（企业管理专业论文）大规模定制在减压阀机组设计管理中的应用.pdf

首都经济贸易人学硕上学位论文 大规模定制在减压阀机组设计管理中的心用 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表 或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作 了明确说明并表示谢意。 作者签名：鱼衅 学位论文使用授权声明 本人完全了解首都经济贸易大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权 保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权 将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编 出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者签名： 导师签名： 日期：益哗2 册7 弓- d 日期： 首都经济贸易大学硕士学位论文大规模定制在减压阀机组设计管理中的应用 r h 寺士日面 r t l 又提姜 随着工业化的脚步的不断提速，人们的物质、文化生活变得非常丰富。随之 而来的是对于个性化的需求，强调独立、自由、张扬个性成为时代的主旋律。但 工业化大生产的方式还跟不上社会发展的脚步，传统的大批量、标准化的生产模 式已越来越显出局限性。如何改革生产模式以适应当前市场的需求? 这就引出了 大规模定制理论。大规模定制理论是在原有产品标准化、模块化、精益生产等理 论的基础上结合了传统生产模式的优点发展而来的，它强调用最小的可选配置尽 可能覆盖客户的需求，一方面能减少客户响应时间，降低生产成本，方便设计； 另一方面又能满足客户的需求。这是在市场的客户化定制与标准化生产找到了一 个平衡点。结合我们公司的实际情况，从减压阀机组的设计管理出发，对减压阀 机组进行了模块化设计，同时按产品族分类，对于产品编码按e r p 系统的编号规 则进行定义，采用c a d 及c a m 辅助设计、辅助制造软件工具进行产品开发和制造， 同时采用产品延迟理论对客户定制点后移，最大限度的降低了生产成本，提高了 设计质量，同时又大大缩短了设计和制造周期。达到了用最小的投入获得最大利 润的企业目标。大规模定制的模式已经在一些大型i t 企业得到了很好的应用，如 d e l l 戴尔公司，充分证明了它的强大生命力，我相信它是新的制造业生产模式的 未来，必将在中国的大地上生根发芽，遍地开花。 一主题词：大规模定制： 模块化；标准化：减压阀机组 首都经济贸易火学硕。 j 学位论文大规模定制在减压阀机组设计管理中的应用 a b s t r a c t s i n c et h ei m p r o v e m e n ts t e po fi n d u s t r i a l i z a t i o nc h a n g et of a s t t h ep r o d u c t sb o t h t h em a t e r i a la n dc u l t u r eh a v eb e e nm o r ea n dm o r e a l o n gw i t ht h ea b u n d a n c el i f e p e o p l e ss p i r i to fi n d e p e n d e l i c e ，f r e e d o ma n di n d i v i d u a l i t yi sm o r ei m p o r t a n tf o ru s o t h e r w i s e t h em o d e lo ft r a d i t i o n a li n d u s t r i a lm a n u f a c t u r i n gw i t hm a s s1 0 ts i z ea n d s t a n d a r d i z a t i o ni s n tu pt ot h ec u r r e n tm a r k e tr e q u e s t h o wt os o l v ei t ? t h i si st h ec a u s e o fm e ( m a s s c o n f i g u r a t i o n ) t h e o r y f o rs h o r t m ct h e o r y m ct h e o r yi sc r e a t e db a s i n g o nt h eo t h e rt h e o r i e s 。i n c l u d i n gs t a n d a r d i z a t i o n ，m o d u l a r i z a t i o n ，j e a np r o d u c t i o n ，a n d c o m b i n i n gw i t ht h ea d v a n t a g eo ft h et r a d i t i o n a lm a n u f a c t u r i n gm o d e l t h es p e c i a ll i s t o fm ct h e o r yi st h a tm o s tl i t t l et y p eo fm o d e lm e e t i n gt ot h eb r o a d e s tc u s t o m e r s r e q u e s t t h ep u r p o s eo ft h i si st h a tr e d u c et h ec o s to fp r o d u c ta n ds h o r tt h et i m eo f c u s t o m e rr e s p o n s eo nt h eh a n d ；o nt h eo t h e rh a n d ，w e l lm e e tt h ec u s t o m e r sr e m i n d i t i st h eb a l a n c es p o tb e t w e e nt h es t a n d a r dp r o d u c i n ga n di n d i v i d u a lr e q u e s to fc u s t o m e r c o m b i n gw i t ht h ef a c to fo u rc o m p a n y , w e u s et h em ct h e o r yi nt h ep r e s s u r er e d u c i n g v a l v es y s t e m ，d e s i g nb yt h em o d e l ，c l a s sb yt h ep r o d u c tf a m i l y , c r e a t et h ep a r tn u m b e r u s i n gt h ee r ps y s t e ma n dd e f i n e ，d e s i g na n dm a n u f a c t u r eb yt h ec a d a n dc a m s o f t w a r e d e l a yc o n f i g u r a t i o ns p o t t h er e s u l ti st or e d u c et h ec o s tm u c ha n di m p r o v e t h eq u a l i t yo fd e s i g n ，s h o r tt h et i m eo fd e s i g na n dp r o d u c i n g ，m e e tt h ea i mt h a tu s i n g t h el e a s tc o s tt og a i nt h em o s tr e w a r d t h e r eh a sb e e nt h es u c c e s s f u lc a s eo fc o m p a n y u s i n gm ct h e o r y ；d e l l i tc o m p a n yi st h et y p i c a lw h i c ha p p r o v e st h em c t h e o r yw e l l ib e l i e v et h a ti ti st h en e wa n dw i l lb et h ed i r e c t i o no fm o d e mm a n u f a c t u r i n gm o d e l i t w i l lb ep o p u l a r i z e di nc h i n ai nt h en e a rf u t u r e ! - k e yw o r d s ：m a s s c o n f i g u r a t i o n ；m o d u l a r i z a t i o n ；s t a n d a r d i z a t i o n ， p r e s s u r er e d u c i n gv a l v es y s t e m ； i i 首都经济贸易人学硕士学位论文 大规模定制在减压阀机组设计管理中的应用 目录 中文提要i a b s t r a c t i i 目录i i i 1引言1 1 1 课题研究的意义1 1 1 1 企业的现状1 1 1 2 人规模定制理论2 1 1 3 面向人规模定制生产的产晶研发技术( d f m c ) 3 1 1 4 人规模定制理论的现状及趋势4 1 2 大规模定制与大规模生产、客户定制化的差异4 1 3 课题研究的内容5 2 模块化6 2 1 概念定义6 2 2 功能模块的分类7 2 3 模块化设计7 2 4 模块化设计的产品品种规划7 2 5 模块化设计的产品总体布局8 2 6 模块化设计的功能分析9 2 7 模块结构设计要点9 2 7 1 确定模块的相关性1 0 2 7 2 构建模块接口的一致性1 0 2 7 3同位模块的结构符合物理相似原则1 0 2 7 4 模块化设计中产品数据管理1 0 3 产品族1 l 3 1 定义1 1 3 2 产品模型和产品族模型l l 3 3 面向d f m c 的产品族模型结构与表达方法1 l 3 3 1 面向d f m c 的产品族结构体系1 2 3 3 2 产品实例1 3 4标准化1 4 4 。1标准化策略的内涵1 4 4 2 实施标准化策略的意义1 4 4 3 选择产品标准化策略的条件1 4 4 4 产品标准化的理论分析1 5 4 4 1 规模经济效应1 5 4 4 2 顾客让渡价值最火化1 7 4 4 3 统一品牌效应1 8 5 大规模定制设计理论2 0 5 1 大规模定制设计方法2 0 5 2 面向产品族的设计2 0 i i i 首都经济贸易人学硕1 - ：学位论文大规模定制在减压阀机组设计管理中的应用 5 3 面向模块化的设计2 l 5 4 产品配置设计2 l 5 5 标准化、规范化设计2 1 5 6 延迟策略2 2 5 7 产品编码2 2 5 8c a d c a m 计算机辅助设计、制造2 3 6 减压阀机组实例2 4 6 1 蒸汽基本原理2 4 6 2 减压阀机组2 5 6 2 1 产品介绍2 5 6 2 2 模块化设计2 6 6 3 产品族分类3 0 6 3 1 分析客户需求3 0 6 3 2 产品族分类3 0 6 4 标准化设计3 2 6 5 设计过程管理3 2 6 5 1 设计输入3 2 6 5 2 设计过程控制3 2 6 6 产品配置3 3 6 7 物料编码3 3 6 8c a d & c a m 计算机辅助设计、制造3 4 7 案例实施的成果3 5 7 1 产品种类前后对比3 5 7 2 其他部门工作对比3 5 7 3成本分析3 6 7 3 1 实施前的成本分析3 6 7 3 2 实施后成本分析3 7 7 3 3 对比分析3 8 8 结论及展望4 0 致 射4 1 参考文献4 2 作者简介4 5 论文摘要1 l v 首都经济贸易人学硕十学位论文大规模定制n ：减压阀机组设计管理中的应用 1 1 课题研究的意义 1 引言 1 1 1 企业的现状 社会发展的步伐不以人的意志为转移在工业社会早期，市场需求是饥渴型的， 因为当时的供需状况供不应求企业获得最大利润的最好办法就是标准化、成批量 的生产，这是规模经济理论应用最广泛的阶段这其中最有代表性的要数美国福特 公司在2 0 世纪3 0 年代生产的t 型车，使汽车这种交通工具成为大众化的商品中国 的改革开放初期情况也相似随着工业化程度加深，物质文化生活不断丰富的当下， 人们不再满足于工业时代提供的整齐划一的产品，取而代之的是个性化需求r 趋 提升，进而是客户化定制模式的推广。强调个性化需求，有针对性的产品或服务 成为当下的主流。相比于需求的变化趋势，工业化早期遗留下来的那种标准化、 大批量的生产模式就必然会出现适应不了的状况。这种需求必然导致了产品研发 流程及生产运作流程的全面变革以适应新的需求。而个性化需求必然导致的是生 产成本的增加，而生产系统讲求的是及时有效、保质保量的完成生产任务，同时 尽最大可能的降低生产成本。这就需要在产品研发与标准化生产之间找到一个平 衡点。这个问题一直是制造行业面对一个难题。 a r m s t r o n g 机械( 中国) 有限公司今年( 2 0 0 9 ) 年刚完成更名，原名叫北京康 森阿姆斯壮机械有限公司，是a r m s t r o n g 美国公司在中国的全资子公司。成立于 1 9 9 4 年，到今天已走过1 5 个年头了。a r m s t r o n g 公司从1 9 0 0 年创始到现在，是个 名副其实的“百年老店”。公司主营业务涉及蒸汽、热水、空气三大领域，积累了 丰富的蒸汽工程方面的经验。目标是成为“为客户提供蒸汽、空气、热水智能解 决方案”的整体提供商。倒置桶疏水阀是其核- i i , 产品。产品线包括应用于蒸汽传 输、蒸汽回收、蒸汽使用过程的蒸汽疏水阀、快速热水器、凝结水回收系统、加 湿器、压力控制系统( 压力调节、温度调节) 等产品。减压阀机组就是其中的典 型产品。除了提供产品外，我们公司的工程部还为客户提供整体解决方案，依托 于a r m s t r o n g 在蒸汽应用领域的丰富经验，我们在国内市场完成了几个成功案例。 中石油抚顺石化厂是其中的代表。客户遍布蒸汽使用的各个领域，石化行业、橡 胶行业、食品行业、高档宾馆、酒店是重点客户。我们的宗旨是“共享节能知识， 创建绿色地球”。 在企业发展的过程中，我们从初期提供标准化产品及系统选择渐渐过渡到客 户化定制的生产方式，这是与市场需求的变化同步的。随着蒸汽使用领域的不断 扩大，客户的需求变得个性化、特殊，再加上市场环境的恶化，竞争程度不断加 第1 页共4 5 页 首都经济贸易大学硕士学位论文 大规模定制在减压阀机组设计管理中的应用 剧，这就要求我们及时响应变化，进行客户定制生产。但企业的传统生产模式主 要是标准化生产，就是在满足产品质量要求的前提下单一品种或少品种、大批量 的生产模式。这与当前的市场状况是脱节的。在定制化需求增多的情况下，产品 工程师自发的按客户个性化要求进行产品设计，这旱缺乏产品初期的规划，产品 通用性不强，设计成果无法与其他工程师分享，使每次设计都成为全新设计。带 来的不良后果就是：企业的产品种类不断的增加，但很多产品是为客户定制化生 产的，再次有需求的可能性很少，变成了不能创造利润的产品；同时产生了很多 非标的零件，为生产计划及采购、库房管理都带来了很多工作：产品设计部门对 机组类产品缺乏相应的约束，设计管理工作比较混乱。这些因素综合起来使客户 需求的响应时间变得让人失去耐性，同时企业生产、设计成本居高不下，影响了 产品的利润率。以减压阀机组为例，为定制化生产而设计的产品种类达到8 1 种之 多，如果没有其他措施，还会迅速的增加。这是企业所无法接受的。如何在市场 的定制化需求与传统的标准化生产之间找到一个两全其美的方法成为我们当前迫 切需要解决的问题。 1 1 2 大规模定制理论 如何在市场的定制化需求与企业的标准化生产之间找到一个平衡点? 国内外 的企业专家、学者为此做了很多的探索，并产生了很多有价值的研究成果，柔性 制造( f m ) 、精益生产( l p ) 、敏捷制造( a m ) 、产品标准化理论、模块化理论等 都是其中的有代表性的成果。尽管各种理论研究问题的入手点以及特征有所差异， 但其目标和根本原则是一致的，都不约而同地将生产战略目标和价值取向转向了 市场、客户，并且已经出现互相穿插交融的趋势，即在大批量生产模式的基础之 上，研究和实现柔性生产的方法和技术，在基本保持大批量生产的交货期和成本 的约束下，满足市场个性化的需求。这预示着新的生产方式必定是一种真正面向 客户的、基于时间的、有效的、全新的生产方式。而在这诸多的实践成果中，大 规模产品定制理论一经推出，就受到了极大的关注，因为它从理论上很好的解决 了传统生产模式以生产规模取胜的方式转变成以产品质量及客户需求响应速度现 代生产模式。逐渐成为“挽救制造业和“实现制造业复兴”的巨大力量。1 9 9 7 年底，美国对可预见到的最重要技术进步进行了挑选，大规模定制技术是所选出 的1 2 大类8 5 项将要出现的最重要技术之一。生产技术的进步和管理方法的创新 为生产个性化产品提供了必要的条件，为大规模定制的诞生奠定了基础。动态的、 突变的、个性化的、全球化的市场促使了大规模定制的发展。 大规模定制，从字面意思来理解，它是对立的两面。因为大规模往往意味着 标准化，统一的生产模式，而定制顾名思义是客户化定制，它的潜台词就是个性 化的需求。这两个看似矛盾的双方如何在其中找到一个平衡点? 这就是大规模定 第2 页共4 5 页 首都经济贸易人学硕一i ：学位论文 大规模定制在减压阀机组设计管理中的应用 制理论真正要解决的问题。早在1 9 7 0 年美国著名的未来科学家、预言家阿尔温托 夫勒( a l v i nt o f f i e r ) 在他的未来的冲击( f u t u r es h o c k ) 一书中提出了一个设 想：以类似于标准化或大规模生产的成本和时间，提供满足客户特定需求的产品 和服务。1 9 8 0 年，阿尔温托夫勒出版了著名的第三次浪潮( t h et h i r dw a v e ) ， 首次提出了这种理想化的生产系统，并称之为“非大量化”( d e m a s s i f i c a t i o n ) ，意 即这种生产系统能够满足客户个性化的需求。1 9 8 7 年，美国的戴维斯( s d a v i s ) 所写的未来的理想) ) ( f u t u r ep e r f e c t ) 中对其进行了更具体的发展，将大规模( m a s s ) 和定制( c u s t o m i z a t i o n ) 概念合成，把这种新的生产系统命名为“m a s s c u s t o m i z a t i o n ”。1 9 9 3 年策略前景u j 公司的创始人b 约瑟夫派恩二世( b j o s e p h p i n ei i ) 在其大规模定制企业竞争的新前沿( m a s sc u s t o m i z a t i o n ：t h en e w f r o n t i e r i nb u s i n e s s c o m p e t i t i o n ) 书中对大规模定制的内容进行了完整地描述。 在1 9 9 7 年，派恩和大卫安德森( d a v i d m a n d e r s o n ) 合著的大规模定制方式 下敏捷产品开发( a g i l ep r o d u c td e v e l o p m e n tf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n ) 对这一“到 目前为止，世界领先的制造商们保守的最好的秘密做了深层次的探析，并全面 介绍了如何为特殊需求的市场或单个客户开发定制的产品。 大规模定制( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 生产模式是企业以大规模生产的效率 和成本向客户提供定制产品的一种生产模式。大规模定制的基本思想强调了两点： 出发点是客户，真正体现客户主导：建立在“大规模”的基础上。将定制产 品的生产问题，通过产品结构和制造过程的重组全部或部分转化为批量生产。对 客户而言，所得到的产品是定制的、个性化的：对企业而言，产品是采用大批量 生产方式制造的成熟产品。 大规模定制生产模式能够发挥作用的前提是客户的个性化需求中存在共性的 部分。只有满足这个前提，大规模定制才成为可能。首先从本质上弄清并区别用 户的个性和共性需求，然后从产品设计、制造、装配、供应以及销售服务等整个 产品生命周期各阶段上进行总体规划，决定在哪些阶段应采取措施满足用户的个 性化需求，而在哪些阶段上又可沿用批量生产方式。只有这样，才能实现客户化 定制和一定规模下低成本的统一。 1 1 3 面向大规模定制生产的产品研发技术( d f m c l ) 大规模定制的生产模式( m a s sc u s t o m i z a t i o n m c ) 要得以实现，必须要有销 售产品研发等不同模块的支撑。这其中，面向大规模定制生产的产品研发技术 ( d e s i g nf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n ，d f m c ) 被自然而然的推到历史的舞台中心的 位置。它是大规模定制的核心，不仅决定了产品的生产成本及互换性等特征，同 时也直接影响到企业的生产经营活动。以客户为中心的大规模定制的产品研发技 d f m c ：d e s i g nf o rm a s sc o n f i g u r a t i o n 大规模定制设计理论 第3 页共4 5 页 首都经济贸易人学硕士学位论文 大规模定制在减压阀机组设计管理中的应用 术，才能降低生产成本，保证产品质量，同时也能缩短需求响应时间，给客户提 供真正所需的产品和服务。 1 1 4 大规模定制理论的现状及趋势 随着网络技术的大面积普及，大规模定制理论有了强有力的工具支撑，并产 生了明显的效果。p c 行业的巨头戴尔公司d e l l 是其中的代表。有购买电脑经历的 朋友大概都知道d e l l 公司采用网络直销的模式来销售电脑，这是其最大的经营特 色。客户登录i n t e r n e t 的订购界面后，可根据它所提供的选项自行配置最符合自 己需要的个性化的电脑，如果你不需要，它也可提供默认的配置选择。确认后， 就作为生产的指令被传递到生产部门。等你拿到产品后，最大程度的个性化产品 使你得到了作为消费者的满足感。这种生产模式在没有网络技术支持的条件下是 不可想象的，这正是科学技术发展给我们带来的无限可能。甚至在其他计算机制 造商非常艰难争取赢利时，戴尔公司却不断在销售额和收益上连创佳绩。分析其 成功的原因固然是多方面的，但最重要的一点正是依赖于与顾客建立直接的关系， 只根据顾客的定单做出令顾客完全满意的计算机，这样生产出的产品当然是无须 担心销路的。同时，因为零部件迅速转化成为产品，也就避免了计算机零部件成 本下跌所可能带来的损失，仅此就又为戴尔公司提高了利润率。正是由于成功实 施大规模定制，“d e l l 模式”成为大规模定制的代名词。戴尔电脑曾连续3 年位居 全球p c 销量冠军宝座，只是到去年，被传统p c 巨人h p 惠普超过，屈居第二，但 这足以说明大规模定制这种全新生产模式的强大的生命力了。 在我国，大规模定制生产模式还处于初级阶段。制造型企业因为面对的细分 市场情况不尽相同，使得这种先进生产模式还没有得到广泛的应用。这里涉及到 人们观念的改变和相应支持技术的问题。随着信息技术的不断深入，在中国，越 来越多的制造型企业上马并成功实施了e r p 系统( e n t e r p r i s e r e s o u r c ep r o g r a m 企业 资源管理系统) ，使企业的生产经营纳入透明、可控的范围，这为大规模定制生产 模式的实施提供了可能。大规模定制理论在发达国家已经被证明的强大生命力告 诉我们一个无可争辩的事实：它必将以革命性的生产模式取代旧有的生产方式。当 它与中国这个正释放出无限潜能的消费大国相结合，一定会结出丰硕的成果的。 1 2 大规模定制与大规模生产、客户定制化的差异 大规模定制生产模式区别于两种生产方式：大规模生产和客户定制化( 多样 化) 生产。这两种生产模式都有致命的弱点。首先说大规模生产。它的最大优势 就是低成本、标准化生产，以产品的稳定性和效率控制来达到最大的投入产出比。 但它的致命缺陷也正在于此。这种生产模式的前提需求稳定的、庞大的市场需求： 而且需求趋于一致性；而这种市场特征与当下的个性化需求是相背离的。所以终 第4 页共4 5 页 首都经济贸易大学硕七学位论文大规模定制在减压阀机组设计管理中的应用 究是要被市场淘汰的。其次说到定制化生产。它的最大优势是能最大限度的满足 客户的个性化需求，从而赢得宝贵的市场份额。但在这种生产模式下，成本是容 易被忽略的部分，而这正是它的软肋。定制化的产品因此需求特殊而导致相应的 生产设计成本加大，同时各个产品之间不具有通用性，导致开发周期长，这与企 业经营中追求最大投入产出比的真理是相违悖的。大规模定制理论集两者的优点 于一身，同时尽最大可能的避免了两者的缺点，所以才受到极大的推崇。它通过 把制造资源有效集成和统一，以足够多的变异性队给客户提供真j 下想要的个性化 的产品和服务。它所面对企业外部市场类型可以是分散型的，不同的小市场，向 其提供低成本、高质量的、定制的产品和服务；对于企业内部来说，缩短了产品 设计周期，并且产品具有较短的生命周期，这样使得客户需求响应时间大大缩短， 从而在激烈的市场竞争中赢得主动权。 1 3 课题研究的内容 课题通过研究大规模定制理论对于现实生产、产品设计的指导意义，以 a r m s t r o n g 中国公司为例，对减压阀机组的重新定义并按大规模定制理论指导产品 设计与生产实践。主要进行了如下几方面工作： 首先，研究在当前的市场条件下，企业中的旧有的减压阀机组产品设计未按 模块化设计，没有给出约束条件，存在严重的不足的事实，根据减压阀机组自身 的产品特性，运用大规模定制理论，采用产品族设计、模块化设计、标准化设计 和产品延迟策略，分析大规模定制实施的条件及过程，初步建立大规模定制设计 的体系结构。 其次，结合模块化设计方法，研究产品族模型的建立过程。根据客户需求对 减压阀机组进行功能分解，建立功能模块和结构模型。 再次，研究大规模定制的编码体系和设计方法。通过编码原则的阐述，更加 清楚的了解产品的组成结构 最后，通过c a d 、c a m 计算机辅助设计、制造工具，对减压阀机组进行产品 设计，制造。把大规模定制理论运用到生产、计划环节。最终结果与传统的生产 模式下的结果做一对比。 第5 页共4 5 页 首都经济贸易人学硕士学位论文 大规模定制在减压阀机组设计管理中的应用 2 模块化 模块化设计概念很早就被提出，但对于模块化设计的含义各个行业的理解不 同。世界上通行的模块化设计的含义是：模块化设计是将同一功能单元设计成具 有不同用途或性能的、可以互换的模块。 2 1 概念定义 在给出“模块化设计 定义之前，先定义引入几个相关的概念： 1 系列产品：是指具有相同功能种类、基本相同的结构型式、基本相同的制造工 艺，但性能参数不同的一组产品。 2 系列产品分类：根据约束条件的不同，可以把系列产品划分为纵向系列产品、 横系列产品和全系列产品 3 纵向系列产品：具有相同功能种类、基本相同的结构型式、基本相同的制造工 艺、但其几何尺寸和主要功能参数大小不同的一组产品。 4 横向系列产品：产品的主要功能参数或功率不变，仅仅通过互换一部分功能种 类相同、性能参数不同的执行部件来改变或调整产品主要性能参数之间的关系 而形成的一组变型产品。 5 全系列产品：纵向系列产品的一部分或全部机型通过附加或更换部分功能模块 而构成的一组包含各种大小规格机型、功能参数各异的纵向和横向系列产品。 6 产品族：是响应客户需求和适应市场竞争的产品集合，建立产品族的目的是针 对一定范围的顾客群，折衷用户需求种类和产品设计、制造效益的平衡，最大 限度地实现设计参数和生产过程的可重用性，以最小的产品变异来适应市场的 竞争。 从以上概念的定义中可以看出，系列产品具有明显的特征，即通过不同大小 规格的功能模块实现同一总功能的不同性能参数组合。 任何设计过程都包含设计分析与设计综合两个过程，从模块化设计定义可看 到，它也不例外地包含了两个过程：一是如何根据设计要求进行功能抽象合理创 建模块的过程，即设计分析过程；另一是如何根据设计要求合理地选择一组模块 并组成产品方案的过程，即设计综合过程。前者是后者的前提和条件，后者是前 者的目的。 从模块创建、模块综合两个过程可知，模块的设计问题是模块化的核心问题。 因此，合理地划分模块并构造模块结构是模块化设计与制造的关键。显然，想实 现计算机辅助模块化设计与制造，合理清楚地描述和表达模块及组成模块的零件 的功能、结构特征以及设计、工艺、制造与装配等方案的信息，建立模块级水平 上模块定义模型，是解决上述问题的关键，同时也是实现模块装配及装配线路自 第6 页共4 5 页 首都经济贸易人学硕士学位论文 大规模定制在减爪阀机组设计管理中的应用 动化生成的前提和基础。 2 2 功能模块的分类 模块化产品系统由功能模块构成。为了对功能模块分类，应该首选确定在模 块化产品系统中的反复出现的功能种类，并对其定义，这些功能种类作为功能模 块互相组合，以实现多种总功能。 基本功能在一个产品系列或产品族中是基本的、反复出现和不可缺少的。它 们基本上是不变的。基本功能模块构成这一产品系列的核心，对于不同的主参数 产品系列，基本功能模块则可以采用柔性模块系统实现。基本功能模块是一个单 独的功能模块或者由更小的功能模块单元组成。 辅助功能在产品系列中的主要作用是联接和连通。在产品族中，辅助功能模 块需要按基本功能模块和其他功能模块的参数规格进行开发和确定。 特殊功能模块是特殊的、补充的新产品开发要求的子功能模块。它与基本功 能模块相对应，不一定在产品族中的每个产品都反复出现，只是作为某些产品需 要实现的特殊功能而设计的。 适应功能模块是为了使产品适应特殊环境、其他系统和边界条件而设计的模 块。适应功能模块只是部分地在一定程度上可以预见，在个别情况下，适应功能 模块由不可预见的边界条件所决定。 特殊专门功能模块则是为了更好地满足客户订制需要而设计的模块。市场经 济决定了产品应该满足客户的要求，而客户订制的功能需求则主要通过这个功能 模块来实现。特殊专门模块是在基本功能模块、辅助功能模块等基础上实现的。 2 3 模块化设计 产品模块化设计的主要步骤为：模块化设计的产品品种规划；模块化设计的 产品总体布局；模块化设计的功能分析；模块综合可行性评定和模块结构设计； 2 4 模块化设计的产品品种规划 在系列产品或产品族的设计中，首选要进行产品品种规划。产品品种规划的 主要内容包括： ( 1 )市场需求调查与分析 产品的市场调查和分析是进行新产品开发的基础和出发点，在这个阶段需要 根据功能划分客户群，并确定其中的主要客户群及客户群功能需求。其实现的手 段是通过对市场进行调查、对市场同类型产品或类似功能产品进行调查，确定原 始数据，针对这些原始数据进行分析。 ( 2 )产品系列型谱的拟定 产品系列化型谱拟定的主要内容是确定产品系列或产品族功能需要的范围。 第7 页共4 5 页 首都经济贸易大学硕一l ：学位论文 大规模定制在减压阀机组设计管理中的应用 这一步需要确定产品系列中的纵系列产品、横系列产品、跨系列产品和全系列产 品。根据拟定的系列型谱，可以确定产品系列或产品族的核心和其他辅助功能模 块。核心平台是进行产品族设计的基础，实现了新产品开发所需要的基本功能。 而新产品的开发也可以以这个核心为基础，通过添加一定的辅助功能模块、特殊 功能模块，来实现新的总体功能。 ( 3 )产品参数范围分析和主参数的确定 产品系列参数范围与产品系列型谱拟定是相互交叉进行的。分析确定了系列 产品的参数范围，可以根据相似理论确定纵系列型谱。对于纵系列产品，各种产 品的主参数相同；而对于横系列或跨系列产品，产品之间的主参数可能不相同， 需要分别进行确定。 2 5 模块化设计的产品总体布局 产品总体布局指通过模块化设计得出的一组产品的总体布局方案，其含义为 它包括哪一些相关的品种，以及具有什么样的主要功能和结构特征，从而对这组 产品在满足市场需求方面做出定位。 产品总体布局是在产品的概念设计和功能原理确定的过程中进行初步确定， 在详细设计中进行精确设计。按模块化设计的产品在产品系列中所覆盖的形式和 程度，人们常把模块化设计的布局方案分为横系列模块化、纵系列模块化、跨系 列与全系列模块化以及跨类模块化等类别，不同类的模块化设计时有不同的考虑 和特点，分述如下： ( 1 )横系列模块化 横系列模块化是指在统一规格的基础上在变型产品范围内进行模块化设计， 即在基型产品的基础上，通过变更、增加或减少某些特定模块而形成变型产品。 由于横系列模块化是系列内同一规格产品的模块化，而同一规格产品的主要 参数，特别是动力参数是相同的，产品的不同主要反映在某些功能、结构、布局、 控制系统或工作方式等方面，不会对基本模块提出很大的不同要求。因此，这种 模块化设计是最容易实现的一种，在覆盖的产品中模块的通用化程度也比较高， 整套产品所需的模块种类也必然较少。 ( 2 ) 纵系列模块化 纵系列模块化设计是同一类型中不同规格的基型产品进行模块化设计。所谓 不同规格就体现在主参数不同上，而主参数不同的产品的动力参数往往是不同的， 从而导致结构型式或尺寸的不同。若把与动力参数有关的零部件设计成相同的通 用模块，势必造成强度或刚度的欠缺或冗余，为满足要求只能设计成冗余，从而 造成结构庞大或不匀称，浪费材料。因此，与动力参数有关的模块往往采用分段 通用的方法进行设计，而对于与动力或尺寸无关的模块，则可在更大的范围内通 第8 页共4 5 页 首都经济贸易大学硕上学位论文 大规模定制在减压阀机组设计管理中的j 幢用 用。由此可见，纵系列模块化设计比横系列模块化设计的难度大些。 ( 3 ) 跨系列及全系列模块化 横系列模块化比较容易实现，纵系列模块化难度较大，且效果又不及横系列 模块化，所以很少单纯进行纵系列模块化，而常常是在横系列模块化的基础上兼 顾到纵系列。若在整个横系列和纵系列即全系列范围内进行统一的模块化设计， 则称为全系列模块化。 跨系列模块化的条件是不同种类的产品具有相近的动力参数。设计时有两种 模块化方式可供选择：一种是在基本相同的基础件结构上选用不同模块而构成跨 系列产品：另一种是在基础件不同的跨系列产品上，对具有同一功能的单元选用相 同的模块组。 2 6 模块化设计的功能分析 进行模块化设计，首先把产品划分为若干模块，然后以模块为基本单元进行 设计。功能分析要实现的主要作用是：对产品功能进行分解，确定各个功能模块之 间的相关度，进行功能模块重新组合，形成完整的产品功能模块系统。 就本质来说，可以把产品从任意层次上进行划分，形成该级别的模块。模块 的层次和级别越低，模块越简单，通用化程度越容易提高，但随着模块数目的增 加，模块之间的接口大幅度增加，产品的制造、装配的管理也愈复杂。因此，在 确定模块划分方案的时候，需要综合考虑设计、装配、维修、成本等因素。 功能分析包含两个方面的内容：功能分解和功能模块的聚类。 功能分解是确定产品要实现的总功能，从概念上和原理上求得实现这些功能 所需要的子功能，并将这些子功能逐步分解，直到每个功能都能有对应的物理模 块实现，或者功能模块能够很快地寻找到解的方法和原理。 机械产品中的各个零部件成链状、树状或网状连接在一起，相互间存在着一 定的关系，我们把这种关系称为相关，把存在这种关系的零部件称为相关件。两 功能模块之间有直接装配关系，称直接相关，虚线连接表示该两功能模块之间虽 无直接装配关系，但它们之间的相对位置有较严格的要求，称间接相关。 相关模块之间应具备的条件可分为两大类：几何相关条件和物理相关条件。不 论满足上述两个条件或其中的一个条件，两模块都被认为是相关模块。 2 7 模块结构设计要点 这罩叙述的是模块化设计时对结构设计的特殊要求，而不涉及机械结构的通 用设计方法。模块化设计的一个重要特点是要求功能模块之间能方便地实现相互 取代，它不仅要求结合部的联接要素一致，而且要求更换模块后，不会因彼此间 的不匹配而导致整台机械出现非期望的性能下降。针对这一目标，在模块结构设 第9 页共4 5 页 首都经济贸易大学硕士学位论文 大规模定制在减压阀机组设汁管理中的应用 计时的要点有：确定模块之间的相关性：构建模块接口的一致性：结构符合物理相 似原则。 2 7 1 确定模块的相关性 模块之间的相关条件有很多，例如客户需求相关、物理相关、几何相关等。 模块的相关模块越多，其结合面等影响因素也越多，结构也越复杂。因此，研究 分析相关的特征对模块的划分、界面的确定、连接方式、定位方式等有很大的作 用。在模块本身的设计中，也必须同时兼顾其相关模块、相关结构。 2 7 2 构建模块接口的一致性 模块之间相关的连接称为接口。为了保证相关模块之间的几何连接和物理连 接具有一致性，需要规范这些接口，保证其一致性。 为了便于模块的结构设计，可把接口按功能和特性的不同分为三类：机械接 口、能量接口和信息接口。在模块结构设计中，连接部位的结构应保证模块间准 确的定位、可靠的联接，结合要素要尽量符合标准且便于加工。 2 7 3 同位模块的结构符合物理相似原则 同位模块是一组功能相同而工作参数和性能不同的功能模块，具有物理相似 的特征。它不仅是几何相似，而且要物理性能的相似。采用相似理论的分析方法， 将能使模块结构设计更为合理，而不会出现无法实现原定的模