鄭剛強(qiáng)，李沛釗，孫嘉偉

（1.武漢理工大學(xué)，武漢 430070；2.武漢理工大學(xué)紹興高等研究院，浙江 紹興 312300）

產(chǎn)品設(shè)計(jì)是在工業(yè)化大生產(chǎn)的背景下產(chǎn)生的細(xì)分行業(yè)，其本質(zhì)是一種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，經(jīng)濟(jì)屬性也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要性質(zhì)。近百年來，設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)屬性在審美、材料、技術(shù)、生產(chǎn)等各個(gè)方面影響著設(shè)計(jì)的發(fā)展。隨著制造業(yè)全球分工協(xié)作體系的建立，新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造、物流、銷售等環(huán)節(jié)都要依靠供應(yīng)鏈體系的支持。在新的產(chǎn)業(yè)背景下，經(jīng)濟(jì)性原理也繼續(xù)推動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)策略不斷變化，以適應(yīng)供應(yīng)鏈協(xié)作下的新體系。Marshall 于1997 年在哈佛商業(yè)評(píng)論雜志發(fā)表了《你的產(chǎn)品需要什么樣的供應(yīng)鏈》，指出供應(yīng)鏈的中心是產(chǎn)品。優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)該與其供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)相匹配，幫助企業(yè)在供應(yīng)鏈流轉(zhuǎn)與配合的過程中降低成本、提升效益。

1 設(shè)計(jì)活動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性本質(zhì)

1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)是勞動(dòng)分工的產(chǎn)物

設(shè)計(jì)是一門融合技術(shù)學(xué)科、美學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境學(xué)、銷售學(xué)、市場(chǎng)學(xué)，以及社會(huì)學(xué)、社會(huì)心理學(xué)等為一體的綜合性邊緣學(xué)科。設(shè)計(jì)的主要功能和使命決定了設(shè)計(jì)同社會(huì)與市場(chǎng)緊密聯(lián)系，設(shè)計(jì)必須面向市場(chǎng)需求，以及科技、藝術(shù)和經(jīng)濟(jì)的結(jié)合點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。[1]在工業(yè)化大生產(chǎn)的新生產(chǎn)關(guān)系下，設(shè)計(jì)作為生產(chǎn)過程中必要的環(huán)節(jié)才被廣泛承認(rèn)、接受，也只有在工業(yè)化大生產(chǎn)的條件下，才需要設(shè)計(jì)師這種專門從事設(shè)計(jì)工作的人員。

1.2 設(shè)計(jì)的商品屬性

想要理解設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性本質(zhì)，就要先理解設(shè)計(jì)的商品屬性。設(shè)計(jì)的客體是工業(yè)化生產(chǎn)下的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)的直接需求者是企業(yè)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的目的是供給市場(chǎng)，使企業(yè)獲得價(jià)值。因此，設(shè)計(jì)活動(dòng)本身就是一種基于商業(yè)目的的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，而不是純藝術(shù)活動(dòng)。設(shè)計(jì)師產(chǎn)出的設(shè)計(jì)成果，也是一種特殊的商品，符合商品必然遵守的市場(chǎng)規(guī)律和經(jīng)濟(jì)規(guī)律。

1.3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的首要因素是經(jīng)濟(jì)性因素

產(chǎn)品設(shè)計(jì)通常受很多客觀因素的制約，如創(chuàng)新因素、工程因素、經(jīng)濟(jì)因素、文化因素等。在成熟消費(fèi)品設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)師需要更多地考慮材料的選用成本、設(shè)計(jì)預(yù)算與概算、設(shè)計(jì)圖紙的技術(shù)交底等生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種問題[2]。這些都是在生產(chǎn)體系下出于經(jīng)濟(jì)性因素的考慮，因此設(shè)計(jì)活動(dòng)在本質(zhì)上是一種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。

2 供應(yīng)鏈協(xié)作下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)

2.1 DFSCM 策略：從供應(yīng)鏈看產(chǎn)品設(shè)計(jì)

DFSCM（Design For Supply Chain Management）策略指基于產(chǎn)品協(xié)調(diào)開發(fā)的供應(yīng)鏈設(shè)計(jì)策略。在新的供應(yīng)鏈協(xié)作生產(chǎn)體系下，為了使整個(gè)供應(yīng)鏈的成本和性能最優(yōu)化，產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須面向供應(yīng)鏈的整體進(jìn)行優(yōu)化[3]。

設(shè)計(jì)是具有決策性的成本。研究表明，雖然產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本僅占產(chǎn)品總成本的5%，但決定了產(chǎn)品總成本的60%～80%[4]，設(shè)計(jì)方案一旦確定，其對(duì)企業(yè)和用戶的價(jià)值影響也就基本確定。DFSCM 策略的思想核心在于通過對(duì)產(chǎn)品和工藝的設(shè)計(jì)，使其更好地適應(yīng)供應(yīng)鏈協(xié)作模式下的生產(chǎn)，使之與供應(yīng)鏈相關(guān)的成本都得到有效的控制，幫助企業(yè)提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，其本質(zhì)是設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)性原則的指導(dǎo)下，面對(duì)新的生產(chǎn)方式所做出的調(diào)整。

2.2 供應(yīng)鏈產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)

2.2.1 需求導(dǎo)向性

在供應(yīng)鏈協(xié)作的生產(chǎn)模式下，產(chǎn)品需要調(diào)集大量供應(yīng)商的設(shè)計(jì)資源和產(chǎn)業(yè)資源。只有在明確的用戶需求導(dǎo)向下，設(shè)計(jì)師才能明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)供應(yīng)鏈進(jìn)行優(yōu)化配置，從而選擇最合適的資源和技術(shù)。傳統(tǒng)供應(yīng)鏈往往是在后端客戶需求的引導(dǎo)下被動(dòng)響應(yīng)的，雖然在一定程度上滿足了個(gè)性化的需求，但沒有解決由于物流、資金流、信息流等重要資源在供應(yīng)鏈流轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的遲滯效應(yīng)。因此，要在供應(yīng)鏈的前端就充分考慮用戶需求，以用戶需求為目標(biāo)導(dǎo)向來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，才能提升供應(yīng)鏈流轉(zhuǎn)效率、實(shí)現(xiàn)降本增效。

2.2.2 主從關(guān)聯(lián)性

在供應(yīng)鏈產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，產(chǎn)品從設(shè)計(jì)決策到生產(chǎn)制造再到市場(chǎng)銷售的過程是一個(gè)多主體、多階段的線性串行工程[5]。在此流程中，產(chǎn)品決策自身也是一個(gè)從前到后、主從遞進(jìn)的過程，在不同的設(shè)計(jì)階段由不同的決策主體負(fù)責(zé)。這些決策主體可能是一個(gè)團(tuán)隊(duì)或團(tuán)隊(duì)中的個(gè)人，也可能來自不同的部門甚至不同的企業(yè)。事實(shí)上，在現(xiàn)代供應(yīng)鏈產(chǎn)品開發(fā)中，跨部門、跨公司的設(shè)計(jì)協(xié)作早已是常態(tài)。為了使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)和后續(xù)優(yōu)化順利進(jìn)行，多決策主體之間的關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)尤為重要[6]。供應(yīng)鏈產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的一般過程見圖1。

圖1 供應(yīng)鏈產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的一般過程Fig.1 The general process of product design and development in the supply chain

2.2.3 系統(tǒng)協(xié)調(diào)性

在供應(yīng)鏈產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)性特點(diǎn)指從單一線性的思考方式轉(zhuǎn)變?yōu)槿中缘乃伎挤绞?。設(shè)計(jì)師要站在供應(yīng)鏈的角度，來尋求產(chǎn)品全生命周期的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，充分考慮物料成本、供應(yīng)的可靠性、零部件的加工難度、裝配難度等，還要根據(jù)產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)膶?shí)際需求對(duì)包裝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[7]。除此之外，還需要考慮易損件的售后維修更換和產(chǎn)品高價(jià)值組件的回收流程設(shè)計(jì)。這就要求在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就根據(jù)實(shí)際需求規(guī)劃不同層級(jí)，為不同層級(jí)設(shè)置相應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)并與相應(yīng)供應(yīng)鏈進(jìn)行協(xié)調(diào)配合，將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作高度系統(tǒng)化，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)降本增效的目標(biāo)。

3 供應(yīng)鏈產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)效果最優(yōu)原理

“經(jīng)濟(jì)效果”一詞最初指的是生產(chǎn)過程中“產(chǎn)出量”與“投入量”的比值，強(qiáng)調(diào)“勞動(dòng)成果”與“投入消耗”的比較[8]。具體到供應(yīng)鏈產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，指在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)充分考慮產(chǎn)品全生命周期中需要投入的時(shí)間、人力、資本等成本與產(chǎn)品產(chǎn)生的實(shí)際效益比值最優(yōu)的問題，也就是最佳投入產(chǎn)出比。值得關(guān)注的是，強(qiáng)調(diào)最優(yōu)投入產(chǎn)出比，并不是簡(jiǎn)單地降低成本，而是削減不必要的成本，在適當(dāng)?shù)沫h(huán)節(jié)可以增加成本以獲得更大的效益，包括經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。例如，三星公司承諾到2020 年將只使用可回收材料和生物材料來制造旗下的電子產(chǎn)品包裝，雖然此舉增加了生產(chǎn)成本，但是樹立了三星集團(tuán)環(huán)保、負(fù)責(zé)的企業(yè)形象，為企業(yè)帶來了良好的社會(huì)效益。

從產(chǎn)業(yè)鏈的結(jié)構(gòu)來看，融合用戶需求和體驗(yàn)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)作為產(chǎn)業(yè)鏈的前端，使設(shè)計(jì)思維通過產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行傳遞[9]。特別是在供應(yīng)鏈協(xié)作的生產(chǎn)模式下，相比傳統(tǒng)的縱向生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)業(yè)鏈上的不確定性被放大，就更加需要在設(shè)計(jì)階段運(yùn)用經(jīng)濟(jì)效果最優(yōu)原理，對(duì)產(chǎn)品供應(yīng)鏈要素進(jìn)行綜合分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程，從而獲得最佳的投入產(chǎn)出比。

4 經(jīng)濟(jì)性考量下的供應(yīng)鏈產(chǎn)品設(shè)計(jì)策略

4.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

4.1.1 供應(yīng)鏈背景下的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)化指在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)及管理等社會(huì)實(shí)踐中，對(duì)重復(fù)性事務(wù)和概念通過指定、發(fā)布、實(shí)施等來實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，以獲得最佳秩序和社會(huì)效益的活動(dòng)[10]。從設(shè)計(jì)的角度看，標(biāo)準(zhǔn)化是產(chǎn)品從手工藝制作轉(zhuǎn)向工業(yè)化生產(chǎn)的必要條件。在全球化的供應(yīng)鏈協(xié)作體系下，產(chǎn)品的組成與結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)需要協(xié)調(diào)大量來自不同供應(yīng)商的零部件，還要考慮產(chǎn)品異地裝配、多地生產(chǎn)、售后網(wǎng)絡(luò)、回收體系等一系列問題。標(biāo)準(zhǔn)化可以幫助企業(yè)獲得良好的秩序，以便于組織生產(chǎn)、提高零部件使用效率、降低管理費(fèi)用、提升開發(fā)設(shè)計(jì)效率。

4.1.2 供應(yīng)鏈產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)策略

4.1.2.1 按供應(yīng)鏈對(duì)產(chǎn)品實(shí)行分類管理

在供應(yīng)鏈全球協(xié)作的產(chǎn)業(yè)體系下，產(chǎn)品涉及的零件層次、種類越來越多，功能也越來越復(fù)雜，據(jù)估計(jì)，一般汽車約由2 萬(wàn)個(gè)零部件組成，連結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的自行車也有約30 個(gè)零部件。因此，對(duì)產(chǎn)品零部件進(jìn)行系統(tǒng)化的分類管理，是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的第一步。在供應(yīng)鏈體系下，產(chǎn)品的零部件大多來自外部協(xié)作企業(yè)，因此產(chǎn)品的分類體系也應(yīng)當(dāng)建立在相應(yīng)的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)之上。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)零件分類體系見圖2，首先，第1級(jí)按照零部件的來源進(jìn)行分類，分為內(nèi)部組件與外部組件，第2 級(jí)按照零部件的專用度進(jìn)行劃分，第3 級(jí)再按照具體類型進(jìn)行細(xì)分。這樣的分類體系有助于企業(yè)對(duì)供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化配置，對(duì)產(chǎn)品問題進(jìn)行歸因分析，在加快設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)度的同時(shí)保證質(zhì)量，充分體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效果最優(yōu)原理。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)零件分類體系Fig.2 Standardized design parts classification system

4.1.2.2 按配置項(xiàng)對(duì)產(chǎn)品組件進(jìn)行管理

對(duì)產(chǎn)品組件進(jìn)行分類的核心目的是需求管理，為了更加快速地在大量組件中選擇滿足產(chǎn)品實(shí)際需求的組件，必須建立標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)配置庫(kù)，對(duì)產(chǎn)品組件的相關(guān)配置進(jìn)行定義。通?？蓪?duì)組件從功能、性能、接口3 個(gè)方面進(jìn)行配置定義，此處所指的功能、性能和接口并不是平行的關(guān)系，而是遞進(jìn)關(guān)系，見圖3。對(duì)某類組件進(jìn)行定義時(shí)，首先明確其功能，其次區(qū)分其性能，最后再定義其接口。這種層次遞進(jìn)的配置定義方式與實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)過程中的組件選用程序相契合，可以更好地滿足產(chǎn)品高效開發(fā)的需求。不同類型的企業(yè)也可根據(jù)實(shí)際需要對(duì)組件的配置定義進(jìn)行細(xì)分或增減。通過建立產(chǎn)品各個(gè)類別零件的配置庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)組件關(guān)鍵數(shù)據(jù)、參數(shù)的信息化結(jié)構(gòu)化管理，從而奠定了模塊化設(shè)計(jì)和平臺(tái)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)零件配置定義體系Fig.3 Standardized design part configuration definition system

4.1.3 供應(yīng)鏈產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值

對(duì)企業(yè)生產(chǎn)組件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，可以加快新產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)度、節(jié)約物料、降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，并大幅降低產(chǎn)品的投產(chǎn)周期，提高企業(yè)的應(yīng)變能力和對(duì)市場(chǎng)的反應(yīng)能力。

標(biāo)準(zhǔn)化的組件也是改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高競(jìng)爭(zhēng)能力的技術(shù)保證。標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)不但可以提升企業(yè)內(nèi)部的效率，也可以在行業(yè)中協(xié)調(diào)并建立共同遵守的技術(shù)準(zhǔn)則，促進(jìn)組件的專門化生產(chǎn)，有利于提升整個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)水平、促進(jìn)市場(chǎng)繁榮、提升整體經(jīng)濟(jì)效益。例如智能手機(jī)行業(yè)、汽車行業(yè)等，都是生產(chǎn)高度標(biāo)準(zhǔn)化的行業(yè)。

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)可以有效加強(qiáng)設(shè)計(jì)質(zhì)量管理。標(biāo)準(zhǔn)化有利于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作，實(shí)現(xiàn)跨部門、跨企業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。并且對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以大幅減小設(shè)計(jì)差錯(cuò)，對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行歸因分析。提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是模塊化設(shè)計(jì)與平臺(tái)化設(shè)計(jì)的前提。在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上搭建的模塊和平臺(tái)是企業(yè)縮減基礎(chǔ)開發(fā)成本、提高通用性的重要手段。

4.2 模塊化設(shè)計(jì)

4.2.1 供應(yīng)鏈背景下的模塊化設(shè)計(jì)

模塊化是以功能、性能為主要標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，用以滿足用戶多樣化需求的一種變型設(shè)計(jì)方法。模塊化的設(shè)計(jì)可以讓產(chǎn)品根據(jù)用戶的需求進(jìn)行快速組合，以工業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)滿足用戶的個(gè)性化需求，是供應(yīng)鏈大規(guī)模定制化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心思想。合理地采用模塊化的設(shè)計(jì)可以減少產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的循環(huán)次數(shù)，顯著縮短產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)時(shí)間。在供應(yīng)鏈閉環(huán)體系中，產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)也有利于降低產(chǎn)品再制造時(shí)的成本[11]，有利于提高資源利用率，提升經(jīng)濟(jì)效益。

4.2.2 模塊化設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

并不是所有的組件都可以進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，只有對(duì)大量重復(fù)，且在不同的產(chǎn)品序列中具有一定通用性的組件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，才能降低生產(chǎn)開發(fā)成本，形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。

在模塊化設(shè)計(jì)中，要合理劃分顆粒度的大小，若顆粒度太小則不能有效提升產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)度，并簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程[12]。若顆粒度太大則不利于產(chǎn)品進(jìn)行需求匹配，無法發(fā)揮模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。

產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)不能只考慮產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)，要從產(chǎn)品的全生命周期角度進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，充分考慮產(chǎn)品組件的倉(cāng)儲(chǔ)、物流、銷售、售后等環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2.3 供應(yīng)鏈產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)策略

4.2.3.1 基于功能分解的模塊化設(shè)計(jì)策略

基于功能分解的模塊化設(shè)計(jì)是一種以需求分析、功能分解、集成評(píng)估為主的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法，見圖4。該方法以用戶需求為核心，對(duì)用戶的需求進(jìn)行量化分解，并在設(shè)計(jì)階段配置到產(chǎn)品中[13]。在供應(yīng)鏈協(xié)作的市場(chǎng)環(huán)境下，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)加劇，如何在成本受控的范圍內(nèi)盡可能地滿足用戶的特性化需求成了企業(yè)爭(zhēng)取市場(chǎng)的重要方向。這也是催生基于功能分解模塊化設(shè)計(jì)的客觀環(huán)境。

通過廣泛的用戶研究，明確用戶對(duì)產(chǎn)品特征和功能需求的優(yōu)先級(jí)。通過QFD 方法（質(zhì)量功能配置法）確定用戶需求和產(chǎn)品特性，并進(jìn)行用戶競(jìng)爭(zhēng)性評(píng)估、技術(shù)評(píng)估。HOQ（質(zhì)量房屋模型）是QFD 方法的核心，也是將用戶需求轉(zhuǎn)化為具體設(shè)計(jì)指標(biāo)的主要方法，通常包含以下8 個(gè)步驟：明確用戶需求、確立產(chǎn)品特性、建立用戶需求和產(chǎn)品特性矩陣、建立產(chǎn)品特性相關(guān)矩陣、用戶競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估、技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估、用戶需求優(yōu)先級(jí)排序、產(chǎn)品特性優(yōu)先級(jí)排序。通過該方法，可以將一些模糊的用戶需求轉(zhuǎn)化為可用于指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的明確的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

明確設(shè)計(jì)指標(biāo)后，根據(jù)供應(yīng)鏈實(shí)際限制和產(chǎn)品總體定位來確定產(chǎn)品各個(gè)不同層次的功能，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行物理分解和功能分解，將產(chǎn)品的功能元素轉(zhuǎn)化為可以實(shí)現(xiàn)的物理元素。此處，產(chǎn)品的物理元素指零部件、元件和執(zhí)行特定產(chǎn)品功能的子裝配系統(tǒng)，功能元素指產(chǎn)品總功能的獨(dú)立操作和轉(zhuǎn)換。完成功能元素與物理元素的轉(zhuǎn)化匹配后，要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集成性評(píng)估來確立模塊的最佳顆粒度。最后還要從技術(shù)可行性、是否滿足功能需求和經(jīng)濟(jì)效果最優(yōu)幾個(gè)方向進(jìn)行綜合評(píng)估。

最終得到一個(gè)由元件組成模塊、模塊執(zhí)行功能的系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，用戶的需求被細(xì)化分解、精確定義，并在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)由特定的模塊負(fù)責(zé)執(zhí)行，幫助企業(yè)在經(jīng)濟(jì)效果最優(yōu)的條件下滿足用戶的特性化需求，從而提升整體競(jìng)爭(zhēng)力。

4.2.3.2 基于結(jié)構(gòu)分解的模塊化設(shè)計(jì)策略

與基于功能分解的模塊設(shè)計(jì)不同，基于結(jié)構(gòu)分解的模塊化設(shè)計(jì)方法側(cè)重組件的形狀結(jié)構(gòu)特征，主要用于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，是一種自下而上的模塊化設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)方法需要對(duì)產(chǎn)品零組件的形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，將類似的零組件合并歸類進(jìn)行處理，并對(duì)其功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，找出具有代表性的模塊進(jìn)行參數(shù)分析，建立零件主模型，并確定模塊的基礎(chǔ)參數(shù)和可變參數(shù)。零件主模型通過一些關(guān)鍵的參數(shù)來定義零組件的結(jié)構(gòu)特征與尺寸關(guān)系，當(dāng)客戶提出定制化需求時(shí)，只需要修改零件主模型的某些參數(shù)，就可以獲得變型模塊來滿足客戶需求?；诮Y(jié)構(gòu)分解的模塊化設(shè)計(jì)方法，不但可以減少產(chǎn)品零組件的數(shù)量，用盡可能少的工藝裝備和盡可能標(biāo)準(zhǔn)的流程來生產(chǎn)產(chǎn)品，還能在保證質(zhì)量的前提下對(duì)客戶的定制化需求進(jìn)行快速反應(yīng)。

4.2.4 供應(yīng)鏈產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值

從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度來看，模塊化設(shè)計(jì)可以幫助設(shè)計(jì)師對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行劃分，將不同模塊設(shè)計(jì)任務(wù)下發(fā)，進(jìn)行并行設(shè)計(jì)，極大地提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)的速度。在模塊化設(shè)計(jì)下，產(chǎn)品通過不同的模塊組合可以滿足用戶個(gè)性化的需求，以最低的設(shè)計(jì)成本和生產(chǎn)成本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的大規(guī)模定制化，極大提升企業(yè)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

從產(chǎn)品生產(chǎn)的角度看，模塊化產(chǎn)品的很多部件都會(huì)被外包出去，并由供應(yīng)鏈上的其他企業(yè)完成[14]。這種方式有利于在供應(yīng)鏈體系下實(shí)現(xiàn)制造協(xié)同化，對(duì)于通用化的模塊大批量生產(chǎn)、個(gè)性化的模塊小批量外協(xié)生產(chǎn)，可以提升產(chǎn)品生產(chǎn)的靈活性、縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，從而推動(dòng)企業(yè)生產(chǎn)制造模式轉(zhuǎn)型升級(jí)。

從產(chǎn)品全生命周期的角度看，模塊化設(shè)計(jì)有利于產(chǎn)品售后維修和零件更換。在產(chǎn)品回收階段，也可根據(jù)不同的模塊將產(chǎn)品進(jìn)行拆解、回收、再利用，以滿足綠色產(chǎn)品的要求。

從供應(yīng)鏈的角度看，模塊化的設(shè)計(jì)有利于組織跨部門、跨企業(yè)的協(xié)同開發(fā)生產(chǎn)，降低企業(yè)的物流倉(cāng)儲(chǔ)成本，優(yōu)化供應(yīng)鏈配置，從而提升供應(yīng)鏈在特殊情況下的快速反應(yīng)能力。

4.3 平臺(tái)化設(shè)計(jì)

4.3.1 供應(yīng)鏈背景下的平臺(tái)化設(shè)計(jì)

基于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，為了更好地滿足用戶的不同需求、適應(yīng)更快節(jié)奏的市場(chǎng)變化，產(chǎn)業(yè)界逐步發(fā)展出了平臺(tái)化設(shè)計(jì)策略。早在20 世紀(jì)80 年代，一些跨國(guó)企業(yè)就提出了汽車產(chǎn)品平臺(tái)的理念[15]。從通常的概念上講，產(chǎn)品平臺(tái)化指有規(guī)劃地開發(fā)一套產(chǎn)品共用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和接口，以滿足不同批次生產(chǎn)，并提高開發(fā)效率。在供應(yīng)鏈生產(chǎn)體系下，產(chǎn)品平臺(tái)化設(shè)計(jì)體現(xiàn)出強(qiáng)大的派生擴(kuò)展能力，例如大眾汽車的MQB 平臺(tái)、豐田汽車的TNGA 平臺(tái)等，都是由企業(yè)掌握核心平臺(tái)，通過平臺(tái)的變型設(shè)計(jì)，以及大量供應(yīng)鏈模塊的采用，可以以最小的成本衍生出大量不同的車型，從而快速占領(lǐng)細(xì)分市場(chǎng)。

其中大眾汽車可謂是平臺(tái)化設(shè)計(jì)的先行者，其2012 年發(fā)布的全新橫置發(fā)動(dòng)機(jī)模塊化平臺(tái) MQB（Modular Querbaukasten）更是這一領(lǐng)域的集大成之作，MQB 是一個(gè)具有極強(qiáng)擴(kuò)展性的統(tǒng)一平臺(tái)。該平臺(tái)以發(fā)動(dòng)機(jī)艙橫置為核心，通過大量標(biāo)準(zhǔn)化部件和功能模塊對(duì)平臺(tái)進(jìn)行配置，使不同型號(hào)甚至不同級(jí)別的車型可以共線生產(chǎn)，極大地降低了新產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)投入和企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品組件的數(shù)量，僅發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱2 個(gè)部分的品種數(shù)量就降低了90%左右[16]。目前大眾集團(tuán)旗下已有4 個(gè)級(jí)別60 余種車型采用了MQB 平臺(tái)，見圖5。通過采用MQB 平臺(tái)系統(tǒng)，大眾集團(tuán)將減少20%的部件成本、減少20%的投資成本、縮短30%的制造時(shí)間，并計(jì)劃實(shí)現(xiàn)80%～85%的零件通用[17]。相較而言，國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域起步較晚，但也有一些大企業(yè)在平臺(tái)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得了較大的進(jìn)展，例如華為的集成產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)（IPD）、海爾的模塊化生產(chǎn)平臺(tái)，以及吉利集團(tuán)的CMA 架構(gòu)平臺(tái)等。

圖5 MQB 平臺(tái)部分具體車型Fig.5 Some specific models of MQB platform

4.3.2 供應(yīng)鏈產(chǎn)品平臺(tái)化設(shè)計(jì)策略

平臺(tái)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，其中產(chǎn)品平臺(tái)化更加側(cè)重于基于產(chǎn)品規(guī)格的范圍層規(guī)劃[18]，模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化則更加側(cè)重于產(chǎn)品開發(fā)過程中以功能為核心的架構(gòu)層規(guī)劃。通過對(duì)產(chǎn)品平臺(tái)的定位布局，確定平臺(tái)需要對(duì)接的功能模塊，配合通用化子模塊和標(biāo)準(zhǔn)化元件，實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)的系列化，從而最大限度地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品平臺(tái)的價(jià)值。平臺(tái)化設(shè)計(jì)理論體系見圖6。

圖6 平臺(tái)化設(shè)計(jì)理論體系Fig.6 Platform design theory system

產(chǎn)品平臺(tái)并非一種產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分，而是一個(gè)產(chǎn)品底層的開發(fā)架構(gòu)，包含眾多的標(biāo)準(zhǔn)、部件、功能模塊、接口規(guī)則等要素，通過不同要素的相互組合，高效地生產(chǎn)開發(fā)產(chǎn)品，以快速響應(yīng)市場(chǎng)需求的變化。

首先要結(jié)合企業(yè)自身的定位和發(fā)展戰(zhàn)略來確定平臺(tái)屬性，明確平臺(tái)目標(biāo)。其次要從用戶、市場(chǎng)、技術(shù)、供應(yīng)鏈等角度面向未來明確產(chǎn)品平臺(tái)的技術(shù)路線和發(fā)展方向。平臺(tái)化架構(gòu)的建設(shè)周期長(zhǎng)、前期投入大、需要調(diào)動(dòng)的供應(yīng)鏈范圍廣，因此在平臺(tái)化架構(gòu)戰(zhàn)略制定的初期一定要面向未來進(jìn)行考慮，充分考慮未來行業(yè)和產(chǎn)業(yè)環(huán)境的變化，才能體現(xiàn)出平臺(tái)化設(shè)計(jì)的周期性優(yōu)勢(shì)，在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。在確定平臺(tái)戰(zhàn)略定位后，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的平臺(tái)和子系統(tǒng)架構(gòu)，并對(duì)其平臺(tái)體系內(nèi)的要素進(jìn)行定義，包括其重要組件和模塊的功能定義、性能定義，以及整個(gè)平臺(tái)架構(gòu)內(nèi)的接口定義。

產(chǎn)品平臺(tái)的高效性離不開大量預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)組件和功能模塊的配合，統(tǒng)一、明確的接口規(guī)則是確保產(chǎn)品平臺(tái)體系中各類要素能夠高效穩(wěn)定協(xié)同的基礎(chǔ)，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品平臺(tái)的高效開發(fā)和穩(wěn)定運(yùn)行有著極其重要的意義，可以大幅減少產(chǎn)品開發(fā)過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，并大幅降低產(chǎn)品的復(fù)雜度。通常來講，產(chǎn)品的接口包括邏輯接口、物理接口、信息接口3 個(gè)方面。需要注意的是，接口的統(tǒng)一和明確不僅僅指產(chǎn)品平臺(tái)、功能模塊和標(biāo)準(zhǔn)組件之間或內(nèi)部的簡(jiǎn)單聯(lián)系，而是從下至上，從最基本的組件到整個(gè)產(chǎn)品架構(gòu)平臺(tái)的統(tǒng)一明確的標(biāo)準(zhǔn)化接口體系。

4.3.3 供應(yīng)鏈產(chǎn)品平臺(tái)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值

由于產(chǎn)品平臺(tái)設(shè)計(jì)中大量使用標(biāo)準(zhǔn)化的元件與功能模塊，所以產(chǎn)品整體開發(fā)制造進(jìn)度和產(chǎn)品成本在設(shè)計(jì)階段就能大致確定。并且標(biāo)準(zhǔn)模塊的大量使用也減少了設(shè)計(jì)工作量，大幅度減少了新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)成本和周期[19]。

在平臺(tái)化的設(shè)計(jì)體系下，標(biāo)準(zhǔn)模塊和元件在不同產(chǎn)品和不同平臺(tái)中的廣泛使用提升了模塊和元件的生產(chǎn)規(guī)模，顯著降低了產(chǎn)品的制造成本。

在產(chǎn)品平臺(tái)化設(shè)計(jì)體系下的新產(chǎn)品普遍使用成熟、穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)模塊，從而顯著提升了新產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性，降低了售后服務(wù)費(fèi)用，全面提升了顧客滿意度，有利于使企業(yè)獲得忠誠(chéng)的用戶和良好的口碑。

5 結(jié)語(yǔ)

融入全球化的供應(yīng)鏈協(xié)作體系早已是制造業(yè)企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，在這樣的產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)也在不斷改變來為企業(yè)謀求更大的經(jīng)濟(jì)效益。通過對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化這一核心需求進(jìn)行分析，提出了“三化”的設(shè)計(jì)策略，即標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、平臺(tái)化。從供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)化的視角上看，“三化”并不是相互獨(dú)立的設(shè)計(jì)方法，而是產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)的不同階段，是經(jīng)濟(jì)效果最優(yōu)原理在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)不同層次上的體現(xiàn)。