基于模块的产品设计过程

1 引言

    大批量定制模式是现代企业应对激烈市场竞争压力的有力工具。大批量定制模式希望能够以与大批量生产近似的成本提供满足客户个性化需求的产品，其实现依赖于企业内部各个环节的有效配合。企划和设计环节是一个产品生命周期的起点，对产品的成本起着决定性的作用，因此也成为企业重点改进的环节。基于模块的产品设计过程希望能够利用模块的独立性和接口稳定性，保证产品开发过程的独立，实现零组件设计的共用和并行，加快产品响应市场需求的速度，降低产品的成本。本文综合论述了基于模块的产品设计过程的各个要素，并定义了实现基于模块的产品设计过程的方法。

2 模块的定义

    模块是能够用来组合的、具有独立功能和稳定的装配和能量传递接口的单元。能够定义为模块的零部件应符合如下特征：

• 功能的独立性：给定输入和输出，能够独立的完成一定的功能。
• 结构的独立性：应该具有独立的物理组成和外部表现，如果可能应是一个装配件。
• 稳定的接口：接口的稳定能够保证模块的互换性，以便与其它模块进行组合。

    在高科技行业里，模块可以是结构件、电气件、软件及其组合等，如冰箱可以定义为压缩机、风扇、箱体……电视机可以定义为屏幕、外壳、控制板……等。企业定义哪一级别、哪些零部件为模块与企业确定的竞争策略有直接关系，需要在实施过程中根据实际情况确定。一般采用外包型生产方式的企业，定义的模块级别会高一些；自制型企业的模块级别会低一些。

     一般而言，根据模块的具体情况，企业内将模块分解为重用模块和满足客户需求的模块两类：

• 重用模块重点关注不同产品中的共用性，通过标准化、通用化的方式进行整合，提高模块的产量，获得充分的规模经济性。
• 满足客户需求模块定位于实现产品的个性化，满足客户的特色需求。（在实际的工作过程中，作者发现，增加一类“数模重用模块”是非常有必要的。）
• 数模重用模块是指能够满足客户特色需求的、但设计规律比较统一的模块，如冰箱的内胆、箱体等。

    虽然数模重用模块的设计结果会产生不同的物理零部件，但通过设计规律与建模工具的结合，能够有效的回快设计的进度，保证设计的质量。

    重用模块、数据重用模块和满足客户需求模块的概念是实现基于模块的产品设计过程的必需基础。

3 平台的定义

    平台是来源于汽车行业的词汇，现在在大多数企业内已经多有应用，但是概念并未得到统一。

    在本文中，平台的狭义定义为“一组可以共用的模块”，广义定义为“通过IT实现手段，以模块化产品架构为基础建立的，包含产品变型知识在内的模块库/超级物料清单(BOM)”。其狭义定义可明确平台应该是有物理的基础，不应只是一种概念性的提法，选定模块集中全部为重用模块。其广义定义可明确平台的用途，通过定义产品变型知识，形成可选择的模块库，能够辅助快速针对客户需求，产生初始设计；广义平台中模块类型可以是重用模块、数模重用模块和满足客户需求的模块。

    平台中用来描述产品变型知识的具体方法，根据所使用IT工具的不同，会相应有所不同。其组织逻辑可参考如下图示：

4 基于模块的产品设计过程

    在上述模块、平台定义基础上，可将原有的产品设计过程优化为基于模块的产品设计过程。基于模块的产品设计过程受益于模块所带来的独立性和固定接口和平台对产品变型知识的有效组织，能够及时针对客户需求做出响应，并明确新的设计内容；同时，新需模块的设计过程可以独立、并行进行，最后通过模块化产品架构统一形成具体产品。

    为了实现基本模块的产品设计过程，企业需要将传统的产品设计过程分离为平台设计过程和定制设计过程。平台设计过程是一个包括企业长期规划、预测研究、模块优化和新设计知识维护的过程，其产出是越来越准确、全面的知识库。在平台设计过程中需要充分考虑产品平台的成本、质量和重用模块的技术提升。定制设计过程是一个快速满足用户需求的过程，在产品平台的基础上进行快速定制开发，实现单个定制产品的最终交付。其具体环节如下图：

     平台设计充分收集、预测和分析产品平台应覆盖的所有客户需求，定义统一的产品架构、所需要的模块，明确模块与用户需求的对应关系，促进模块和零部件的重用，以降低产品成本并提高产品的质量：

• 中期平台策略及产品规划：定义产品核心平台的划分原则及每个核心平台应覆盖的范围。
• 平台、模块定义及架构：定义产品平台实现客户需求的产品架构和模块，定义模块之间的接口关系和接口约束关系。
• 考虑采购/生产计划：针对采购和生产的需要，优化产品平台的架构和模块划分。
• 模块中的零部件定义：根据需要，进行新模块的设计。模块中的零部件可以新零件委外设计、新零件开发或重用已有零部件。
• 完成平台/模块设计：综合考虑各个模块的设计，在此基础上完成产品平台的设计。
• 平台模块确认/批准：对平台、模块的设计进行验证、确认和批准。
• 固化平台/模块设计和架构：确认平台、模块和架构的设计。

    定制设计在产品平台基础上快速变型出满足客户需求的产品。如果客户需求不能完全满足，则通过按接口规范定义新模块，组合其它模块来实现满足客户需求的新产品：

• 选择平台：接到客户订单后，确认可以由哪个产品平台来实现此需求。
• 产品规划：根据选定的产品平台，明确进行定制产品开发的计划和方式。
• 定制开发：将不能满足的客户需求，以新模块/新零件的方式进行实现。
• 产品确认：在产品架构的指导下，组合重用模块和定制开发模块，获利新产品。

    平台设计过程对定制设计过程中产生的新模块、新零部件进行分析，如果必要，则优化产品平台和模块的定义，集成到平台模块库中。

5 基于模块的产品设计过程的实现

    模块化设计项目的实施涉及到企业中的方方面面，从产品的企划、设计到制造，还需要协调财务、采购等各个环节，因此其实施需要根据企业的实际，定义工作包和具体的实施方法。一般而言，项目的实施包括如下五部分：

    1)组织机构建立：需要成立跨功能团队的项目工作小组

    2)产品平台划分和型号梳理：对企业中已有的数据进行整理，并定义未来产品的路线图

    3)GPS建立和优化：结合考虑产品架构和模块的变型要素，定义出通用产品结构(Generic Product Structure, GPS)

    4)应用GPS进行开发：在定义好的GPS基础上，进行实际产品的开发验证，确认并优化模块的定义

    5)IT/三维设计/工程基础建立：为GPS的定义和运行提供支持框架；实现对模块接口的定义

    这五步工作根据需要有一些并行、交叉的信息流，以方便形成有效的模块化产品设计生产模式。企业内的标准产品架构定义、模块划分和模块化设计流程还需要在使用的过程中不断的进行测量、反馈和优化。

6 总结

    基于模块的产品设计过程是企业实现大批量定制模式的有力工具。通过模块划分、平台定义和新设计过程的应用，企业能够优化产品企划、研发的工作模式，使设计重用、设计速度得到明显提升，从而加强企业的竞争能力。上述方式在某高科技企业的应用也有效的证明上述说法。希望本文能够对其它类似企业实现基于模块的产品设计过程提供相应的帮助。