模块化技术的应用现状和趋势
    

    模块化技术是成组技术的核心技术之一。本文主要从企业应用的角度探讨模块化技术的应用现状和趋势。

1 模块化技术的应用背景

    图1为中国知网中主题为“模块化”的文献篇数按年份的篇数排序,可以看出,近10年来,模块化的文献增加速度很快,这表明模块化已经成为人们的研究热点。在百度中输入关键词“模块化”,搜索到24100000个网页。

    1.1 满足用户个性化和多元化的需要

    随着人们生活水平的提高,对产品和服务的个性化和多元化需要越来越迫切。模块化技术可以在满足用户个性化和多元化需要的同时,降低产品成本和缩短产品生产周期。

中国知网中主题为“模块化”的文献篇数按年份的篇数排序

    图1 中国知网中主题为“模块化”的文献篇数按年份的篇数排序

    1.2 降低成本的需要

    随着我国经济的发展,企业员工工资的增加,按照世界银行的标准,2010年我国人均国内生产总值达到4400美元,已经进入中等收入偏上国家的行列。我国的传统制造企业面临低收入国家的越来越激烈的竞争,越南等东南亚国家代工产业的兴起使得我国发展劳动密集型产业的比较优势不再明显。但是,我国人口众多,需要保持较高的就业率,因此,我国更需要通过利用模块化技术,降低产品成本。

    1.3 产品和制造绿色化的需要

    绿色化是中国可持续发展的关键,目前我国制造业的环境污染和资源消耗现象很严重,资源紧张,同时利用效率低。显然,这种制造模式是不可持续的。模块化技术可以提高生产效率,显著降低资源消耗,对减少环境污染也有一定作用。

    1.4 信息技术的应用需要

    人类已经进入了信息时代,信息化技术为企业开展产品模块化带来很大便捷,特别是对于促进企业间的模块化具有重要作用。信息化技术还促进了模块化向深度和广度发展。因为模块化涉及大量产品的集成优化以及面向产品全生命周期的优化。没有信息技术的支持,就难以实现这些优化。

    面对上述四大需求的对策:向微笑曲线的两头拓展,同时提高制造环节的附加值。模块化技术在其中可以发挥很大的作用。如图2所示。

向微笑曲线的两头拓展,同时提高制造环节的附加值

    图2 向微笑曲线的两头拓展,同时提高制造环节的附加值

2 设计阶段的应用现状和趋势

    图3所示为产品模块化技术的作用。

产品模块化技术的作用

    图3 产品模块化技术的作用

    制造业的复杂性主要源于产品的复杂性,模块化技术通过降低产品的复杂性,进而提高设计、制造和服务效率,降低成本,快速响应,实现绿色化。

    2.1 装置级模块化

    装置可由多种不同或相同产品模块组成。

    例1:模块化锅炉由多台锅炉并联组成,锅炉数目根据需求确定,模块化锅炉是当前锅炉的重要发展方向之一,其优点是:高效、耐用、可靠,安装简便、灵活,运行费用低,维护和操作方便,环保效果好、无污染、无噪音等。

    例2:模块化工厂——华北制药金坦工程。实际上是一套模块式钢结构的单元建筑组合,将关键设备安装在模块里,使建造工艺更加合理,工程师和工人也更加专业,发运中国前,所有设施均已在生产国瑞典安装调试完毕,并通过了欧洲GMP认证,然后只需几个模块单元就可以把设备齐全、安装精细、高度自动化现代化的工厂运送到客户指定地点,最后按照图纸将模块进行精密对接,便可投入使用。这种简洁的建造方式解决了传统方式普遍存在的延期、超支和产量不足等问题,便于企业迅速开工运营。

    例3:中国运载火箭。按照不同的发射任务需要,各种模组可以象积木一样进行组合,总的组合方案超过1000种,可以满足我国所有的航天发射任务。

    例4:分离模块航天器。把一个航天器按功能分解为有效载荷、动力、能源、通信等模块。这些模块采用物理分离,通过编队飞行和无线传输方式构成一颗虚拟的大卫星,以完成特定任务。其实质是将一个航天器的质量和故障风险分解到了多个功能模块。

    2.2 产品级模块化

    通过各种部件模块的组合,我们可以快速得到个性化的产品。

    例1;镇江船厂的流水线造船。传统的造船方法:船舶制造大部分工序都必须在船台上完成,要扩大产能就必须拥有多个船台,从而对水下岸线资源要求较多。流水线造船:将造船分成“壳、舾、涂”三部分,每一部分都采用离岸制作,最后再统一利用船台安装,然后进行试水。

    例2:模块化机器人。为了执行某些特殊任务,如登月探测,通过模块重构改变构形,以便越过特殊地形和障碍物。这类机器人的结构形式相对简单,其共同特点就是通过模块间的翻转运动形成各种构形,其主要难点在于控制方面。

    例3:航天器结构模块化。这能够使发射、维护具有很大的方便性,并具有较高的可靠性,例如我国的空间站就是采用了模块化结构,可以分次由火箭送上太空,在太空中自动组装。这对接口提出了很高的要求。

    2.3 部件级模块化

    复杂产品往往有多层部件,可以通过递归设计的方法实现逐级模块化。

    例:斯堪尼亚的模块化发动机.斯堪尼亚能提供最全面的发动机系列。无论是欧Ⅲ、欧Ⅳ,还是将来的欧V发动机,均可覆盖到全部应用领域。这一切得益于斯堪尼亚的模块化燃烧概念,实现了高扭矩、高经济性和低排放的最佳平衡,所有斯堪尼亚11、12、16L发动机具有相同的燃烧室和共用的零部件,如喷油嘴、推杆、滚子式气门挺杆、活塞环、气门驱动装置等。

    2.4 零件级模块化

    零部件模块化主要是对结构单元进行的模块化,通过各种结构单元模块的组合,我们可以快速得到新的零件。

    例1:把圆锥体、环槽、键槽等结构单元模块组合成不同的零件,不仅可以提高设计速度,而且可以减少工装的数量。

    例2:模块化工业汽轮机的转子由5段结构单元模块组成,从而可以有效控制结构单元模块的变化数目,满足转子变型的需求,同时支持了与转子相关零件的模块化。

3 制造阶段的应用现状和趋势

    随着企业产品线和应用范围的扩展、产品个性化需求的增加、产品需求变化的幅度和速度加大、材料成本的大幅度提高,产品的变型越来越多、批量越来越小、交货期越来越短、成本压力越来越大,模块化技术有助于解决这些问题,如图4所示。

模块化技术在制造阶段的作用

    图4 模块化技术在制造阶段的作用

    3.1 制造协同化中的产品模块化技术

    制造协同化中的产品模块化技术主要是通过产品模块化促进分工专业化和协同化。

    例1,IBM的360系统创造的模块化协同设计和制造模式,IBM360系统的模块化设计过程制定了“设计规则”(设计标准),使模块间的关系变得非常简单。这就引发了工程师“大跳槽”,他们纷纷建立自己的小公司,对其中的模块进行研制,并通过模块间的竞争,促使模块的性能不断提高,成本大幅度下降,这对硅谷的形成产生了关键的作用。

    例2:模块化制造系统,可以通过建立一个租赁公司,向有关企业提供各种加工机器单元、模块化驱动单元、模块化刀具和夹具以及可配置的控制系统。企业可以迅速地建立起支持新产品生产的系统,当企业不再生产该产品时,该可重组制造系统可以容易地拆除,将各模块退还给租赁公司。

    3.2 制造精益化中的产品模块化技术

    精益生产是发源于日本的生产模式,依靠该模式,日本制造业后来居上,模块化技术是精益生产的核心技术之一,能够帮助企业简化物流和管理。

    例1:单元制造系统。我国许多企业在推行精益生产中,往往将建立面向过程的单元制造系统作为其主要内容之一,快速提高了企业的生产效率,例如,瑞立集团通过建立基于单元制造系统的精益生产模式后,生产效率有30%~40%的提高。

    例2;模块化供货,现在的汽车生产线长度在1000~1500m,大量的零部件堆积在生产线的两旁,由许多供应商提供。面对变化快、型号多的汽车产品,生产线的复杂性和供应链的复杂性日益提高,由于分散的零件及物流意外所带来的风险也越来越大,而汽车的交货期则要求越来越高,在这种背景下,人们提出了增大部件模块粒度,缩短整车装配线的需求;将汽车分解成10至20个大的模块,每个模块又是由子模块组成,子模块由小模块组成,形成一种模块的递阶结构,大部件模块实际上是上千个零件的集成,由大的供应商组装供应,整车厂只需要把这10至20个模块组装起来就成了,这样整车装配线只要50m就够了,从而提高了整车装配线的生产效率,缩短了车辆的制造周期,降低了总装的成本,由于将汽车装配生产线上的部分装配劳动转移到了装配生产线以外的地方去进行,因此零部件厂更多地承担起原来由整车厂装配线所做的工作,增加了零部件厂的收益。

    例3:近年来,石油化工工业炉模块化供货及安装,已成为大型装置建设中的发展趋势,模块的划分、模块的结构设计、模块之间的连接形式,模块在制造、运输、安装过程中防止变形的措施,是工业炉模块化的关键所在。

    3.3 制造成组化中的产品模块化技术

    产品模块化技术能够提高零件成组批量,进而根据批量法则,提高制造效益。

    例1:零件库TraceParts上已经有1亿多个零部件三维模型。设计师在选择零件库中的零部件模型设计出新产品后,一般会向提供模型的企业采购,专业生产某类零部件的企业的规模就越来越大,从而促进了制造成组化。

    例2:模块化刀具、夹具等也是制造成组化中的重要内容。

    3.4 制造信息化中的产品模块化技术

    面对制造过程海量的数据,模块化技术有助于减少管理的复杂性。

    例:派生式CAPP系统在我国机械制造企业应用较广,其中的典型工艺就是一种模块化技术。

    3.5 制造高端化中的产品模块化技术

    产品模块化技术可以促进制造高端化,提高制造效率和水平。

    例:发动机的模块化设计和生产线结构的革命。1996年,福特汽车公司发动机部总工程师顾永平率先在汽车工业历史上实现了发动机的模块化设计,对6缸、8缸、10缸和12缸等不同规格发动机的结构进行了重组,使绝大部分组件都能通用,以尽量少的组件实现最多种类的组合,这项成果不但使发动机本身的生产工艺得到简化,而且也引起了生产线结构的革命,不同规格的发动机可以在同一条生产线上加工,而在此前,不同型号的发动机各有专门的生产线,不能互用.经常发生的情况是有的生产线闲置,有的却忙得不可开交,既浪费了生产能力,又贻误了商机,这种双重损失每年都要达到数亿美元。

4 销售和售后服务阶段的应用现状和趋势

    西方国家在30年前就步入了服务社会或服务经济,其服务部门创造的总价值在国民生产总值中所占比重超过了70%,服务业成了主导的经济,而我国的比重只占33%,随着小康社会来临,服务业在国民经济中的比重还会上升,模块化技术的应用也将从实体产品向服务方向拓展。

    4.1 模块化服务

    用户的需求是千差万别的,因此不同用户对于服务的要求存在很大差异,但是,绝大多数用户的需求存在一些共同之处,如果能够找到这些共性,然后将它们做成一个个模块,让用户像搭积木一样,选择不同的服务模块,那么,就可以在满足灵活性的同时,使模块标准化,最终降低成本。

    例1:IBM的模块化服务。IBM是世界上最大的信息技术服务提供商,它把不同的服务产品组合起来,形成解决方案,提交给客户。模块化服务是其制胜的本领之一,IBM有一套成熟完整的方法论和量化公式,可将一些可以积累的内容再次使用。这些内容会根据用户的情况不断调整,能够提供更加灵活、自动化、可复制的服务和解决方案。

    例2:华为公司的产品化服务,华为也公开宣称其从电信设备商向信息化服务提供商转变,华为公司的服务产品超出了普通的故障排除的技术支持概念,而是涵盖了从保障设备日常运行的技术支持服务、硬件维修服务到提高设备运营效率的网络优化服务等内容,能够全方位满足不同地区、不同用户在不同方面、不同层次上的服务需求。华为公司的服务产品分为标准服务产品和专项服务产品两个系列,其中,标准服务产品系列是面向设备维护而设立的,用于协助客户保障设备正常运行;专项服务产品系列是面向设备应用而设立的,用于满足客户个性化和增值服务的需求。

    4.2 制造服务标准化

    制造服务标准化的作用是使企业节约成本,减少资源浪费,提高服务质量可控性,其次,服务标准的形成有助于企业形象的定位。

    例1:携程呼叫中心服务的“模具”与“流水线”,携程呼叫中心不断扩容,至今已经达到1600人左右的庞大规模,这个过程中,携程自身也开始从互联网平台向电话平台转移,现在公司70%以上的业务都来自于呼叫中心,管理层关注的焦点也转向了如何通过将服务变成可以标准化的产品,从而加强对“服务品质”的控制,携程提出“像制造企业一样来对待服务质量”,也就是说用制造业的管理模式来提供标准化的服务,使得服务的品质不取决于任何一个服务人员的能力,而是取决于整个系统。

    携程的“模具”:计算机引导的详尽服务流程指导。

    携程的“流水线”作业:将每个业务类别都切分成很多环节,由不同的小组分工合作。

    例2:海尔中央空调的5段全程标准服务,这是针对目前行业中存在的中央空调安装过程不规范而推出的,该模式在售前、售中、售后整个系统为用户提供“一站到位”的服务,让用户免去了后顾之忧。

    4.3 服务产品模块化

    服务产品模块化是指对一定范围内的不同功能或相同功能而不同性能、不同规格的服务产品,在进行功能分析的基础上,划分并设计出一系列功能模块,通过模块的选择和组合构成不同的产品或功能,以满足客户不同需求的一种设计方法。

    例1:斯伦贝谢将勘探开发和工程技术服务不同系统中大小不同的单元进行精确、清晰、完整的分离,集成设计,形成由产品、软件、方案等组成的标准化系统,作为整体系统的一部分或独立的单元进行商业化运作,斯伦贝谢的气举系统由标准的Camco气举产品和服务、新型Xlift高压和PerfLift气举系统3个模块组成,而人工举升解决方案又涵盖了由电潜泵、气举系统、水平泵系统、监控系统、软件、动力和控制系统等多个模块组成的产品、技术、服务和解决方案。

    例2:惠普公司根据服务模块化思路,推出的终端用户工作环境标准服务包,分为“用户IT支持服务”和“多厂商产品支持服务”两大模块,前者为基本服务模块,后者为可选服务模块,包含多厂商硬件支持服务和原厂商协调服务,标准服务包由远程服务(帮助台)、现场派单(现场支持、多厂商硬件支持)和协调支持3个不同层次的服务组成。

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    收录时间:2014年04月30日 01:59:38 来源:万方数据 作者:匿名
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