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三维并行工程组织模块化产品开发

摘要：本文介绍了三维并行工程的概念与涵义，提出运用三维并行工程组织模块化产品开发的新方法，分为模块化设计、模块化制造、模块化定制与使用等。通过三维并行工程方法管理产品开发可以协调模块化设计、制造与使用之间的冲突。模块化策略部署矩阵、模块团队与交又功能团队是实施模块化产品开发的有效方法。

关键词：三维并行工程;模块化;模块化策略部署矩阵;交叉功能团队

1 三维并行工程的概念与涵义

自上世纪70年代，人们认识到设计部门独立地设计产品并不能显著地改善制造业绩，应当注重产品和制造流程的并行设计— 实施并行工程。并行工程要求产品开发人员在设计开始时就要考虑产品整个生命周期，从概念生成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。在现今市场变化中，供应链战略成败对企业影响是深远的，供应链，或者说是价值链设计决定着企业是否能够保持核心竟争能力，Fine最早提出将供应链引人并行工程的研究比。我们认为三维并行工程是指企业与供应链合作伙伴，包括供应商、分销商与顾客一道，集成、并行地设计产品、制造流程与供应链的系统方法。图1解释说明了三维并行工程思想，三维并行工程同时考虑产品开发链、订单完成过程与供应链能力构建三个方面。

2 模块化产品开发的冲突

模块化研究在国外从上世纪五六十年代开始，至今取得很多的理论成果。模块化是协调顾客多样化需求，实现快速响应并降低产品成本的一种有效方法。国外部分研究人士将模块化对汽车工业的影响与福特流水线生产以及丰田精细生产相提并论。但实施模块化会遇到许多实际问题，其中之一就是职能分工导致的模块化设计、模块化生产、模块化定制与使用之间的矛盾。

2.1 模块化设计

模块化构造的主要特征是每个组件分别执行一个或多个功能，组件之间的关系明确，组件相互独立。最强的模块化设计使得产品功能要素与实体部件一一对应。集成化产品构造的每个功能则由多个组件来实现，组件之间的界限很难划分。Baldwin和Clark认为模块化设计通过产品及其部件的界面设计使得产品特征与任务在模块内相互依赖，在模块间相互独立。他们以计算机模块化设计为例提出模块化系统设计的一般原则，将设计信息分为标准化体育仪表设计规则与非标准化设计参数。

2.2 模块化制造

模块化制造的主要内容是提高制造柔性。制造柔性实验机在无冲击、无震动的环境中；的能力不仅在于设备柔性，更重要的是产品结构柔性。模块化对制造工厂的影响就是将大量的部件预先组装成模块，在组装线通过少量和简单的任务完成装配。将不同的产品模块转移到组装线外制造，降低组装线的复杂度，扩大制造柔性。为降低主要装配流程的复杂性，很多制造商将模块制造外包给供应商生产。

2.3 模块化定制与使用

模块分为两类:一类与实现产品的基本性能有关，二是能够让顾客进行个性化选择的模块。模块化使用一方面是指容许顾客选择体现个性要求的模块，另外一个方面是产品的模块化使得产品易于使用和易于维护，满足顾客在使用过程中对兼容性和低成本置换的需求。

模块化在产品的设计、制造和使用领域的内涵、目标并不完全一致。产品设计部门考虑减少产品的开发成本和上市时间，制造部门则思考如何增加运作效率、提高柔性，销售部门代表顾客要求产品易于使用和维护。这种不一致造成对模块边界约束有不同的理解:设计者考虑的是模块间的功能牵制;生产者注重组装实现的低成本和柔性;销售人员关心模块化如何满足顾客的定制、模块置以实现新材料产业、技术、成果、项目与资本的无缝对接换、兼容性等要求。目标和约束的不同使得产品模块化的实施变得比较复杂，需要寻找合适的模块化开发管理方法。

3 三维并行工程支持模块化产品开发

如果运用三维并行工程方法组织模块化产品开发，对应地也能够协调好模块化设计、生产与外包、使用的关系。首先，产品、制造流程和供应链三个方面包括设计、制造、供应与使用等过程。产品角度首先考虑产品设计，研究如何通过科学地划分模块界面实现产品的模块化;制造角度考虑模块的组织单元、设备柔性与流程选择等问题;供应链角度考虑如何在供应上进行外包决策、在产品定制和配送上方便顾客(见图2)。

其次，三维并行工程在协调设计、生产、使用上形成一整套机制和方法，面向产品“制造”与装配的设计(DFM/DFA)在理论研究和实践应用中相对成熟，对于如何协调模块化设计、制造与供应链有直接的指导意义。按三维并行工程整合产品、流程与供应链的思想与方法，协调好模块化设计、制造、外包、顾客定制等方面:一是进行面向定制的模块化设计，划分通用模块与专用模块，在通用模块上添加专用模块满足顾客的个性化要求。二是通过面向制造的模块化设计，在模块化设计阶段就考虑产品的可制造性和可装配性。三是模块化的外包设计，将外包不仅仅局限于生产范畴，也包括集成商与模块供应商的协作开发。四是通过模块化自制与外包决策，将非核心竞争力的模块生产外包，自制与外包是复杂的、动态性的决策过程。五是通过快速的模块化定制设计，实现按订单组装满足顾客定制需求(图3)。

4 三维并行工程的协调机制

模块化策略部署矩阵(图4)是对三维并行工程协调企业内外与部门间目标冲突的展开。模块化策略部署矩阵依靠面向定制的硬盘模块化设计等方法协调设计与营销冲突，运用面向制造和装配的模块化设计降低生产制造成本，协调设计与营销、制造的冲突。模块化产品的供应链设计在产品设计开始时同时开展供应链设计，实现从产品设计到生产、使用直至产品回收阶段的全生命周期设计。

图4 模块化策略部署矩阵

5 三维并行工程支持模块化产品开发的组织

组建交叉功能团队是解决冲突的组织保证。模块化产品交叉功能团队有两种:一是建立职能部门以及供应商等的系统级交叉功能团队;二是，在单个模块内建立包括设计和生产制造人员的模块级交叉功能团队，模块设计开始时也同时考虑单个模块的可制造性与可装配性。

两类交叉功能团队存在显著的差别。单个模块团队，具有模块设计、生产知识，对所处模块进行深人研究，而对模块外部的知识局限于模块间的标准化设计规则。系统级交叉功能团队则对模块间的联系有深入了解，交叉功能团队工作的主要任务是在产品设计开始时就综钢筋合考虑模块化设计、模块化生产以及模块化定制与使用，为独立的模块开发建立最佳的模块化标准设计规则。系统级交叉功能团队需要高层领导的参与。模块化产品团队的每个模块都是一个相对独立的团队，耍实现自治自治的团队要有清楚的目标，自由的空间和相对合理的人员组织和配备，为了加快模块的开发速度，鼓励创新，一般赋予模块团队领导者足够的权限。

模块的功能、质量与业绩水平与产品整体的功能、质量与业绩并不一样。提高模块化产品开发的整体业绩，制造商要拥有管理结构性知识.的能力一方面，划分明确的模块边界保证模块的相对独立性和充分自治性由于不同模块间相柔巾机对独立，团队管理还包含组建模块化团队来加速新产品开发的速度，提高创新能力;另一方面制造商拥有系统整合的诀窍与能力，建立企业核心竞争能力。一些制造商越来越注集成开放的全球的智慧资源重知识管理能力，特别是结构化知识能力，而将实际生产活动外包给供应商。此时，模块化不再是单纯的技术问题，也不是一般的组织管理问题，更是一个战略问题。

6 结束语

本文首次提出运用三维并行工程方法组织模块化产品开发，建立了模块化产品三维并行工程模型，讨论这一模型的运行机制。并分析了实施模块化三维并行工程的模块化策略部署矩阵、交叉功能团队与模块化团队的方法。三维并行工程组织模块化产品开发有许多值得深人探讨的内容，有待进一步的研究。(end)