制造模块论文范文9篇(全文)

• 花匠小妙招
• 2024-09-10 15:17

制造模块论文范文（精选9篇）

制造模块论文 第1篇

在制造系统的传统设计过程中, 其设计步骤遵循由下而上的原则, 首先根据系统的功能要求进行各个零部件的设计, 而后将设计完成的零部件组装成整机。虽然在设计过程中涉及到方案的总体设计及各个部分之间的协同要求, 但其主要侧重于系统的功能设计及系统各组成部分的详细设计。随着科学技术的日益发展, 制造系统当中的一些功能单元如变速系统单元, 进给系统单元, 控制系统单元等已经成为了独立单元, 这为模块化设计方法在制造系统设计中的应用提供了条件[1]。与传统的设计程序不同的是, 模块化设计方法着重于系统的概要设计而非详细设计。首先对系统的功能进行分析, 然后将系统的总功能分解为若干个具有相同功能不同性能的功能模块单元, 通过各个功能模块单元的相互组合, 组装成所需要的制造系统。

1 制造系统模块化设计形式

制造系统模块化设计形式主要分为两种:一种设计形式是变型设计, 另一种设计形式是新设计。变型设计形式的特点是在设计的过程当中优先完成具有功能模块的基本单元的设计, 然后将完成设计的功能模块相互组合成需要的制造系统, 因此这种形式的设计也被称为有图设计。与变型设计形式不同, 新设计形式着重从制造系统的功能分析入手, 以制造系统功能分析为基础进行设计, 因此, 新设计又被称为没有前图设计。

1.1 变型设计

变型设计作为模块化设计的一种形式由新野秀宪提出并应用到了机床的模块化设计当中, 他主要将机床分成了两部分:一部分为公用部分, 另一部分为展开部分, 通过模块流程图表示不同部分模块之间可能的组合形式[2]。公用部分作为机床整体结构的基础部分被列为基础模块, 在机床的设计过程中基础模块部分不再变型。展开部分则被列为机床的变型模块部分, 在机床的设计过程中这部分模块要根据需要发生变型。变型设计过程中, 首先应进行基本模式的设计, 在基本模式设计完成之后, 确定系统的共用部分和展开部分, 进而确定了系统的基础模块和变型模块, 然后根据需求分析和确定展开部分的功能, 而后进行模块的结构设计并确定模块之间的联接面。

1.2 新设计

新设计着重于对系统的功能进行分析, E.Sale的新设计方法主要分成三个阶段, 这三个阶段分别为确定适合的运动形式, 选择恰当的导轨形式及对导轨的位置及方向进行正确的布置。而功能模块的结构设计安排在整体的方案设计完成之后进行, 这种设计形式由工件与刀具之间的相对运动规律进行系统整体的方案设计, 为系统整体布局的各种可能的方案奠定了一定的基础。在Y.Ito采用新设计形式进行机床设计的过程中, 机床模块是由层次分级结构所构成的, 首先将机床进行逐层分解, 将复杂部分逐级分解到简单元素, 简单元素便于模块的构成及电脑的处理, 级别较低的模块提供级别较高的模块的信息, 此种模块被称为分级模块。

2 模块的信息分析

模块的最小构成单元是零件, 众多的零件通过相互组合组装成了模块, 与此同时制造系统又是由众多的模块所组成, 因此模块的信息包含了构成模块的各个零件的信息。模块的信息分析包括零件信息、模块本身信息、模块之间相互关系信息的分析。零件信息的分析主要包括零件的几何参数及精度、零件的材料性能、零件的技术性能要求、零件的管理数据;模块本身信息的分析主要包含模块自身的功能要求、结构形状要求、技术性能要求和管理数据;模块之间相互关系的信息可归纳为模块之间结合要素的信息和本模块相互联接的模块的信息模块之间联接的位置方向及接合特征的信息。

3 模块特征与分类

模块特征是一组有意义的信息集合, 它描述了模块本身、构成模块的各个零部件及模块与模块之间关系等诸多方面的信息。模块的特征主要分为两类, 分别为模块的内部特征与模块的外部特征。由于模块是由众多的零件组成的, 在不考虑零件之间装配关系的前提下, 模块的内部特征又被称为零件特征。模块内部特征描述了作为模块的最小构成单元零件的本身的信息。模块外部特征是诸多信息的集合, 这些信息主要描述了不同模块之间以及模块本身的相互关系。模块的内部特征主要包括零件形状特征、零件管理特征、零件技术特征、零件材料特征、零件精度特征等[3]。模块外部特征主要分为模块自身特征及模块装配特征两个方面。

4 模块划分与创建

模块化设计主要包括两方面的内容:一方面是根据系统的功能设计出一组符合要求的功能模块;另一方面是将设计出的符合要求的功能模块进行组合形成所需要的制造系统及产品。在系统功能模块的设计过程中, 模块创建是其主要任务。模块创建主要包括两个部分:一部分是功能模块的合理划分的过程;另一部分是功能模块具体结构的设计过程。以机床的模块化设计为例, 机床模块创建是在分析用户功能要求的基础上, 将机床的功能进行分解与综合, 设计出一系列功能模块, 这组功能模块能同时满足基型设计要求和变型设计要求[4]。机床的整体结构具有较为显著的分级特性, 根据这个特性可以将机床的整体结构分解为多个结构部件的有机组合, 通过不同部件结构的有机组合便可形成灵活性较好的模块结构。机床模块划分是指以机床整体的功能要求为基础, 根据模块化设计的要求及特点, 合理划分出符合要求的功能模块。机床模块的合理划分并不是一个简单的设计过程而是一个相对复杂多变的设计过程。在划分的过程中既要考虑机床的功能要求又要考虑结构要求, 如果模块划分得太细, 虽然模块组合的样式增多, 但是给模块的综合过程带来了很大的难度使其变得愈加困难, 且过多的模块也不利于实现对模块的管理。模块划分得太粗, 虽然有利于模块的综合过程, 但是组成的产品的类型较少且综合后的系统的柔性较差, 而且模块的结构也变得更加的复杂。但是基于功能分析的机床模块的划分还是有一定的规律可循的, 划分原则主要归纳为特性原则、独立原则、基础件原则、部件原则、组件原则、可扩充性原则等几个方面。

5 模块的接口

模块的接口是具有一系列特征的接合表面, 这些特征包括外形尺寸、几何形状及表面精度等。模块的接口主要用于不同模块之间以及模块与外界基体之间的联接[5]。不同模块之间的装配关系也主要是借助模块的接口完成的。目前, 模块接口的研究工作主要集中在模块接口的加工技术以及模块接口的数字化管理两个方面。

6 结语

本文对制造系统的模块化设计方法进行了研究, 着重从模块化设计方法的形式、模块的信息分析、模块的特征及分类以及模块的划分与创建等方面对模块化设计方法进行论述。

参考文献

[1]高卫国, 徐燕申, 陈永亮, 等.广义模块化设计原理及方法[J].机械工程学报, 2007 (6) :48-54.

[2]吕家平.虚拟轴机床模块创建于管理设计[D].南京:南京理工大学, 2000.

[3]王玉明, 刘康, 杨彬.基于本体的零件信息表达[J].机械工程与自动化, 2008 (3) :77-79.

[4]刘小鹏, 张卫国, 钟毅芳.机床模块化设计中的模块创建及应用[J].华中理工大学学报, 2000 (5) :16-17.

EW-MES制造执行系统模块简介 第2篇

企业信息化涵盖计划层、执行层、自动化层及控制层四个层次的内容，计划层是以ERP为主的企业管理系统，目前其发展已相对成熟。作为衔接上层ERP与底层控制的MES，由于其“上传下达”的集成作用，在企业车间底层与管理上层信息化架起一座桥梁。

易往公司一直致力于企业MES解决方案咨询与实施服务，经过多年的MES实施经验，研发了EW-MES平台，该平台可满足企业MES应用需要，并可根据客户个性化要求进行二次开发。

EW-MES平台包括执行层与自动化层两个层次应用

执行层包括生产管理、物料管理、质量管理、能源管理四大业务模块；

自动化层包括ANDON、AVI、PMC以及RC四大业务模块，涵盖了生产执行过程主要的核心业务，各模块间相互集成，即可单独应用，也可整体应用，满足当前汽车企业“统一规划、分步实施”的信息化规划原则，可分阶段，分模块进行MES实施推进。

EW-MES在企业信息化规划中位于中间的执行层，上接计划层规划管理信息，将之分解为可执行任务，将完成信息反馈计划层；下接控制层，监控底层自动化设备运行，传递运行指令要求，最终形成信息闭环。对外提供与ERP、DMS、SCM、BOM软件系统及PDA、RFID、PLC等硬件平台接口，实现数据的及时传递与信息集成。

EW-MES平台具有强大的集成功能，能够与企业ERP/PLM/CAPP等其他信息化系统进行集成，如SAP、UGS和PTC等，全力为企业打造从生产现场到企业上层管理的全方位信息化解决方案。同时，易往MES也能和国内其他品牌的ERP/PDM/CAPP系统实现集成应用。

EW-MES制造执行系统功能架构

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EW-MES制造执行系统产品特点&先进性

1）► IT技术与自动化技术融合

一体化MES解决方案，业界首创自动化与信息化的完美融合，向上承接ERP等管理系统，向下承接底层PLC控制系统，全面支持制造业生产过程管控。通过EAI及ESB接口方式与软件系统集成，利用OPC技术，集成自动化设备，采集动态数据，图形化展示设备状态信息，远程监控现场设备运行状态。

2）► 遵循先进的技术标准

/ 18 遵循SOA的思想，以服务为抽象的手段，将企业中各个系统应用程序的不同功能单元抽象为服务，通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。遵循ISA-95国际标准，以EW-MES平台为基础，开发了面向不同行业的应用插件，形成面向各行业应用的MES解决方案。3）► 提供MES自开发技术平台

技术无关性指 “屏蔽”了操作系统、软件基础架构等的技术细节，开发人员在利用业务基础平台开发管理软件应用系统时，关注的焦点在于企业业务逻辑、企业运营管理模式，而不用关心采用何种具体技术来实现。这种技术无关性，还实现了跨平台运行的独立性，即通过开发的组态软件能够顺利地在各种不同异构环境下运行，同时为二次开发提供了可行性和便利性。4）► 生产过程数据采集技术

采用强大数据采集引擎、整合数据采集渠道（RFID、条码设备、PLC、Sensor、IPC、PC等）覆盖整个工厂制造现场，保证海量现场数据的实时、准确、全面的采集。根据不同生产车间的生产过程信息采集对象、频次的不同要求，采用分层次/分车间的信息采集技术，较好地实现了车间生产信息的采集。对于采集对象固定、采集信息频次不高的生产信息，采用较粗放式的手工实时录入生产信息采集方法；对于采集对象多、采集信息频次高的生产信息，采用“条码+手持PDA”或“条码+PC+条码扫描枪”的信息采集方式；对于环境恶劣（如汽车厂的涂装车间）或数据自动化采集要求高的情况，可采用RFID方式，完全自动化采集，无须人工操作，效率极高。5）► 支持多工厂数据模型

工厂数据模型是整个MES应用系统的核心，也是工厂内部所有相关应用系统集成和数据交换的基础。从生产过程管理与控制的核心业务流程入手，分析流程和流程中相关的业务数据，准确描述工厂关键增值业务数据及关键辅助业务数据，并参照ISA-95标准，建立了适合离散制造企业生产过程特点的MES工厂数据模型，包括业务模型、功能模型和信息模型。支持多工厂组织架构，可以实现集团下多工厂间扩展应用，采用一套软件平台，一套基础数据，并实现多工厂间生产制造业务的协同，可减少企业的重复投资。6）► 完善的功能模块

EW-MES平台经过多年的实施经验积累，形成了功能完善的解决方案，涵盖了生产管理、质量管理、物料管理、设备管理、Andon管理、数据采集、自动化控制等模块，能够帮助制造企业提高生产管理水平，实现精益制造，提升产品质量，降低生产成本。

/ 18 EW-MES制造执行系统的应用

易往信息EW-MES制造执行系统，在汽车整车、汽车零部件、机械、食品、制药、能源等行业都有广泛地应用。

♦ 汽车整车、汽车零部件、机械行业，是典型的离散制造行业，既有按订单生产，也有按库存生产；既有批量生产，也有单件小批生产。而且制造过程复杂多样，影响因素纷繁复杂，生产状况变化多端，由此容易产生的结果就是：生产制造过程对于企业来说处于不透明状态，使得制造业企业的生产制造过程的可控性非常差。MES作为企业信息化中一个非常关键的基础信息系统，在企业的生产制造过程的控制和改进方面可以发挥非常重要的作用。通过MES系统，可以有效地将企业生产制造过程中的各种生产制造过程信息实时的管理起来，让这些信息在企业中处于透明状态，可以随时被访问，从而可以实时地了解企业真实的生产状态。同时通过对企业实时生产制造信息的分析，找出影响企业生产制造过程的各种因素，分阶段逐步改善这些因素，改进和优化企业的生产制造过程，从根本上解决离散型制造业的生产制造过程可控性问题。

例如，在汽车行业，要实现汽车的精益化生产，摆在车间层面的一个最核心的问题就是如何将生产过程中车辆的各种信息流加以综合利用，将这些信息通过信息系统的加工进行进一步的提炼，使其延伸到的工厂的自动设备、质量管理、交货期管理、供应链采购，成本控制，物流管理等各个外部环节。简单的说，就是将车辆在车间的生产形态无限制的放大和共享，为各个外部环节所用，通过这样的途径实现管理效率和资源配置的最优化。易往信息在总结多年汽车行业MES系统实施基础上，形成了一套完整的MES解决方案，EW-MES已在几十家知名汽车制造及零配件企业的数百个项目中得到了广泛的应用。北京奔驰、一汽奥迪、上海通用、大众、北汽、沃尔沃、上海汽车、东风股份、东风伟世通、东风贝洱、江铃汽车、五十铃、神龙汽车、长城汽车、华晨汽车、长安标致、奇瑞汽车、李尔、江森、金兴内饰都是易往的合作客户。

♦食品、制药、能源行业是典型的流程制造行业，主要采用按库存、批量、连续的生产方式。流程制造行业，在生产工艺过程中，会产生各种协产品、副产品、废品、回流物等，对物资的管理需要有严格的批号。例如，制药行业中的药品生产过程要求有十分严格的批号记录和跟踪，从原材料、供应商、中间品以及销售给用户的产品，都需要记录。批次管理和可追溯性是制药行业的管理重点。一旦发现批次质量问题，可以最快的速度从流通环节回收相关药品。易往的MES食品解决方案实现中央厨房、冷链物流、门店管理等功能，完全满足食品企业从生产生命周期和销售的全过程管理需求。

/ 18 EW-MES制造执行管理系统可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量。使得企业内部各种信息处理流程标准化，提高企业按照合同期限完工的比例，增加企业中各种信息的透明度等。

二、EW-MES生产管理模块

在车辆订单主计划完成后，将排序订单由ERP下载到MES系统中，MES根据ERP计划序列排产上线，然后根据车辆跟踪模块获得的车辆状态信息实时返回EPP系统，供ERP系统在车辆状态控制和零部件反冲消耗，同时数据采集模块和信息广播模块完成车间生产控制过程，对PBS及WBS路由提供正确的指令，并监控生产现场各种设备运行状态采集设备运行参数，实现对生产过程的监控提升现场作业效率。

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三、EW-MES物料管理模块

主要实现生产线JIT/JIS物料拉动、仓库管理、物料拾取、道口收货、料箱料架及供应商管理、解决当ERP系统将物料采购至工厂内部仓库（协配库或当日库）后，如何将物料配送至生产线及如何向供应商发布JIS/JIT要货指令的问题，实现工厂内部物流的精细化管理，将收发物料传递给ERP系统，ERP实现物料结算及成本分析。

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四、质量管理模块

EW-MES涵盖了物料质量控制，成车检验、质量追溯及防错处理四方面质量管理业务，通过多生产过程质量信息采集，建立了质量管理机制，实现了整车质量追溯，满足国家对汽车整车召回的要求，建立企业的质量信息化管理平台。

EW-MES质量管理模块整合生产质量问题与其它阶段的质量问题的处理跟踪过程，质量跟踪结果都导入到统一的质量分析平台中做进一步数据挖掘。

五、生产信息可视化

/ 18 ANDON系统目的是提供生产信息的可视化显示，打破传统生产方式的“暗箱”操作，提示现场人员请求帮助信息和故障信息。并帮助相关人员做出响应，质量人员可以通过ANDON系统呼叫生产人员发现和修改质量问题，改进和避免以后发生同样问题。操作员通过现场的拉绳开关或按钮寻求帮助和激活ANDON系统的闪烁灯和音乐。在生产线离开本工位前如果问题还未解决，机运线将停止。ANDON系统将记录呼叫的次数和停机的时间。通过分析潜在的质量过程，设备和相关区域，有利于提高生产管理水平。车间生产一切活动都可以通过LED实时显示。

*生产运行信息:显示生产线的节拍信息和生产线的运行状态信息 *寻求帮助信息:显示各工段或设备的寻求帮助的工位号，如:缺料信息 *车间生产信息:日计划、日上线、日下线、月计划、月累计产量等信息 *设备信息:显示相关设备的故障报警状态、停线时间等信息

六、电子标签追踪

AVI系统功能：Automatic Vehicle Identification，系统通过条形码（焊装车间、涂装车间、总装车间）信息载体实现对车辆的跟踪及识别，并将这些生产现场所获信息及时反馈到相关系统。信息载体可以用条形码或RFID标签，在车身及总装车间一般使用条码进行生产跟踪，涂装车间、WBS及PBS区域工作环境恶劣，一般采用RFID进行自动采集。AVI系统根据这些信息完成对车体的跟踪，并将这些信息传送给输送链系统和相关过程设备，相关设备根据条码进行工艺选择、防错等功能，同时这些数据被归档在数据库中进行数据分析，生成各种生产报告。

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七、PMC生产设备工作情况

PMC系统将被用来实时地监视生产状态，测量和跟踪生产设备的工作情况，当生产设备出现生产问题时，PMC系统将向车间人员报警。该系统将监视生产的节拍时间、设备的正常运行时间、故障停机时间以及生产设备的故障。PMC系统通过TCP/IP或OPC以太网协议与现场设备（PLC、机器人、现场PC、其它控制系统）进行通讯。PMC系统还将生产信息和报警信息记录到PMC数据库，供今后生成报表使用。

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八、CCR系统电子调度和监控

通过CCR系统,建立一个全面的、集成的、先进的和稳定的统一电子调度和监控系统，实现对工厂生产进度的及时、全面监控，实现异常信息的及时发现并解决。

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汽车行业生产监控系统结构拓扑图

1.系统构成:液晶显示墙、单机多屏操控系统KVM控制管理系统三个子系统构成;2.液晶显示墙作为显示子系统，用来显示单机多屏操控终端的内容;3.单机多屏操控系统，由服务器、多任务任用终端构成;4.KVM控制管理系统:通过配置KVM转换器、KVM交换机、KVM控制终端；可以实现在KVM控制终端对所有连接到KVM交换机上的任意单机多用户操控终端远程进行本地化操作。

九、能源管理系统

EW-EMS能源管理系统

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企业对能源管理系统的迫切需求

1、政策驱动：能源与环境是当今社会发展的两大问题。能源的生产安全、运行管理乃至维护一直受到企业和国家有关部门的高度重视。

2、成本驱动：在资源日益匮乏的今天，能源的消耗成本已经越来越多地占有着企业的成本比例。目前，各大企业已大大加强了对企业能源的加工、贮存、供给过程中的损耗、设备管理、计量检定、能量平衡与调度的关注。因此，建立一套现代科学的动力能源管理控系统，已势在必行。企业能源管理系统的范围和内容 能源使用的管理： 企业用能状况和能源流程；

能源使用的安全性、可靠性和可用性； 能源使用的效率； 能源排放； 能源使用意识； „

能源成本的管理：

能源使用和主要耗能设备台账； 企业能源成本统计核算；

产品综合能耗和产值能耗指标计算分析； 能源成本分摊和账单管理;„

能源管理系统架构

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十、仓库管理系统

EW-WMS仓库管理系统

EW-WMS仓库管理系统的核心价值

1）► 决策支持

通过系统的订单采集、需求预测、库存补货、库存报表等功能，为企业决策提供有力的数据支撑，从而减少缺货、减少现有库存、运作成本和积压。2）► 执行

通过系统标准功能以及增强的订单合并、交叉转运，动态补货等功能，从而有效提高订单准确率、增强客户满意度、降低劳动力和设备成本、提升作业效率，打造企业的核心竞争力。

/ 18 3）► 协同

通过系统的多仓支持、DataExchange、企业Portal等套件，实现客户、供应商的更紧密的协作，完成供应链的闭环；在优化库位、增加销售、增强客户服务、采用卖主管理库存(VMI)、提高库存、订单和出货可见度等方面获得收益。

4）► 不断降低

a、通过作业路径，作业方法的指导和优化，降低物流作业成本可至40%。b、信息系统的有力支持降低对作业人员的经验要求，劳动力成本可节约至20%。5)► 持续提高

a、库存准确率高达95%以上。

b、充分利用仓库内的有效空间，空间利用率提高20%。

c、订单交付情况在线查询，改善企业形象和客户满意度，提高客户忠诚度。

业务流程规划

¤ 易往信息成立了行业顾问委员会和方案指导中心。针对行业动态和业界最佳行业实践，整理、创建行业案例库。

¤ 建立了专门的业务顾问团队，在项目实施前，对客户现运作的流程进行完整、细致、深入的调研；针对流程运作中的重点、难点，和各层级的系统相关人员进行深入讨论；最终提交可行的业务流程再造建议书。

信息系统实施

¤ 易往信息建立了一套标准的作业流程规范，在实施过程中，实施团队通过对仓库各类产品作业特点的认真分析，结合系统制定了统一的操作流程，并通过管理人员强有力的推进使流程得以贯彻实施 ¤ 实施过程中，注重知识的转移，培训和发展客户的专业化团队，并由此建立并维持紧密的客户关系。

建设目标

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系统架构

/ 18 十一、一体化移动平台解决方案

移动化敏捷业务的企业，将移动化作为IT平台的首选，并逐渐转化传统的商业模式，增强竞争力。

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十二、EW质量管理系统解决方案

系统目的

实现全面质量管理 形成质量管理的闭环

降低沟通成本，加快质量问题解决速度 提高客户满意度 提升品牌价值

系统体总框架

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LED“模块化制造”的多维度视角 第3篇

浙江大学光辐射测量技术研究院博士生导师、国际照明委员会(CIE)D1分部中国代表、浙江省照明学会理事长

模块是下游企业的最佳选择

中国LED照明产业即将进入模块化时代。模块化就是将光源、散热部件、驱动电源合成模块,批量生产,通过模具制造出标准化的LED照明产品。尽管外延、芯片不能绕过国外企业的专利壁垒,但模块如果批量生产的话,具有价格优势,而一次性、个性化生产,成本要高很多。因此,对下游LED照明应用企业来说,模块化是一个最佳选择。

模块有着显著的特点:一是工艺性好,模块化的路灯好修理,现在国内的路灯大部分用的是小功率的芯片,坏掉几颗维修起来很不方便,而模块化基本上采用的是大功率芯片,不容易坏,即使坏了也方便修理。二是开发费用降低,用较少的投入即可制造出优质的LED照明产品。LED路灯在效率上高于节能灯5倍,如果模块能够实现规模化生产,成本可以降低2~3倍。尽管LED灯比节能灯价格贵,但其节约的能源比节能灯高出很多,许多企业都会选择LED灯具,因为多花一点钱就可以解决能源问题,而且从长期来看,更省钱。

由于LED技术日新月异,技术发展太快,LED标准建立很困难,但在LED照明业,如果没有标准就会像现在的手机充电器一样,各种各样的LED节能灯厂商之间无法兼容。但目前,国家相关部委还在讨论中。在上游的外延、芯片领域,国内企业超过国外企业有难度,但在下游的优势很明显,尤其是在封装领域,现在世界上80%的LED灯具在中国封装。模块化实际上是用标准化、工业化的做法来进行封装,并通过技术创新、工艺创新降低成本,实现规模化制造的目的。

潘建根

国家863计划半导体照明工程总体专家组成员、全国照明电器标准化技术委员会技术委员,现为杭州远方光电信息有限公司董事长

模块化即是终端产品的标准化

在科技部的国家照明工程中,照明是战略产业,科技部对推动高效能照明有一定的补贴。在LED实力上,中国在世界上排名为前五,与韩国和中国台湾为第二梯队。在外延、芯片等上游领域,日本、美国、德国处于领先地位并结成了专利同盟,而国内芯片在光效上与国外芯片差20%左右,但我们有着巨大的成本优势。一般来说,外延材料、芯片、辅助材料设备的投入回报期是10年,内地的上游企业如厦门三安、武汉迪源、大连路美等都有了长期的打算。但对于大部分企业来说,它们只能在封装、应用上求发展。辩证地看,国家科技部的指导思想是以应用促发展,以封装应用为特色,以短、平、快取胜。

LED灯具多样化,散热器、驱动电源的成本高于芯片。芯片的来源渠道很多,既可以从日本、美国、德国进口,也可以从韩国、中国台湾购买,芯片不足以影响中国内地制造的成本优势。从目前来看,如果实现标准化,内地的LED产业会比美国有优势。LED是很灵活的产品,标准化非常重要,其中最重要的莫过于终端产品的标准化,即模块化。在封装环节,由于个性化的制造成本很高,如果进行工业化生产,做好标准化,整个成本可以降低1/3。模块化能在保证产品质量的前提下大幅度降低成本,通过模块化制造的终端产品通常具有明显的价格优势。

一些传统照明企业也意识到了这一点,像雷士、欧普等传统照明巨头也加大了研发投入,但它们要全面进入LED照明领域,利用模块化是一条捷径。一般来说,做到低成本的标准化生产,传统照明企业至少需要5~10年的时间。

目前,中国企业的标准化做得不够,技术监督局等国家部门已发挥行业标准的作用,与行业组织一起为推行模块化做出了极大的努力。

技术创新的到来,将会使整个行业洗牌、整合。我国半导体照明与国外的差距是10年的时间,光靠技术是不行的,还要通过资本进行整合,只有做大才能做强。模块化要市场先行,单靠一两家企业是不够的,最重要的是整个产业做强、做大。

陈大华

中国照明学会副秘书长和电光源专委会副主任、国际照明委员会TC-7中国代表、上海照明学会副理事长,现为复旦大学光源与照明工程系系主任、电光源研究所所长

模块化是新产品的突破口

在中国,2600多家企业进入LED领域,30~40家搞芯片技术,600家搞封装,2000家搞下游产业。在LED光源上,国内企业没有掌握主动权,与国外有着10~20年的差距。在核心技术上,中国在短期内超越国外是不可能的,唯有创新技术概念,引进、模拟先进技术并向之靠拢,才有可能获得比较优势。就像中国的汽车工业一样,以前通过与国外企业合资、OEM来获得技术能力,从而走出一条道路。

一个企业能否腾飞取决于两个因素,一是技术,一是营销,就像拳击手的两只手臂,缺一不可。在国外,技术投入占总体销售额的6%,而在国内只有1%~2%就已经算是十分高了。大多数企业重视营销是因为它能增加销量,从长远发展来看,中国企业更需要加强技术投入,虽然见效需要时间,但要获得长期的可持续增长,技术仍是关键因素。

时间是检验技术的唯一标准,是骡子是马,拉出来遛遛,天津用36家企业的LED路灯进行试验检测,仅半年时间,1/3的路灯彻底不亮。因此发展LED照明,不能死套以前传统光源的技术标准,不能把上辈子的百宝箱拿到现在用。

上海亚明灯泡厂是我国第一个生产白炽灯的企业,它花了1000万元购买国外的先进设备,但这套设备不是为生产服务的,而是主要用来测量LED模块温度的。虽然亚明灯泡厂在白炽灯领域是领导者,但LED时代已经到来,机会稍纵即逝,只有积极准备,根据自己的特点加大投入,这样企业才会有竞争优势。

未来,学科的交叉点是新产品的突破点,从这个角度看,将光源、散热部件、驱动电源三者合而为一的“模块化制造”将是一个突破口,也是一条正确的道路。

许保金

杭州市市委副秘书长

政府搭台,企业唱戏

LED照明的发展以企业为主体,依靠市场行为,政府在政策上加以扶持和引导。

杭州市对LED照明产业非常重视。首先,以市委常委为组长的领导者组成了LED照明领导小组,每年用2亿元来资助新兴产业,包括新材料和新能源,LED照明也包含在其中。同时,我们申报了国家科技部半导体照明项目,确定了一些重点企业参与这一项目;在钱江开发区建立了LED照明产业基地,既要以企业作为实体,也要有大的基地作为积聚的载体。

杭州LED照明整体的发展与深圳、大连、武汉相比还有一定距离,但是在某些方面又领先于其他地方。比如,浙江迈勒斯的模块设计和生产在同类产品中遥遥领先。他们的产品已经解决了其他地方所说的模块组装难题,包括散热问题、光通亮问题,以及模块设计问题。标准模块一旦解决了量产的问题,这有可能是爆炸性的,可以把国家半导体光源产业做大做强。

从政府来讲,现在要实行“十城万盏灯”计划,主要是两类,一类是太阳能,一类是LED灯。目前从上到下都已经做好了这样一个资质的准备。但是市场上的产品良莠不齐,没有几家企业的产品能够满足市场需求,导致政府的采购变得越发谨慎,因为要考虑能否达到道路照明要求,稳定性能否达到1万小时,这是一个涉及公众的问题,一旦更换了LED灯,三天两头出问题,维修起来很麻烦。所有街道都更换成LED灯,还要有一个过程。LED照明产业要做大、做强,这种模块化的模式解决了光源问题,只要模块对应好,终端的灯具产品可以各式各样。

赵金兴

中国市政协会城市照明专业委员会副主任、建设部市政设施专家委员会委员

完善第四代光源需要一个过程

由于缺乏标准,企业盲目生产,LED灯价格高,吃不准谁家的产品好,政府部门仍然在迟疑、观望。

就路灯而言,光源模块化之后便于日常维护,不用再把灯具全部拆下来维修,只要更换坏的光源模块就可以了。随着光源模块的发展,不断提高品质,完善光色、亮度,延长使用寿命,降低成本,这肯定是发展方向。

如果短期内价格问题还是解决不了,政府可能会采用能源合同化管理的方式扶持LED照明产业发展,由供电系统、银行、政府、企业多方参与投资,把节约的电费补贴LED灯价格的成本,最终补贴的费用还要根据当地的价格来测算。如果1度电的价格是0.8元,可以用4~5年的时间收回成本;如果1度电的价格是0.5元,可以用6~7年的时间收回成本。

目前还有一个电源的问题没有解决,LED灯需要恒流的电源,这就需要供电系统把恒压的电源变成恒流电源,改变供电系统原有的电源输出模式,这也会增加一定的成本,这部分成本也会纳入总成本的计算中。一个新光源出来,逐步完善需要一个过程。

戴京东

无锡市易控系统工程有限公司董事长

模块量产不是问题

光源模块不仅解决了LED散热问题,而且设计的巧妙使得对芯片的要求降低了,上游厂家供货变得轻松了许多。对芯片要求越高,生产过程中造成的浪费越高,其耗能相当可怕。

因为LED外延片生产技术主要采用有机金属化学气相沉积(MOCVD)方法,它是在高温和超高真空的情况下,把一种气体放进去,再用氢气做载气,混合以后吸入到蓝宝石的膜片上形成结晶。

以往LED讲究单颗有多亮,过分讲求尖端,变成了一个贵族产品,不利于推广。模块化不需要单颗有多亮,它可以组合,你要多亮就可以有多亮。这一模式在未来是一个发展方向,因为它大大节省了成本。

国际上其他企业还没有想到用这种方法来做LED灯,但由于上游芯片MOCVD的生产设备全部在美国人和德国人手里,而由于模块采用了新的封装技术,目前在国外和国内找不到可以直接使用的设备,只能自己开发、改进原有设备或者定制设备。

龚其恩

美国ICP有限公司总裁、中国经济贸易促进会副会长

在美国LED照明的前景可观

在美国,LED照明技术没有一点问题,但由于产品价格偏高,政府还没有拨出很多资金来更换市场上的节能灯。目前,美国只是在新的工程里一点一点引进LED灯具,进展缓慢。同时,由于美国LED照明市场缺乏标准,企业都想要做标准,但是都不够分量。从这个角度上看,美国市场与中国市场是同步的。

模块让LED灯更加简单化,而不是变得更加复杂。如果顺利话,几个月后就能把架构搭建起来,这样一来,北美和南美市场都可以打通,因为南美市场是跟随美国走的。如果把模块推向美国市场的话,是一个很大的商机。

楼满娥

迈勒斯照明有限公司董事长

LED模块“傻瓜化”将改变照明产业格局

目前,LED照明行业没有哪一家企业可以解决产品量产的问题,不仅国内企业如此,国际巨头也一样。从技术层面来讲,核心问题其实都聚焦在“光、电、热”上,从营销角度去看,其实关键问题是市场蛋糕还没有真正成型。

对产品研发来说,技术一定遵循从复杂到简单的过程;对技术应用来说,产品一定是从专业到傻瓜的过程。迈勒斯在大功率LED照明产品的开发中发现,把“光、电、热”技术集成一个LED产品应用模块,其实是将技术简单化了,将应用傻瓜化了。这样,下游整灯企业的产能瓶颈就立即被冲破了。

很多企业认为,LED照明投资大、见效慢,如果不投入就意味着要退出这个市场,退出又不甘心,处在一个两难境地。LED应用模块的出现,将铲平LED投资千万资金的高门槛,真正出现“只要会做灯具,就可以做LED”的产业新格局!在这种产业新格局下,LED照明的产品成本将直线下降,市场蛋糕才真正成型。

郭邦俊

浙江迈勒斯照明有限公司技术总监

模块解决了“光、电、热”问题

标准模块首先要解决LED路灯的均匀度问题;第二个要解决的是亮度问题,也就是LED灯发出的光要有一定的强度,然而光度越强,温度越高,这就面临第三个问题:如何散热?LED光源散热越好,它的结点温度越低,寿命越长,效率越高。第四个难关是电源问题。驱动LED的电源有一个特点,一般平常用的是稳压电源,而LED需要恒流电源。

2007年~2008年,国内很多城市装了LED路灯,但失效的非常多,几乎80%的损害是由驱动电源引起的。所有问题都解决之后,才能推出标准模块。模块化解决了“光、电、热”问题,在它的外面可以配各种形状的灯罩,而且功率大小可以调节,比如,以30W为一个单元,如果需要120W,就用4个单元拼装就可以实现。

模块一旦实现量产,势必会使LED灯价格下降。下一步的关键是怎么把它做成平民化产品,把它降到中等收入的老百姓能接受的水平,这样才能把低碳经济搞上去,把白炽灯和节能灯全部淘汰掉。2009年,科技部推出了半导体光源模块化设想,以解决LED灯大面积推广时价格高的问题。

黄冠志

东莞勤上光电股份有限公司总经理

模块化是好的商业模式

LED是一种全新概念的固态光源,其主要优点是节能,已在照明领域显现出突出的节能效果,比白炽灯省电80%以上,比汞灯、钠灯节电60%以上。因为其无与伦比的节能、环保、长寿、可控性等技术优势,成为近年来全球最具发展前景的高新技术之一,正式拉开了全面替代传统照明的序幕,半导体照明技术革新正在改变百年传统照明历史。进入能源高消耗时代,全世界把关注的焦点集中到LED这项“照亮未来的技术”以及由此带来的照明领域的第三次革命上。模块化是一种很好的商业发展模式。事实上,随着市场的加速发展,LED照明业将不可避免面临“优胜劣汰”的局面。现在众多商家都已将竞争的焦点放在国内,这是产业市场的一个变化。

夏雷

惠州雷士光电有限公司副总裁

模块化将革新传统照明商业模式

雷士的LED产品一直在工程渠道销售。LED作为一种发展迅速的新技术,雷士一直在持续关注。随着LED技术的逐渐成熟,雷士会迅速发展满足客户需求的产品

LED作为一项新兴的照明技术,其独特的发光原理将颠覆照明方式和照明产品,也将进一步改变传统的照明行业商业模式。在LED日新月异的发展过程中,不断涌现的创新商业模式和积极变化的传统商业模式必将交相辉映,和谐共存,相互促进发展。

目前的LED照明市场是典型的技术驱动型,在技术逐渐成熟的过程中,新的应用领域会逐渐出现。在技术不成熟的时候,不成熟的产品会损害消费者对新技术的信心。

区成聪

中山市胜球灯饰有限公司总经理

LED照明需要规范化

全球气候变化问题使得人类越来越关注地球环境,提倡保护地球。就目前来说,LED是目前灯具最低耗能、低排量、少辐射、无公害的新一代光源,已慢慢取代传统的白炽灯泡及金卤灯。

LED有很大的发展前景,但是由于许多厂家利用劣质产品蒙骗消费者利益,使得消费者对LED灯具未有一个透彻的认识。

如今LED作为一个新生的产品,市场还很不稳定。很多厂家都意识到LED有很大的发展前景,但由于这一技术的不成熟,导致厂家止步不前。

每个人都知道LED有很大的发展潜能,投资者都有着分一杯羹的想法,但他们都只是看重盈利最高的那一部分,结果导致LED产品的价格偏高。这种分工的不平衡很容易在LED部件上产生很多的差异,有些人为了牟利,忽略一些工序,表面上没什么两样,但耐用性不高。这就需要有一些政策来规范一下这个行业的发展。

俞保儿

浙江华策照明有限公司总经理

标准的缺失造成了应用的困难

LED产品因为种种原因,目前在渠道上还显得比较沉寂,很难做量。我们公司LED的业务目前做到了全国第三的位置,但是在我们公司整体销量中所占的比例不到10%。在未来的3~5年内,LED在应用上还不能上规模,因为行业内目前的标准很不相同,使用起来很不顺。同样是LED,可能效果差不多,但是因为所使用的芯片不一样,使得价格上难以统一,而技术上的不稳定,导致一些质量问题得不到解决,使得短时间内LED很难取代钠灯,因为使用LED没有传统灯具那样有保障。

贾强

厦门东林电子有限公司总经理

LED照明业要解决重复投资和资源浪费

目前制约着我国LED照明发展的最主要的因素就是LED照明高端技术的研发之苦,以及高投资和高风险,令很多照明企业望而止步。随着我国对LED产业支持的力度不断加大,LED照明技术也在飞速进步,而目前LED领域的企业几乎都在做相同的事情,这就导致了严重的产业重复和资源浪费。

而LED模块化恰恰解决了这一问题。目前,模块化发展已成为产业趋势,LED模块也将逐步推广、成熟。

当然LED模块化发展有利有弊,LED模块大大降低了进入LED照明的技术与资金门槛,即使行业外人士投入少量资金,也可自行生产LED照明产品。这必将掀起一场新的LED热潮,势必会有一些非正规的厂家、商家参与其中,给这场新的照明产业的革命带来一定的影响。但是从长远来看和从产业大局出发,LED模块化发展符合目前我国LED行业的实际情况,是利大于弊的。

匡国华

深圳市联升光电有限公司总经理

竞争的核心应聚焦在渠道而非技术上

大功率的LED产品在散热问题上的技术处理还是不太稳定,包括散热材料、散热方式等。而且,目前在LED产业中,功能性照明所占比例相对较小,更多地集中在LED背光板、景观照明上面。因为对LED的技术以及应用上的有一些不确定的看法,许多经营传统照明的企业、经销商还在等待、观望,而一旦这一市场真正成熟了,它们将会通过直接购买光源的方式切入到LED领域。

灯具行业整体的技术门槛其实较低,所以行业竞争的核心应该在渠道上,而不是在技术上。渠道还是为王的,比如说雷士照明在国内属于渠道耕耘得非常好的企业,只要时机成熟了,雷士照明转头来开发LED,把有竞争力的LED产品放到自己的渠道上,就能很快地打开市场。

邹平

澳的利灯饰郑州分公司总经理

LED照明产业模块化是必然趋势

因为具有节能、环保、安全、寿命长、低耗、低热等诸多优点,LED如今已经被广泛应用于灯饰行业。但是,市面上的单体LED功率一般在5W以下,难以成为照明的首选,而大功率的LED产品价格高,难以被更多的消费者接受。这是两个制约LED快速发展的瓶颈。

目前,许多企业都在开发LED项目,国家对此也比较重视,使当前的LED产业处于蓬勃发展的历史性时期。这个时期对国内的LED生产企业来说是一个很好的机遇。瓶颈需要突破,难题需要解决,LED照明产业模块化的应用使LED技术化难为易,进一步扩大LED应用领域的同时,也将对LED行业的快速发展起到积极的推动作用。

吴才智

厦门索尔普光电总经理/总工程师

LED模块将对目前照明体系产生

很大冲击

投资成本和高端研发是目前困扰着灯具厂家在开发LED照明项目时的最大问题,LED模块化的诞生无疑是最大化地免去了LED照明高端技术的研发之苦,同时大幅度降低了投资成本与投资风险。

特别是近几年来国家大力扶持LED的发展,LED照明技术飞速发展,模块化已逐步成为LED产业的发展趋势。随着推广力度的不断加强,LED模块将逐步成熟,降低门槛后的LED照明无疑会对目前的照明体系造成很大程度的冲击。但同时也会吸引传统照明企业升级进入LED照明领域,这对我国照明行业进入新的领域将起到莫大的推动作用。

唐浩钧

鹤山市明可达实业有限公司总经理

我们很难解决LED照明的技术问题

由于LED灯具要处理散热、配光等问题,这些问题我们暂时没有办法解决好,如果有直接解决方案给我们应用,将大大降低我们的研发风险。未来,企业的竞争是品牌和服务的竞争,而不是产品价格之争。因此,我们比较认同LED模块化发展。

王勇

广东四川商会照明电器分会秘书长

模块化发展令LED照明前景可期

近年来,世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。近年日本“21世纪光计划”、美国“下一代照明计划”、欧盟“彩虹计划”、韩国“GaN半导体发光计划”等政府计划纷纷出台。我国是世界照明光源和灯具生产第一大国,古镇更是有“中国灯都”的称号。但我国生产的主要是中低端产品,市场份额仅占世界份额的18%,大而不强。

发展半导体照明,对提升中国LED产业的国际竞争力有着重大的意义。目前,我国LED的产品技术创新与应用开发能力逐渐提高,器件可靠性研究位置越来越重要,测试方法与标准也渐行渐近,所有这一切均标志着中国LED产业已经进入了一个崭新的发展阶段。中国LED产业已初步形成了包括外延片的生产、芯片的制备和封装,以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。由此可见,LED发光产品的应用正吸引着世人的目光,LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势,给绿色照明生产行业带来广阔的市场前景与新的机遇。

我想,LED照明模块化发展模式,将会极大地推动国内LED产业和照明行业快速向前发展,产业的成熟期也将提前到来。

王敏

中山市华泰照明有限公司总经理

模块化极易产生山寨现象

LED模块化的好处在于让专注生产型和专注技术研发型的企业分工更加明确,便于企业集中精力做好自己的强项,就如IT行业,有做芯片的,有做软件的,有做硬件的。但其弊端也是非常明显的,比如LED技术可能被少数企业垄断,利润集中在于专注技术研发型企业。

这就如节能灯一样,大企业可以生产,家庭作坊也可以组装,这种情况对一种新型产品的普及有一定的促进作用,但也容易出现产品质量差别大,同时引发LED市场混乱,从而影响消费者对LED产品的信心。

李锋

上海宝迪电器有限公司董事长

模块将大大加快LED灯具的

多元化、功能化

在我看来,由于LED照明产业模块化技术不断成熟,LED灯具将驶入飞速发展的快车道。从长远的发展和利益来看,我认为有两点值得关注:第一,它将彻底改变LED灯具质量参差不齐的现状,逐步建立并完善LED灯具的质量标准体系;第二,让LED灯具厂家更专注于灯具外观及功能方面的设计及生产,大大加快LED灯具的多元化、多能化。但是,必须强调的是,传统的照明企业进LED产业,必须了解市场动态及格局并配备专业的LED人才,才有可能最大程度地控制风险,以最快的速度扩张。

许洁

上海特优仕照明电器有限公司董事长

模块化有可能改变传统照明行业格局

作为业内熟知的“第四代光源”LED灯,在近几年的发展中备受全球瞩目,无论欧美各国,还是中国,许多照明企业都将其列入优先发展战略,但实际上由于现阶段还有多种客观原因,LED照明的大规模产业化还要有一个长期的过程。如果能成功地将LED模块化发展,其前景是光明的,有可能会改变整个行业现有的格局。

郭一军

中山市真美灯饰有限公司总经理

模块化是趋势,但不一定是主流

目前LED照明模块化已经形成趋势。LED光源及驱动电源、散热部件等配件一应俱全,以致目前各厂家主要以灯具外壳的外观新颖作为竞争优势,这会让厂家失去产品的核心技术和研发能力。较为低档、简单的组装,会导致一大批小型作坊、地下工厂通过简单的组装,以低成本制作低廉的产品冲击市场。如果一个行业只剩下简单的组装加工,我想下一次金融危机到来的时候,我们还能靠什么去生存。

彭钰栋

东莞九星节能照明有限公司总经理

模块化可以带动产业的精细分工

LED照明模块化发展应该是今后的趋势,有利于整个产业链的专业化发展,它将使各链条环节企业的专业优势和效率得以充分发挥,资源配置将更为高效,也将使后期的更换和维修变得简单。通过模块化发展,将使整个链条环节功能形成精细化生产,最终整灯的制造成本将大大降低。我觉得,LED照明模块化发展应该是解决LED照明成本居高不下的一条有效路径。

余传舵

东莞龙轩照明实业有限公司营销总监

模块化能在一定程度上促进LED技术突破

模块化制造对产品成本的影响 第4篇

在全球制造业经过一系列重大变革之后, 大规模定制已经成为当今的主要生产方式之一, 这种生产方式很好地满足了消费者的需求。尖端技术的发展缩短了产品的生命周期, 使得企业能够根据消费者的需求快速设计并制造出优质的产品。有调查结果显示, 产品的生产技术在经历了几十年的发展后, 如今产品的生命周期已经减少到原来的1 /4。以高新技术为基础的先进制造模式的出现, 加剧了制造业在全球的竞争, 企业产品的竞争能力很大程度上取决于产品其本身成本、质量以及进入市场的速度。因此, 企业快速的开发出新产品并推向市场成为企业发展以及在其在激烈的市场竞争中获得竞争优势的重要决定因素。同时, 随着产品种类日益丰富, 竞争的日益激烈, 企业必须能够不断地向市场输送新的产品, 这些产品不仅要具有较高的品质, 而且要拥有更具竞争力的价格。实际生活中, 物美价廉的产品总会受到消费者的青睐, 因而具有更大的竞争优势, 而产品的价格很大一部分取决于产品的成本。因此, 研究如何在快速生产出一系列产品的同时有效地降低其成本就显得非常重要。模块化生产方式的出现解决了上述问题, 并且逐渐成为制造业的发展趋势。从20 世纪60 年代起, 流水线技术被模块化技术所取代, 主导了全球制造业新的发展方式。模块化是产业分工的产物, 很显然, 它已经逐渐成了全球制造业的发展趋势。[1,2]不同于传统的生产方式, 模块化制造方式不仅使得企业摆脱了需要靠自身生产产品全部部件的困扰, 而是能够通过多种渠道获得所需模块, 再通过集成技术将零部件重新组合, 从而完成新产品的研制。这样, 企业可以凭借其优势专注于开发核心部件, 缩短了生产的周期。

二、模块及模块化

1. 模块

其实, 模块并不是一个新概念。早在二十世纪初期, 建筑行业中就已经存在模块的概念, 当时的建筑模块更多的是强调其能够实现几何尺寸上的连接和替代。后来, 在机械制造业中引入了模块, 将模块与物理产品的功能联系到一起, 模块具有了更清晰的功能、接口以及功能传输接口特征。对于模块的内涵, 不同的学者给出了不同的定义, 表1 是个别学者对模块的定义。

从中我们可以看出, 模块是将复杂的产品根据产品的功能特征、结构特征或者技术特点分解成为各个单元后得到的, 每一个模块都具有其独立的功能且具有标准的接口结构, 接口相同的不同模块之间可以相互替换, 从而形成多样化的最终产品。模式具有三大特征: 一是独立性, 不同的模块可以单独地进行研发和生产; 二是可替代性, 具有相同接口结构的模块可以相互替换, 满足顾客的个性化需求; 三是通用性, 模块在系统内部可以实现共享, 在不同产品间可以实现通用。[3]

2. 模块化

哈佛大学商学院的Badlwin和Clark教授, 在1997 年的《哈佛商业评论》上发表了一篇较大影响的文章———“模块化时代的管理”, 在该文章中其对模块化做了精辟的解释。他认为, 模块化的核心是将一个或多个相对小的, 可以分别进行功能设计的系统组建成一个复杂的系统或流程, 其中, 每个模块的研发和生产是独立于其他模块的, 模块的内部包含其信息处理的过程, 最后将这些模块通过标准的界面与其他模块进行连接。[4]

目前, 对于模块化, 在学术界还没有一个被大家认可的定义, 但是对于模块化的讨论一直十分激烈。对于模块化的定义, 学术界比较认可的是青木昌彦的说法: “模块化是指将一个比较复杂的系统或过程按照一定的规则和联系分解成半自律的子系统, 这些子系统可以进行独立的设计, 同时, 这些子系统又可以按照某种规则和联系与其他子系统构成更加复杂的系统或过程。”[5]也就是说, 模块化可以分为两个过程, 即模块分解和模块集成, 它一种追求工作效率又能约生产费用的分工方式。模块化可以使复杂的产品简单化, 节约产品的成本。图1 为青木昌彦给出的模块化战略的框架。

随着模块化理论的发展, 很多学者对模块化有不同的理解。表2 是作者对现有文献进行整理, 得到部分学者对模块化的定义。

三、模块化制造对产品成本的影响

成本是企业在生产经营中的实际消耗, 是企业定价的基础。通常, 产品的生产成本主要包括产品的研发 ( 设计) 成本、制造成本和销售成本。模块化产品在产品的生产制造阶段与非模块化产品有不同的特点, 并且有很大的差异。

1. 模块化制造降低了产品的研发成本

关于模块化与产品研发成本相关的研究, 企业进行模块化生产可以节省企业开发新产品的周期, 同时可以降低研发成本。Allen等 ( 1998) 认识到相似模块的重复利用可以减少产品开发时间;[6]Sosale等 ( 1997) 认为, 企业在模块化设计阶段, 可以将一个设计任务划分为多个子任务, 并且这些子任务是可以并行开发的。为了完成这个目标, 总体设计的任务被分成更小的设计任务, 同时要明确他们之间正确的接口。然后, 可以对现有的设计进行细微的变化进而重用该模块, 这样节省了对现有产品进行更新的时间和精力, 可以减少产品的研发成本;[7]Tosunoglu ( 1994 ) 用机器人的例子描述了模块化给生产带来的好处, 增加了生产的灵活性, 降低长期的开发成本, 加快设计周期等;[8]Sanderson ( 1991) 以福特汽车V - 8 发动机为例, 说明了当他们基于模块化来进行产品开发时能够节省研发的费用。[9]模块化制造对产品研发成本的影响主要体现在两个方面: 一是不同产品的相似模块可以重复利用, 减少了新产品研发的时间和成本; 二是对于产品划分不同的模块后, 不同模块的研发是同时独立进行的, 减少了产品的研发周期, 加快了新产品上市的速度。

2. 模块化制造降低了产品的生产成本

关于模块化与产品生产成本之间关系, 相关的研究表明企业通过模块化能够大幅降低产品的生产成本。Hopwood (1995) 以电子制造业为例来说明模块化为企业带来的好处, 企业可以通过模块化来减少产品装配时间, 降低劳动成本和库存成本等。[10]Gershenson等 (1999) 认为, 模块化能够使企业根据顾客的要求来灵活的设计产品, 另一个好处是模块通过减少生产过程的数量和减少重复的过程, 降低产品的成本。[11]Ulrich和Tung’s (1991) 详细说明了产品模块化带来的好处以及其对产品整体的成本带来的变化。[12]Lapp和Golay (1997) 在模块化过程中引入成本惩罚指数, 建立了一套独有的理论。通过该方法的运用, 不但使工程质量明显改善, 而且大幅度节省了成本。[13]Erixon (1996) 说明了模块化为企业带来的一些好处, 其中一个好处就是规模经济。[14]Ishii等 (1995) 认为, 模块化导致成本下降的原因是零件和原材料价格的下降。当零件和原材料的采购数量很大时会有价格折扣进而产生规模经济。模块化生产能够通过使企业在生产过程中较多地使用通用模块, 较少使用专用模块来实现这样的规模经济。[15]Van Hoek (1998) 以奔驰汽车为例来解释模块化对该企业的影响, 该企业只在生产组装汽车时购买相应的模块, 这样它能够更灵活的应对顾客的订单还能够减少企业库存的成本。[16]Edward等 (2005) 从供应商和制造商的角度来分析模块化带来的好处, 对于制造商来说通过模块化可以通过减少直接劳动力来降低生产成本和提高生产率, 还可以减少工程的设计成本。[17]Sandra等 (2011) 以西班牙的工业为例, 分析了西班牙工业通过在全球范围内进行模块化生产, 将产品划分为不同的模块, 然后外包给不同的供应商 (这些供应商大多来自中国) , 由于这些外来的供应商大多具有廉价的劳动力和原材料, 使得企业产品能够在成本方面具有优势。[18]Francisco等 (2013) 将模块化的思想用在集装箱建筑的建设方面, 认为模块化的建造方法不但实现了“即插即用”灵活性的特点, 同时使得建造成本比传统的建造方式节省了85%。[19]模块化制造对产品生产成本的影响主要体现在两个方面:一是对通用模块的大规模制造, 具有规模效应;二是企业无须生产所有的零部件, 减少了原材料的库存成本。

尽管我们发现, 模块化能够为企业带来成本方面的优势。但是, 模块化的实现并不是完全免费的, 不仅企业实施模块化技术本身需要成本, 而且还将带来市场交易成本与机会成本。模块化本身是一项非常复杂的活动, IBM为了实现PC的模块化花费了数年的时间, 投入了大量的人力物力。尹建华 ( 2010) 认为产品的模块化是与产品特点有紧密的联系, 不同的产品实现模块化的难度也是不同的, 越复杂的产品, 其实现模块化就越困难, 所需的代价越高, 他认为模块化生产对会产生相应的交易费用和机会成本。[20]因此, 模块化带来的成本与产品的复杂程度有一定的联系。

四、研究结论

目前, 模块化理论的研究在全球范围内吸引了学术界和企业界的广泛关注。有学者认为, 我们已经进入了一个崭新的模块化时代。伴随着模块化在实践中的迅速发展, 国内外学术界已有很多相关的理论研究。目前, 国内外对模块化的研究主要从三个层面入手, 即产品层面、企业层面和网络层面。但是, 这些研究较多的针对产业组织结构展开研究, 缺少对企业内部动力机制的剖析。在产品层面, 根据产品的特性, 通过模块化技术将产品划分为多个模块, 可以对多个模块同时进行研发和制造, 缩短了研发时间, 减少了制造成本, 从而达到降低成本、提高生产效率和产品质量的目标, 进而提升企业竞争力。

摘要：模块化制造对产品成本的影响在于降低了产品的研发成本, 也降低了产品的制造成本。此外, 模块化的实现并非不完全免费的, 不仅实施模块化的本身会增加企业的成本, 而且会存在一定的交易成本与机会成本。

制造模块论文 第5篇

为了使学生能尽快提高职业能力与素养, 提高教学质量, 实现模具专业学生零距离就业, 常州信息职业技术学院2005年开始在模具设计与制造专业对各课程提出模块化教学改革的新的教学模式。笔者参与了其中的《模具制造工艺》课程的教改工作, 结合几年来的教学经验, 笔者认为该课程的模块化教学改革主要应从以下几方面着手:

一、消除认识误区, 转变教学定位

从事模块化教学的老师既要从传统的教学模式中走出来, 但又不是说提倡模块化教学, 全盘否定过去的传统教育, 而是辩证的扬弃。模块化教学 (简称MES) 是国际劳工组织在20世纪70年代就提出来的用于培训职业 (工种) 和技能的培训模式, 它要求按照岗位规范的要求, 将教学大纲和教材开发成不同的教学模块, 形成类似积木组合式的教学方式。所以教师要在教学活动中转变思想, 建立大专业的概念, 在编制教学大纲时从学生岗位技能要求着手, 结合本地区、本专业的现状对培养人才应具有的知识、能力和素质, 按需施教、学用一致, 尽量精简不必要的知识。

二、调整教材内容, 以能力培养为教学目标

模块化专业技能教育也必须有具备专业技能特色的教材作支撑, 但现有教材大部分都是建立在学科体系的基础上, 在教学内容和要求上没能体现出本专业的岗位技能特点和要求。而要编制出真正意义上的模块化教材是一项复杂的系统工程, 不仅编制工作量大, 而且要求编者既要熟悉本专业的基础知识、专业知识的理论体系, 又要了解相关专业的知识体系和实验技能。为此我们课程改革课题组老师在充分调研的基础上, 结合本地区、本专业就业岗位要求, 编写了一套适合高职模具专业模块化教学的模具设计与制造的系列丛书, 由清华大学出版社出版。其中《模具制造工艺》课程内容就以实际产品中典型的冷冲模和塑料模为主线, 将模具零件的加工、模具装配与调试三个模块分段讲授, 穿插一定的现场讲授内容。涉及到具体的加工内容时能够边讲边学, 做到车间就在课堂, 课堂就是车间, 让学生在真实的加工环境中学习知识和技能。

三、改革实验和实训内容, 提高学生的动手能力

传统的课程体系在讲述具体的模具零件加工等实践环节时受实验条件和学生人数的限制, 这部分实验只能是老师在机床边上讲解、演示, 学生很少有动手的机会, 就算有也只是匆匆过场。实行模块化教学以后, 教师可以在课内布置课题和要求, 让学生自己查找相关资料, 编写相关加工工艺, 由于在编制教学计划的时候在课内安排了实训环节, 所以学生就可以真正参与教学实践。比如在模具成形零件加工中, 介绍了电火花成形加工和线切割加工, 传统的课程教学在讲到这部分内容时教师讲完加工工艺和编程方法后, 一般来说要求学生会编程, 至于上机实际操作这类机床就受到时间、机床和人数的限制, 结果只能是应付任务。现在我们在编制教学计划时安排了1~2周的课内实习, 讲完基本的教学内容后教师安排课题任务, 并做好加工要点示范, 学生就有足够的时间上机操作、调试。教师只需要布置任务 (模具零件加工) , 学生在电火花成形加工中自己对课堂上讲解的加工参数进行验证, 再根据加工要求合理的选择加工规范。在线切割加工中学生能将自己在课堂上编制的程序上机进行调试, 再学会如何穿丝和选择加工规范以及间隙补偿等工艺知识, 就能逐步掌握线切割操作了。这样的教学模式, 让学生对所学的知识能看得见、摸得着、做得出来, 对知识的掌握和理解会更透彻, 记的也更牢固, 收到了较好的教学效果。

四、教师和学生的角色要重新定位, 转变教与学的观念

模块化教学无论是对教师还是对学生都提出了全新的要求。要求教师在授课时不能照本宣科, 教师在传授知识的同时, 更重要的是把提出问题、分析问题和解决问题的方法以及职业道德素养、团队合作精神灌输给学生;要求教师不仅具有较强的理论知识积淀, 还要有较高的操作技能和解释实践操作中遇到的问题的能力。我院在2005年模块化教学开展时就明确提出教师要通过各种途径取得相关岗位的技能证书, 我们课题组的老师都取得了相关的岗位中级工以上的证书, 最高的取得了高级技师证书, 大大提高了教师的专业素质。对于学生, 要从过去的家长、教师要我学, 转变为我要学, 充分发挥主动能动性。笔者在授课的时候曾经做过一个调查, 内容是学生为什么要学模具这个专业, 有的说是父母让读的, 有的说是听同学或朋友说的, 有的说是自己喜欢的, 而且将来要自己创业等等, 而往往是那些对自己的将来有一定规划的学生, 学起来特别认真、投入, 当然学习效果就好。模块化教学还要求学生不要过分依赖老师, 培养自己分析问题、解决问题的能力, 要从过去应付考试、混张文凭的学习目的转变为掌握真才实学上来。

总之教师的角色要从信息的给予者转变为学习的管理者, 要激发、调动学生的学习兴趣, 是学生学习的教练和裁判, 学生应通过自己的努力去学习他们想要的东西。

五、改进教学方法, 突出高职教育特点

(一) 互动式、提问式教学

根据教学内容的深浅和学生能力的差异, 采取启发性讲授、引导学生提出问题;采用分组交流的方式, 来培养学生的自主学习能力。例如笔者在讲到模具装配工艺的时候, 就准备了5副不同结构的冷冲模具, 有落料模、冲孔模、复合模、连续模、高速精冲模等, 将学生分成五组进行拆装。教师根据模具不同对各组提出不同的拆装要求, 学生在工作过程中分工协作, 有的拆卸, 有的记录和画图, 有的核对和清洗, 而教师只在旁边指导, 遇到问题先不急着回答, 而是尽量让学生自己去寻求答案, 如果有学生自己解决了问题, 那就请他出来和大家一起分享经验, 这样的教与学的方式学生积极性较高, 效果也较好。

(二) 现场教学法

在讲到模具零件其他的成形方法的时候, 受教学条件的限制, 不可能为了教学添置一些不经常使用的昂贵设备, 可以通过组织下厂参观、观看教学录像的方式增加感性认识, 感受生产车间的气氛。

(三) 案例教学法

讲解模具典型零件的实际加工案例, 使教学更贴近工程实践, 促进学生工艺能力的形成和提高。比如在讲到“冷冲模具保证凸、凹模配合间隙方法”时, 我们先给出常规的测量法, 再提出这种做法的优缺点, 然后根据书本上列出的其他方法, 启发学生举一反三, 开动脑筋, 得出其他方法的使用要点和应用场合, 再由老师进行点评, 提高学生的解决问题的能力。

六、改进课程评价体系, 构建多元的综合评价体系

《模具制造工艺》课程实践性很强, 学好并能用好相关知识是最重要的教学目标。考核学生对知识的掌握应以过程为主, 重点体现学生对技术问题的分析理解能力和解决问题的能力, 对学生的评价要综合进行。可以有闭卷、开卷、笔试、口试、现场考量和课堂表现等方式, 考试时间可长可短。比如对实践性环节可采用开卷形式, 教师提出课题完成时间要求和能力要求, 如线切割现场加工, 教师给出图纸和配合间隙要求, 要求学生在一定的时间内完成编程和上机调试、加工出合格的零件, 如果出现失误, 可以现场对其问题给出解答, 也可以由学生自己去找答案, 教师根据学生的实际表现给出综合评判。平时可用布置大作业的方式对学生进行课中测验, 这样可督促一些平时不太认真的学生抓紧时间完成课题任务。对于一些确实优秀的学生, 可以给出一些工程课题, 教师提出一些技术要求, 让这部分学生自己去完成从加工工艺、具体加工方案制定和加工、装配等各个知识环节的全过程, 再由教师进行综合考核。

总之, 随着模具制造技术的发展, 高职类学校在《模具制造工艺》等课程教学中应以就业为导向, 以工作、职业活动过程为线索, 以职业能力的培养为课程教学目标, 从而实现模块化教学。它是以学生为中心设计的, 强调以学生直接体验的形式掌握新知识、新技术、新技能的教学方法。

参考文献

[1]李伟.模具制造工艺及设备课程改进初探[J].科技信息, 2007.

[2]袁小江.浅谈模具制造工艺学课程教学改革研究[J].职业教育研究, 2008.

[3]王晓辉, 于仁竹.基于实践能力培养的高校模块化教学模式研究[J].科技资讯, 2008.

制造模块论文 第6篇

21世纪的企业面临日益激烈的市场竞争, 要想赢得市场、赢得用户就必须通过实施ERP来加强企业管理。ERP软件主要是针对资源计划, 它处理的是昨天以前发生的事情, 亦可预计并处理明天将要发生的事件, 但对今天正在发生的事件留下了不规范的缺口。制造执行体统恰好能填补这一空白, 在考察MES系统本身的同时, 还要考虑新的计划层系统是否需要改进原有的MES系统, 原有系统是否能够满足新系统建设的需求。本文要介绍的就是某厂在现有MES系统中添加排产这一模块, 使得现场的实际情况能够的反映到系统中, 为管理人员提供及时、准确的数据服务生产。

1 架构体系和关键技术

Struts框架是典型基于MVC (模型-视图-控制) 模式的集成架构, 它提供了一个控制器controller servlet来处理导航流和一些特殊类来帮助数据存取。随框架也提供了一个充实的标签库, 以使Struts易于和JSP集成使用。实践证明, Struts能提升正确设计的Web应用的大部分性能。从一个框架性能的角度分析, Struts作为框架优点如下:

(1) Struts不仅是线程安全 (thread-safe) , 而且是线程依赖 (threaddependent) 的。

(2) Struts能自动组装用户的请求数据为Action Form bean。

(3) Struts提供的html、bean和logic标签库符合大部分JSP标记的需要, 它们减少了编写额外标签的需求。

(4) Struts是开放架构, 允许开发人员扩展。

(5) Struts是轻量且开源的, 而且具有完整的说明文档。

除了上述的优点外, Struts还具有支持国际化且高质量的产品维持, 并具有经典设计模式的框架设计, 高扩展性及强大的产品支持与供应等。这些都决定了Struts相对于其他框架来说是一个很理想的框架。

2 排产模块需求分析

排产计划就是为了减少生产过程中的不稳定性, 但是并不是杜绝, 因为在生产过程中受很多不确定因素影响。人、机、料、法、环这五个方面是需要现场班组长注意的, 也是工业制造企业管理中所讲的五要素。

人是生产管理中最大的难点, 也是目前所有管理理论中讨论的重点。如何提高生产效率, 首先从现有人员中去发掘, 尽可能发挥他们的特点;机就是生产中所使用的设备、工具等辅助生产用具。生产中, 设备是否正常运行, 工具的好坏是影响生产进度、产品质量的又一要素;料指物料, 半成品、配件、原料等产品用料, 通常有几种几十种配件或部件是几个部门同时运作。当某一部件未完成时, 整个产品不能组装, 造成装配工序停工待料;法指法则, 是指生产过程中所需遵循的规章制度, 包括工艺指导书, 标准工序指引, 生产图纸, 生产计划表, 产品作业标准, 检验标准, 操作规程等;环指环境, 环境也会影响产品的质量。排产的完善对于生产部门可以更加合理有效的安排生产, 对于管理部门可以更加清楚生产上的瓶颈。综上, 生产部门和管理部门对于排产模块的需求越来越强烈。

3 排产模块设计与实现

针对MES推进的计划和实际需求, 分以下八个部分介绍了排产模块的功能和流程, 最终实现MES中排产功能, 尤其针对排产中优先级问题给出了解决方案。

3.1 标准生产周期管理

标准生产周期是生产计划排程中的重要指标, 本功能用于计算并维护零件的标准生产周期。流程描述:

1) 标准生产周期编制, 填写申请投料提前期、申请标准生产周期、申请平均批量后, 进行提交。

2) 标准生产周期审批, 确认已填写的申请投料提前期、申请标准生产周期、申请平均批量后, 进行批复或退回。

3) 标准生产周期查询, 查看零件的标准生产周期。

3.2 标准班产数据管理

标准班产是生产计划排程中的重要指标, 本功能用于计算并维护零件的标准班产, 流程描述:

1) 标准班产编制, 填写合并工序、申请修改准备时间、申请修改加工时间 (普通设备) , 申请修改标准班产 (普通设备) , 申请修改加工时间 (数控设备) , 申请修改标准班产 (数控设备) , 进行提交。

2) 标准班产审批, 确认已填写的合并工序、申请修改准备时间、申请修改加工时间 (普通设备) , 申请修改标准班产 (普通设备) , 申请修改加工时间 (数控设备) , 申请修改标准班产 (数控设备) , 进行批复或退回。

3) 标准班产查询, 查看零件的标准班产 (工序级) 。

3.3 工序与人员维护对应关系

“人既是设备”概念, 泛指“不需要使用设备干活的人”。这类人大部分是钳工, 在生产过程中这类人作为瓶颈资源影响生产的情况同样比较明显。所以如果单纯的按照设备负荷率为核心排产的话, 会忽略掉“人员”这种瓶颈。为了适应这种特例, 而又不推翻预先制定的排产规则, 折中的办法是将这一类人员当做设备。

3.4 工人加工能力定义

工人加工能力是生产计划排程中的重要指标, 本功能用于维护制造单元下人员的加工能力系数, 流程描述如下, 根据工人不同的加工能力, 手工维护制造单元下人员的加工能力系数, 以此作为后续排程基础数据之一。

3.5 关键过程加工人员维护

关键过程加工人员维护模块是为了给关重工序添加三定人员操作者所使用, 本模块仅限关重工序可以添加操作者, 流程描述:

1) 首先在工艺路线维护模块定义某些工序为关重工序。

2) 本模块内仅显示工艺路线上定义为关重工序的工序信息, 并可以有客户人为选择该工序对应的加工者, 并对加工者进行排序。

3.6 排产优先级顺序定义

排产优先级是确定当多条任务在同一时间需要同一生产资源时判断由哪条任务率先通过该资源的理论依据, 优先级顺序可由用户根据现场需要进行指定。本优先级顺序指定只对编写人所在分厂生效, 不干涉其他分厂优先级顺序。

3.7 生产任务汇总

分厂生产任务是公司平衡各生产厂生产进度的结果, 也是生产过程中的指导性指标, 只有各分厂按照生产任务保质保量完成才能保证公司合同的顺利完成。

对于分厂而言生产任务按照来源不同可以细分为三类任务分别为, ERP系统通过MRP算法计算出的生产任务、生产指挥部计划员手动下达的生产任务、其他分厂周转到本厂的单工序任务。

3.8 规则排产计算

规则排产是MES系统中的高级功能, 基础数据的准确性直接影响最后排产结果。由于本次排产所要排的任务基础为所有未关闭任务, 并且排产期段为整个任务期间, 由人为指定可能会造成现场生产延误的设备并不准确, 因为光靠经验去权衡很有可能造成一段时候后的其他设备待加工零件挤压, 使现场零件流转停滞, 所以本次排产系统的基础原则未先分析各生产资源的预计占用率, 然后按照生产资源的预计占用量由高到低的顺序, 依次对每个生产资源进行待加工的零件的选取并排序。

经过项目组与生产指挥部的多次共同讨论, 将影响现场生产的部分重要客观条件制定为排产的优先级, 具体如下:厂际周转任务, 人为指定任务, 剩余周期不足的任务, 成品连台最低。排产优先级在使用相同设备的两个工序计划开始时间相同时使用, 每个规则进行判断后以4位字符型进行表示, 按照的任务优先级先后顺序拼成24位优先级字符串, 进行确定优先加工零件。

4 测试结果

测试环境:Windows XP专业版32位SP3, CPU为i5-25003.30GHz, 内存4G。

经过上述几次测试得出结论:按照排产要求, 在生产任务周期较短 (一周内) , 工序数量、对应关系较少 (具体阀值未知) 的情况下, 可以满足一个生产厂在同一时间内独立排产的需求, 其运算时间要由需排程日期长短、数据量大小、服务器性能来决定。

5 展望

制造执行系统提供了周期盘点次数、生产能力、材料消耗、劳动力和生产线运行性能、在制品存放位置状态和实际订单执行等涉及生产运行的数据, 弥合了企业计划层和生产车间过程控制系统之间的间隔, 是制造过程信息集成的纽带。深刻理解MES这一先进的管理思想, 把握好它的发展趋势, 对于如何在企业正确推广MES应用具有重要的理论和应用价值。

摘要：随着信息时代的到来, 企业也在逐渐以信息化管理模式取代传统的管理模式。制造执行系统一方面可以对来自ERP软件的生产管理信息细化、分解, 将操作指令传递给底层控制;另一方面, MES也可以实时监控底层设备状态, 采集设备、仪表的状态数据, 从而将控制系统与信息系统联系在一起, 并将生产状况反馈给计划层。本文主要介绍了MES排产模块引入的过程以及遇到的问题, 该模块的引入解决了长期以来困扰生产厂的排产瓶颈的问题, 大大地提高了生产的效率。

关键词：制造执行系统,Struts框架,规则排产

参考文献

[1]唐有国, 湛洪波.JSP网站开发详解[M].电子工业出版社, 2008:326-351.

[2]程艳.企业制造执行系统 (MES) 开发与ERP集成和实施研究[J].信息系统工程, 2012, 7 (20) :140-141.

[3]杨帆.叶片车间作业调度系统研究与开发[D].浙江大学, 2008.

制造模块论文 第7篇

产业链理论起源于马歇尔把分工扩展到企业与企业之间,强调企业间的分工协作的重要性。哈里森(Harrison)将产业链定义为采购原材料,转换为中间产品和成品,并将成品销售到用户的功能网链。

龚勤林从产业技术经济关系角度,提出产业链是各个产业部门之间基于一定的技术经济关联,并依据特定的逻辑关系和时空布局关系客观形成的链条式关联关系形态。

张耀辉(2002)认为:产业链是指从自然资源到消费品之间的层次,即从一种或几种资源通过若干产业层次不断向下游产业转移直至到达消费者的路径。

马士华(2000)等人从供应链角度定义产业链,认为供应链是围绕核心企业,通过对信息流、物流、资金流的控制,从采购原材料开始,制成中间产品以及最终产品,最后由销售网络把产品送到消费者手中,将供应商、制造商、分销商、零售商、最终用户连成一个整体的功能网链结构模式。

美国学者迈克尔.波特把企业创造价值的过程分解为一系列互不相同但又互相关联的经济活动,其总和即构成企业的“价值链”。

综合以上定义可归纳为,产业链中存在着上下游关系以及相互价值交换,上游环节向下游环节输送产品或服务,下游环节向上游环节反馈信息,产业链是由产品链、价值链、信息链、物流链和资金链等组成。随着模块化时代的到来,产业链中知识关联变得更加重要。

二、模块化与网络状产业链

(一)模块化涵义与发展过程

对于模块化,有许多不同的定义。青木昌彦(2002)认为,模块是指可组成系统、具有某种独立功能的半自律子系统,可以通过标准界面与其他子系统按照一定的规则相互连接,从而构成更加复杂的系统。本文沿用青木昌彦对产业模块的定义。

模块化包括产品设计的模块化和生产知识的模块化,有关生产的技术和知识能够实现在模块和系统层次的集成。模块化设计包括两个要素,一是模块化的部件设计实现标准化、系列化、通用化,并达到较高精度。二是接口的设计。我国引进采用简化、非能动安全设计的第三代核电技术AP1000就是基于模块化的设计理念。

随着技术进步和分工深化,模块化发展经历早期阶段产品零部件的标准化、系列化和通用化。这样可以节约零部件的更换、维修成本,零部件的标准化有利于大规模生产,获得规模经济,从而极大地降低产品的生产成本。第二阶段是基于产品设计模块化的敏捷制造,把许多功能集成在一个个的模块中,通过这些模块的不同组合满足用户的个性化需求,同时获得规模经济。第三阶段是模块化生产阶段。在一个共同标准的指导下,产品的性能被分解整合为不同的功能模块,只要能够通过一定的界面与其它模块连接,各模块拥有相当大的独立性和自主创新权利,从而以更低成本实现复杂程度较高产品的生产个性化发展。

(二)网络状产业链涵义

在模块化发展的第三阶段,即模块化生产阶段,产业链实现了从产品工艺分工到产品功能分工的飞跃,产品设计实现了模块化设计,产品功能被分解成一个个模块,对模块生产加工的知识也实现了以模块为单位的集成。模块化生产使得产业链呈现出一种网络状结构。网络状产业链的创新活动是分散的,在遵循共同标准的前提下,各模块可以自主创新。由于知识创新的分散性、不确定性和产品的功能分工,使得不同模块之间的联系是网状的,因此知识创新能够很快被整个产业链吸收整合,最大限度地创造顾客价值。

1. 网络状产业链的产品链。

网络状产品链上的产品具有模块化特征,通常是一个功能性的集合体,许多模块按照一个规则组成更大的系统。模块通常理解为可组合系统的、具有某种确定功能的、典型的通用独立单元,它可以通过标准的界面结构与其它功能的半自律的通用独立单元,按照一定的规则相互联系而构成更加复杂的系统。模块化商品是互补性的产品或服务,不同厂商生产的产品必须是兼容的,只有按照一定标准生产,具有系统特征的模块化产品才能互相兼容,发挥作用。各个模块生产是彼此独立的,只是通过设计规则产生间接联系,它们和系统集成商发生直接联系,系统集成商把产品或服务提供给客户。如图1所示:

2. 网络状产业链的价值链。

网络状产业价值链特征是规模报酬递增显著。其一,模块化产品生产中存在显著的规模报酬递增趋势。我国建设的核电站项目陆续将以AP1000为主,核岛系统设计简化、厂房建筑和设备配置大幅减少,随着国产化率不断提高,将获得更大的规模经济性。其二,每一个模块的生产存在分工的专业化报酬递增,对于复杂的模块化产品,任何一个公司都不可能精通所有的生产环节,每一个产商集中于最擅长的领域,尽量实现该领域技术的潜力,实现报酬递增。

产品的模块化有助于降低复杂系统的调整风险,模块内部的局部调整可以节约信息处理和传递费用,并且可以发挥专业化优势实现报酬递增。模块化可以带来选择价值,在一定的联系规则下,不同模块之间的信息是保密的,模块之间可以进行重复开发,互相竞争,选择性价比最好的模块,从而增加系统的价值。模块化也可以带来系统的创新价值,由于各模块是独立运行的,因此系统可以通过模块的分解、替代、整合进行创新,可以更好地满足顾客的个性化要求,创造顾客价值。

3. 网络状产业链的知识链。

网络状产业链的知识分工是功能性分工,根据功能划分模块。每个模块的生产知识是隐藏的;设计规则(标准)是显性知识,是公开的,在整个产业链上共享,大家遵循设计规则,实现模块之间兼容,发挥系统预定的功能;顾客只需熟悉操作界面,掌握如何操作的知识。分工经济的一个重要收益就是节约学习成本,模块化通过减少知识显性化的范围,节约人们学习成本,从而带来报酬递增,如图2所示。产业链上知识创新是分散的,各模块在遵循设计规则的前提下,自主创新,可以是功能实现方式的创新,也可以是功能的创新,更可以是新的模块组合创新。

三、构建上海核电装备制造网络状产业链

(一)核电装备制造产业特征

1. 产业关联程度高、波及效果明显。

核电装备制造业涉及纵向有色金属制造业、冶金、化工、通用设备制造业、专业设备制造业、电气机械及器材制造业、仪器仪表制造业、运输起重机械制造业等制造业的多数门类,以及横向的核电设备设计、研发和服务等。

2. 产品模块化、成套性强。

AP1000整个核电站共有结构、管道、机械设备和电气设备四类模块。核电装备包含核岛设备、常规岛设备、辅助设备、仪表及控制系统及核电材料五大板块,各自所处行业不同,需要跨行业配套零部件形成了一个系统的整体,因此设备成套性强。

3. 产业联系方式复杂。

核材料与核电设备制造之间具有纵向垂直供应链关系,通过产品、技术和资本等纽带联系;核电设备四大板块之间既互相关联却不具有较强的相关性;横向配套服务产业链的联系比较复杂,涉及招投标、科研设计、核电站建设等多个环节。

4. 市场结构具有明显的寡头垄断特征,进入壁垒、退出壁垒和行业集中度高。

要想进入核电装备制造业必须克服资金、技术、运营经验或资质、品牌、政策等各方面的壁垒,企业进入壁垒极高。核电装备制造业的固定资产投资规模大,资产专用性很强,并且对区域经济和相关产业带动能力强,企业退出壁垒极高。极高的进入和退出壁垒,使得该行业集中度极高,市场结构呈现寡头垄断特征。

5. 设备制造技术要求高、难度大,生产周期长。

核级产品因其对安全性的要求极高,形成了一系列的制造标准,生产厂商必须严格按这个标准进行生产。AP1000采用非能动技术,技术难度较大。核电材料的制造难度非常大,并涉及到有色金属、冶金及化工等产业,另外设备生产工艺复杂、生产周期长。

(二)上海核电装备制造业现状

目前我国已经引进的AP1000核电站正在建设中,上海电气是国家指定的承担第三代核电设备国产化的企业之一,当前正与其它单位一起攻坚关键技术。核电装备产业已被列入上海优先发展的重点战略产业,将在大型核电数字化仪控系统、压力壳、蒸发器等核容器的大型锻件和关键特殊核电材料等方面实现国产化,提高竞争力。

上海核电技术与成套装备工程研究中心为上海市发展核电产业提供技术、人才、研究开发平台等提供全方位的支撑,是集设计、制造、人才培养、质保管理为一体的官、产、学、研开放式的机构。有助于增加设计人员对装备技术、制造工艺感性认识、加深了解,提高工作效率。

上海核工程研究设计院正加大对于西屋第三代核电技术的借鉴、研究,并参与这一国家标准的制定。并在AP1000模块设计、工程实施中模块化分割的评价、模块生产能力提升等方面与国内其它公司进行合作。

上海宝钢集团投资近14亿元在上海北部将建成以690镍基U型管为主的,包括钛、高温合金和不锈钢等核电用特殊材料的管、棒、带、丝等在内的核材料基地。

上海电气是国内唯一拥有核岛主设备反应堆堆内构件和控制棒驱动机构生产能力的企业,已形成从核岛的压力容器、蒸汽发生器、稳压器、堆内构件、控制棒驱动机构、装卸料机、环吊、环形起重机、核级热交换器和核二、三级容器等设备到常规岛的汽轮机、发电机和主要辅机、以及大型核电铸锻件和仪控仪表等核电设备的配套供应链。

上海电气临港工厂作为核岛设备研发和总装基地,具备年产3套百万级核岛主设备、6套堆内构件和控制棒驱动机构制造能力。上海电气闵行核级锻件供应基地,将发挥上海重型机器厂大型热加工能力的集群优势,提高极端加工能力,压力容器、蒸发器、稳压器、堆内构件、主管道等核电主锻件年产量可达到5000吨。

上海目前已有百余家企业加入核电设备制造和配套体系,包括有色金属、造船、化工等企业,还有阿波罗泵业、凯泉泵业、良工阀门厂等在内的民营企业,这将促进核电产业在技术和体制上的创新。

(三)上海核电装备制造网络状产业链整合

核电装备包括核岛设备、常规岛设备、辅助设备、仪表及控制系统以及核电材料五大板块,各个板块下面又有许多相互独立的系统模块,比如核岛非能动安注系统、非能动安全壳冷却系统等。本文的核电装备制造产业链是指围绕核电设备的设计、研发、生产、销售、服务而相互关联的经济组织通过一定的组织关系而形成的产业集合体。核电装备制造产业链呈现一个网络状结构,涉及到一系列前后关联、横向延伸的产业,包括垂直的供应链及横向配套的服务链。如图3、图4所示。

从模块化发展阶段来看,AP1000核电设备制造处于模块化生产阶段。当然兼有早期阶段的产品零部件的标准化、系列化和通用化,也兼有敏捷制造阶段的产品组合化和产品内在的通用化,尽管每个核电站因地理环境等因素对核电机组设备的设计和技术标准要求不同,但主体性质是基本相同的,因此核电设备设计与制造企业可以在保持产品主体稳定的情况下,按照业主的要求将相应的设备组合于主体上,像常规岛主要设备的选型与核岛的选型没有直接的关系,虽然AP1000与第二代核电技术的核岛设计有很大的区别,但常规岛系统及其它系统的一些设备与二代核电设备还是存在兼容。那么在模块化生产阶段,各个模块只要能够通过一定的界面与其它模块连接,各模块拥有相当大的独立性和自主创新权利。

随着产业的不断发展,竞争加剧,产业链始终处于不断的变革中,原来的产业链发生分化和整合。本文产业链整合是指产业链上的企业能够通过直接或间接控制链上其它企业决策,并产生期望的协作行为,下面从三个角度来分析如何实现上海核电装备制造产业链整合。

1. 产品整合。

负责生产零部件的厂商、模块化产品预制的制造厂将各产品零部件或预制产品通过高效的物流系统运送到总装企业,在闵行和临港两大核电装备制造基地经过组装或系统集成形成成套设备。总装企业掌握成套设备等产品层次以及与创造顾客价值相联系的配置性知识,提出具体的零部件规格要求,生产零部件的厂商主要掌握有关原材料和零部件的特殊性知识和整合性知识,按照要求生产。

2. 价值整合。

各模块化产品预制厂商一方面在满足总装企业的要求下,尽量应用信息化管理手段实现制造流程和物流的无缝连接,集中招标采购,控制库存,降低成本;另一方面,由于知识分工,模块的生产是分别进行的,每个模块可以通过创新带来选择价值的增加,最终经过系统集成、检测,在产品整体中体现出来。在满足界面标准要求下,各模块内部可以进行局部调整,通过模块分解化、替代、整合进行创新,满足业主的个性化要求,创造顾客价值。

3. 知识整合。

对于核电设备产品模块化设计、研发、生产和为其服务的各部门不仅需要共享业主的个性化需求、库存及物流配送的实时信息,还要共享各个企业专业化方向的差异,以便进行知识整合。更重要的是,模块化设计单位通过制定设计规则,排除模块间的相互依赖性,它们间的联系通过在整个产业链内共享的标准来表达,对产品生产的知识进行结构化的处理,产品被划分为不同的物理模块,模块生产加工的知识整合在不同的模块中。模块最终在总装企业及两大核电基地经过系统集成和检测,实现隐性模块与系统的契合。核电设备制造在整个产业链中存在二次设计问题,上海电气经过三十多年在核电设备制造方面的发展,具有利用其边界以外的技术能力或知识的吸收能力,应与上海交大、核工院合作组成知识联盟,掌握第三代核电机组的设备设计与制造技术,实现关键设备制造的国产化和自主化,并向设备设计、制造、供货和服务集成的方向发展。

总之,通过核电装备制造的产品、价值和知识整合,有效利用各方面资源,形成以上海电气为主体、上海核工程研究设计院为依托、上海市核电办公室为纽带、相关主要单位辅佐的网络状产业链,加强设计与制造结合和协作,努力提高自主创新能力。

摘要：通过对上海核电装备制造业现状的分析,可以得出从产品整合、价值整合、知识整合三个角度来实现上海核电装备制造业产业链整合的结论。经过整合,上海核电装备制造业可以有效利用各方面资源,形成以上海电气为主体、上海核工程研究设计院为依托、上海市核电办公室为纽带、相关主要单位辅佐的网络状产业链,能够在加强设计与制造结合和协作的基础上,提高自主创新能力。

关键词：产业链,网络状产业链,模块化生产,核电装备制造

参考文献

[1]龚勤林.区域产业链研究[D].成都:四川大学学位论文,2004

[2]张耀辉.产业创新的理论探讨——高新产业发展规律研究[M].北京:中国统计出版社,2002

[3]芮明杰,刘明宇,任江波.论产业链整合[M].上海:复旦大学出版社,2006

制造模块论文 第8篇

随着产品多样化的趋势逐渐增强,产品生命周期将逐渐缩短。在市场竞争压力之下,企业需要在适当时机增加新的产品品种,然而产品品种的多样性、少批量会使企业负担加重,单个企业不足以独立完成产品研发制造的全过程。产品研发制造的本身是一个复杂的系统工程,模块和模块化是解决这种复杂问题的新兴工具[1]。产业集群内高密度关联企业的集聚具有集聚优势资源的网络特性,凭着多元主体相互配合能够为复杂性产品研发制造提供极大的分工网络和生产制造空间,快速响应市场的变化。而且集群内企业间的关系可以被分割为系统设计商与模块化供应商之间关系,不同模块供应商之间的关系,相同模块供应商之间的关系[1],这些多元关系主体通过模块化生产把产品价值链分解成若干独立的节点和专业化知识片断,节点间通过外包模块或采购相同模块组件,通过不同模块间的动态组合来及时满足特定的市场和顾客需求,这就使得集群模块化制造具有充分的灵活性和反应能力[2]。

产品模块化的意义在于带有特定参数的模块经相互组合成为一系列产品品种。在创新竞赛的环境下,产业集群内众多研发制造主体为各种特定参数模块的研发制造提供技术动力和智力支持,这种模块化的先天优势是单个企业无法具备的。但是产品系统、制造系统的模块化必然产生契约交易关系,进而产生交易时的信息成本、执行成本[3]以及多元主体间的协调成本,尤其是“模块集中化”时各模块供应商独立设计的子系统(模块)如何有效组合的决策成本更为重要,因为一旦模块化组件及各种规则确定后,不仅产生机会成本,还会影响模块化组件组合后的模块化成本和模块化收益。此外,高度独立和松散耦合[4]的各模块组件设计和制造者如果不能协调好模块化水平、产品规格、模块化组件组合等问题,将出现集群内模块化不足或模块化冗余问题[2]。因此,在各种条件约束的情景下实现适度模块化、选择最优模块组件组合是集群模块化制造网络中多元主体能否享受模块化红利的关键。本文借用多目标决策模型研究模块化中组件优化组合问题,为解决此领域同类问题提供模型化参考方案。

2 产业集群模块化制造中的各功能模块及关联主体

通过模块化的杠杆作用,可以采用不同产品的模块化设计来减少产品差异化的成本[5]。然而,要实现模块化产品的生产要首先确定哪些模块组件的组合可以形成多种多样的产品品种,哪些模块组件会在不同的产品品种中重复出现,哪些组件只会在特定的产品品种中出现。这些问题的解决必须通过模块的分类实现,按照特定功能类别可将模块划分为五大类(如图1所示):

在模块化制造体系中,系统集成商、专用模块/通用模块供应商之间“面对面”合作与“背对背”竞争关系形成了一条模块化产品生产链[2]。模块化产品由通用模块(不变、标准部分)+专用模块(变动、创新部分)组成[6],其中通用模块是最基本的一种模块用来实现产品的基础功能,这些基础功能对消费者而言是无差别的,可以通过统一标准化设计,进行大批量生产实现规模经济。专用模块被用来实现特定的功能需求,只在少数产品品种中出现,消费者可以通过个性化定制实现对产品特定属性的特殊偏好。辅助模块通常被用来作为连接不同模块的接口,以产业集群内统一的显现规则为其设计基础。适应性模块用来实现和产业集群外其他产品的兼容,通常可以实现不同产品间的协调。任务模块被用来满足极少数的市场需求,这些需求通常是产品功能设计中不涉及的。

国内外很多学者借助“瀑布效应”研究上述模块化组织的价值创新机理,各关联主体间竞合关系及在模块化制造中的地位可通过图2所示[6]。

3 模块化产品结构与最优模块组合

产品结构决定了各部分组件的模块集成方式,进而决定了产业集群企业间的模块化分工协作关系。一个组件在产品结构中的位置决定了其在产品些列中的适用范围,同时也是其生产企业在产业集群模块化制造分工网络中位势的体现。一个立足于集群模块化研发制造的产品结构设计应当有利于产品组装,同时也应当有效利于整合集群制造网络内外的资源。一个好的产品设计结构,应该有利于缩短生产循环时间,降低各企业的存货成本和协调成本。从集群整体看,产品结构是集群企业相互联系的纽带。安德瑞森等曾提出若干利于产品组装的结构设计原则(如图3、表1所示)。

资料来源:Andreasen, M.M., Kahler, S. and Lund, I.,Design for Assembly, IFS Publications,Springer-Verlag, Berlin.

在系统集成商将产品结构确定之后,接下来面临的问题是如何从产业集群制造网络内众多企业所生产的模块组件中选择最优的组合。按照模块化分工原则,系统集成商负责显性规则设计,模块供应商展开相对独立的“背靠背”的创新竞赛[7]。确定模块化产品系统的设计规则后,显性和隐性规则在各模块商中扩散和传播,各模块制造商在既定规则的指导下,独立地开展设计、制造活动,实现产品模块化分解与整合[8]。模块化通过背靠背的竞争模式和允许试错的试验方式对效率的提升起到了积极的推动作用,同时也创造了数量众多的模块组件备选项,即模块组件元素。图2中模块化组织自上而下逐级增加,因此提供的组件元素也会倍增,模块组件选择的自由度就增大。在众多组件元素中择优组合需要经过技术经济的分析论证,使得模块化整合后的最终产品能最大程度的满足市场对于功能的需求,同时从产业集群整体来看付出的资源成本最小。本文通过构建多目标决策模型在特定约束条件下解决这一复杂性技术经济问题。

4 模块组件选择的多目标决策模型构建

4.1 模型假设

(1)假定某产业集群制造网络内有模块化系列产品F={A、B、C、D、E……Q},所有产品的设计结构用向量 表示,xi¯=A,B,C,⋯⋯Q每种产品被分为模块集合{J∣αi∈J,i=1,2,3……,j};(2)αi表示第i个模块。每种产品都可由这j个模块的全部或者部分组成;(3)每个组件在产品结构F的各个层次上实现特定的功能,某个产品模块组件由产业集群中的k个模块供应商提供组件元素,即每个供应商提供一种模块设计方案,此模块有k个备选方案;(4)每个模块的设计变量的数量H是固定的,即每个模块要实现的特定功能事先被规定好,模块供应商通过创新活动赋予设计变量不同的属性,属性不同则功能的大小不同;产品组件元素矩阵M表示产业集群产品由不同的模块元素组件构成

Μijk={0表示模块j未在产品i中使用1表示模块j的第k个组件元素在产品i中使用

第j个模块的第k个组件元素表示为xjk¯,若xjk¯通过h个设计变量实现特定功能则模块J的变量设计空间为xjk¯=(x1jk¯‚x2jk¯‚x3jk¯⋯⋯xΗjk¯)‚Η表示第j个模块的设计变量总数,相同组件的组件元素的设计变量个数一样;所有组件元素的设计空间表示产业集群的设计空间为X¯=(x11¯‚x12¯‚x13¯‚⋯⋯x1k1¯‚x21¯⋯⋯x2k2¯‚⋯⋯‚xj1¯⋯⋯xjkj¯)。

4.2 组件优化组合中的多目标函数及条件约束

4.2.1 多目标函数。

产业集群制造网络内模块组件组合的目标函数包括以下两个方面:

(Ⅰ)f(Xi¯‚Μ)‚i=A‚B‚C⋯⋯Ρ,对某个产品品种的优化问题,如某种产品的模块化收益,即Μaxfi(Xi¯,Μ),这一收益可能受到产业集群制造网络内诸如各模块化厂商的价值创造能力、厂商之间的协调能力等因素的影响;

(Ⅱ)f(Xi¯‚Μ)对产业集群产品系统整体的优化问题,如所有产品消耗资源尽量少即Μinf(X¯‚Μ)。

可将这两个方面的目标统一为产业集群产品制造系统所创造的模块化利润价值最大化,即充分模块化时的收益,表示为:

ΜaxXi¯,ΜjkValue=ΜaxXi¯,Μjk∫U(∑i=AQΟi⋅Ρri-(Ι0+∑Ιi⋅Ρr)dΡr

其中Oi表示第i种模块化产品的价值贡献目标,包括收益、市场份额、市场形象等;Ρri表示第i中产品价值贡献的影响因素可能性的概率,U表示概率的分布空间; I0表示集群内的企业用于产品系统模块化改造的初始固定投资,Ii表示生产第i种产品的成本。

4.2.2 约束条件。

(1)对某种产品的约束Li¯(Xi¯‚Μ)≦Γi¯,如市场可接受价格对产品i成本的约束表示为∑i∑Μi‚jk≦Ρi;

(2)产业集群模块化制造网络内整体资源约束,如产业集群模块化网络中的关联主体整体研发实力(产业集群主体可设计出的模块类型数和组件元素数)和生产资源的限制,L¯(x¯‚Μ)≦Γ¯,根据产业集群内的实际情况此约束可以被细化为:

∑j=1J∑k=1Κjλjk⋅Ψjk≤Γ1λjk={λi‚jΜj0‚当且仅当Μi‚j≠0时

λjk表示被多个产品品种共用的通用组件元素的组装成本;Ψjk为通用组件影响因子,并且有Ψjk=∑n=1Ujk(1-Wjk)n-1,其中Wjk表示第j个模块组件被重复使用后的技术扩散使得组装成本的下降程度,Ujk表示第j个模块的第k个组件的重复使用次数并且

Ujk=∑i=AΡθjk‚

θjk{10

,当且仅当Mi,j=k时θjk=1,否则θjk=0

(3)通用组件共享约束,每个通用组件必须有相同的设计参数,即XMr,j =XMs,j , ∀(r,s)∈F×F∣Mr,j=Ms,j,r∈F,s∈F,r≠s;

(4)模块组件兼容性约束(如一个模块使用二进制编码,另一个模块使用十进制编码),可定义0-1矩阵表示这一约束,若产业集群中所有被生产出的组件元素数目为m=∑j=1JΚj,有被选模块兼容矩阵Z,对于矩阵元素

Zm1,m2有 Zm1,m2

={1 当模块组件元素m1与模块组件元素m2兼容时0 当模块组建元素m1与m2不兼容时

例如矩阵

Ζ=m11m12m21m22[m11m12m21m221111110110111111]

表示模块1的第2个组件元素和模块2的第1个组建元素无法兼容,对于产品i而言,模块的兼容约束可表示为∏j1‚j2JC(Μi‚j1‚Μi‚j2)>0。

综上,可建立的多目标优化函数为

ΜaxXi¯,ΜjkValue=ΜaxXi¯,Μjk∫U(∑i=AQΟi⋅Ρri-(Ι0+∑Ιi⋅Ρr)s.t(1)∑i∑Μi,jkCi≦Ρi(2)∑j=1J∑k=1Κjλjk⋅Ψjk≤1(3)X¯Μr‚j=X¯Μs‚j‚∀(r‚s)∈F×F∣Μr,j=Μs,j,r∈F,s∈F,r≠s(4)∏j1‚j2JC(Μi‚j1‚Μi‚j2)>0

5 结语

产品的模块化组件选择是一个多目标的综合优化问题,很难建立统一的优化模型,其影响因素不仅包括产品本身的因素(如结构、类型、性能等),还包括其它因素。考虑到产业集群模块化产品系统本身是一个复杂适应系统,模块化产品价值最大化问题涉及到众多复杂多变的参量,该模型不可能是一个精确应用模型。搭建该目标规划模型框架旨在将实际问题用数学模型语言表达,使分析过程模型化,从而为产业集群模块化制造网络中产品系组件优化组合构建理论基础。另一方面,将产品组装的系统性纳入分析过程,进一步提高分析过程和多目标规划模型的实用性。在产业集群模块化制造系统的分工协作过程中应当仔细分析产品系统的技术目标和产业集群的实际资源能力约束,保证目标规划模型的科学性,以期在既定的约束条件下实现最大化模块化收益。当按照产业集群的实际情况根据这一模型框架建立运筹模型之后,对于这种复杂目标规划问题可考虑采用仿真技术进行求解。

摘要：产业集群内模块化分工和制造实现产品的模块化分解与集中,为多品种、少批量的生产方式提供了获取模块化红利空间。然而,产业集群内模块化主体设计、生产的各模块组件如何在整体资源能力、通用共享性、兼容性等特定约束情景下实现优化组合直接影响到模块化杠杆作用的充分发挥。借助多目标决策方法,模型化产业集群模块化制造中的这一技术经济问题,为在既定约束下获取最大模块利好提供量化决策方法。

关键词：产业集群,模块化,组件,多目标决策

参考文献

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制造模块论文 第9篇

关键词：模块化设计,技术创新,持续竞争优势,珠三角大中型制造企业

0 引言

制造业是一个国家经济的基础, 我国在收获改革开放三十年成果的同时, 劳动力成本及土地成本不断攀升, 原有的低成本竞争优势逐渐丧失, 经济转型, 产业升级的压力渐行渐近。随着全球化步伐的加快, 通讯、信息技术的高速发展, 技术呈现快速或跳跃式的发展, 许多传统的竞争优势难以维持, 提升我国制造业的软实力迫在眉睫, 尤其是珠三角制造企业, 明显的外向型经济特征, 使其成为转型升级的最前沿。

随着信息时代的来临, 企业所面临的环境日趋动态。珠三角制造企业在稳定环境下建立的优势正不断被侵蚀, 需要通过持续的技术创新活动来帮助企业实现转型升级, 在动态性环境下重新建立竞争优势。回顾西方发达国家走过的现代工业化之路, 模块化开创了一个工业技术创新的全新时代, 甚至可以媲美19世纪铁路运输发展对西方现代工业的贡献。由于模块化的通用性, 制造企业能在实现大规模、标准化生产的同时最大限度地满足客户的个性化需求。西方许多企业纷纷尝试以模块化的方式来应对日趋复杂的市场环境与客户需求。国外对于模块化的研究比较丰富, 并且在制造企业的实践中已经获得了大量成功。但国内对于模块化的研究基本还处于理论研究初期, 对其影响竞争优势机制的研究还较少。本文探讨技术创新在模块化设计与竞争优势关系间的中介作用, 旨在为珠三角大中型制造企业进行产品模块化的探索提供理论与实践指导。

1 理论回顾与研究模型

随着波特“竞争优势三部曲”的提出, 竞争优势逐渐成为了战略管理研究的核心问题。根据蓝海林等 (2007) 的定义, 竞争优势是指企业超越竞争对手, 实现盈利与市场占有率提高的一种能力。

关于企业竞争优势来源的理论研究, 经历了“核心能力理论”到“动态能力理论”两个发展阶段。早期的学者从资源基础观视角出发, 提出企业竞争优势来源于企业的“核心能力”。随着经营环境的日益动荡, 传统的企业核心能力由于自身存在的“刚性”问题, 使其难以成为企业持续竞争优势的来源。企业需要寻找新的途径, 如精益生产、柔性制造、流程重组、全面质量管理等, 来获取动态环境下的竞争优势。所有这些新兴的制造思想, 都要求企业具备“柔性”的生产能力。在这样的背景下, Teece (1997) 提出了动态能力理论, 认为动态能力是企业整合、建立以及重构企业内、外部能力以适应快速变化环境, 不断获得暂时优势的能力。

动态能力理论的发展为研究企业持续竞争优势的来源提供了全新的理论视角。耿新和张体勤 (2010) 综合了Subba Narasimha (2001) 和Danneels (2008) 的观点, 认为企业的动态能力包括市场动态能力与技术动态能力两方面:Subba Narasimha (2001) 认为市场动态能力强调企业开拓新市场与适应当前客户需求变化的能力;Danneels (2008) 则强调了企业根据环境变化开发新技术的能力。

模块化战略被西方管理学界誉为“动态变化时代的竞争战略”。模块化设计可以为制造企业带来许多优势:第一, 制造企业专注于核心模块的开发, 可以增强企业的核心能力, 同时减少研发成本;第二, 制造企业通过对核心模块的改进, 可以较过去更为轻松地实现新产品、新技术的开发与应用, 加快技术变革的步伐;第三, 由于各模块的独立性, 制造企业可以通过大规模制造标准化模块来提高效率和降低成本, 同时又能通过模块的组合实现产品的多样化, 从而在大规模生产的同时实现对客户需求的快速响应。因此本文认为, 模块化设计是制造企业发展动态能力的重要途径。

模块化设计往往与技术创新联系在一起, 对核心的产品模块进行改进或重新设计, 可以实现渐进式的技术创新;对模块化平台进行改革, 则可以导致突破式的技术创新。无论是在静态或者动态环境下, 技术创新都是竞争优势的来源, 而动态环境下, 通过不断进行技术创新活动, 企业可以不断获得暂时性的竞争优势, 从而构成企业的持续竞争优势。

企业发展动态能力, 就是为了获得持续性的竞争优势。进一步研究持续竞争优势的构成, 本文借鉴了蒋峦和蓝海林 (2004) 的观点, 认为企业的持续竞争优势由以下几方面构成: (1) 品牌优势, 品牌是企业的无形资产, 是企业产品高附加价值的持续来源; (2) 连续先动优势, 先动企业能够较竞争对手更迅速地获得客户与声誉, 更快地获得利润、降低成本, 为企业创造竞争优势; (3) 大规模定制优势, 动态环境下既要求制造企业降低成本, 又要求企业满足客户的个性化需求, 拥有大规模定制生产能力的企业可以同时实现两方面的目标, 从而获得大规模定制优势。

根据以上分析, 本文基于动态能力理论, 以技术创新为中介变量, 提出模块化通过技术创新, 影响品牌优势、连续先动优势和大规模定制优势的研究模型, 如图1所示。

2 假设提出

2.1 模块化设计对竞争优势的影响

根据动态能力理论, 拥有较强动态能力的企业, 其竞争优势的获得和维持就会变得相对容易, 因为动态能力能够强化现存资源的配置, 而且快速的回应能力使得企业能够迅速满足市场需求。而制造企业将产品进行模块化分解, 可以更好地应对环境的不确定性和组织的进化要求, 同时满足客户的多样化需求并减少成本, 帮助企业构建动态能力。

具体来说:第一, 制造企业利用模块化设计将产品分为若干模块, 可以将非核心模块进行外包, 从而专注于核心模块的研发, 能有效降低生产成本, 提高产品质量, 使消费者获得性价比更高的产品, 从而提升企业的品牌优势。第二, 制造企业不仅可以通过对模块化设计平台的改良实现突破式的创新, 也可以通过对核心模块的改进实现渐进式的技术创新, 有利于企业消除新技术、新产品推出市场的时滞效应, 获得连续先动优势。第三, 模块化的产品只需要通过简单的不同模块的重新排列组合就能轻松实现产品的多样化, 并且可以对产品模块进行大规模生产, 从而获取大规模定制优势。因此, 模块化设计能为制造企业带来品牌优势、连续先动优势、大规模定制优势。所以本文提出以下假设:

H1a模块化设计对品牌优势有显著的正向影响。

H1b模块化设计对连续先动优势有显著的正向影响。

H1c模块化设计对大规模定制优势有显著的正向影响。

2.2 技术创新的中介效应

模块化设计就是对生产要素 (产品模块) 按照一定规则进行“重新组合”。因此本文认为模块化设计可以促进制造企业的创新活动, 尤其是技术创新活动。只有持续的技术创新才能实现企业品牌优势的维持。由于环境的动态性, 珠三角地区的企业竞争优势维持阶段在不断缩短, 一项新技术能为企业带来的领先优势可能很快就消失殆尽, 只有不断地进行技术创新, 才能不断获得新的暂时优势, 从而获得连续先动优势。制造企业要将大规模、标准化生产与满足顾客个性化需求结合起来, 需要有先进的企业信息系统、现代化产品设计技术、模块化管理技术和业务流程重组技术等作为支持, 因此持续的技术创新, 能为企业创造大规模定制优势。

Pil&Cohen (2006) 就基于动态能力理论, 通过实证分析, 得出了模仿创新在模块化设计和企业持续竞争优势之间起中介作用, 模块化情境下的产品设计和绩效产出能够使模仿创新变得简单, 同时降低了动态能力开发的复杂性, 从而增强企业的持续竞争优势。本文基于珠三角制造企业的实际, 认为技术创新在企业通过模块化设计获取持续竞争优势的过程中发挥了重要作用。因此提出以下假设:

H2a技术创新在模块化设计与品牌优势的关系中起中介作用。

H2b技术创新在模块化设计与连续先动优势的关系中起中介作用。

H2c技术创新在模块化设计与大规模定制优势的关系中起中介作用。

3 研究设计

3.1 问卷设计与数据收集

本研究问卷的发放区域为珠江三角洲主要城市, 这些城市包括广州、深圳、佛山、珠海、东莞、惠州、江门和肇庆。共向该区域的制造企业发放800分调查问卷, 回收512分, 回收率为64.0%, 剔除无效问卷131份, 剩余有效问卷381份, 有效回收率为47.6%。根据国家统计局对工业企业规模的划分标准, 销售额在3000万元以上的属于大中型企业, 即为本文的主要研究对象。本文针对符合该标准的300份问卷数据进行实证分析。

Peng和Luo认为, 中国企业间存在着行业类型、所有制类型 (国有、民营和外资) 、规模及行业发展阶段的区别。因此本文选取了行业类别、所有制性质、销售收入和资产总额这四个组织特征作为控制变量。样本基本信息的描述性统计如表1所示。

本研究在问卷编制过程中, 与有关专家学者、产品模块化管理人员进行了多次访谈与探讨, 以使问卷结构更合理, 表述更清晰。并在正式调查之前选择了50家珠三角地区的制造企业进行预调查, 根据反馈信息对问卷做了反复修正与调整, 形成了最终的问卷。

调查问卷的第一部分为受访者基本信息及受访企业行业类别、销售额、资产总额和所有制性质等控制变量的基本信息。第二部分使用李克特五分量表对研究涉及的变量进行了题项设计, 共包括模块化设计5个题项;技术创新4个题项;持续竞争优势11个题项, 包含品牌优势 (3个题项) 、连续先动优势 (3个题项) 和大规模定制优势 (5个题项) 三方面内容。

3.2 信度与效度检验

本文采用Cronbach’sα值检验量表信度。一般认为, Cronbach’sα值大于0.70则可以说明量表信度较好。检验结果显示, 所有变量的Cronbach’sα均大于0.70 (见表2) , 表明各量表的信度较高。

本文使用验证性因子分析对对量表效度进行检验。侯杰泰等 (2004) 认为, 在验证性因子分析中, 卡方值 (χ2) 与自由度 (df) 的比值小于5, RMSEA值低于0.08, IFI、CFI、NNFI等拟合指标大于0.9则可以认为模型拟合度较好, 验证性因子分析的检验结果如表2所示, 各项拟合指标均达到较好的水平, 说明量表的效度较高。

4 实证分析与结果

本文使用SPSS16.0与LISREL8.7作为实证分析工具, 对各量表进行相关分析, 使用回归分析及结构方程模型 (SEM) 方法进行假设检验。

4.1 变量描述性统计与相关分析

本文在对理论模型进行假设检验之前, 首先对各变量的均值、标准差和变量间的相关系数进行了分析与描述 (见表3) 。结果表明, 各变量间的相关性均比较显著, 可以对各变量间关系进行进一步探讨。

4.2 假设检验

4.2.1 模块化设计对品牌优势、连续先动优势及大规模定制优势的影响

注:**表示P<0.01.

模块化设计对品牌优势、连续先动优势及大规模定制优势的回归结果见表4。由模型2、模型4和模型6可见, 模块化设计对品牌优势 (β=0.405, P<0.001) 、连续先动优势 (β=0.520, P<0.001) 和大规模定制优势 (β=0.479, P<0.001) 均具有显著的正向影响, 并且各模型增量效应显著 (品牌优势ΔR2=0.162, P<0.001;连续先动优势ΔR2=0.268, P<0.001;大规模定制优势ΔR2=0.227, P<0.001) 。故H1a、H1b和H1c均获得支持。

此外, 通过对回归结果的观察, 本文还发现, 企业所有制性质对企业通过模块化设计获得大规模定制优势具有显著影响, 即外资、港澳台资企业更容易通过模块化设计获得大规模定制优势。

注:*表示P<0.05, **表示P<0.01, ***表示P<0.001;模型2的ΔR2以模型1作为比较, 模型4的ΔR2以模型3作为比较, 模型6的ΔR2以模型5作为比较.

4.2.2 中介效应检验

本文首先构建了一个完整的部分中介模型, 并使用结构方程模型方法对该模型数据进行拟合, 结果表明模型的拟合优度 (χ2/df=2.584, RMR=0.035, RMSEA=0.073, IFI=0.96, CFI=0.96, NNFI=0.96) 较为理想。拟合后获得模型A, 如图2所示。

注:***表示P<0.001.

为了进一步检验技术创新的中介效应, 本文构建了7个嵌套模型:删除路径“模块化设计———品牌优势”, 得到模型B;删除路径“模块化设计———连续先动优势”, 得到模型C;删除路径“模块化设计———大规模定制优势”, 得到模型D;同时删除路径“模块化设计———品牌优势”和“模块化设计———连续先动优势”, 得到模型E;同时删除路径“模块化设计———品牌优势”和“模块化设计———大规模定制优势”, 得到模型F;同时删除路径“模块化设计———连续先动优势”和“模块化设计———大规模定制优势”, 得到模型G;同时删除路径“模块化设计———品牌优势”、“模块化设计———连续先动优势”和“模块化设计———大规模定制优势”, 得到模型H。

各嵌套模型的拟合指标如表5所示。可以看出各模型间的差异均没有达到P<0.05的显著水平, 可以认为各模型间并不存在显著差异, 故应该选择接受路径数最少的模型, 即接受模型H。

注:P<0.05的临界值为Δχ2/Δdf>3.84.

通过对模型H进行拟合, 得到如图3所示的拟合结果。可以看见图中所示的是完全中介模型, 即技术创新在模块化设计与品牌优势、模块化设计与连续先动优势、模块化设计与大规模定制优势三组关系中都起完全中介作用, H2a、H2b和H2c均获得支持。

注:***表示P<0.001.

5 结论与启示

本文通过实证分析, 重点研究了技术创新在模块化设计对持续竞争优势影响中的中介作用, 并明确了技术创新在模块化设计与品牌优势、连续先动优势及大规模定制优势关系间中起完全中介的作用。本文的数据样本充分体现了珠三角地区大中型制造企业特征, 在为模块化设计、技术创新及持续竞争优势理论研究提供一些有益补充的同时, 也为珠三角地区的大中型制造企业获取持续竞争优势提供了指导建议。

根据实证分析获得的结果, 本文做出以下结论:

第一, 通过对珠三角大中型制造企业的实证研究表明, 与国内外许多实证研究结果一致, 模块化设计都对品牌优势、连续先动优势和大规模定制优势都具有显著的正向影响。随着土地成本和人力资源成本优势不再, 珠三角地区的大中型制造企业应当通过模块化战略重塑自身的竞争优势。

第二, 企业在培育自身模块化设计能力的过程中必须注重技术创新的作用, 因为技术创新在模块化设计对品牌优势、连续先动优势和大规模定制优势的关系中均起到完全中介作用。模块化设计能力不能直接产生持续竞争优势, 只有通过技术创新才能够获得。值得注意的是, 企业不应只关注改善产品模块的渐进式技术创新, 更应该关注模块化平台的创新, 这种突破式的创新正是熊彼特所说的“创造性的毁灭”, 这种创新模式才是更高层次的, 能使企业在更长时期维持竞争优势的根本来源。

第三, 实证分析结果表明, 技术创新投入可以直接促进企业持续竞争优势的获取。珠三角地区的制造企业必须坚持投入技术创新活动, 注重自主研发, 将“中国制造”转变为“中国创造”, 才能真正在日益动荡的世界一体化经济环境下获得持续性的竞争优势。

第四, 通过对控制变量的观察, 本文发现外资、港澳台资企业较国有企业、集体企业而言, 更容易通过模块化设计获得大规模定制优势, 这也反映了它们面对多需求市场, 满足顾客需求的能力更强。许多国有企业还具有一定的垄断性质, 即卖方市场, 即使存在竞争, 也往往由于有政府的支持而不需要太多考虑客户的个性化需求, 因此在引入竞争机制后, 国有企业与外资或港澳台资企业相比, 对通过模块化设计获取大规模定制优势还相对欠缺。

本文研究对象主要为珠三角地区的大中型制造企业, 其结论与建议对于中小制造企业及其他地区制造业是否适用仍有待进一步研究。另外, 本文使用的是截面数据, 而动态数据应该更符合持续竞争优势的研究, 因此, 下一步的研究应该考虑使用更多的纵向数据。

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