产品模块化设计与PDMPLM

从60年代资源经济到21世纪体验经济的转变，经历了技术创新、产品创新、价值创新等阶段。所谓体验是指使每一个消费者以个性化的方式参与某个事件，使其情绪、体力、智力和精神达到某一特定水平时在意识中产生的美好感觉。产品提供者不仅仅向消费者提供商品或服务，更要提供最终的体验，充满感性的力量，给消费者留下难以忘怀的愉悦记忆。不难看出，消费者价值观的差异必然导致产品或服务的个性化。个性化成为目前制造企业面临的三大挑战（全球化、绿色化和个性化）之一。全球企业都在不同程度地追求着产品的个性化。然而，个性化生产模式必然会导致产品生产的低效率，如何解决生产效率与个性化的矛盾呢？我们知道，模块化设计可以在减少内部多样化的情况下，获得更多的外部多样化。通过模块化设计可以解决生产效率与个性化的矛盾。PLM技术在提高企业产品设计和管理效率的同时，也能为模块化产品设计提供一些技术支撑。

当回归产品设计的本源，重新探讨产品开发方法论时，我们会发现，我们曾经忽视了一个重要阶段——产品开发阶段。在产品开发阶段，产品设计师根据市场要求进行产品规划，比如：这个产品采用什么样的架构，企业供应链如何配套，如何进行模块化产品设计？模块化产品还存在哪些问题？下面将会一一讨论这些问题。

一、 产品架构、产品族和产品平台的含义

1. 产品架构：将产品功能映射到产品物理构件的配置方案，其目的是定义组成

产品的基本物理模块应该完成的功能以及这些模块之间的接口。

产品架构分为三类：模块化产品架构、集成产品架构、混合产品架构：

? 模块化产品架构：产品的一个功能映射一个或几个模块，当功能要求变化时，

只需要换一个或几个模块就可以了；

? 集成产品架构：产品的多个功能对应一个或几个模块，当其中某个功能要求变

化时，需要更换整个模块；

? 混合产品架构：介于模块化产品架构和集成产品架构之间，大部分企业的产品

属于混合产品架构。

2. 产品族：一组具有相同特征、构件或子系统，以满足不同市场需求的产品。 3. 产品平台：对某个产品族中所有产品都相同的特征、构件和子系统的集合。 二、 产品架构与供应链

不同的产品架构需要不同的供应链架构支持。例如： Toyota汽车是典型的集成产品架构，从系统总体性能最优出发进行产品设计。Toyota的供应链与这种产品架构相配套，总装厂与各级供应商建立了紧密的深层的合作关系。JIT生产方式正是这种产品架构下的最优实践。我国很多企业实施Toyota生产方式不成功的原因之一很可能就是与其产品架构不配套。

DELL是典型的模块化产品架构和模块化供应链，通过标准接口、用现成的元

器件组

装成产品。因此，DELL计算机具有大范围的组合可能性。但是，模块化产品的性能并不是最优的。这种产品架构的供应链比较松散，除了Intel和Microsoft 以外，其他供应商对DELL来说，都不是不可缺少的，有很多供应商供应同样的产品。这种架构下，供应商也不需要参与设计。

NOKIA手机是混合产品架构的例子。由于尺寸和功率的约束，要求电子和通讯元器件之间形成紧密的集成，顾客可以根据需要选择内存、处理器、显示器尺寸和键盘。其手机的软件和电路板则实现了模块化。这种架构下，NOKIA与关键供

应商保持长期紧密的合作，内存、LCD和显示器等元器件高度独立。软件和电器板的安装则可以外包出去。

图1 模块化产品架构和集成产品架构

三、 不同层次的产品模块化

产品模块化可以分为装置级、产品级、部件级及零件级四个层次。企业可以根据自身的规模和产品特点，采用不同层次的模块化。

在汽车行业，模块化的粒度越来越大，比如PASSAT，一台整车由15个大模块组成，分别由14个供应商供货，供应链相当简单。

图2 表示了可根据顾客要求快速组装的多功能车-铣中心。

图2 可根据顾客要求快速组装的多功能车-铣中心

四、 产品模块化关键技术

产品开发和产品设计是两个不同的阶段，产品开发过程在PDM/ERP环境下，不针对某个订单或用户；而产品设计过程是在产品平台的基础上针对具体用户的要求开展的。产品模块化的关键技术为系列化和组合化；

1. 系列产品开发过程

系列产品是具有相同的功能、工作原理和尽可能相同的制造方法的产品集合；它们具有多种参数和性能指标，以满足不同用户的需要，这些参数和性能指标间具有一定的公比级差。系列产品的开发步骤首先是确定基本型，然后确定相似类型、参数和尺寸级比，计算导出产品尺寸，最后调整尺寸，形成产品的主结构和各种主文档。参见图3： 根据GB/T321-2005的规定，优先数和优先数系适用于各种量值的分级，特别是在确定产品的参数或参数系列时，应该尽可能采用该标准的规定。

图3 系列产品开发过程

2. 组合化产品开发过程 组合产品是用不同的结构块（或称积木块）通过合理的组合而实现不同功能的技术对象（整机、部件或零件）。

组合产品中的结构块被划分成不同的参数等级，因而其结构块也是产品系列。组合产品的开发步骤首先是明确要求、划分功能结构，然后确定分功能的作用原理、选择方案和评价，最后计算导出产品尺寸，调整尺寸，形成产品的主结构和各种主文档。参见图4：

图4 组合产品的开发过程

3. 己有产品的规范化和标准化过程

除了新产品的系列化和组合化开发过程外，企业己有产品的规范化和标准化工作也很重要，基于ERP/PDM的产品开发技术包括前期工作和产品建模两个阶段的工作，前期工作包括建立编码体系、零件ABC分析、零件分类、零部件名称分析；产品建模包括产品几何形状分析、参数分析、建立主模型、主文档和主结构。

在产品开发的基础上，可以很方便地进行产品设计，通过产品配置设计、变型设计可以实现产品快速报价，也可以快速设计产品和制造过程。

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