人类对柔性制造模式的探索

人类对柔性制造模式的探索，从最初的组合机床生产线到20世纪70年代兴起的柔性制造系统(FMS)，再到80年代的柔性制造工厂(FA)、计算机集成制造(CIM)，和后来在日本广为流行的细胞式生产(Cellpmductionsystem)，已经经历了几十年。

每一种制造方式的研究都能找到大量的相关文献。

20世纪90年代以后，模块化生产受到瞩目。

哈佛大学商学院的Badlwin和Clark 于1997年在哈佛商业评论上发表一篇题为“模块化时代的管理”的文章，模块和模块化的研究日益引起学者重视。

Badlwin和Clark于2000年指出，模块化具有时代的革命性意义，当今产业已经步人模块化技术快速发展时期。

近年来，模块化理论越来越应用到工业领域，尤其是制造业，出现了“模块化的生产”的概念。

所谓模块，引用最多的是青木昌彦的定义:指可组成系统的，具有某种确定独立功能的半自律性的子系统，可以通过标准化的界面结构，与其它功能的半自律性子系统按照一定的规则相互联系而构成的更加复杂的系统。

模块化是指把一个复杂系统或过程根据系统规则分解为能够独立设计的半自律性子系统的过程，或者是按照某种联系规则，将可进行独立设计的子系统统一起来构成更加复杂的系统或过程，这样通过模块化，一个复杂的系统就可以分解为一系列相互独立的具有特定功能价值的模块，并且，在遵循统一的界面规则的前提下，各模块进行半自律性独立动作，同类模块之间可进行替代，从而可根据需要，组成不同的复杂系统。

Baldwim和clark认为，对具有可分解性的系统各部件联系规则的六种“模块化操作”，可以实现复杂系统的创新。

这六种操作是:分离模块、替代模块、增加模块、归纳模块、新的模块外壳创造。

我国学者焦志伦认为，模块具有可变性和延展性，从而使整个系统富有弹性，更容易适应现代社会瞬息万变的需求形势。

学者孙晓锋把模块的替换看成是一种替代经济，认为这种替代经济能通过减少产品研发时间，为消费者不断提供新的产品，从而为企业带来经济利益。

在传统生产模式下，市场需求的多品种、小批量的特点给企业造成很大压力，企业在增加柔性的同时，又往往不得不接受成本上升的事实。

但在模块化生产方式下，企业只需在统一的产品界面标准上安插不同的产品模块就能实现目的，不仅成本低，而且最大限度地实现了顾客价值，提升企业竞争力。

模块化的思想给柔性制造带来新的理念，它打破了传统柔性制造的一惯做法，将对制造业的发展带来深刻影响。

1 模块化生产模式下柔性的驱动因素模块化生产是以模块化技术为主导，信息技术为基础，成熟的管理方法为手段，满足顾客个性化需要为目标，是一种柔性的生产方式。

具体来看，它之所以具有柔性，其驱动因素有:(1) 产品的模块化设计。

模块化设计是模块化生产的前提。

应用模块化技术，复杂的产品被分解为一个个功能模块，利用模块的相似性来减少产品结构和制造结构的变化，最终借助模块的选择和模块间的组合实现产品的多样性，同时又控制产品成本。

(2) 创新型的模块职能部门和模块企业。

模块化生产方式下，各模块职能部门和模块企业拥有独特的核心能力，在各自领域展开创新竞赛，不断推陈出新，模块更新换代迅速，产品系统不断升级。

(3) 快速可靠的信息流通渠道。

模块化生产充分利用信息技术带来的快速方便的好处，通过搭建信息网络平台;实现信息共享，空间、时间距离被打破，客户的个性化需要、供应链信息能快速得到响应。

(4) 柔性的战略合作关系。

模块化生产下，整装企业和供应商的关系更加柔性化，模块供应商需要承担更多的责任，面临更大的挑战。

一方面，整装企业会不断对供应链进行优化和重组;另一方面，在同一模块领域存在激烈竞争，成功的企业会巩固与整装企业的合作关系，而失败的企业则有可能沦为模块供应商的下一级供应商，丧失其地位。

(5) 成熟的供应链管理方法。

模块化生产应用了当今供应链管理的先进方法，包括JIT供应、并行工程、延迟策略等。

JIT供应保证了模块供应的准确及时;并行工程使模块的设计开发各环节能并行交叉进行，在考虑所有后续过程的基础上，尽可能减少修改次数，从而加快上市时间;延迟策略使得大规模定制成为可能，上游模块实行规模化生产，下游再根据个性化要求进行组装。

以上各因素中，产品的模块化设计是根本，在这基础上，其它各因素的优点得已充分发挥，从而保证了模块化生产具有较高的柔性。

2 模块化生产同传统柔性制造模式的比较传统的柔性制造模式包括组合机床生产线、柔性制造系统(FMS)，柔性制造工厂(FA)、计算机集成制造(CIM)和细胞生产方式等等，主要是通过对设计和制造过程进行效率优化，来实现柔性制造的目的[8}。

而模块化的生产方式则是在共同界面上安插不同模块，来实现柔性化生产。

具体来看，模块化生产具有以下特点:2.1 在提高交货速度上，开碎新的途径传统的柔性制造模式都致力于单个企业内部设计和制造过程效率的提高，在缩短响应时间方面非常有限，而模块化生产能在更大程度上提高响应速度，表现在:(1) 模块化生产往往突破了单个企业的限制，在更大范围内实现资源整合，各个模块制造商和模块整合商为了在竞争中取胜，都专注于提高各自模块的核心竞争力，集中力量，不断提高产品质量、缩短设计和制造周期。

(2) 模块化生产使同步化操作成为可能，从而缩短总的交货时间。

(3) 组成产品的模块被生产出来之后，再根据所接到客户订单要求，在模块组装企业或再下游环节进行组装，从而实现延迟生产。

以汽车行业为例，目前国际上的汽车从订单到交货，最快需要巧天左右时间，有的企业已经提出10天交货的目标，而最终要达到5天交货，为了满足这个目标，汽车生产被分解成10到30个大的模块，如大众汽车公司将轿车零部件分成9个模块，要求零部件企业按模块组织生产和供应:每个模块实际是上百个零件的集成，由大的模块供应商组装供应，总装厂只需把这10来个模块组装起来即可。

2.2 快速的多样化创新国际生产工程研究会在谈到FMS时指出，“系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制”，同样，以FMS为基础的FA、CIMS也具有这缺陷。

这说明，企业的设计创新和生产创新都只能在已有柔性制造系统事先设定的范围以内进行，创新的幅度难免有局限。

而在模块化生产方式下，创新更具有自由，且呈现出快速和多样化的特征。

在同一模块存在着大量相似的部门和企业，每个部门和企业都深人地研究它的产品，并进行大量相似的实验，为了在激烈的模块竞争中胜出，彼此展开创新竞赛，从而持续不断地推出新的产品。

国内学者孙晓锋总结了模块化生产方式下的四种创新类型:(1) 增量创新:就是设计者能够修改模块。

在增量创新中，模块的核心技术和模块之间的界面规则都没有重大变化。

(2) 模块创新:就是要模块内部的核心技术发生变化，但是，界面规则并没有变化。

(3) 结构创新:就是设计者在不同的结构中使用相同的模块组合。

结构创新改变了界面规则，但保留模块内部的核心部件。

结构创新有两种方式，一种是以前结构的变形，例如，个人电脑主板的不断改进;另一种是改变模块间的基本关系，重新装配模块，形成新的结构。

结构，从本质上来说就是界面规则。

(4) 设计者开发新的产品:开发新的产品既可以采用新的模块，也可以通过组合新旧不同的模块来创造新的产品。

由此可见，模块化生产方式能实现快速和多样化的创新，为满足消费者日益挑剔的个性化需要提供源源不断的动力。

2.3 顾客参与设计在传统柔性生产模式下，由于生产流程的特点，如果要进行客户个性化的设计，往往会极大地增加企业成本;在模块生产方式下，大量设计都是所谓的“模块化操作”，即分离、替代、增加、归纳等，不会或者只会少量增加企业成本。

顾客的需要上升为产品价值链的开端，这种需要首先传到模块组合企业的设计部门，设计部门根据客户的需要量身定做产品，再分解到各个模块供应商处分别制造，在产品价值链的整个过程都有客户参与，从而客户的个性化需求能够得到及时、彻底的体现。

因此，在以顾客价值最大化为导向的今天，模块化生产能更全面地映顾客个性化的需要，在竞争中占据有利地位。

2.4 显著降低成本除细胞生产方式之外，传统的柔性制造模式FMS、FA和CIM都是通过设备的高度自动化来尽可能地发挥规模经济，但是，由于所加工的零件存在差异，其规模经济水平不可能比加工完全标准化的零件还高，而且，由于这些高度自动化的设备本身的投资成本就非常高昂，分摊到单个产品中后，产品的成本仍然不会低。

在模块化生产方式下，产品的成本能得到显著的降低，表现在:(1) 模块产品成为关注的重点，而产品的制造过程则被放到了关注的次要位置，于是简化了生产环节，从而降低了成本，降低了价格，增强了产品竞争力。

随着模块化技术的革新，模块化的产品生产被转移到了劳动力低廉的发展中国家，劳动力成本大大降低。

(2) 建立在模块化生产方式之上的大规模定制，将大规模生产和定制生产的优势有效结合，在不牺牲经济效益的前提下，满足客户个性化需求的同时，又保持了较低的成本和较短的交货期，产品被模块化分解之后，更具有通用性和标准性，因此，规模经济得已发挥，成本大大降低。

Saen P.McAlinden等人对部分实施了模块化生产的整车广做了一份调研，结果显示，模块化生产给整车厂普遍带来了平均巧%左右的成本降低。

目前许多世界知名的汽车厂商都已经使用了模块化生产的方式，如大众、克莱斯勒、菲亚特、通用汽车、福特、梅塞德斯等。

3 模块化生产对我国制造业发展柔性制造的启示在全球竞争日趋激烈、发达国家纷纷将柔性制造定为本国制造业发展的重要战略决策时，我国的制造业应大力发展柔性制造已经成为不争的事实。

早在20世纪80年代初期，我国国内一些单位引入第一批FMS，如湖南江麓机械厂进口德国Werner公司的两台卧式加工中心和一台有轨搬运车组成的系统，此后二十年，我国制造业推行柔性制造取得了长足进步，但跟发达国家相比，仍然有显著差距。

如今，全球制造业正步人模块化时代，制造业推行柔性制造仅靠引进柔性制造技术显然无法适应需求多样性和全球竞争的需要，因此，我国企业应赶上这股模块化的世界浪潮，大力在制造业中推行模块化生产。

具体来看，包括以下几个方面:(1) 推行模块化外包，从一体化的柔性制造向模块化生产转变。

通过采用先进的柔性制造技术来实现企业一体化的柔性制造，在21世纪已经无法满足于全球竞争的需要。

我国大型整装企业应果断摒弃大而全、小而全的传统一体化制造模式，在保留自身核心能力的情况下，积极推行模块化外包，参与国际分工，将不擅长的产品模块转移给国际国内专业的模块制造商，以获得全球竞争所需要的质量、成本、交货期、产品创新等方面的优势。

以汽车产业为例，目前世界各大汽车制造厂的模块外包比率已经占到了70%左右，而我国的整车企业的外包比率相差悬殊，而且相当一部分外包并不能给企业带来竞争力。