產品模塊化與供應鏈協同設計

紀雪洪,吳永林,孫道銀

（北方工業大學 經濟管理學院，北京 100144）

1 引言

一些復雜產品，如汽車、電腦等一般由很多的部件構成，有關產品部件的構成數量以及部件如何組織到一起被稱為產品構造。產品構造可分為模塊化產品構造與集成化產品構造兩類。模塊化程度高的產品，如自行車、音響和個人計算機等，其部件聯系非常松散。

產品模塊化在運作管理、產品開發、組織管理和工程等多領域都受到關注[1]，并取得很多的理論與應用成果。很多研究學者認為產品模塊化可以限制部件間相互作用的程度與范圍，減少其在設計或生產過程中循環的次數，進而增強管理復雜性產品的能力[2]，能夠最大化地提供產品組合的部件[3]，縮短產品開發流程時間，增進柔性[4]。通過將系統分解為近似自治的子系統[5]和標準接口[6]，模塊具有可重用性[7]。實證研究也印證了產品模塊化對企業績效的正面影響[8]。

但Fleming和Sorenson[9]對過度模塊化表示擔憂，指出模塊化設計會阻礙突破性創新的產生，降低競爭者進行模仿、跟隨的難度。Fixson and Park[10]分析了美國自行車業的模塊化趨向整合的特殊例子，一家自行車公司通過引入集成產品結構創造了近乎壟斷的市場地位。

Schilling[11]認為，很少存在部件完全分離或者部件無法組合的產品，幾乎所有的產品在某種程度上都是模塊化的。紀雪洪、馬玉波[12]提出要分析不同產品的產品構造，模塊化程度的討論就是一個不可回避的問題，并研究了衡量和確定“模塊化程度”的方法。據此，有必要分析產品模塊化程度高低會產生什么樣的影響，產品模塊化是否會影響到企業供應鏈系統，如果存在影響，企業該如何決策。當前圍繞此方面的研究還較少。

2 產品模塊化程度及其供應鏈系統影響

與模塊化程度高低相關的一個問題是，“在有限的大部件組成的產品與分散的小部件組成的產品之間，哪種產品的模塊化程度會更高”？這個問題的回答涉及到模塊化程度的衡量。紀雪洪、馬玉波[12]提出可以從深度與寬度兩個方面來考慮模塊化程度，模塊化深度反映模塊間的耦合程度或者“獨立性”，模塊化程度高的產品應當是功能與部件一一對應的[13]。模塊化寬度則是衡量模塊所構成的產品組合多樣化程度高低。模塊化深度和寬度具有一定的聯系性。以計算機和汽車為例，前者顯示功能、數據計算處理、數據輸入功能單獨由顯示器、微處理器和鍵盤等部件獨立承擔。而在汽車產品上這種功能與部件的對應關系比較少。計算機的模塊間主要傳送電子信息，與汽車模塊間需要同時傳送機械動力和電子信息相比，計算機模塊化的模塊化深度更高。但由于汽車的模塊數量要高于計算機，因此模塊化寬度要高于計算機。而股票組合則不存在類似機械、電子等裝置所形成的接口限制，不同股票投資間非常容易組合和拆分，而且股票可選擇的數量很多，因此同時具有很高的模塊化深度和寬度，如圖1所示。

模塊化程度的提升將對企業的成本和收益同時產生影響。模塊化的收益主要可以概括為兩點：一是實現了集成化產品所無法提供的產品多樣化“選擇”，二是開放的結構為各類企業的直接參與創造了條件，允許好的模塊替代差的模塊，讓表現好的模塊化供應商取代表現差的模塊化供應商。模塊化產品總體上是一種更具柔性的產品提供方式，整個供應鏈系統具備更大的適應性和靈活性。

模塊化也被理解成為一種“期權”[14]。相對產品構造處于完全的封閉集成狀態，經過模塊化的產品增強了柔性服務能力，能夠激發的模塊化技術創新潛力，具有期權價值。

但很多人往往容易忽視產品模塊化引致的新的成本。這不僅包括模塊化實施本身的成本，還包括供應鏈上的市場交易成本以及機會成本。模塊化活動本身是一項復雜的設計、生產等形成的價值創造活動，要實現產品的模塊化需要投入非常大的物力、人力和財力。不同產品實施模塊化的成本不同，產品越復雜，其模塊化需要考慮的因素越多，越難以簡單實現。比如，對汽車、飛機實施模塊化的難度和成本顯然要遠高過自行車的難度和成本。

模塊化產品的很多部件會被外包出去，進而產生供應鏈交易關系。系統商與外包模塊提供商作為交易雙方達成協議，需要了解對方，并各自為對方提供信息，信息的獲取和傳遞要耗費時間和資源成本；在確定交易條件時，會產生一些做決策的成本；在雙方同意的條件確定后，產生執行所訂協議的成本及控制、監督他方履行契約責任的成本。模塊化產生的大量模塊外包將產生一系列交易費用，涵蓋信息獲取成本、討價還價以及履約執行成本。

模塊化還會給企業供應鏈帶來機會成本，主要包括三個方面：一是模塊化供應商作為獨立的經濟主體存在動機與系統商做利益博弈，期望犧牲系統利益擴大供應商的利益；二是模塊化供應商可借機學習系統商的知識訣竅，成為系統商的潛在競爭對手；三是某些模塊雖然當前市場價值不高，但卻存在巨大的潛在市場價值，而系統商如果供應鏈決策失誤，有可能會將這部分潛在價值“拱手相讓”。

3 企業案例分析

本文選擇計算機產業中IBM公司開發個人計算機和汽車行業中奔馳公司開發Smart汽車的兩個案例，做進一步分析，以更好的理解模塊化實施及其對供應鏈績效的影響。

計算機行業曾經歷了一個從產品集成到產品模塊化的提升過程。20世紀80年代，Apple的崛起對IBM產生強勁沖擊。IBM考慮通過模塊化增強自身的競爭力。通過模塊化設計，IBM選擇很多外部供應商合作，如Microsoft和Intel生產提供關鍵的部件，這種模塊化度的顯著提高，使得IBM可以選擇不同的企業完成部件開發與制造，增強了IBM的選擇能力和滿足細分市場需求的能力，提高了企業的價值收益和市場份額。新的進入者只做它們所擅長的組件，保證了組件的快速升級。創新的范圍不僅僅發生在芯片上，還包括各種外部設備，如硬盤、調制解調器和各種應用軟件。從模塊化收益看，模塊化增強了IBM的系統選擇能力，獲取了模塊化帶來的期權價值。

隨著模塊化度的提高，IBM也承受了巨大的顯性和隱形成本壓力。除投入很多的人力與物力開發模塊化結構的實施成本外，還產生了外包模塊化的契約交易關系和相關的機會成本。一是模塊化使得更多企業借助模塊化供應商提供的部件進入計算機市場，如宏 等通過代工幾乎滲透進PC的整條價值鏈，成為系統制造商的競爭對手；另外，模塊化很大的一個不太“理想”的結果是，Intel、Microsoft這兩個IBM一手扶持起的IT巨人開始趕上甚至超越IBM。現在看，IBM在追求模塊化程度提高的時候，相關的模塊化成本管理戰略并未完全考慮清楚。IBM不得不為產品高度標準化、模塊化后，其原有行業領先者所面臨的長期機會成本埋單，IBM最終選擇退出計算機裝配制造業。

Smart汽車是由德國奔馳與瑞士Swatch公司的合資企業MCC（Micro Compact Car）在1998年開發的，是另一個模塊化的案例。該車在設計和裝配上實現了基于五大模塊的產品構造模式，五大模塊包括產品平臺、動力總成、車體、汽車電子和座椅。相對其他汽車車型，該車的模塊化程度較高，屬于創新性產品。這些模塊主要有7家一級供應商，包括博世、麥格納等。7家一級供應商涵蓋整車70%-80%的外供件供應，其模塊供應的價值量占到整車價值的50%以上。16個其他供應商向MCC公司或7家一級供應商提供的子模塊接近20%的零部件，其余約10%的零部件大多是標準件或者零散小件。

Smart汽車的模塊化設計的價值主要來源于其對外部市場不確定的適應能力。模塊化產品方式下，汽車生產裝配時間明顯縮短，平均僅用4.5小時就能夠生產完成一輛汽車。同時，模塊化產品設計也大大提高了產品的選擇范圍。此時，企業同時具備了快速響應和滿足多樣化產品需求的能力，實現了按顧客訂單生產。博世、麥格納等供應商在模塊化系統開發方面也開展了很多創新工作，推動了產品的系統創新。

模塊化汽車Smart的出現在一定程度上帶來了成本的增加。除模塊化Smart的產品開發成本外，模塊交給供應商設計生產也帶來了交易成本和機會成本的發生。但Smart汽車的模塊化深度大大低于IBM計算機，其大多數產品部件沒有實現完全標準化。此時，MCC公司可以有效控制模塊化的成本，主要是因為MCC公司沒有放棄對產品整體控制和把握能力，產品架構、系統整體平臺和控制系統由MCC公司掌握，供應商依據MCC公司的產品特性要求安排相關供應模塊的特定性開發和供應。MCC公司對Smart汽車模塊化程度的掌控就實現了價值和成本的一種平衡，在享受模塊化所帶來的延遲制造、定制供應等價值增值同時，通過供應鏈整合和控制，大大降低了交易成本和機會成本的產生。

4 產品模塊化和供應鏈設計決策

上述產品模塊化和供應鏈績效的理論分析和案例研究表明，產品模塊化開發對于供應鏈績效具有重要影響。在產品模塊化開發的時候首先要確定一個合適的模塊化開發程度。如果定義模塊化的總成本為C，其主要由實施模塊化的成本、市場交易成本與機會成本構成，假定模塊化所產生的收益為V，主要由模塊化產生的柔性和增進的創新所構成。此時，合適的“模塊化度”是模塊化所產生的邊際收益和邊際成本相等的地方。當然，不同產品、不同企業的產品模塊化會對應不同的成本和收益，因此會產生不同的合適的“模塊化度”。

對于產品模塊化的設計者而言，只是確定合適的“模塊化度”是不足夠的。企業在做出產品模塊化決策時，要充分考慮模塊化帶來的供應鏈系統的總體變化（如圖2所示）。產品模塊化會引發整個供應鏈關鍵價值環節的變化，企業要進行實現的評估和分析，盡可能占據供應鏈價值鏈條的有利地位，避免IBM模塊化產品設計未考慮清楚供應鏈戰略所導致的失誤。

5 結論

企業在產品模塊化開發設計時，同時考慮模塊化所帶來的供應鏈變革，提前做好供應鏈決策。結合IBM模塊化計算機的開發，以及模塊化汽車Smart的開發案例分析，本文提出要全面考察模塊化帶來的成本和收益變化，特別是潛在的供應鏈成本，在此基礎上選擇確定適合的模塊化程度，并明確企業的系統范圍。

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