模塊化設計在企業標準化中的應用

于清

（合肥美的電冰箱有限公司 安徽合肥 230601）

1 前言

時代高速發展，消費差異化、個性化的需求日益彰顯，而傳統的現代化大生產過分依賴規模效應，如何調和二者之間的矛盾，已成為突破發展瓶頸的關鍵。于是，作為先進設計方法代表的模塊化設計應運而生，以低成本、高效率、可靠性強等諸多優點，有效解決了長期困擾我們的難題，它的橫空出世開創了設計開發的新紀元，誰能在最短時間內全面實施模塊化設計，誰就能在行業取得超越常規的高速發展。

模塊化設計并非簡單的疊加，要以產品最佳的獨立功能單元和零部件作為切入點，對產品進行拆分，定義其特定的通用接口，使之能夠充分互換、拓展，從而使枯燥的機械、電氣設備變成可自由拓展的、“有活力”的“生命體”。

2 模塊化定義

模塊通常是由元件和零部件組合而成的、具有獨立功能的、可成系列單獨制造的標準化單元，通過不同形式的接口與其它單元組成產品，且可分、可合、可互換。模塊是構成系統的，具有特定功能，可兼容、互換的獨立單元。

模塊化設計是在對產品進行市場預測、功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列通用的功能模塊。根據用戶的要求，對這些模塊進行選擇和組合，就可以構成不同功能、或功能相同但性能不同、規格不同的產品，這種設計方法稱為模塊化設計。

3 模塊化設計價值

通過模型分析，劃分基本模塊，定義標準接口，用模塊組合的方式，以少變應多變，簡化結構，增強重用性，以盡可能少的投入生產盡可能多的產品，以最為經濟的方法滿足各種要求，同時提升品質可靠度，減少開發周期和費用，解決定制化和大規模生產之間的矛盾。企業通過建立模塊化設計，可以達到以下的目標：

（1）優化零部件設計，縮短研發開發周期；

（2）增加零部件的通用性，增強設計的可靠性；

（3）降低研發成本和產品成本。

4 模塊化設計實施

4.1 模塊劃分

如何合理劃分模塊，是模塊化過程的一個關鍵問題，是系統分解的核心工作內容。模塊劃分是將市場調查和需求預測所掌握的對產品的總功能要求，分解為若干個功能單元，由此確定相應的功能模塊的過程。劃分模塊應遵循的原則是：

（1）功能單元分解化原則：功能單元的劃分，取決于用戶對產品發展的要求，并借助一定的科學方法對功能和結構進行透徹的分析；

（2）功能單元獨立化原則：對已分解的功能單元在結構上盡可能做到獨立化，以利于拼組、搭配，構成多種變型品種。

（3）部件模塊化原則：部件是產品設計與制造過程中經過長期的經驗積累而形成的結構相對獨立的單元。以部件為模塊單元，便于模塊化的互換，同時也便于借鑒以往的設計成果。部件模塊化強調功能的獨立性。

（4）組件模塊化原則：功能分解細化后，可進一步將部件中的某些組件模塊化。組件模塊化有時比部件模塊化更靈活、更經濟。

總之，模塊不能過大（劃分過粗），太大了控制過于復雜，設計、實現、維護都不方便；模塊也不能太小（劃分過細），太小了功能意義消失，反而使模塊之間關系增強、模塊的獨立性降低，從而影響模塊的階層結構。模塊的大小（劃分程度）必須以模塊的功能意義、復雜程度、便于管理、經濟適用為標準。

4.2 模塊化設計

模塊化設計包括模塊創建和模塊組合兩大過程，模塊化設計的關鍵是要設計一組能滿足基準產品和改型產品設計的模塊系列。在模塊系列設計中，首先是創立基準模塊系列，由基準模塊系列可組合成基準產品，通過對基準產品的操作，可產生各種派生、改型產品。

模塊化設計不是輕而易舉的事，可以說是一項復雜的系統工程。不經過嚴密科學的分析、論證，不掌握科學方法，不按照必要的科學程序是難以取得好的效果的。模塊化設計內容包括：確定模塊的功能、結構型式、接口方式。

模塊化設計的具體方法和步驟，不同行業不同企業各有不同。模塊化產品設計過程中的模塊組合并不是模塊實體的生產組裝，它是根據市場或用戶的需求進行功能分析，選用現有模塊或設計專用模塊進行組合。

4.3 創立嶄新的研發開發模式

如圖1所示，開發模式從原有的“產品結構開發+專業技術平臺+先行技術預研”向“產品平臺化模塊化+產品預研”轉型，提升產品力。

4.4 模塊專家隊伍&制度建立

模塊專家的主要工作職責推行某一類或多類零部件模塊化，主導零部件的模塊化設計規范制定，定義接口及參數，梳理現有零部件，分析關鍵特征，對接口進行規范化、標準化，及時新增、修訂企業設計標準及設計手冊。

模塊專家作為項目組成員參加新項目中與模塊相關的技術評審，對不符合模塊化要求的企劃、工業設計或其它設計方案有權提出否決意見。對所管控的模塊，通過直接設計或審核等方式，全面約束該類零部件必需符合模塊化標準。

模塊專家主導零部件標準化工作，對所負責領域內的零部件進行物料整合，及時維護、更新優選件清單，有效控制新增零部件數量。

模塊專家主導所負責零部件的質量改進、成本優化工作，參與降成本技術評審，解決影響產品品質、成本等方面的與模塊化相關的問題。

模塊專家跟蹤零部件的設計趨勢和發展方向，對未來可能出現的該類零部件，進行模塊化前瞻性先行技術研究，承擔所負責領域中的技術咨詢。

4.5 模塊化IT系統開發

在PLM研發IT系統中進行二次開發，按照模塊化設計規范，通過IT系統配置明晰選配關系，簡化設計開發，避免錯誤，將個人經驗轉化為數字模型，固化到IT系統中，通過IT系統的配置鎖定正確的選項，屏蔽不允許的設計方式，確保新開發的零部件均為模塊化優選的。通過IT系統的開發，能極大提升設計自動化和防差錯化，最大限度地減少基本模塊數量，滿足開發設計的需求。

4.6 模塊化設計實施過程中可能存在困難

（1）老品切換受限：因模具設備等因素，模塊化優選方案無法在短時間內，對現有的模具、設備進行全面更新切換，使得老產品及部分改型產品無法按照新模塊化設計理念進行開發設計；

（2）成本因素：標準化模塊化方案在長期、綜合成本（包括隱性成本）上占有很大優勢，但在某些情況下，體現在材料成本上，特別是加上切換過程的成本，往往在表面上比原有方案的成本高。

5 結論

模塊化是企業競爭的利器，大規模定制要求企業進行模塊化改造，并轉向以模塊化設計為開發理念的新型企業。模塊化設計以其低成本、短周期，并易于滿足用戶的個性化需求的，而成為各大企業所追逐的目標。模塊化設計是設計方法的革命，是標準化的核心，讓我們以滿腔熱情迎接模塊化設計時代的到來！

[1] 李春田. 現代標準化前沿-模塊化研究.中國標準出版社，2008

[2] 李春田. 標準化概論. 中國人民大學出版社，2005

[3] 童時中. 模塊化研究及實踐的現狀和發展，電子機械工程，2011