【文章內(nèi)容簡介】 必要的成本，而且也是企業(yè)的貨存自己周轉起來十分困難。模塊化的生產(chǎn)，在減少產(chǎn)品數(shù)量和種 類的同時，減少 了產(chǎn)品庫存，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)空間和很多機會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，使其每個都是有獨立功能的實體。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 9 頁 9 族 模塊 動態(tài) 劃分研究 通過對產(chǎn)品的需求量進行預算，結合產(chǎn)品功能分析將產(chǎn)品分成一些小的模塊，并將相同的模塊進行大批量的生產(chǎn)，或設計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)格等之間的特點結合消費者需求選擇不同的模塊進行組合，形成客戶所需要的產(chǎn)品設計方法就是本文所說的模塊劃分技術。這是模塊劃分技術的延伸，在產(chǎn)品族研究中意義重大。 本文依據(jù)產(chǎn)品零部件構和功能上的關聯(lián)值對零部件在產(chǎn)品生命周期不同階段的相關性進行分析。根據(jù)模塊劃分的原則進行模塊劃分模型的構造。 產(chǎn)品族與模塊演化 根據(jù)產(chǎn)品族演進不同的驅動模式和大批量定制規(guī)模，產(chǎn)品族演進創(chuàng)新表現(xiàn)出三種形式：跳躍式、漸進式以及快速突破式。在這種表現(xiàn)形式下，產(chǎn)品定制程度也由深變淺，創(chuàng)新風險由高變低，如機床產(chǎn)品批量小，品種多，定制程度深，演進創(chuàng)新模式多數(shù)表現(xiàn)為跳躍式，輪式裝載機批量一般，品種多，定制程度較淺，演進創(chuàng)新模式多數(shù)表現(xiàn)為漸進式，手機等電子產(chǎn)品生產(chǎn)批量大，定制程度淺，通常在較短時間內(nèi)快速突破。產(chǎn)品演進創(chuàng)新無論是哪一種模式和表現(xiàn)形式，產(chǎn)品族演進。產(chǎn)品升級換代不但可以直接增加產(chǎn)品的銷量、增強市場的競爭力、加大產(chǎn)品成本和價格上的優(yōu)勢，而且 還可以帶來技術能力的供給、企業(yè)管理水平的提升等間接經(jīng)濟效益。因此，產(chǎn)品族演進及實施過程終究是一個“矛盾體”，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品族實施過程企業(yè)的綜合績效與成本之間的平衡關系。 產(chǎn)品族演進及實施整個過程始終都伴隨著矛盾，在產(chǎn)品族生命周期中，當相對穩(wěn)定的市場客戶需求出現(xiàn)時，產(chǎn)品族運行處于穩(wěn)定狀態(tài)，企業(yè)的利潤逐漸達到最大，當新的產(chǎn)品出現(xiàn)或者潛在需求變?yōu)楝F(xiàn)實需求時，當前產(chǎn)品漸漸走向衰退，制造企業(yè)該采取怎樣的的應對措施來保證盡量用最低的成本來實現(xiàn)綜合績效最大化，還是要靠產(chǎn)品演進創(chuàng)新。產(chǎn)品族實施過程模式的選取成為制造企業(yè)贏得 市場的關鍵點。同時分析內(nèi)外部因素是解決產(chǎn)品族演進及實施環(huán)節(jié)過程中的矛盾的首要問題。 在產(chǎn)品族實施過程中，市場需求的種類和數(shù)量與企業(yè)的生產(chǎn)能力存在矛盾，貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 10 頁 10 即批量 成本問題，核心技術指標與現(xiàn)有技術存在矛盾，即通用性 個性矛盾以及模塊化 集成化等之間的矛盾。另外，同行業(yè)之間存在競爭矛盾，新技術注入到新產(chǎn)品中往往會引起現(xiàn)有產(chǎn)品份額縮減，給企業(yè)帶來較大的競爭壓力和銷售沖擊。因此，企業(yè)需要在產(chǎn)品研發(fā)方面投入大量人力財力填補同行業(yè)新產(chǎn)品競爭帶來的不良影響，同時企業(yè)需要在產(chǎn)品族結構上做戰(zhàn)略調(diào)整。市場需求、同行業(yè)之間的競爭、核 心技術應用以及政策與投資環(huán)境等是產(chǎn)品族演進過程中的外部影響因素，即產(chǎn)品族演進及實施過程外部影響因素即為產(chǎn)品族演進外部動因。這些因素一方面既限制了當前產(chǎn)品族結構的發(fā)展，同時也是企業(yè)產(chǎn)品族發(fā)展的能力考驗，并誘發(fā)了產(chǎn)品族的一系列權衡問題。 產(chǎn)品族演進驅動力除外部影響因素外，產(chǎn)品族內(nèi)部動因也是產(chǎn)品族演進的重要動力，組成產(chǎn)品的模塊或子系統(tǒng)之間接口及其關系是維持產(chǎn)品族結構穩(wěn)定的重要指標，同時也是產(chǎn)品族面向不同的細分市場快速配置的保障，如 IBM 利用模塊化技術對筆記本電腦進行設計，在相同的主授平臺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)代信息技術應用能力以及企業(yè)內(nèi)部管理能力等都會直接影響到產(chǎn)品族的演進創(chuàng)新過程。 產(chǎn)品族演進創(chuàng)新是內(nèi)因和外因共同作用的結果。相對于產(chǎn)品族演進外部動因，內(nèi)因更具有能動性和可控性。產(chǎn)品族實施過程及演進創(chuàng)新動力機制如下圖所示： 產(chǎn)品族演進動力機制 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 11 頁 11 產(chǎn)品族在很大程度上受客戶需求 、核心技術、市場競爭的影響，并在此影響的驅動下，產(chǎn)品族不斷向高要求高目標演進發(fā)展，反饋到產(chǎn)品族層次模型中，體現(xiàn)了功能需求在核 心技術的推動下的改變，從而導致產(chǎn)品物理結構的變化，使對應的物理模塊也要發(fā)生變化，進而模塊逐漸且不斷的改進、更新和完善。產(chǎn)品族隨時間演進過程如下圖所示： 產(chǎn)品族的演變最終導致產(chǎn)品模塊結構的進化，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獨立的存在，同時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： 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 12 頁 12 產(chǎn)品模塊動態(tài)劃分因素分析 以模塊化 、產(chǎn)品技 術為基礎的產(chǎn)品族隨時間的變化逐漸向高層次演進，它的核心思想就是通過共用模塊或零部件，充分簡化產(chǎn)品設計復雜性并減少生產(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)質的市場需求，在原有產(chǎn)品的基礎上，升級、擴展或者更新?lián)Q代產(chǎn)品模塊、零部件，同時充分利用當前核心技術、學習了解市場知識情況以及提升制造能力，最終實現(xiàn)企業(yè)的低投入高回報，并促使產(chǎn)品族不斷的向前演進。產(chǎn)品族演化過程的實質就是使組成產(chǎn)品的模塊不斷“升級 擴展 創(chuàng)新 再升級 再擴展 又創(chuàng)新 ”周而復始的動態(tài)過程。因此，在產(chǎn)品族演化過程中，客戶需求、核心技術、行業(yè)競爭以及市場環(huán)境成為了關鍵因素。在特定的市場環(huán)境下，市場需求的變化、核心技術的發(fā)展以及激烈的市場競爭成為驅動產(chǎn)品族演進的關鍵點，決定了產(chǎn)品族演化過程的模式?？蛻粜枨?、行業(yè)競爭、核心技術、市場環(huán)境與產(chǎn)品族演進的邏輯關系如下圖所示：貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 13 頁 13 需求、技術、市場環(huán)境與產(chǎn)品演進之間的關系 需求驅動的產(chǎn)品族演進模式是一種產(chǎn)品由內(nèi)而外的，連續(xù)的，循序漸進的變化過程，在可預知市場需求的情況下，產(chǎn)品族設計者將以客戶需求作為產(chǎn)品設 計的理念，打造出適合當前市場的創(chuàng)新產(chǎn)品。因此，客戶需求是促進產(chǎn)品演進創(chuàng)新的根本動力也是最終目的，成為了產(chǎn)品族生命周期中最關鍵的影響因素之一。 核心技術發(fā)展使產(chǎn)品族演進模式出現(xiàn)躍進式變化，企業(yè)充分利用目前核心科技對產(chǎn)品族進行創(chuàng)新，從而很好的滿足市場客戶對新產(chǎn)品的潛在需求。在模塊化產(chǎn)品族設計中具體體現(xiàn)為產(chǎn)品模塊零部件的升級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)競爭主要表現(xiàn)為同類企業(yè)對市場占有率、產(chǎn)品優(yōu)勢以及銷售利潤的爭奪，也是促進產(chǎn)品族升級，更好滿足客戶需求的動力所在。企業(yè)要想獲利并且在激烈的市場競爭中獲得優(yōu)勢，只有不斷更新升級產(chǎn)品，從而驅動產(chǎn)品族不斷演進。 客戶需求定制化、產(chǎn)品創(chuàng)新技術日新月異、行業(yè)競爭越來越激烈，產(chǎn)品族創(chuàng)新所涉及的因素也隨之增加，越來越復雜。因此，很難明確判斷是哪種因素影響產(chǎn)品族演進變化，本質上來說，產(chǎn)品族演進過程是一種極其復雜、不確定的市場條件下的綜合作用模式，其創(chuàng)新過程圖如下所示： 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 14 頁 14 產(chǎn)品族演 進驅動模式 總之，產(chǎn)品族演進及實施過程是一種以客戶需求為導向，以核心技術為支撐，在行業(yè)激烈競爭形勢下的動態(tài)過程。 產(chǎn)品模塊動態(tài)劃分方法 模塊劃分原則 不論是在模塊化設計初期還是后來的模塊化改造，模塊劃分都具有共同的特 點。據(jù)此，建立模塊劃分的原則： (1)功能獨立性原則。模塊之間不能存在功能耦合，功能的獨立性是模塊化設計的基本原則，功能模塊之間相對獨立、較少耦合有助于設計、制造、裝配過程的并行進行，能夠縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本； (2)結構完整性原則。在保證功能獨立性的前提下，應使劃分得到的模塊在結構上相對獨立，以便于產(chǎn)品的設計、制造和裝配； (3)模塊內(nèi)部的強耦合性原則。通常，一個產(chǎn)品有幾個子系統(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，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)量雖然易于實現(xiàn)變型設計，但是模塊之間接口的復雜性也隨之增加，不利于快速裝配。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 15 頁 15 最重要的是模塊單元的設計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 度相對比較大。因為模塊越是分解的細致，那么相對應的模塊的數(shù)量也將增多，這樣的一個最大的好處就是能夠滿足不同用戶的個性化要求，同時也相當程度上提升整個模塊系統(tǒng)柔性，然而缺點不但導致增加設計的復雜程度而且無形之中增加了裝配接口同時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，進而直接降低客戶對產(chǎn)品的滿意程度。對于公司中已經(jīng)制造成熟了的產(chǎn)品，應該充分的利用這些資源與工藝技術，以此來降低設計的成本以及制造裝配成本。因此，在劃分模塊 數(shù)目時鼻祖要考慮到以最廉價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→進行相關度計算→建立零部件關聯(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，并沒有特定的結構模式。產(chǎn)品的功能一般都分為不同的等級，結合這一特性，為了更好地了解產(chǎn)品的功能結構，掌握產(chǎn)品的功能子單元，我們往往需要對產(chǎn)品進行功能分解。分解需要注意產(chǎn)品的功能獨立性，結合相關知識，從上向下進行產(chǎn)品功能的分解。分級特性使產(chǎn)品均具有一系列的子功能，我們就可以對產(chǎn)品逐層進 行分解，不同層次間采用樹狀結構進行區(qū)分。零件是功能模塊的組成部分，最下方的子功能是整個功能模塊的基礎，一般由少量的零件實現(xiàn)。 如圖 31 所示，將功能模塊分成 i 個子功能， 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 不 同 零 部 件 進 行 表 述 。貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 16 頁 16 產(chǎn)品功能分解 功能分解能夠最大化的實現(xiàn)產(chǎn)品功能的細分，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)結合功能的粒度進行持續(xù)分級分解，如果該子功能原理簡單則停止分解。 關聯(lián)矩陣的建立 采用數(shù)值的方案進行模塊整體規(guī)劃來進行產(chǎn)品零部件之間的關聯(lián)操作。為了得到產(chǎn)品元件之間的交互數(shù)值進行相關性分析，用元件之間的關聯(lián)關系對 [0,1]之間的數(shù)值進行定義。這個的含義就是 0 代表零關聯(lián)， 1 代表關系很大， 0 到 1代表關系性越來越強，零部件自身的關聯(lián)關系即為 1。通過這些關聯(lián)值來確定零部件的關聯(lián)矩陣。下表根據(jù) [0,1]之間的不同等級級別的數(shù)值來確定各個部件之間的相關性。 關聯(lián)度數(shù)值定義 序號 關系類型 相關度數(shù)值 關系描述 1 極強 二者不可拆分 2 較強 二者聯(lián)接密切，關聯(lián)度高 3 適度 二者有一定聯(lián)系和關聯(lián) 4 一般 二者相互連接少，關聯(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 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 17 頁 17 5 較弱 二者基本相互獨立 6 無 0 二者互不影響 結合零部件的具體特性， 功能由設計者定制后，根據(jù)表 １ 給出的零部件與功能的關聯(lián)度， 即可確定相互關聯(lián)矩陣 Ａ ， 1 矩陣Ａ中，Ｆｊ（ｊ＝１，２，?，ｍ）表示產(chǎn)品要實現(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對功能ｊ的支持程度。 零部件模糊等價聚類 為了建立分類零部件（ 簡稱組件） 集合上的模糊等價關系 Ｒ ｅ， 首先計算各個組件之間的相似性。在組件集合上的模糊相似關系定義為 Ｒ～ｓ ＝ ［ ｒｉ ｊ］ｎ ｎ０ ≤ ｒ ｉ ｊ≤ １ ， ｉ ， ｊ ＝ ０ ， １ ， ?，ｎ ， ｒｉ ｊ表示