（管理科学与工程专业论文）大规模定制产品模块化制造方式研究.pdf

摘要 题i i ：火规模定制产品模块化制造方式研究 学科专业：管理科学与工程 研究生：侯冬冬 指导教师：杨水利教授 摘要 签名： 签名：拓。j 顾客需求日益多样化，大规模定制将逐渐成为能够满足顾客需求的主流生产模式。与 大规模生产相比大规模定制有着不可比拟的优势，但也对企业的产品和生产组织设计提出 了更高的要求。在实现大规模定制的技术中，模块化技术是关键。本文以模块化技术为基 础探讨了面向大规模定制产品的模块化制造方式，主要围绕大规模定制产品选择、模块化 产品规划、模块化制造单元设计和模块化组织等内容做了研究。 大规模定制对产品有选择性，本文首先针对该问题提出了大规模定制产品可行性指 数，建立了大规模定制产品优选理论模型，该模型可对大规模定制产品的选择进行决策。 其次对传统的产品规划技术进行了改进，建立了模块化产品规划质量屋，构造了模块化产 品规划模型，能够实现模块化产品在时间和成本约束下的最优规划。然后对模块划分方法 进行了总结分析，得出不同生命周期阶段的产品和不同的模块划分方法存在着对应关系； 对零件分组模糊聚类算法进行了改进，且通过实例验证了零件特征权重对零件分组结果有 很大的影响。最后在大规模定制生产模式下，分析了模块化技术是模块化组织形成的根本 原因，并给出了模块化组织形成的一般流程。同时对模块化制造方式进行了实证研究，验 证了本文所建立的模型和算法。 大规模定制产品模块化制造方式，这是本文的主要内容也是主要创见，它对我国众多 制造企业实施大规模定制具有一定的理论指导意义，同时也为大规模定制理论的研究提供 了新方向。 关键词：大规模定制；产品优选；产品规划；模块化制造 论文类型：应用研究 本研究得到西安市科技计划项目( 编号：h j 0 5 0 0 2 2 ) 和陕西省科学研究计划项目( 编 号：2 0 0 6 k r l 0 0 ) 的资助。 a b s t r a c t t i t l e ：t h es t u d yo ft h em o d e lo fm o d u l a rm a n u f a c t u r i n g f o rm a s sc u s t o m i 乙a t l o np r o d u c t m a j o r ：m a n a g e m e n t s c i e n c ea n de n g i n e e r i n g n a m e ：d o n g d o n gh o u s u p e r v i s o r ：p 阳i f - s h u i l iy a n g s i g n a t u 豳妒 s i g n a t u r e ： a st h ec u s t o m e rd e m a n d sd i v e r s i f i e sd a ya n dd a y , m a s sc u s t o m i z a t i o n ( m c ) h a sb e e nt h e m a i nm o d e lo f m a n u f a c t u r i n gg r a d u a l l yw h i c hi sa b l et om e e tc u s t o m e rd e m a n d s a st om a s s p r o d u c t i o n ，m ci sf a rb e t t e r , b u ti tm a k e st h ed e s i g no fp r o d u c ta n do r g a n i z a t i o nm o r ed i f f i c u l t y t h a nb e f o r e t h et e c h n o l o g yo fm o d u l a r i t yi st h ek e yt om c ，s ot h ep a p e ro nb a s eo fi tf o rm c e x p l o r e st h em o d e lo fm o d u l em a n u f a c t u r i n gi nt h eo p t i m i z a t i o no fm cp r o d u c ta n dt h ed e s i g n o fm o d u l a rm a n u f a c t u r i n gc e l l m ch a st h es e l e c t i v i t yt op r o d u c ta n dn o ta l lo fp r o d u c ti sf i tf o rm c f i r s t l y , t h e o p t i m i z a t i o nm o d e lo fm cp r o d u c t si sb u i l ta g a i n s tt h eq u e s t i o na n dt h ef e a s i b i l i t yi n d e xo fm c p r o d u c t si sp u tf o r w a r d s e c o n d l y , i nt h ep a p e rt h et r a d i t i o n a lp r o d u c tp l a n n i n gt e c h n o l o g yi s i m p r o v e da n dt h ep l a n n i n gm o d e lo fm o d u l a rp r o d u c tw h i c hi sa b l et or e s p o n dt ot h ec u s t o m e r d e m a n d sa taf a s tr a t ei sb u i l t t h i r d l y , t h em e t h o d so fm o d u l eg r o u pa res u m m a r i z e da n dt h e c o r r e s p o n d i n gr e l a t i o ne x i s t sb e t w e e nd i f f e r e n tp r o d u c tl i f ep e r i o da n dd i f f e r e n tm o d u l eg r o u p m e t h o d s ；t h r o u g hi m p r o v i n gp a r tg r o u pc l u s t e r i n gm e t h o da n dc h a n g i n gt h es a m ep a r td a t aa l i t t l ef o rg a i n i n gt h ed i f f e r e n tc l u s t e r i n gr e s u l t , t h ep a p e rt e s t sa n dv e r i f i e st h a tt h ew e i g h t yo f t h ep a r tg r o u pc h a r a c t e r i s t i cp l a y si m p o r t a n ti n f l u e n c et op a r tg r o u p l a s t l y , u n d e rt h em o d e lo f m c ，t h ep a p e ra n a l y z e st h a tt h em o d u l a rt e c h n o l o g yi st h eb a s i cc a u s ef o rt h ef o r m i n go ft h e m o d u l a ro r g a n i z a t i o na n dp r o v i d e st h ec o m m o np r o c e s so ft h ef o r m i n go ft h em o d u l a r o r g a n i z a t i o n a tt h es a m et i m e ，t h ep a p e rg i v e se x p e r i m e n t sf o r t h e m o d e lo fm o d u l a r m a n u f a c t u r i n ga n dt h ee x p e r i m e n t sh a v ep r o v e da l lt h em o d e l si nt h ep a p e ra r ee f f e c t i v e t h em o d e lo fm o d u l a rm a n u f a c t u r i n gf o rm cp r o d u c ti st h ec o r es u b s t a n c eo ft h i sp a p e r , i t a l s ot h eo r i g i n a lo ft h i sp a p e r , i th a ss p e c i f i e dt h e o r yd i r e c t i o ns e i l s et om a n ym a n u f a c t u r i n g e n t e r p r i s e si no u rc o u n t r yt oi m p l e m e n tm c ，a n do f f e rt h en e w d i r e c t i o nf o rt h er e s e a r c ho ft h e t h e o r yo f m c 2 西安理工大学硕士学位论文 k e yw o r d s ：m a s sc u s t o m i z a t i o n ；p r o d u c to p t i m i z a t i o n ；p r o d u c tp l a n n i n g ；m o d u l a r m a n u f a c t u r i n g 耐p eo ft h e s i s ：a p p l i e df u n d a m e n t a l 3 1 j 目录 1 绪论 目录 l 1 1 研究背景和意义l 1 2 相关理论的研究现状l 1 2 1 大规模定制研究现状1 1 2 2 模块化理论研究现状2 1 2 3 生产方式和组织方式的演进5 1 3 研究内容和框架结构8 2 大规模定制产品优选理论模型1 0 2 1 大规模定制产品优选定性分析1 0 2 1 1 大规模定制的特点1o 2 1 2 大规模定制产品的特点1 0 2 1 3 基于延迟策略的产品优选分析11 2 2 大规模定制产品优选理论模型的理论基础1 2 2 2 1 基于公理化设计理论的柔性指数。1 2 2 2 2 顾客满意度函数一l4 2 2 3 产品模块利润函数1 5 2 3 产品优选理论模型的构建。1 6 3 大规模定制模块化产品规划模型1 7 3 1 质量功能配置( q f d ) 一1 7 3 1 1q f d 技术一1 7 3 1 2q f d 的构成和分解1 7 3 2 顾客需求权重的确定1 8 3 2 1a n p 网络结构图1 8 3 2 2 构造a n p 超矩阵1 9 3 3 模块化产品规划质量屋的构建1 9 3 3 1 传统产品规划质量屋1 9 3 3 2 模块化产品规划质量屋2 0 3 4 模块化产品规划模型的构建2 1 4 模块划分方法和零件分组算法 4 1 面向模块化制造单元的产品模块划分方法2 3 4 1 1 新产品的模块划分方法2 3 4 1 2 成熟产品的模块划分方法2 5 4 1 3 产品模块划分方案的评价方法2 7 4 2 面向模块化制造单元的零件分组改进算法2 7 4 2 1 零件特征2 8 4 2 2a h p 和模糊聚类分析2 8 西安理工大学硕士学位论文 4 2 3 零件分组改进算法2 9 4 2 4 权重影响的对比性研究3 0 4 3 模块化制造单元的布局方法3 3 5 面向大规模定制的模块化组织 3 5 5 1 企业组织现状分析3 5 5 1 1 现代企业组织结构的特点3 5 5 1 2 科层组织的特点和局限性3 5 5 2 大规模定制下组织改革的必要性3 7 5 3 模块化组织设计3 7 5 3 1 模块化组织的提出3 7 5 3 2 模块化组织的特点3 8 5 3 3 模块化组织设计的特点3 9 5 3 4 模块化组织设计的内容3 9 6 大规模定制模块化制造方式实证研究 4 1 6 1 西开公司概况及典型产品介绍4 l 6 2 大规模定制模块化产品规划模型的应用4 l 6 3 大规模定制产品优选理论模型的应用。4 3 6 4 零件分组改进算法的应用。4 4 7 结论与展望 4 9 7 1 结论与主要创新点4 9 7 2 展望4 9 致谢 参考文献 附录：攻读硕士学位期问奖励和科研情况及发表的论文 2 5 l 5 2 5 7 绪论 1 绪论 1 1 研究背景和意义 随着科技的进步，产品同益多样化，大量的商品被生产出来。丰富的商品使以企业生 产为导向的卖方市场转变为顾客需求为导向的买方市场。顾客挑选的余地越来越大，企业 间的竞争变得异常激烈。往往一种商品成百上千家企业去生产，造成了产品的积压，影响 了企业的发展。顾客不仅在质量上一如既往的对企业提出高要求，对产品的独特性以及交 货时间也要求得越来越苛刻。在整个2 0 世纪一直占据制造业主导地位的大规模生产模式遇 到了前所未有的挑战。企业必须寻找快速实现质量、时间和成本多维集成的个性化产品生 产模式来应对顾客需求的变化。大规模定制生产模式在这种市场背景下孕育而生。 大规模定制的关键优势在于产品设计和生产过程的分离，这一特征使大规模定制在产 品生命周期日益缩短和产品日益多样化的情况下显示出极强的生命力。按照s t a nd a v i d 在( f u t u r ep e r f e c t 一书中提出的定义，大规模定制是一种以客户需求为导向的生产 方式；是在大规模生产的基础上，通过产品结构和制造过程的重组，运用现代信息技术、 先进制造技术、先进管理技术的理论和方法；是以大规模生产的成本和速度，为顾客提供 个性化产品的一种生产方式“1 3 1k 4 j 。对顾客来说，大规模定制能满足顾客个性化的需求， 提高顾客满意度，产品具有溢价效应。对企业来说，大规模定制根据顾客需求进行生产， 通过生产差异化的产品使企业获得竞争优势，大大减少了产品库存。 相对于大规模生产，大规模定制生产模式有着不可比拟的优势。但是也对企业的产品 设计、生产制造以及组织结构等提出了更高的要求。首先，并不是所有的产品都适合大规 模定制。产品实现大规模定制要满足一定的条件，如模块化设计、c o ) p ( 顾客需求切入点) 位于制造和装配之间等。这种情况下，产品的选择和规划就是大规模定制的实现过程中不 可缺少的一步。其次，在大规模定制生产模式下，产品必须符合顾客个性化的需求，产品 的生产是根据顾客定单来安排的。当定单增加时，传统的制造模式已经不能够提供足够的 柔性来应对产品的快速变化。以单元化制造为基础的模块化生产组织方式将是解决产品生 产柔性问题的有力手段。因此，大规模定制产品的选择和模块化产品的规划、制造方式以 及组织结构的构建都是大规模定制生产模式急需解决的问题，这些问题的解决是大规模定 制实现的基础。 1 2 相关理论的研究现状 1 2 1 大规模定制研究现状 1 9 7 0 年，a l v i nt o f f l e r 在其( f u t u r es h o c k 一书中首先提出大规模定制生产模式 的各种基本设想5 1 。1 9 8 7 年，s t a n ) a v i s 在( f u t u r ep e r f e c t ) ) 一书中明确了大规模定 制的概念，从此大规模定制成为管理和工程技术领域关注和研究的热点。 大规模定制的实现需要先进的产品设计技术和生产技术以及先进的产品信息获取技 西安理工大学硕士学位论文 术和全新的产品营销模式i t - s 目前关于大规模定制的研究主要集中在大规模定制技术和 方法的研究，包括大规模定制生产模式下顾客定制信息的获取方法和技术、大规模定制产 品的设计和制造方法和技术以及大规模定制生产模式下组织结构的设计等方面的内容。 ( 1 ) 顾客定制信息的获取方法和技术。 顾客信息的获取和处理是产品设计的基础环节，在很大程度上决定了产品是否能够满 足顾客个性化的需求。顾客信息的获取一般采用问卷调查，顾客定制信息的处理采用质量 功能配置( q f d ) 。q f d 是一种由用户驱动的产品开发设计方法，在对顾客的需求进行分析 的基础上，通过矩阵转换逐步将顾客需求转化为零部件的设计特征、工艺特征，满足了大 规模定制产品以顾客需求为基础的特点。但由于大规模定制产品的固有特点，q f d 的使用 与大规模生产模式下的使用方法不同，必须对q f d 进行适当的改造。 ( 2 ) 大规模定制产品的设计和制造方法和技术。 大规模定制产品的设计一般基于公理化设计理论采用模块化设计或产品族设计策略， 来满足顾客对产品的个性化需求。如u l r i c h 9 1 通过把模块分成共享模块、混合模块和定 制模块等来实现大规模定制产品的快速组合；h e l a n d 和j i a o 1 0 提出的产品族体系结构方 法，以产品拓扑学和功能需求为基础，将相似的产品归为一族，最终实现大规模定制产品 的设计。目前关于大规模定制产品设计的方法和理论发展得比较完善，但是针对大规模定 制产品的制造方法和技术文献相对比较少，并缺乏针对性的研究。一般认为单元化制造方 式是实现大规模定制产品制造的基础制造技术。 ( 3 ) 大规模定制生产模式下组织结构的设计。 大规模定制生产模式是一种全新的生产模式，产品设计以模块化设计为主要手段，产 品制造以单元化制造方式为基础。产品的模块化设计是模块化组织形成的根本因素，大规 模定制产品以模块化为根本特点，组织结构设计采用模块化组织是模块化技术使用的结 果。模块化组织充分吸收了团队合作、动态联盟等企业内外部合作模式的优点，具备相当 大的柔性和高效率，能从根本上满足大规模定制对组织结构的要求。关于模块化组织的研 究尚处于初级阶段，组织结构的设计一般认为遵循模块化设计的理论原则。 1 2 2 模块化理论研究现状 a 模块化理论 p i n e 曾经指出模块化是大规模定制实现的关键因素，模块化是各种面向大规模定 制技术的基础。模块化( m o d u l a r i t y ) 的概念由赫尔伯特西蒙( h s i m o n ) 提出，最初应 用在产品的模块化设计中。对于产品模块化设计的概念， v e l o s op a u l oa s 1 9 9 5 年在 标准规格下的模块化设计理论体系一文中对模块化设计进行了定义：模块化设计是在 对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上， 划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成不同的产品，以满足市场不同 需求的设计方法。随着市场需求变化的加快和先进制造技术的发展，模块化设计以其能缩 短产品开发周期，快速响应市场变化，相对延长产品生命周期等优点，受到制造业和学术 2 绪论 界的广泛重视。 近年来模块化理论发展得越来越完善，目前对模块化理论的研究主要集中在三个层 面：模块化技术理论、模块化生产网络理论和模块化经济理论。这些理论的出现促进了大 规模定制生产模式的实现，对产品设计和企业组织结构设计有很大的指导意义。 ( 1 ) 模块化技术理论。 模块化技术理论是模块化理论中较成熟的理论，包括模块划分、模块化设计、模块化 制造和模块化装配等理论。在国内学者中，刘逸初、徐渝等认为模块化是动态联盟有效实 施的关键因素，并将模块化理解为企业外部功能模块化和产品模块化两种形式( 1 2 1 ；杨占 勇、邓家提研究了基于产品数据交换标准的模块化设计方法，并提出了基于模块集成和产 品数据重用的方法3 1 。在国外，g up 和s o s a l es 探讨了产品生命周期中的模块化策略 问题，研究了基于产品生命周期的集成性模块化设计方法( 1 4 l ；e r n s tr i c a r d o 在模块化和 延迟策略的基础上，建立了适用于不同供应链绩效评价的理论体系钉；m s c h u e n e m a n n 建 立了电子类产品的模块化系统柔性设计和制造体系；h a t t o nl e s 研究了模块化设计的 质量以及设计可靠性，并对模块化的适用范围进行了界定1 7 1 。模块化技术理论已经成为 各种模块化理论的基础，在产品设计中特别是在计算机产品的设计中应用最广泛和最成 功。 ( 2 ) 模块化生产网络理论。 模块化生产网络理论要求网络内部企业密切合作，并且用信息网络建立起相互依存的 生产关系。它是一种在信息技术和计算机制造技术迅速发展的基础上产生的一种有效的社 会生产组织形式1 盯。李平、吴建四提出了模块化生产网络的概念，该生产网络由许多生 产产品模块的企业组成，每个企业都是标准零部件制造或软件设计的专业化企业。a r iv a n a s s c h e 建立了模块化生产网络理论框架模型，通过该模型分析了模块化生产网络的产生 过程 1 9 1 i p 该模型有助于阐明模块化生产网络的产生机理，加深理解产品模块化对某一行 业生产组织的影响。t i m o t h yj s t u r g e o n 认为外购与联合的共同进化和发展促使了新型工 业生产组织模式“模块化生产网络”的出现“。模块化生产网络的发展与完善为大规模 定制生产模式的实现奠定了基础。目前，欧美等经济发达国家，不论是新兴产业还是传统 产业，都在逐渐扩大模块化生产网络的规模和拓展其使用范围。 ( 3 ) 模块化组织经济理论。 企业组织结构的模块化研究跨越了经济学、管理学、企业战略理论和组织理论，成为 现在跨学科理论研究的热点课题。与理论研究相对应的实践探索也层出不穷，如海尔、t c l 、 长虹的模块化能力集群等。从经济学理论视角来看，企业抛弃传统的纵向一体化战略转向 业务模块化战略的原因是威廉姆森所说的资产专用性 2 l | p 当不确定性、交易频率和资产 专用性程度比较高时，业务聚焦化即业务模块化战略是企业最好的选择 2 2 1 。很多学者一 致认为模块化企业战略能够实现企业生产的规模经济和范围经济，如李怀斌认为以模块化 战略为策略所采用的双模块结构( 2 3 1 1 使企业取得了规模经济和范围经济的统一。 3 西安理工大学硕士学位论文 模块化组织一般以模块化技术在企业内的应用为基础，通过模块化生产和模块化战略 联盟使企业的一个有限的业务实现规模和能力边界的无限扩大，把企业中一个或多个产品 模块的核心竞争能力转化为市场能力。表面上来看是模块化的生产方式导致了模块化组 织，其实模块化技术才是模块化组织形成的根本原因。徐宏玲等研究认为，价值链形态演 变以及价值链边界的放松是模块化组织行成的原因，而模块化技术的应用则是价值链不断 变化的根本原因 2 4 | o 也就是说，模块化技术影响了价值链，价值链进一步促成模块化组 织的出现，模块化技术是模块化组织形成的根本因素。 现代模块化理论已经把模块或模块化升华到了一种方法论。他们认为模块或模块化不 仅仅是面向设计、制造、组织的方法和技术，从本质上说，模块或模块化已经是一种分析 工具。对模块化理论的重新解读和运用，有助于对现代企业经济本质特征更好的把握。比 如胡晓鹏对模块化理论从新解读，认为模块化理论在企业中的应用将给企业带来创新效 应、多样化效应和市场效应等三个重要的经济效应1 2 5 1 更利于企业的生存和发展。模块 化组织经济理论对大规模定制生产模式的组织设计有很大的指导意义。 b 模块化理论研究评述 纵观模块化理论的研究现状可以看得出来，研究以模块化产品、模块化组织为线索， 围绕运作管理、产品开发以及组织管理等内容对模块化理论进行扩充、深化。模块化理论 研究主要集中于两方面：一是产品的模块化，包括产品模块化设计的技术方法、产品模块 化制造的技术方法等；二是功能的模块化，包括流程模块化、企业功能组织模块化等。这 两方面的观点将模块化看成是一种提高制造企业生产效率的技术，这在很大程度上概括了 目前模块化理论的研究范围。 当模块化理论的研究从模块化设计不断延伸到模块化制造和模块化装配，再到模块化 经济理论以及生产组织管理等领域时，模块化理论己成为学者们广泛关注的焦点。模块化 技术规则的深入改变了行业竞争格局，使得供应链管理能力越来越成为竞争的关键。尽管 模块化研究取得了丰硕的理论和应用成果，但是很多问题还得进一步探索和研究。 ( 1 ) 产品模块化技术的应用前景。 是不是所有的产品都可以模块化，产品模块化的模块划分应采用什么样的方法，产品 模块化的粒度由什么来决定，这些技术问题仍然没有解决。 ( 2 ) 组织模块化的应用前景。 产品模块化遵循“看得见和“看不见”的技术规则，组织模块化和技术模块化存在 着什么样的关系，这些技术规则能不能在组织模块化的进程中使用。这些问题不仅需要理 论研究，实证研究更值得重视。 ( 3 ) 模块化思想的扩充。 越来越多的研究者认为模块或模块化理论不仅仅是一种技术或企业组织模式，甚至能 够上升到方法论的高度。那么作为方法论的模块和模块化思想，还有没有更广阔的应用前 景，它和供应链、价值链、产业集群以及经济学理论中的一些相关问题有什么样的联系。 4 绪论 对这些问题的研究有助于我们从经济学的视角本质地看待模块化理论的影响。 针对大规模定制，一般认为模块化是实现大规模定制的基本策略之一。企业通过模块 化设计、零部件标准化和产品系列化实现了零部件的批量生产，减少了定制产品中的定制 部件和定制环节，缩短了产品的交货期，减少了产品的定制成本。模块化理论是很多大规 模定制技术和方法的基础理论，对模块化理论的研究有助于大规模定制生产模式的实现。 模块化作为一种设计技术已经在现实中被广泛使用，但是作为一种生产制造和组织结构设 计技术尚需要研究和探讨。 1 2 3 生产方式和组织方式的演进 a 生产方式的演进历程 技术变革是生产方式和生产组织方式发展变革的基本条件( 2 6 1 。生产方式是企业资源 的配置方式 2 7 | 9 技术水平的推动，使得制造业生产方式经历着从低级到高级、从落后到 先进的演变。按专业化程度生产方式可分为单件小批生产( j o b - s h o pp r o d u c t i o n ，j p ) 、 成批生产( b a t c hp r o d u c t i o n ，b p ) 和大规模生产( m a s sp r o d u c t i o n ，m p ) 三种形式。 ( 1 ) 单件小批量生产( j p ) 。 单件小批生产是1 9 世纪前工业发展初期出现的手工或低机械化的生产方式，这种生产 方式按工艺专业化原则组织生产，能够满足多样化的顾客需求。但存在着很多弊端，比如 制造周期长、制造成本高和生产率低。在制造业主流逐渐趋向多品种小批量生产的形式下， 生产效率、制造周期和制造成本的改善是这种生产方式发展的瓶颈。 ( 2 ) 成批生产( b p ) 。 成批生产是一种介于单件小批生产和大规模生产之间的生产方式。它能实现流水作 业，在一定程度上又能满足客户的多样化需求。随着客户需求的多样化和产品生命周期的 缩短，成批生产也开始难以适应竞争环境的需要。 ( 3 ) 大规模生产( m p ) 。 大规模生产是在市场环境相对稳定、产品供不应求的情况下产生的。大规模生产通过 零部件的标准化采用标准的制造过程，进行高效率的自动化作业，提高了生产率和产品质 量，降低了成本。然而，大规模生产只适合于单一的产品市场、稳定的市场需求、较长的 产品生命周期和较长的产品开发周期，这些要求使得采用大规模生产模式的企业对现今市 场环境的的适应性越来越差。 b 生产组织方式的演进历程 生产组织方式即企业生产要素的组织方式。合理的生产组织能把生产过程从空间上、 劳动上和时间上很好地结合，使产品能够以最短的路线和最快的速度通过生产过程的各个 阶段，使企业的人力、物力和财力得到充分利用，达到优质、高产和低耗1 2 8 1 0 生产组织 方式随生产方式的变化而变化，新的生产方式要求企业生产要素的重新组织。生产要素包 括有形资源如资金、设备等，无形资源如核心能力、信誉和品牌影响力等。合理地组织生 产过程，使生产过程始终处于最佳状态，是企业获得经济效益的重要前提。 5 西安理工大学硕士学位论文 制造业经历了单件小批生产、成批生产、大规模生产、精益生产和大规模定制等生产 方式，在，毛产方式的不同阶段生产组织方式有着不同的形式。大规模定制生产模式下，企 业面向的是复杂多变的市场环境，对企业的组织形式有着很高的要求。企业的组织结构不 仅仅要满足传统的组织结构的各种基本功能，最重要的是要具备能够快速响应市场需求变 化的柔性。因此在进行企业内部和外部组织结构设计时，以柔性为特征的工作团队、虚拟 团队和动态联盟的设计和运作方式都应该是大规模定制模式下组织结构设计的重要参考 对象。下面主要对大规模生产阶段和精益生产阶段的生产组织形式进行分析总结。 ( 1 ) 大规模生产阶段。 大规模生产是在市场环境相对稳定的情况下，企业根据市场的预测，以产品的大批量 生产为特征的生产活动。与大规模生产模式相对应的是科层式组织结构。所谓科层制，即 等级制度或官僚制度，通过一层一层的行政隶属关系，遵照行政命令来完成组织的内部交 易。在工业社会大规模生产时期，需要稳定、集中、严密、精确和可量化的管理，科层组 织以其强有力的控制，取得了组织运行的高效率。 在科层组织方式下，企业被细分为功能明确而狭窄的部门，形成一种垂直式的金字塔 型的官僚结构。科层组织的信息传递链比较长，容易导致信息延误和扭曲；工人严格按照 规则完成指定的任务，操作程序、方法和时间都被标准化，对工人的技能要求很单一。科 层组织这种缺乏灵活性的组织形式，在产品需求多样化的大规模定制时代，已经显示出它 的局限性，将逐渐被其它组织形式取代。 ( 2 ) 精益生产阶段。 精益生产方式运用了很多种管理方法和手段，核心思想是以必要的劳动，在必要的时 间内，按必要的数量，生产必要的零部件，以达到杜绝超量生产，消除无效劳动，降低成 本，提高产品质量，实现最大产出的生产方式汹1 。精益生产阶段，企业生产组织方式主 要有单元化制造、工作团队和动态联盟三种形式，这也是大规模定制生产模式下生产组织 设计需要吸取的精华。 单元化制造。单元化制造是指将一类具有相似结构及加工工艺的产品集中在一个单 元化制造系统中，完成部分或全部加工。j o c e l y nd r o l e 等人认为单元化制造的发展经历 了三种历程 3 0 1 经典单元化制造( c l a s s i c a lc e ll u l a rm a n u f a c t u r i n g ，c c m ) ，虚拟单 元化制造( v i r t u a lc e l l u l a rm a n u f a c t u r i n g ，v c m ) ，动态单元化制造( d y n a m i cc e l l u l a r m a n u f a c t u r i n g ，d c m ) 。c c m 是依据成组技术原理，把加工设备布置成一种特定形式的生 产组织方式，v c m 和d c m 是在c c m 基础上针对制造环境的多变性而提出的。很多学者对单元 化制造和单件小批生产及大规模生产模式分别做了比较，一致认为单元化制造和其他制造 方式相比缩短了生产准备时问和物流时间，减少了在制品库存，减少了材料处理时间并且 提高了质量 s a - s s 能够实现产品源头的质量控制，限制成批的废品出现 4 0 1 。 工作团队。工作团队是企业面向临时性生产任务的主要组织方式。工作团队主要包 括多功能团队和虚拟团队。多功能团队主要针对产品开发，以保证产品开发过程中的上下 6 绪论 游部门信息交流的方便性，减少设计过程的反复。虚拟团队是以信息技术为基础由跨越空 问和组织界限的成员组成。团队的成员有广泛的地域分布性，人员可能来自同一部门，也 可能来自不同的部门和组织，甚至不同的国家。 动态联盟。动态联盟亦称虚拟企业，联盟中的企业将不同的竞争优势联合在一起， 利用优势资源而组成超越空问约束的组织体系。大规模定制生产模式需要动态联盟的构 建。 动态联盟在其形成的初期主要有如下特点：合作关系基于市场机遇；对信息技术和通 讯网络高度依赖；涉及的层面包括企业的战略层和经营层：形式灵活；一般形成于互补性 业务活动的企业之间。 动态联盟是典型的准市场企业，在制度安排上，动态联盟接近于企业式的制度安排。 动态联盟的动态特征和短期行为决定其在组织经济活动时没有高度的强制性，其主要合作 目的有： ( 1 ) 资源互补利用，互通有无，共同受益。 ( 2 ) 风险共担，联合投入相似的资源，减少重复的工作。 ( 3 ) 市场共创，联合扩大市场总需求。 随着知识经济和网络经济的发展，战略联盟呈现出新的特点：边界模糊，供应者、生 产者、分销商之间产生一种你中有我，我中有你的局面；关系松散，契约关系代替了行政 关系；运作越来越灵活高效，表现出环境变化的自适应性，形成敏捷的供应链。 c 面向大规模定制的模块化制造方式 模块化技术的广泛应用是传统的制造方式向模块化制造方式变革的基本动因。在大规 模定制生产模式下，模块化技术的影响是双向的。大规模定制不仅仅要求产品设计的模块 化，也需要产品制造的模块化。因此实现产品的大规模定制不仅需要零件设计的标准化和 通用化，以降低定制件的比例；也需要模块化制造方式在零部件的制造中发挥重要的作用。 面向大规模定制的模块化制造方式与传统的制造方式有很多不同之处，它是将产品按 某一标准分解成一系列的功能模块，按模块组织生产( 模块化设计，模块化制造、模块化 装配) ，高效率、低成本地满足市场需求的生产方式。模块化制造方式通过产品的多变性 与零部件标准化的有效结合，通过模块的批量生产，在满足顾客多样化、个性化需求的同 时，实现了企业的规模经济，降低了企业成本，提高了大规模定制产品生产企业的市场竞 争能力。与传统制造方式相比，模块化制造方式具有很多优点。 ( 1 ) 模块化制造方式使企业快速应对顾客需求的变化，制造出顾客满意的产品。 大规模定制生产模式应对的是一个多变的市场，而市场变化的基础是顾客需求的变 化。在第一时间对顾客需求的变化做出反应是赢得市场的关键。模块化制造方式通过对顾 客需求的分类，以模块组合来生产顾客需要的产品，不同的产品分别采取不同的制造策略 能够快速满足顾客需求的变化。 ( 2 ) 缩短产品生产周期。 7 西安理工大学硕士学位论文 当顾客提出要求后，只需增减部分模块，或设计、制造个别模块，设计的重用性缩短 了产品设计时问。模块化制造可以使一个模块或产品在一个生产单元内制造完成，相比于 按专业化分工形成的传统生产组织模块化制造减少了运输和等待等一系列物流时间。由于 模块化制造的对象是标准化、通用化的模块，减少了生产对象的种类，这使得加工制造和 装配时间也大大缩短。因此，模块化具有垂直型系统所不可比拟的快速响应能力，缩短了 产品的设计、制造、装配时间，从而缩短了产品生产周期。 ( 3 ) 模块化制造方式能够使企业取得顾客满意度和生产成本之间的平衡。 顾客满意度是企业的整个经营活动的指针，不仅仅影响着企业的经营业绩，在很多情 况下还可以准确的预示或反映企业的发展趋势。成本的高低是企业赢利的关键，模块化制 造方式通过对先进的制造方式和产品规划技术的应用，降低了库存成本、物流成本等使企 业在提高顾客满意度的同时，保持成本不变或降低，取得两者之间的平衡。 ( 4 ) 提高产品质量，便于维修。 模块是经过各种实验、测验且反复修改优化而形成的技术先进、结构合理的通用件， 具有较高的质量。模块化制造方式中的产品由具有符合要求的、具有特定功能的模块组合 而成，因此，产品维修只需维修相关的模块，而不用拆卸或换掉其他模块。 ( 5 ) 有利于减少库存。 目前，为了应对顾客需求的变化，许多企业库存较多，产品积压严重，流动资金周转 困难，严重影响了企业的正常生产。模块化制造方式由于涉及对象是通用性的模块，减少 了备件的品种和数量，降低了企业库存。 ( 6 ) 模块化制造方式催生了模块化组织结构。 金字塔型组织结构模式在大规模生产模式中应用广泛，但是模块化制造方式是以单元 化制造为原型，强调的是团队合作和快捷的团队拆分和组合，原有的金字塔型组织结构模 式已经不能适应大规模定制生产模式。基于“即插即用”模块化规则的模块化组织结构适 应了大规模定制的发展要求，对企业组织结构的发展有深远影响。 模块化制造方式有着传统制造方式不可超越的优点，但是目前针对大规模定制提出的 各种制造理论比较少，而且主要是具有普遍支持的理想的制造系统。如顾新建，郑国君 等通过比较各种制造系统后提出的面向大规模定制的模块化制造系统，r o g e r s 等人基于 可重构制造技术提出的模块化制造系统“幻。这些制造系统都是一种具有普遍意义的理想 化的制造系统，很少对产品具体的特点进行针对性考虑。 一般认为单元化制造面向的是多品种、小批量商品，这个特点与大规模定制产品多样 化、批量小的特点是一致的。从模块化的角度对大规模定制制造方式进行针对性研究，在 单元化制造的基础上提出针对大规模定制产品的模块化制造方式，是实现大规模定制生产 模式的有效手段也将是以后研究的方向。 1 3 研究内容和框架结构 本文以陕西省自然科学基金项目“大量定制产品敏捷开发管理模式研究一和陕西省科 3 绪论 学研究计划项目“基于模块化的大规模定制生产组织应用研究 等项目为背景，主要进行 以下几个方面的研究工作： ( 1 ) 对大规模定制产品进行定性和定量分析，建立大规模定制产品优选模型。 ( 2 ) 基于质量功能配置理论对大规模定制模块化产品进行规划，建立产品规划模型。 ( 3 ) 对现有的零件分组算法进行改进，考虑零件制造特征的权重，提出面向模块化 制造单元的零件分组改进算法。 ( 4 ) 面向大规模定制生产模式对企业组织进行模块化组织设计。 ( 5 ) 对上述模型和算法进行实证研究。 论文的研究思路和框架结构如图1 - 1 所示： 大规模定制产品定性分析 块化产品规划质量屋 新产品的模块划分方法 成熟产品的模块划分方法 大规模定制产品模块化制造方式研究 大规模定制产品优选模型 大规模定制产品定量分析 模块划分方法和零件分组算法 模块划分方法h | l 叫零件分组算法的改进 大规模定制模块化组织系统设计 实施基础 卜j| il - 叫支撑技术 火规模定制产品模块化制造方式实证研究 结论及展望 图卜l 论文的研究思路和框架结构 c h a r t l - 1t h er e s e a r c ht h o u g h ta n df r a m eo f t h ep a p e r 模块化产品规划模型 9 西安理工大学硕士学位论文 2 大规模定制产品优选理论模型 顾客需求的个性化使大规模生产模式越来越不适应企业的竞争与发展，大规模定制逐 渐成为企业满足顾客需求的有效途径。大规模定制的目标是在接近大规模生产的效率和质 量的情况下，向客户提供个性化的产品。但是大规模定制生产模式使企业赢得了市场份额 的同时，也使企业陷入两难的境地。 由于不同类型的产品在构造、用途和价值等多方面的差异，并不是所有的产品都适合 大规模定制。企业一方面担心产品的个性化低而失去市场，另一方面也担心过度追求个性