模块化：一种新生产组织方式的导入

    模块化生产作为一种解决复杂问题的新方法，能够使设计方案更加多样化，更好地应对产品生产的不确定性，还能使生产过程和组织效率更加高效，因而正在不同的领域得到更为广泛的应用。模块化生产发端于20世纪末计算机行业的发展。计算机行业先进性的核心就在于其规模化生产组织方式，即通过企业内部较小的能够被独立设计同时又能协调运行的各个子系统，设计一种复杂的产品或工艺流程。这种模块化生产方式，使不同企业负责不同模块的研制，通过集约化合作与协调，生产出性能可靠的产品，它更有利于建立一个弹性动态的迅捷反映机制。导入模块化生产方式，需遵循以下步骤：
    一、模块化设计 
    模块化设计，是将产品统一的功能单元，设计成具有不同用途或不同性能可互换选用的模块或组件，在更好地满足用户需要的同时，达到节约材料和能源，减少环境的污染，实现产品的循环利用。模块化设计与传统设计有着原则上的区别：传统设计是具体的针对某一项任务，从产品的具体功能，具体结构入手进行设计。而模块化设计则是面向某一类产品系统以至有相似功能的相邻产品，系统进行系列产品的设计。模块化的产品设计可以达到以下几个目的：（1）模块的自由组合。模块的重新组合配置，可以创建不同需求的产品。（2）零部件的通用性和重复使用。（3）减少产品的研发周期。目前，模块化设计的思想已经渗透到许多领域，例如机床、汽车、家电以及计算机等。
    模块化设计的原则：（1）力求以少量的模块组成尽可能多的产品，并在满足要求的基础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉，模块间的联系尽可能简单；（2）模块的系列化，其目的在于用有限的产品品种和规格来最大限度又经济合理地满足用户的要求。
    模块化设计的关键步骤，一是模块标准化。它是指模块结构标准化，尤其是模块接口标准化。模块化设计所依赖的是模块的组合，即联接或啮合，又称为接口。显然，为了保证不同功能模块的组合和相同功能模块的互换，模块应具有可组合性和可互换性两个特征，而这两个特征主要体现在接口上，必须提高其标准化、通用化、规格化的程度。例如，具有相同功能、不同性能的单元一定要具有相同的安装基面和相同的安装尺寸，才能保证模块的有效组合。在计算机行业中，由于采用了标准的总线结构，来自不同国家和地区厂家的模块均能组成计算机系统并协调工作。二是模块的划分。模块化设计的原则是力求以少数模块组成尽可能多的产品，因此，如何科学地、有节制地划分模块，是模块化设计中很具有艺术性的一项工作，既要照顾制造管理方便，具有较大的灵活性，避免组合时产生混乱；又要考虑到该模块系列将来的扩展和向专用、变型产品的辐射。划分的好坏直接影响到模块系列设计的成功与否。总的说来，划分前必须对系统进行仔细的、系统的功能分析和结构分析，并要注意以下各点：（1）模块在整个系统中的作用及其更换的可能性和必要性。（2）保持模块在功能及结构方面有一定的独立性和完整性。（3）模块间的接合要素要便于联接与分离。（4）模块的划分不能影响系统的主要功能。
    模块化设计的主要方式有：（1）横向系列模块化设计。不改变产品主参数，利用模块发展变形产品。这种方式易实现，应用广。（2）纵向系列模块化设计。在同一类型中对不同规格的基型产品进行设计。（3）跨系列综合模块化设计。除发展横系列产品之外，改变某些模块还能得到其它系列产品者，便属于横向系列和跨系列模块化设计。（4）全系列模块化设计。全系列包括纵向系列、横向系列和跨系列模块化设计。在全系列基础上用于结构比较类似的跨产品的模块化设计。
    二、建立模块化制造系统 
    通过对标准化的、基本的制造系统模块进行重构快速得到面向定制产品的制造系统，是一种高生产率和高柔性的制造系统。该制造系统具有以下几类模块：加工基本模块、模块化驱动单元、模块化的刀具和夹具以及可重构的控制系统。
    这些模块的定义如下：（1）加工基本模块：主要用于加工和改变原材料的状态，如挤压、钻孔、铣削等。基本模块的功能是与现有的加工设备相类似，但对模块来讲，最强调的是遵循精确、预定义、示范性和可控制的标准。（2）模块化驱动单元：主要用于完成执行任务部件的运动。（3）模块化的刀具和夹具：这是与加工基本模块和模块化驱动单元相匹配的刀具和夹具模块。（4）可重构的控制系统：包括各种模块化制造系统子系统的程序、指令和同步化的信息网络。
    模块化制造系统的设计主要是硬件的选择和任务的配置，因此，需要相应的工具。由于制造系统的模块化，在产品设计阶段就可精确地确定产品制造的可行性、成本和投资的回收等问题。模块化制造系统通过建立集成的“准时”零部件加工和装配系统，从而可以有效地减少零部件运输、进料等工作，消除由此引起的“装配瓶颈”。而且可以显著减少成本，因为零件的运输成本常常要占到零件成本的20%。
    模块化制造系统的优点是：对于新产品而言，由于标准的模块化而带来的生产系统的简化，并和自动化相结合，将帮助显著缩短生产周期。由于模块化制造系统的设计是高度自动化的，硬件是模块的，因此能很快地设计和重构低成本的生产系统。
    三、模块化生产的管理 
    1.坚持模块划分的原则。基于企业的特定需求，将产品按照产品结构和功能划分成可以重用和互换的不同功能单元，每个功能单元具有相对稳定的、一致的几何连接接口和输入和输出接口。特定需求包括：大量的客户需求；企业产品研发特点；企业生产和采购实际；产品的维修服务需求。因此，模块的划分应尽量考虑整个产品生命周期中各个环节的需求，比如产品的模块可以考虑工艺合件、采购合件和维修合件等。但是，有的时候企业不同领域可能对某种模块划分的需求是相悖的，这时就需要企业进行平衡：要不改变企业业务模式以适应模块划分，可容忍这种划分的缺欠并作为以后优化模块方案的内容。
    2.充分考虑模块的二元性。一方面，模块自身功能独立，具有标准连接接口和输入输出接口。另一方面，模块又是整个产品的一部分，不理解模块在产品中的作用和位置，就无法定义模块。这种既强调自身功能的独立性，又强调系统结构的归属性，就是所谓的二元性。因此，模块的划分必须既要抽象产品平台，又要考虑模块本身功能的独立。这两方面是相互影响的，在实际划分中可能会经历多轮的迭代才能形成满意的划分方案。
    3.按照模块结构，重组研发团队。可以将某个模块或者某些功能相关的模块分配给一个研发团队，同时可以按照模块之间的接口来定义不同研发团队之间的交互信息标准。可将模块之间的关联、交互关系定义若干种强度等级，把强相关的模块集中，要么将强相关的模块划分给一个团队，要么划分给组织上、地域上关联密切的多个团队。合理的模块划分和研发团队划分是进行产品的并行开发和并行试验验证的基础。
    4.根据企业实际业务情况，不断修订模块方案。企业的产品模块方案不是一成不变的，必定会随着市场和企业业务的不断变化而作出相应的调整。企业一方面要严格控制新模块的产生，另一方面还要根据研发设计结果、市场反馈、生产变化和国家法规等方面的变化，对产品平台和模块进行适时调整，以适应新的企业内外部环境。