蔡 磊，李　屹

（貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽550025）

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面向產(chǎn)品族的模塊創(chuàng)建研究

蔡 磊，李屹

（貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽550025）

摘要：模塊的創(chuàng)建是產(chǎn)品族模塊化設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵步驟。對產(chǎn)品族模塊化設(shè)計(jì)中模塊的創(chuàng)建以及模塊創(chuàng)建步驟中模塊采集、模塊劃分、模塊使用進(jìn)行研究，以電暖爐產(chǎn)品族的模塊創(chuàng)建為例，給出面向產(chǎn)品族的模塊創(chuàng)建步驟，建立了電暖爐的基礎(chǔ)模塊、定制模塊和附加模塊。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品族；模塊化設(shè)計(jì)；模塊；模塊創(chuàng)建

隨著客戶需求多樣化、個(gè)性化、動態(tài)化等特征的日益突出。對于企業(yè)來說，快速響應(yīng)市場、快速更新產(chǎn)品顯得極為迫切；對于用戶來說，更換產(chǎn)品就會全部更換而不是部分更換，因此，被淘汰的產(chǎn)品就會導(dǎo)致資源浪費(fèi)，而模塊化設(shè)計(jì)可以降低產(chǎn)品內(nèi)部的復(fù)雜性，提高產(chǎn)品外部的多樣性［1］。使用適當(dāng)?shù)姆椒楫a(chǎn)品族創(chuàng)建模塊促進(jìn)產(chǎn)品族模塊化設(shè)計(jì)，不僅可以促進(jìn)產(chǎn)品族模塊化設(shè)計(jì)為企業(yè)節(jié)約成本，而且可以使企業(yè)提高快速響應(yīng)市場的能力。為了創(chuàng)建可靠有效的產(chǎn)品族模塊，需要對模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊?guī)劃和準(zhǔn)確的劃分。本文以電暖爐的模塊創(chuàng)建為例，以滿足不同的客戶需求為目標(biāo)，圍繞產(chǎn)品族模塊創(chuàng)建的基本思路，對產(chǎn)品族模塊創(chuàng)建過程中的模塊采集，模塊劃分，模塊使用等方面進(jìn)行闡述。通過創(chuàng)建產(chǎn)品族模塊幫助企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品族模塊化設(shè)計(jì)，使企業(yè)以最快的速度組合出品種最多的產(chǎn)品，有效縮短企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)周期。

1　創(chuàng)建產(chǎn)品族模塊的基本思路

模塊創(chuàng)建是產(chǎn)品族模塊化設(shè)計(jì)與方法的重要環(huán)節(jié)，是高效研發(fā)生產(chǎn)系列化產(chǎn)品的核心技術(shù)。通過創(chuàng)建產(chǎn)品族模塊形成產(chǎn)品族模塊庫，模塊庫中包括產(chǎn)品的所有模塊，并提供了完成模塊組合的接口，通過具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口以不同方式組合功能模塊，比如添加、減少、替換和微調(diào)，可以配置為不同客戶群體定制的多樣化產(chǎn)品。

建立產(chǎn)品族模塊分三個(gè)步驟完成，如圖1，第一步需要進(jìn)行模塊采集，通過分析產(chǎn)品族的所有結(jié)構(gòu)、功能單元獲得產(chǎn)品族所有模塊；第二步創(chuàng)建模塊，將采集到的所有模塊通過模塊劃分，創(chuàng)建產(chǎn)品的基礎(chǔ)模塊、定制模塊、附加模塊，其中，基礎(chǔ)模塊是產(chǎn)品的通用模塊，如電暖爐的核心發(fā)熱模塊；第三步模塊使用，根據(jù)客戶需求，依次提取所需要的基礎(chǔ)模塊、定制模塊和附加模塊，將這三種模塊組合起來就形成了初步的產(chǎn)品方案。

圖1　模塊創(chuàng)建步驟

2　產(chǎn)品族模塊建立步驟

2.1模塊采集

模塊化設(shè)計(jì)是在對一定范圍內(nèi)的產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能獨(dú)立、結(jié)構(gòu)獨(dú)立的基本單元——模塊，并使模塊系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品或系統(tǒng)，以滿足不同的需求［2］。創(chuàng)建產(chǎn)品族模塊模塊的首要問題是模塊從哪里來，即模塊采集。通過客戶需求分析以及產(chǎn)品各部件分析獲得產(chǎn)品的功能從而轉(zhuǎn)化為模塊。

客戶需求是產(chǎn)品存在的先決條件，在任何大規(guī)模定制（MC）模式中都占據(jù)著極其重要的地位，沒有需求就沒有產(chǎn)品［3］，模塊化設(shè)計(jì)的根本出發(fā)點(diǎn)是客戶需求，客戶需求決定了設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品應(yīng)該具有的功能［4］。在模塊的創(chuàng)建與劃分中需求分析是必要前提，通過獲取的需求信息來確定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)內(nèi)容，才能正確響應(yīng)市場。根據(jù)需求來定性設(shè)計(jì)產(chǎn)品，然后根據(jù)個(gè)性化的需求將主要的產(chǎn)品類型進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷奶鎿Q，從而生成基礎(chǔ)的產(chǎn)品類型以及變型的產(chǎn)品類型?；A(chǔ)產(chǎn)品類型是這類產(chǎn)品的基本形態(tài)，即按照市場的主要需求選定的相應(yīng)的主要模塊類型組合而成的產(chǎn)品，因此選定的作為基礎(chǔ)產(chǎn)品的模塊是基礎(chǔ)模塊，具有代表性的模塊種類；與此對應(yīng)，變形的產(chǎn)品類型是通過一定的變換方法（替換，增減部分模塊的方法）而形成的產(chǎn)品類型稱之為定制產(chǎn)品，選定作為定制產(chǎn)品的模塊為定制模塊，具有個(gè)性化特征的模塊種類。

根據(jù)客戶需求，將用戶需求轉(zhuǎn)化為正確的功能定義，對產(chǎn)品進(jìn)行功能分類集合，將不同元件集合為相應(yīng)的功能模塊，盡可能將具有同類功能屬性的零件合并在一類大模塊中。根據(jù)電暖爐的產(chǎn)品簡要結(jié)構(gòu)爆炸圖，確定各部件的功能定義［1］。圖2，表1所示。

圖2　電暖爐結(jié)構(gòu)爆炸圖

表1　產(chǎn)品主要零部件及其功能定義

在確定功能定義后，將功能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模塊，進(jìn)行模塊采集。

2.2模塊劃分

2.2.1模塊劃分原則——針對產(chǎn)品族

在模塊化設(shè)計(jì)方法中沒有標(biāo)準(zhǔn)的模塊劃分方法，因?yàn)檠芯繉ο蟛煌?，劃分的模塊類型也不相同。因此，在劃分的時(shí)候應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，應(yīng)用系統(tǒng)的劃分方法，主要以功能分解作為劃分基礎(chǔ)，但是在劃分的時(shí)候應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則。

（1）獨(dú)立性原則：劃分的模塊單元要在結(jié)構(gòu)和功能上盡可能做到獨(dú)立化，不用依附于其它模塊而能夠獨(dú)立完整存在，這樣便于模塊間的相互組合，從而構(gòu)成多種產(chǎn)品。

（2）典型性原則：以結(jié)構(gòu)相對獨(dú)立的部件作為模塊單元，便于模塊的互換，而對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件可進(jìn)一步細(xì)化，將部件中的某些組件模塊化對于基礎(chǔ)件結(jié)構(gòu)簡單，功能獨(dú)立，應(yīng)作為單獨(dú)的模塊單元考慮［5］。

（3）客戶需求相關(guān)性：客戶需求相關(guān)性是指為了滿足不同客戶需求，將部分產(chǎn)品零部件從其它的零部件中獨(dú)立出來形成系列化設(shè)計(jì)的現(xiàn)象。要對客戶需求的相關(guān)性進(jìn)行評價(jià)，首先要對獲取的客戶需求中提取出對模塊化設(shè)計(jì)有重要影響的客戶需求，然后在建立客戶需求——模塊選擇的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

（4）大小適中性:模塊分解得太大，模塊之間的磨合度會增加，設(shè)計(jì)加工的余地會減小模塊分解得太小，使得模塊生產(chǎn)工作過于零碎，加工效率較低［6］。

（5）可配置原則：劃分好的所有模塊都要進(jìn)行配置組合，因此在劃分的時(shí)候應(yīng)考慮到該模塊是否可以配置組合［7］。

2.2.2劃分方法

模塊化設(shè)計(jì)思想的核心是模塊的劃分，模塊劃分的好壞直接影響到模塊系列設(shè)計(jì)的成功與否［8］，模塊化設(shè)計(jì)是實(shí)施大批量定制生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，而如何合理地劃分模塊是模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)及關(guān)鍵所在［9］。不同的模塊具備不同的功能，在產(chǎn)品族中的重要性也是不一樣的，把產(chǎn)品的基本需求對應(yīng)的基本功能，即產(chǎn)品的主要功能對應(yīng)的模塊類型劃分為基礎(chǔ)模塊，那如何確定哪些是基礎(chǔ)模塊哪些是定制模塊呢？這就需要借助于通用度計(jì)算。

在產(chǎn)品族模塊庫中，有不可變的基礎(chǔ)模塊，也有可變的定制模塊和附加模塊，基礎(chǔ)模塊是產(chǎn)品的通用組件模塊，可變模塊是根據(jù)個(gè)性化的細(xì)分用戶群需求而劃分的不同模塊類別。對于不同細(xì)分市場對應(yīng)的模塊種類應(yīng)設(shè)定一定的閾值，超過這一閾值的模塊屬于不同類別或不同型號的模塊。

對不同系列的產(chǎn)品的不同模塊類型進(jìn)行通用度計(jì)算，通用度是針對產(chǎn)品的不同功能模塊進(jìn)行計(jì)算，將通用度高的模塊劃分到通用模塊即基礎(chǔ)模塊類別中去，從而確定該產(chǎn)品族的基礎(chǔ)模塊應(yīng)包含哪些。基礎(chǔ)模塊也是不可變模塊，即基礎(chǔ)模塊的通用度較高，例如一個(gè)產(chǎn)品族中，雖然不同的取暖設(shè)備產(chǎn)品形態(tài)和功能不同，但最基本最通用的功能都是取暖，即取暖模塊的通用度最高，因此取暖模塊就是核心的基礎(chǔ)模塊。

模塊的通用度是衡量模塊在產(chǎn)品族不同的細(xì)分產(chǎn)品類型中的共享程度指標(biāo)，若設(shè)任意模塊x，其通用度可通過如下公式進(jìn)行度量計(jì)算。

式中：R（x，pi）表示模塊x與細(xì)分產(chǎn)品類型pi關(guān)系?！?”代表細(xì)分產(chǎn)品類型中pi中有模塊x，“0”表示細(xì)分產(chǎn)品類型pi中沒有模塊x，n是產(chǎn)品族最終的細(xì)分產(chǎn)品的數(shù)量［10］。若通用度等于1則劃分為基礎(chǔ)模塊，通用度小于1則屬于非基礎(chǔ)模塊。

2.2.3劃分結(jié)果

（1）基礎(chǔ)模塊

利用上述公式對產(chǎn)品主要功能模塊進(jìn)行通用度計(jì)算可以明確產(chǎn)品應(yīng)該具備的基礎(chǔ)核心模塊，如圖3所示，將產(chǎn)品的基礎(chǔ)模塊劃分如下：

圖3　電暖爐產(chǎn)品基礎(chǔ)模塊

（2）定制模塊

動態(tài)化、多樣化的客戶需求對應(yīng)劃分為不同的細(xì)分市場，根據(jù)這些細(xì)分市場的個(gè)性化需求而設(shè)定的模塊類型稱之為定制模塊。通過將對基礎(chǔ)產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶砑酉鄳?yīng)的模塊而生成的產(chǎn)品稱之為定制產(chǎn)品。

由于產(chǎn)品的使用對象從嬰幼兒到老年對象不等，并且不同年齡階段的人群又會隨著市場發(fā)展趨勢進(jìn)行相應(yīng)的變化，因此，在明確不同的細(xì)分市場的情況下，根據(jù)這些細(xì)分市場的個(gè)性化需求設(shè)定相應(yīng)的定制模塊。通過將對基礎(chǔ)產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶砑酉鄳?yīng)的定制模塊即可生成的定制化產(chǎn)品也成變形產(chǎn)品。根據(jù)電取暖爐的結(jié)構(gòu)特征和需求分布，劃分圖4定制模塊。

圖4　電暖爐產(chǎn)品定制模塊

（3）附加模塊

附加模塊由潛在需求映射而來的模塊類型，由于潛在需求是對市場/客戶進(jìn)行一定的預(yù)測而得到的可能存在的需求信息，這種需求在以后可能會被客戶提出，是在對市場調(diào)研并深入分析市場發(fā)展趨勢的條件下由設(shè)計(jì)師或企業(yè)提出來的，潛在需求對應(yīng)的潛在功能是客戶沒有設(shè)想到的，當(dāng)產(chǎn)品具有這些功能時(shí)，也許客戶會提高對產(chǎn)品的滿意度，一定程度上引導(dǎo)了客戶的消費(fèi)心理，但是由于潛在需求是企業(yè)/設(shè)計(jì)師預(yù)測而提出的，因此具有一定的不確定性，對產(chǎn)品的研發(fā)成功具有一定的危險(xiǎn)性。

附加模塊的預(yù)測需要一定程度上的把握才進(jìn)行創(chuàng)建規(guī)劃，是建立在把握現(xiàn)有市場需求的基礎(chǔ)上進(jìn)一步規(guī)劃展望而得出的模塊類型。

對于附加模塊的預(yù)測，通過市場調(diào)研和企業(yè)內(nèi)部的協(xié)商，列舉以下一些可能在今后出現(xiàn)的功能需求模塊。圖5所示。

圖5　電暖爐產(chǎn)品附加模塊

2.3模塊使用

將所有模塊進(jìn)行編碼整理，按照之前劃分好的模塊類型分類入庫，如圖6，模塊庫中應(yīng)包含所有的模塊，以及模塊信息，以便設(shè)計(jì)師進(jìn)行選擇匹配。

圖6　電暖爐模塊庫

在進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，首先確定客戶需求，將客戶的需求轉(zhuǎn)化為具體的產(chǎn)品模塊；然后在庫中提取對應(yīng)的模塊，再根據(jù)客戶需求與否對提取出來的模塊進(jìn)行微調(diào)；最后在滿足客戶需求的條件下，將對應(yīng)的基礎(chǔ)模塊和定制模塊組合起來，并添加適當(dāng)?shù)妮o助模塊增強(qiáng)客戶滿意度，形成初步的配置方案。

3　結(jié)束語

產(chǎn)品族模塊的創(chuàng)建，以滿足不同客戶需求為目標(biāo)，在需求分析和產(chǎn)品零部件分析的基礎(chǔ)上采集模塊，通過計(jì)算模塊通用度確定基礎(chǔ)模塊和定制模塊，預(yù)測輔助模塊。研究表明，只有正確分析用戶需求并轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的功能模塊，在此基礎(chǔ)上才能正確的進(jìn)行模塊劃分，創(chuàng)建產(chǎn)品族模塊。因此對產(chǎn)品的需求分析、模塊的劃分是創(chuàng)建產(chǎn)品族模塊的關(guān)鍵。

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Study on Module Creation for Product Family

CAI Lei，LI Yi
（School of Mechanical Engineering，Guizhou University，Guiyang Guizhou 550025，China）

Abstract：Module creation is the major task in modular design of product family.Research on the creation of the module in the modular design for product family and module collection、module division、module use in the step of module creation，take the module creation of the electric heater product family for example，steps of module creation for product family are given，basic module customized module and additional module of the electric heater are established.

Key words：product family；modular design；module；module creation

中圖分類號：TH122

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）03-0238-03

收稿日期：2015-12-02

作者簡介：蔡磊（1988-），男，江蘇張家港人，碩士研究生，研究方向：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；李屹（1973-），女，貴州貴陽人，博士，教授，研究方向：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。