本站原创随着客户对于工程机械产品多样化和个性化的要求越来越高,工程机械制造企业必须在最短时间内设计出适应客户要求的产品,才能够迅速抓住快速多变的市场.因此本文在工程机械制造企业引入大规模理念的基础上,研究模块化设计思想在大规模环境下的新特点和新变化,提出在此环境下的工程机械模块化设计策略,以达到缩短产品的开发周期,快速响应客户和市场,提高企业核心竞争能力的目的.
随着客户对于工程机械的产品性能、人机工程、安全性和环境适用性等方面的要求不断提高,工程机械制造企业必须具有满足客户群体日益增长的多样化和个性化要求的能力.针对工程机械产品品种多、批量小、交货时间短等特点,工程机械制造企业必须从设计源头入手,在现有模块化设计的基础上寻找出一条更为便捷而迅速的设计策略,努力缩短个性化产品的开发时间,快速响应市场需要,提高企业的市场竞争力.
本文从优化现有工程机械设计模块的角度出发,引入大规模的理念,分析在应用该理念进行产品设计时,模块化设计思想的新变化,提出一套工程机械模块化设计的新策略,并根据工作实践分析和验证这种新策略的应用效果.
一、工程机械大规模化特性
以小批量、低成本、高效率为特征的大规模（Mass Customization,MC）诞生于1987年,其核心目标是以大批量的生产效率以及与其对应的最短的设计周期,实现客户多样化、个性化需求与制造企业大批量生产的有机结合,即最大限度地解决客户的“产品”与“大规模生产”之间的矛盾,实现客户和产品制造企业的双赢.
工程机械产品大规模的基本思想是针对此类产品多品种、小批量的特点,通过对产品组成结构、制造过程、销售过程的优化,在充分满足客户多样化、个性化需求的基础上,实现设计和生产过程的最大批量化.大规模需求的源头一部分来自客户多样化、个性化市场需要的压力,另一部分来自工程机械制造企业产品设计周期、生产周期和交货期限等带来的企业之间的竞争压力.
在进行工程机械大规模的过程中,设计人员需要注意以下几个方面的特性需要.
（1）必须考虑产品平台化的设计思想.
产品平台化的设计思想并不是简单地对现有模块（包括系统、部件和零件等）的重用,还应该包括对一系列模块集合的共享和重用,即形成一个相对稳定的产品族的平台核心,使其具有产品族内所有产品的共性特征.以产品平台为基础,设计人员通过添加或修改不同的个体模块,就可以最大限度地满足客户对产品多样化和个性化的需求,符合大规模重用性和标准化、模块化、系列化等“三化”的基本要求.
（2）必须考虑客户的配置选择.
相似性是大规模的另一个基础特性,它包括面向客户需求的系统、零部件的几何相似性、结构相似性、功能相似性、性能相似性和技术相似性.相似性需求一般从市场分析和对顾客的需求调查开始,充分分析客户在各种典型工况、典型环境、典型安全性需要和典型人机工程性能下的各种需求,对其中的相似部分进行总结,形成客户相对集中的可能的配置选择,并进行技术上的归类总结,其中相当一部分需求来源于对设计历史的经验总结.
（3）必须预留客户特殊需求的接口和空间.
对于一些虽然设计历史上出现过但发生几率比较低的特殊用户的需求,一些无法预知的特殊用户的新的特殊需求,需要设计人员在设计整机产品的时候尽最大可能性预留必要的接口和空间.这些预留的接口要满足国家或行业通用的标准和技术规范的要求；这些预留的空间要尽可能地充足些,并提前制定安装形式和安装方法的预案和计划.
图1所示为工程机械产品大规模设计响应系统框图.首先产品系统对工程机械客户的需求进行分解,符合大规模重用性和相似性要求的技术选项（标准配置和可选择配置）进入快速生产通道进行零部件的生产和组装,不属于标准配置和可选择配置的特殊描述化配置走订单响应流程,由技术开发人员进行技术准备后走特殊订货响应通道进行零部件的生产和组装；标准配置和可选择配置的区分以及技术方面的准备由技术开发人员在产品设计期间完成,该模块化产品开发过程中的模块划分必须满足可选择配置和特殊描述化配置的基本需要,应有利于产品的大规模体系要求；标准配置和可选择的配置应提前以宣传资料的方式向客户进行告知,引导客户尽量不去选择或少选择特殊的描述化配置需求,以求缩短产品的交付时间,同时也降低客户的购买成本.
由于标准配置和可选择配置各模块之间可能存在复杂的排列组合或逻辑关系,如果任由客户随意选择可选择配置中的各个技术选项,可能带来技术开发的高难度和复杂性,对制造和销售也会带来极大的不便性,因此,按照高、中、低三档或多档对客户的可选择配置进行模块的组合是十分必要的.可以在客户购买工程机械时,向其宣传这种组合,尽量减少由于可选择配置之间的相关性和复杂性带来的技术、制造和销售方面的困难.
二、模块化设计策略的改进
模块化设计是对不同功能或相同功能不同性能、不同规格、不同接口的产品进行功能分析的基础上,分解出一系列的相互独立的模块,并通过模块的单独设计和有机结合,形成整机产品的新型设计方式.在大规模的环境下,模块化产品设计中的模块划分必须适应大规模的需要,必须有利于提高产品的生产率,缩短产品的开发周期和难度,方便制造和销售部门的工作,带来低成本、高质量的良好效果.由此,制订工程机械设计的模块分布策略就显得十分重要.
图2所示为大规模环境下的工程机械模块分布策略图,该策略图将工程机械整机产品的模块划分工作分为5层：模块分类层、模块形态层、处理方法层、设计模型存储层和过程层.根据大规模的要求,将工程机械产品的各个组成部分（模块）分为直接重用模块、间接重用模块和不可重用模块三个类型,分别对应可提供配置、可接受配置和可开发配置三种设计处理方法,分别储存在通用零部件库、零部件库和特殊零部件库之中.其中,直接重用模块是指产品平台或产品族核心部分模块的集合,存储在通用零件库中,属于系统可提供的标准配置,重新设计时基本不做改动.间接重用模块包括两个部分：一部分是已经技术准备完毕的可配置的选项,另一部分与可配置选项具有高相似性的近似可配置选项,它们已经或需要存储在零部件库中,重新设计时选择使用或简单更改后使用.不可重用模块是指那些历史上很少出现或第一次出现的特殊需要和配置要求,技术开发人员经过分析后认为其具有可开发性的,技术准备后存储在特殊零部件库中,供后期设计时参考. 在上述工程机械整机产品各个模块的分类过程中,无论是直接重用模块、间接重用模块还是不可重用模块,其模块的形态可以是传统意义上的具有相对独立性的功能系统,也可以是具有相对独立性的部件或者是零件,还可以是经常需要设计变化的功能接口等.需要进行产品的要点包括部件装配点、局部加工点等,全部归属于过程层.划分各个模块的基本思路和目标如下.
（1）符合大规模的特性要求,打破固有的独立系统即为独立模块的思想,一切以设计、制造和销售的方便性为根本目标.单独的零部件也可以作为单独模块.
（2）各个功能模块设计BOM的层次尽量保持在三层范围以内,保证设计BOM不至于太过复杂,而影响采购BOM、制造BOM等功能性BOM的运作.
（3）产品要点是产品模块划分的关键点,产品要点的确认与产品模块的划分需要同时进行.产品的要点可以作为一个独立的模块存在于一级BOM之中.
（4）无论是直接重用模块、间接重用模块还是不可重用模块,进行划分时要打破专业技术和管理体制上的限制,消除产品设计过程中的专业技术“保护主义”,必要时同一模块可以由来自不同专业的几个设计主体共同设计和管理.
三、案例分析
某工程机械制造企业在新型ERP和PLM系统的上线工作中,根据大规模的理念,将某型工程机械产品的设计模块进行了重新的优化,其优化方法包括以下几个方面：
（1）直接重用模块就是形成产品平台的基础性模块,在重新设计中基本不进行改动.
（2）间接重用模块由设计人员在产品开发的概念阶段开始就进行并行开发.
（3）不可重用模块在产品开发的过程中需要尽量预留接口和空间.
（4）子系统中的特殊配置选项需要有效地归纳成几个互相独立的选项模块组,降低设计BOM的复杂性.
（5）为提高设计工作的效率,需要将特殊配置较多的零部件从原系统中独立出来设计.
（6）尽最大可能保证设计BOM、生产BOM和采购BOM的一致性,降低生产管理的难度.
与传统的模块划分方式比较,进行大规模环境的模块划分以后,该型工程机械产品的客户响应时间缩短了20%～30%,设计、制造和销售的成本降低了15%左右,新产品设计的模块重用率增加了10%以上,新产品的交付周期平均缩短了20%左右.
综上所述,按照大规模特性的要求进行设计模块的重新划分以后,可以有效提高新产品的生产率,缩短产品的交付期限,降低制造企业的成本.
四、结语
目前,工程机械行业的市场竞争非常激烈,只有快速响应市场,快速提供产品,最大限度地满足了客户的需要,才能够在这场“没有硝烟的战争”中取得胜利.引入大规模的理念,采用新的模块划分策略,对原有产品的设计模块进行优化和改进,可以有效缩短设计、制造和销售的响应周期,在实现客户多样化、个性化需求的基础上,给工程机械制造企业带来更大的经济效益.