斷是哪種因素影響產(chǎn)品族演進(jìn)變化，本質(zhì)上來說，產(chǎn)品族演進(jìn)過程是一種極其復(fù)雜、不確定的市場(chǎng)條件下的綜合作用模式，其創(chuàng)新過程圖如下所示： 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 14 頁(yè) 14 產(chǎn)品族演 進(jìn)驅(qū)動(dòng)模式 總之，產(chǎn)品族演進(jìn)及實(shí)施過程是一種以客戶需求為導(dǎo)向，以核心技術(shù)為支撐，在行業(yè)激烈競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)下的動(dòng)態(tài)過程。 產(chǎn)品模塊動(dòng)態(tài)劃分方法 模塊劃分原則 不論是在模塊化設(shè)計(jì)初期還是后來的模塊化改造，模塊劃分都具有共同的特 點(diǎn)。據(jù)此，建立模塊劃分的原則： (1)功能獨(dú)立性原則。模塊之間不能存在功能耦合，功能的獨(dú)立性是模塊化設(shè)計(jì)的基本原則，功能模塊之間相對(duì)獨(dú)立、較少耦合有助于設(shè)計(jì)、制造、裝配過程的并行進(jìn)行，能夠縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本； (2)結(jié)構(gòu)完整性原則。在保證功能獨(dú)立性的前提下，應(yīng)使劃分得到的模塊在結(jié)構(gòu)上相對(duì)獨(dú)立，以便于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和裝配； (3)模塊內(nèi)部的強(qiáng)耦合性原則。通常，一個(gè)產(chǎn)品有幾個(gè)子系統(tǒng)組成，而模塊劃分則是組合這些子系統(tǒng)。； (4)模塊之間的弱耦合性原則。模塊之間的弱耦合性有利于模塊的變型、升級(jí)，還有利于模塊化產(chǎn)品的裝配和多樣化； (5)模塊數(shù)量適度原則。過多的模塊數(shù)量雖然易于實(shí)現(xiàn)變型設(shè)計(jì)，但是模塊之間接口的復(fù)雜性也隨之增加，不利于快速裝配。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 15 頁(yè) 15 最重要的是模塊單元的設(shè)計(jì)與制造成本以及裝配成本都受到模塊劃分的影響，而且影響程 度相對(duì)比較大。因?yàn)槟K越是分解的細(xì)致，那么相對(duì)應(yīng)的模塊的數(shù)量也將增多，這樣的一個(gè)最大的好處就是能夠滿足不同用戶的個(gè)性化要求，同時(shí)也相當(dāng)程度上提升整個(gè)模塊系統(tǒng)柔性，然而缺點(diǎn)不但導(dǎo)致增加設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度而且無形之中增加了裝配接口同時(shí)引起裝配以及制造的成本劇增。相反，如果分解的過粗，不但降低了模塊數(shù)量而且降低了轉(zhuǎn)配以及制造的成本，但這也無形之中減少了產(chǎn)品的多樣性，進(jìn)而直接降低客戶對(duì)產(chǎn)品的滿意程度。對(duì)于公司中已經(jīng)制造成熟了的產(chǎn)品，應(yīng)該充分的利用這些資源與工藝技術(shù)，以此來降低設(shè)計(jì)的成本以及制造裝配成本。因此，在劃分模塊 數(shù)目時(shí)鼻祖要考慮到以最廉價(jià)的方式獲得最大的收益。 產(chǎn)品族模塊劃分的基本思路為：依據(jù)模塊劃分原則，將系列產(chǎn)品分解為若干 基本元素→進(jìn)行相關(guān)度計(jì)算→建立零部件關(guān)聯(lián)矩陣→求解模塊劃分模型→聚合成模塊。 功能模塊往往只表明一種特定的功能，并沒有特定的結(jié)構(gòu)模式。產(chǎn)品的功能一般都分為不同的等級(jí)，結(jié)合這一特性，為了更好地了解產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，掌握產(chǎn)品的功能子單元，我們往往需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行功能分解。分解需要注意產(chǎn)品的功能獨(dú)立性，結(jié)合相關(guān)知識(shí)，從上向下進(jìn)行產(chǎn)品功能的分解。分級(jí)特性使產(chǎn)品均具有一系列的子功能，我們就可以對(duì)產(chǎn)品逐層進(jìn) 行分解，不同層次間采用樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)分。零件是功能模塊的組成部分，最下方的子功能是整個(gè)功能模塊的基礎(chǔ)，一般由少量的零件實(shí)現(xiàn)。 如圖 31 所示，將功能模塊分成 i 個(gè)子功能， T 表示產(chǎn)品的全部功能需求，子功能分別采用 T T2 Ti表示 ，由 R 表示由不同子功能組成的零件，由R1 、 R2 Rj 對(duì) 不 同 零 部 件 進(jìn) 行 表 述 。貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 16 頁(yè) 16 產(chǎn)品功能分解 功能分解能夠最大化的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的細(xì)分，這些子功能之間體現(xiàn)出了產(chǎn)品功能間的整體框架。在原理域內(nèi)結(jié)合功能的粒度進(jìn)行持續(xù)分級(jí)分解，如果該子功能原理簡(jiǎn)單則停止分解。 關(guān)聯(lián)矩陣的建立 采用數(shù)值的方案進(jìn)行模塊整體規(guī)劃來進(jìn)行產(chǎn)品零部件之間的關(guān)聯(lián)操作。為了得到產(chǎn)品元件之間的交互數(shù)值進(jìn)行相關(guān)性分析，用元件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系對(duì) [0,1]之間的數(shù)值進(jìn)行定義。這個(gè)的含義就是 0 代表零關(guān)聯(lián)， 1 代表關(guān)系很大， 0 到 1代表關(guān)系性越來越強(qiáng)，零部件自身的關(guān)聯(lián)關(guān)系即為 1。通過這些關(guān)聯(lián)值來確定零部件的關(guān)聯(lián)矩陣。下表根據(jù) [0,1]之間的不同等級(jí)級(jí)別的數(shù)值來確定各個(gè)部件之間的相關(guān)性。 關(guān)聯(lián)度數(shù)值定義 序號(hào) 關(guān)系類型 相關(guān)度數(shù)值 關(guān)系描述 1 極強(qiáng) 二者不可拆分 2 較強(qiáng) 二者聯(lián)接密切，關(guān)聯(lián)度高 3 適度 二者有一定聯(lián)系和關(guān)聯(lián) 4 一般 二者相互連接少，關(guān)聯(lián)性低 產(chǎn)品總 功 能 T 子 功能 T1 子 功能 T2 子 功能 Tr 零部件R1 零部件R2 零部件Rk 零部件Rj 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 17 頁(yè) 17 5 較弱 二者基本相互獨(dú)立 6 無 0 二者互不影響 結(jié)合零部件的具體特性， 功能由設(shè)計(jì)者定制后，根據(jù)表 １ 給出的零部件與功能的關(guān)聯(lián)度， 即可確定相互關(guān)聯(lián)矩陣 Ａ ， 1 矩陣Ａ中，Ｆｊ（ｊ＝１，２，?，ｍ）表示產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)的功能，Ｃｉ（ｉ＝１，２，?，ｎ）表示組成的零部件，ｃｆ iｊ（ｉ＝１，２，?，ｎ，ｊ＝１，２，?，ｍ）表示零部件ｉ對(duì)功能ｊ的支持程度。 零部件模糊等價(jià)聚類 為了建立分類零部件（ 簡(jiǎn)稱組件） 集合上的模糊等價(jià)關(guān)系 Ｒ ｅ， 首先計(jì)算各個(gè)組件之間的相似性。在組件集合上的模糊相似關(guān)系定義為 Ｒ～ｓ ＝ ［ ｒｉ ｊ］ｎ ｎ０ ≤ ｒ ｉ ｊ≤ １ ， ｉ ， ｊ ＝ ０ ， １ ， ?，ｎ ， ｒｉ ｊ表示