基于模块化架构的产品竞争力研究

基于模块化架构的产品竞争力研究

0引言进入21世纪后，企业缩短新产品开发时间，为顾客提供快速、低价的定制化产品开发战略，使企业处于标准化、大规模生产能力与定制化、差异化市场需求的两难境地，分解产品架构及相关任务成为很多企业的选择。模块化的生产方式作为引领“动态变化时代竞争战略”[1]被提出后，模块化不仅影响价值链中的产业标准，也影响企业长期的技术战略以及竞争策略。近些年来，模块化理论越来越多地被应用到金融、汽车、建筑、飞机制造、互联网通讯等诸多产业领域。模块化的思想对于塑造一个复杂且不断变革的产业结构有着深远的意义[2]。模块化为平板彩电业的发展带来了新的机遇与挑战。相对传统彩电(CRT)而言，平板彩电属于高技术含量产品。处于产业链上游的显示屏长期被外资品牌所控制，在这样的背景下，海信、长虹、康佳等中国彩电企业积极分解产品结构，采用模块化设计与制造，重视产品整机制造与市场销售，提高企业竞争能力。本文研究目的旨在以海信为案例研究，从模块化产品架构理论视点，系统揭示中国平板彩电企业的模块化设计与生产能力形成过程、原因、路径，构建模块化产品架构与企业竞争优势的理论模型。产品架构是对复杂系统(产品)“分解与链接”[3]的设计思想。模块化产品架构指分解系统(产品)为若干个模块，使模块与模块之间的接口标准化，功能与模块之间呈现一一对应关系。通过模块与模块的多种组合有利于开发多品种产品。产品架构的模块化影响企业竞争优势是一个长期且系统的过程。而迈克尔和波特于1980年提出“竞争优势归根结底来源于企业为顾客创造的超过其成本的价值”。企业如何采取模块化产品研发与制造，模块化产品架构与形成企业竞争优势的关键路径与原因是什么？本文以海信为案例研究对象有三点原因：第一，海信的平板彩电在中国企业中具有较强竞争力，市场份额达到了17.35％，实现了中国平板彩电市场的“五连冠”。第二，从技术层面讲，海信每年将销售收入5％持续投入到核心技术研发领域，技术发明专利达500余项，其中260余项是在平板电视核心领域取得的。第三，平板彩电最重要部件“信芯”开发与2007年9月液晶模组生产线投产，为中国品牌在平板彩电上游资源的博弈中赢得了更多的话语权。海信液晶电视模组投产之后，比外购模组成本下降10％以上，整机成本下降5％～6％，同时提高产品开发速度。本文案例中所使用数据主要取之于三方面：第一，笔者之一于2003年、2005年两次实地访谈海信。对海信以索尼为企业标杆，注重研发，在产品性价比方面具有较大的竞争优势印象尤为深刻。第二，笔者团队从2006年开始多次到北京的国美与苏宁旗舰店，从价格与彩电功能两方面比较海信平板彩电与国际品牌如飞利浦、索尼、松下、夏普、三星的优劣势，与国内品牌长虹、TCL、康佳的优劣势等，发现海信平板彩电竞争优势主要在于性价比方面，同型号产品海信的价格比国外品牌低，比国内品牌高，但功能齐全。第三，笔者团队于2007年9月访谈与实地调研海信中央研究院、平板彩电制造部门。详细调研海信在彩电技术研发、生产制造的流程、特征。撰写案例期间，笔者之一(杨晓莹)在电话中多次追加调研，以求数据真实性。1文献研究与分析框架1.1模块化产品架构理论产品架构理论伴随着模块化生产方式而产生。赫尔伯特·西蒙(1962)最早涉及模块化研究，虽然他没有明确提出模块或模块化的概念，但他在手表工艺方面的研究对以后学者提出模块化的概念有重要影响。模块化是指半自律的子系统，通过和其他同样的子系统按照一定的规则相互联系，从而构成更加复杂的系统过程[2]。模块化是系统组成的一种方式，根据系统对象的不同，模块化可能表现在产品系统中，也有可能表现在企业生产系统以及企业关系网络系统中。模块化在产品系统中运用是产品架构的重要特征之一。产品架构是对复杂系统产品“分解与链接”的设计思想，即产品的功能单元组合为实体装置的结构配置，包括功能单元形成物理组件以及相互作用的物理组件间的界面规格[3]。美国哈佛商学院的Baldwin和Clark针对模块化生产方式的作用发表了他们的开创性的论文：《设计的规则：模块化的力量》[1]，从此使得模块化设计思想进入了主流经济学的研究范围。他们认为三条设计规则决定了复杂产品系统的设计和制造安排的特点：①结构——它定义了一个复杂产品由哪几个单元组成，并界定了各个单元的功能；②界面——它定义了单元组件之间的互动方式，包括模块间的联系、沟通及协作方式；③标准——它定义了各个功能单元是否符合设计规则中的测试依据。按对产品结构分解与功能单元之间界面的互动方式不同，产品架构基本分为模块产品架构(modularproductarchitecture)与集成产品架构(integralproductarchitecture)。模块产品架构指产品的各个组件分别执行单个功能，组件与功能对应关系非常明确，如组合音响设备、计算机、自行车等。组件(零部件、模块)之间界面是标准化的，通过对现有组件之间进行组合，开发多样化产品。集成产品架构指产品的功能单元由多个组件来实现，功能群与组件群的关系错综复杂。每个组件参与多个功能单元的实现，不是一对一的关系，且组件之间的相互关系是相当模糊又不明确的[3～5]。Moeller和Momme提出了模块化产品架构的概念框架[6]，如图1所示。图1模块化产品架构的概念框架Fig.1Theconceptualframeworkofmodularproductarchitecture模块化只是产品架构的相对特征，企业采用模块化产品架构，有以下几方面优势：能将自身研发能力与组件开发者(零部件供应商)广泛网络结合起来，缩短产品设计与开发周期；对日益增长的复杂技术应付自如；通过将单个产品研制和生产任务分解为若干个子系统，使设计者、生产者及用户都获得了巨大的灵活性；允许在不改变其他组件的情况下，只改变单一组件而不影响产品的功能；各组件还可以设计成相互独立的，有利于模块局部创新[7]。Sanchez于2002年在其研究中综述了模块化产品架构的好处有：更多的产品品种，更快的技术升级，更高的新产品开发速度，节约成本。Ericsson和Erixon阐述了模块化产品架构对于制造商的好处[8]：高度的灵活性，因为它可以迅速改变产品的某一部分，从而可以比较容易地适应由于市场或新技术而带来的变化；缩短产品开发时间：一旦模块之间的界面被确定，并行的开发工作成为可能；产品和生产系统的并行开发：产品开发计划可以被分解为单个模块的生产计划；缩短生产时间：模块的并行制造取代了流水线式的整体生产；生产环节较少的资本占用：由于缩短的时间和原有产品的市场保持；降低原材料和购置成本：组成部分的减少和较高的总量意味着购置和管理费用的节约；被提高的质量：最终组合之前的模块测试由于反馈环节缩短，更容易调试；便利的售后服务、维修和升级：标准化的接口使得增加或者替换一个模块变得十分容易。模块化产品架构的缺陷。在看到模块产品架构带来利益的同时，也要注意到其局限性。在模块产品架构中，各个模块具有半自主的权力，在遵循统一标准的前提下，同种功能的模块供应商具有很高的替代性，客观上决定供应商之间竞争非常激烈；模块架构采用者不能看到模块化内部的隐藏信息，从而加大了学习的难度；模块架构一旦确定后，界面标准很难调整；系统内的组件创新会持续发生，系统水平创新存在问题，模块化会减缓系统创新的步伐[9]。1.2模块化产品架构与竞争力的相关实证研究目前国内外学术界对产品架构的理论与实证研究大多集中在模块化架构在产业层面中的运用，在企业(产品)层次中的实证研究稍有涉及。Pil与Cohen从企业竞争优势的角度来阐述模块化对模仿创新进而对可持续竞争优势的影响，认为：①模块化与产品设计模仿的速度正相关，但模块化带来的产品多样性又负向调节模块化和模仿之间的这种正向关系；②模块化与渐进式产品绩效改进的速度和可靠性正相关，也与组件层次和子系统层次创新正相关；③通过模块化设计取得的创新优势与企业模块化绩效优势的持久性正相关[10]。国内学术界研究家电企业竞争能力，主要集中于海尔、长虹、TCL等大企业。有代表性的应用研究主要有：产品结构模块化是释放中国企业低劳动力成本优势的重要前提条件之一。在竞争策略上，本土企业成功地利用了价值链的可分性，有效地发挥了低劳动力成本和当地市场知识掌握的优势。我国本土的汽车制造企业的产品结构是模块化的，模块化造车的好处在于：降低了成本，加快了车型开发速度，降低了整车企业的开发风险[11]。中国家电企业的产品开发模式采用型号经理负责制，设计思想都具有模块化产品架构的特征，模块化产品架构是推动企业研发战略与组织架构相互匹配的关键因素[12]。白雪洁认为中国的电子电器企业充分利用了模块化生产方式，以低成本优势嵌入到模块化生产体系中，将加工组装优势发挥到极致，其后果是忽略了模块化具有激励零部件技术创新的作用[13]。1.3理论分析框架综上所述，模块化产品架构影响企业竞争能力是一个系统性过程，通过企业特有的组织、流程而发生，同时受到企业文化与制度的影响。但到目前为止，相关的研究主要集中在模块化产品架构概念、分类、功能以及与产业竞争力关系等方面。对模块化产品架构与企业竞争优势关系，模块化产品架构与战略、研发组织、生产方式的匹配等问题的系统理论与实证研究还不足。本文在上述文献研究基础上，提取模块化产品架构被公认的几大优缺点如快速上市、降低成本、品种多样、提高质量、功能先进等形成本文的分析框架，探讨模块化产品架构如何从研发与生产两方面影响企业的竞争优势(见图2)。图2本文理论框架Fig.2Theoreticalframeworkofthispaper2海信案例青岛海信股份有限公司(以下简称海信)为海信集团控股的子公司，于1997年4月在上海证交所上市①，主要从事电视机、数字广播电视设备的研究、开发、制造与销售。2008年海信拥有八家国内外控股子公司②，年彩电产能为800万台，员工约4600人。2.1平板电视产品架构与海信产品优势按照通常分解方法，平板电视包括液晶和等离子③。平板电视由结构、电路和软件三大部分组成。结构又可以分为前壳、屏、屏蔽罩、机芯板、底座、后壳六大模块。其中最核心模块是机芯板，它又包含一系列的更加细小的模块，该模块决定了产品差异化功能。具体的架构如图3所示。前壳、屏蔽罩、底座和后壳属于标准化的通用零部件，相对而言技术含量较低。前壳、后壳主要在外观上起差异化的作用，也是整个电视的外部保护壳。屏蔽罩在屏和其他组件之间起屏蔽和防干扰的作用，把各个电路间的相互干扰降到最低或为零。底座不与电视主体固定在一起，客户可根据自己需求选择要或者不要。六大模块中最关键部分是屏和机芯板。屏在平板电视成本中占总成本的50％甚至60％以上。液晶电视的显示部件就是液晶模组，模组就是我们通常所说的液晶显示屏或液晶面板，相当于CRT中的显像管。模组主要分为屏和背光灯组件，两部分被组装在一起，但工作的时候是相互独立的(即电路不相关)。液晶显示的原理是背光灯组件发出均匀的面光，光通过液晶屏传到人的眼睛里。屏的作用就是按像素对这些光进行处理，以显示图像。如果掌握了上游模组技术，中国品牌对平板产品的成本控制能力将大大加强。目前液晶模组技术最好的是夏普，其次是三星索尼。海信所用的液晶屏和其他国内厂商一样均从三星、夏普等或者台湾厂商那里购买。海信再应用自主背光灯组件生产模组，海信自2007年9月19日投产海信电视液晶模组生产线，根据海信液晶模组的发展规划，2009年海信液晶模组年产能达到300万片。海信液晶模组发展不仅使中国企业对整机成本的掌控比例一下子提升到了60％以上，而且还可以将更多自主研发的新技术应用到整机产品上，为消费者提供更多个性化、具备突出功能优势的新产品。“机芯板”是海信最凸显自己技术力量的模块。机芯板由很多子模块组成，主要包括：主板(相当于电脑上的CPU，起总控制的作用)、伴音板(处理伴音和其他声音信号)、电源板(各个功能的电量来源)、信号板、遥控板、按键板、端子板(起转接作用，主要涉及一些额外功能，比如DVD功能的插口处)、USB板、录放板。其中，主板是最主要的子模块，是体现产品功能差异化的关键所在。目前海信具有自己设计、研发和生产机芯板的能力。海信通过掌握机芯板和模组这两个电视核心部分，优化产品、提高效率、降低成本，力图改变中国彩电业的现状，提升海信彩电的全球竞争力。图3海信平板电视产品架构图Fig.3TheproductstructurediagramofHisenseflat-panelTV资料来源：根据访谈记录绘制2.2海信的研发组织架构多媒体研发中心是海信下属的研发机构。截至2007年9月，海信员工总数达4600人左右，其中多媒体研发中心技术人员约350人(不包括生产、采购等部门技术人员)，约占员工总数的8％。研发人员平均年龄为28岁。90％具有本科或者本科以上学历，25％具有硕士或者博士学历。一年立项研发的新产品约300项。2.2.1研发中心组织架构研发中心组织架构由产品开发部、技术研究部、网络多媒体事业部组成(见图4)。其中网络多媒体事业部是新建的，主要从事海信整体家居、网络家电等未来发展方向研发。技术研究部是技术导向，主要从事新技术或者超前技术的研发，开发预研产品。比如“信芯”④就是由这个部门开发成功的。图4海信多媒体研发中心组织架构图Fig.4HisenseR&Dorganizationchart资料来源：2007年9月根据访谈记录整理产品开发部，约占研发中心总人数的三分之二，下属三个部门：项目管理所、产品所和公共平台所。项目管理所的成员一般担当项目经理的职务，组建开发团队，领导新产品的开发。产品所主要负责新产品开发中的电路设计等一些传统的研发工作，根据产品类别划分为LCD、CRT、PPC、投影、液晶、出口机六个分属部门。为解决产品开发过程中的模块化推广与标准化问题，2006年成立了公共平台所，主要从事公共的软件开发、公共平台的构建、模块化等工作。比如结构所要研究结构平台的标准化；软件所也要研究软件平台的标准化；平台所既要研究通用平台，为减少元器件的品种也要研究通用的元器件。2.2.2产品开发管理程序海信新产品开发采用项目负责制，每开发一个新产品都会成立项目组，项目经理全权负责，项目经理参与新品开发的各个阶段，从概念设计完成到批量生产。截至访谈时，海信的原生机种开发流程如图5所示。图5海信新产品开发流程Fig.5Hisensenewproductdevelopmentprocess资料来源：海信内部上述流程框图是全新产品(A类项目)开发的流程框图。流程框图中的菱形表示项目开发的里程碑阶段，基于项目经理汇报项目进展，项目总负责人决定该里程碑是否通过并给予点评及指示。整个产品开发流程涉及的人员有：多媒体研发中心总经理(总负责人)、项目经理、产品经理、初始采购、电路设计工程师、结构设计工程师、软件设计工程师、成本工程师、工艺工程师、DQE工程师、模具工程师及其他职能人员。(1)概念启动。产品经理主要负责概念启动前的工作，形成《产品开发需求书》，提交并经多媒体研发中心总经理批准，该项目就正式启动。(2)项目启动。根据“项目启动”里程碑会议的结论，项目团队继续设计的改进并开模。主要对草样机的结构、电流和软件方面进行测试。根据测试结果，由电路、软件、结构开发经理安排进行设计审查，根据结论制定一定数量的正式样机。一旦就质量、可靠性、可制造性设计(DFM)、电磁兼容和安全设计等得出的结果进行了评价，项目团队认同产品符合规格，且达到了所需的设计成熟度，就可以召开“设计放行”里程碑会议。(3)上市放行。其目的在于对首批量产的产品进行评价并正式投入市场。在证明项目已达合格水平时，由项目经理提出召开“上市放行”里程碑会议，由产品经理部总经理或其代表主持会议。对“上市放行”之后的后续工作要提出计划与期限。此后，该产品正式进入批量生产状态。产品开发项目团队至此任务结束。2.3海信的生产制造2.3.1生产制造部基本概况海信生产制造部主要负责生产平板和CRT产品，生产制造部共有员工3590人，平均年龄20岁左右。其中平板事业部有1592人，CRT有1998人，其中管理人员将近100人⑤。组织架构如图6所示。图6生产制造部组织架构Fig.6Organizationalstructureofthemanufacturingsector资料来源：据访谈记录整理其中1、2车间是最重要的两个车间，3车间主要为1、2车间提供彩电产品的上游零部件，4车间主要生产电视机的关联产品，如机顶盒、智能信号机、POS机等。海信共有13条生产电视机的流水线，除此之外，还有机顶盒、POS机、信号机三条线体。2.3.2模块生产车间工艺流程图模块生产车间主要生产机芯板。主板、电源板、按键板等基本在此车间生产。每条生产线都可以生产机芯板中的许多种部件，其生产流程基本一样。首先是自动化阶段，由机器对空白印制板进行自动贴装，贴装完成之后，进行在线测试(简称ICT，主要测试机器贴装的器件是否存在本身不良的问题，或者是否有漏贴)，然后是手插，因为存在一些异形件需要手工往上插，接着是波峰焊接程序，这个过程由机器完成，最后是功能测试，测试该模块板的功能实现。按照正常思维，最终的模块板应该放在电视机中进行检验，但是海信简化了这一步骤，有专门的仪器，把模块板贴上去其效果和在电视中检验一样。最后检验没问题后就送去整机车间进行组装。其全部制造流程如图7所示。图7模块制造流程图Fig.7Modulemanufacturingflowchart资料来源：根据海信内部资料整理2.3.3平板电视生产流程海信实行两班倒，每条生产线上分白班与夜班，每班每天工作10小时。每班有65人左右。每班分为3组：装配组、调试组、包装组。以32英寸平板电视的生产线为例，一般每小时生产电视100台左右，单班一天生产1000～1200台。最高效率每小时能生产120台。不同机型所用人数不同，线体上的操作工人数每周都有变化，工人工位也根据机型而变化。具体的生产流程如图8所示。图8海信平板电视整机工序生产流程Fig.8Hisenseflat-panelTVproductionprocesses资料来源：根据海信内部资料整理前壳上线检验是对外观的全面检验，确定无划伤、掉漆、结构件粘接不良等现象。安装线路板就是把机芯板中的一系列印制板安装到屏蔽罩上，然后把这些板用各种条形连接器连接起来，接着把各种连接线分别整理固定，以避免信号干扰和夹线等不良现象。经过两步检查后进入常温老化阶段，进行45分钟以上的老化，确保整机工艺指标准确，及早发现并排除部分器件的早期失效。VGA图像检验和高清检验都是为了保证图像质量，然后看AV图像输出和伴音是否符合要求，后壳安装完毕后成为一台完整的彩电。这时要进行耐压、绝缘电阻检查来检测整机安全性能，按照国家标准对每台整机进行安全测试，保证整机安全可靠。出厂前还要对电、声等总性能做全面检验，并设置出厂状态，接着对外观做全面检验，保证每一台整机外观清洁、完好。全部检验完后，由质量控制人员进行交收检验，质控人员按照企业交收检验标准对生产产品随机抽样，确保质量完美。2.4海信40英寸平板电视的功能差异化海信销往国内的产品每年都要推出几十种型号，加上做Deawoo、Hp、Sanyo等贴牌代工的，其型号就更多了。本文以主流型号40英寸平板彩电作为切入点，进行产品系列的功能差异化对比分析(见表1)。平板电视的差异化主要体现在外观和功能上，外观差异化主要表现在外观设计和所用材料上，由于消费者的审美眼光越来越高，海信目前比较重视外观设计，经常由国外的研发中心联合国外设计师为其平板电视设计外观，以吸引消费者眼球。产品功能的差异化主要用三个指标衡量：屏、分辨率和刷新率，这三点都体现在画面质量上。分辨率有1920×1080和1366×768之分，目前最高标准是1920×1080，但大部分产品的分辨率还是1366×768。刷新率也有很多种，有50Hz、60Hz、75Hz、100Hz、120Hz之分，刷新率越高越好，目前最高为120Hz。表1中(1)为相对低端的产品，除具备基本的电视功能外，无独特之处。(2)相对(1)来说，增加的功能主要是自由听和双USB接口，这是通过在机芯板中增加了两个模块实现的。(3)与(2)相比，屏的质量有所提高，功能上多了双流媒体、光感变频和HDMI接口。(4)相比(3)除了屏有所改变外，又增加了可录功能和打印功能。(5)相比(4)来说，屏也有所变化，但最主要的差别是由1080p和60Hz变成了1080p和120Hz，还改变了架构，升级了已有的一些功能。从(1)到(5)，虽然外观和功能一直发生着或多或少的变化，但确定的是，上述产品差异化主要是通过改变屏和主板机芯两个模块来实现的。2.5海信电视机的产品竞争力2008年中国平板电视市场上，40和42英寸电视占全部型号电视销量的3成以上⑦，国内外主要品牌企业在这个尺寸上都有产品，所以笔者选择了42英寸⑧作为彩电性价比的对比切入点。同时为了显示出各品牌功能的技术含量，本文又选择了42英寸范围内的中高端产品型号为例。对平板电视来说，显示屏与机芯是体现产品功能差异化的重要指标。显示屏基本都是外资品牌生产，相同档次的屏质量上相差不大，机芯则是体现各个企业的产品功能的技术能力，但整体很难衡量，这里选用体现画面质量的指标——刷新率，并进行品牌比较。另外，为了体现产品差异化，每个品牌都会有自己的独特诉求点。各品牌电视机分辨率基本都是1920×1080，只有创维是1366×768，因此其价格最低。把创维排除出去后，同是120Hz刷新率的四个品牌是LG、东芝、长虹和TCL，这四个品牌的分辨率和刷新率完全一样，只是在功能上略有不同，但长虹的价位最低，比LG、东芝、TCL分别便宜了6500元、2480元、6499元。同是60Hz的刷新率，海信的价格比夏普便宜了3490元。与长虹相比，虽然刷新率比较低，但海信却比其多了光感变频、背光和可录三大功能，价格上也比长虹便宜1