产品模块化总体模型
2022-09-05 来源： 智造苑
「 1. 产品研发、模块化和定制设计的关系模型 」
产品研发、模块化和定制设计的关系模型如图1所示。产品研发阶段通过理论研究与应用，通过大量的实验，获得产品研发知识，开发出新产品，同时进行产品模块化、标准化和系列化，建立产品模块化设计平台。当用户订单到达时，就可以进行快速、低成本的产品定制设计，包括产品配置设计和变型设计。这一过程称为正向设计。
图1 产品研发、模块化和定制设计的关系模型
我国许多企业是逆向设计。先是引进国外的某种型号的产品，或是根据用户需要开放某一定制产品，即所谓的“一品一设计”“单打一”。后来生产的产品的型号多了，这样的开发模式费钱、费时，于是就开始考虑产品模块化设计平台的建设。进一步要想进行全新产品开发，就需要进行基础理论的研究，需要开展大量的实验，掌握产品创新所需要的知识。
我国制造业向高端发展，需要开展正向设计，其过程如图1所示。产品研发阶段通过理论研究与应用，通过大量的实验，获得产品研发知识，开发出新产品，并生产新产品的样机进行验证；然后进行产品模块化设计，建立产品设计平台。当用户订单到达时，就可以进行快速、低成本的产品定制设计，包括产品配置设计和变型设计。
我国制造业向高端发展，需要开展正向设计，其过程如图1所示。产品研发阶段通过理论研究与应用，通过大量的实验，获得产品研发知识，开发出新产品，并生产新产品的样机进行验证；然后进行产品模块化设计，建立产品设计平台。当用户订单到达时，就可以进行快速、低成本的产品定制设计，包括产品配置设计和变型设计。
「 2. 产品模块化的过程参考模型 」
产品模块化方法的过程参考模型如图2所示，这是国家标准《机械产品模块化设计规范》（GB/T_31982-2015）所推荐的模型。可根据具体需要选择其中全部或部分功能块开展产品模块化设计。
图2 产品模块化方法的过程参考模型
产品模块化基本概念间的关系如图3所示，这些概念在后面将会介绍。
图3 产品模块化基本概念间的关系
「 3. 产品模块化平台和架构 」
这里主要以汽车行业为例介绍产品模块化平台和架构的概念。
1）汽车模块化平台[1]
汽车模块化平台指汽车从开发阶段到生产制造过程中的设计方法、设备基础、生产工艺、制造流程乃至汽车核心零部件及质量控制的一整套体系。通过平台化，车企可以通过共享部分零部件和技术大幅降低车企的研发和生产成本。同时，一个布局合理、技术可靠的汽车平台，也是车企做大做强的重要保障。汽车模块化平台的案例如：
（1）大众集团的MQB平台(modular querbaukasten，横置发动机模块化平台)：2009年开始启用。该模块化平台在大众、奥迪、斯柯达和西雅特这4个品牌中得到广泛应用，并生产从A00、A0、A到B四个级别的车型。MQB平台的产品都可以采用模块化生产系统（modular production system）共线生产。大众集团的MLB(纵置发动机模块化平台)的特点是主要是发动机纵置。如此的发动机纵置有利于后驱汽车的驱动轴布置，但也带来了其放置的空间要足够的大，结构比起横置复杂多了。所以一般MLB平台造的都是豪车。
（2）富士康的MIH模块化纯电动平台：2020年10月推出。客户可以在MIH平台上选择轿车、SUV、MPV等车型的底盘设计，根据自己的意愿定制车身轴距、动力、电池容量等个性化方案。MIH平台还是软件定义的开放平台，可以帮助客户以OTA(over-the-air technology，远程无线控制)升级的方式改善车辆的一些功能和特性，[2] MIH平台拥有很高的自由度，软件/硬件、自动驾驶等部分可实现灵活定制。同时该平台的软件/硬件对其它汽车公司开放。[3]
（3）日产的CMF（common module family）平台：包括发动机舱、乘员舱、前部底盘、后部底盘以及电气架构5个模块。
2）产品模块化架构
由汽车制造厂商设计的，不同级别、不同类别、不同车身底盘架构、不同电气系统等共用的产品架构，是模块化平台的升级版，在涵盖模块化平台能力的同时，还可以让产品拥有独特性和自由度。汽车模块化架构的案例如：
（1）丰田TNGA（Toyota New Global Architecture，丰田新全球架构）：2012年打造，涉及汽车研发、设计、生产、采购等全产业链价值。TNGA架构带来工厂自动化、车型模块化、对企业运营全流程的变革，可以看作是精益生产方式的全新升级。通过减少在研发、制造、销售等全流程的浪费，提升全业务流程的运行效率，在更低的成本和更高盈利之下，实现整个企业的良性循环。
在TNGA架构之下，市场销售人员、设计师、工艺师、生产管理人员等实现无缝集成，TNGA架构也摆脱了传统平台的束缚，例如，大众汽车零件无法做到跨“MQB”和“MLB”平台的更大的通用性，生产线也无法做到共用。而TNGA架构则在研发阶段就尽可能地考虑到零件的通用性，其生产模式柔性程度也更高，实现多款车型的共线生产。[4]
（2）吉利的CMA模块化架构体系：可以在满足大量趋同的消费者需求的同时，也能够打造出个性化、差异化的小众产品。
产品模块化设计平台和架构的建立需要分析目前需要分析已生产过的产品的各种变化，而且需要对未来产品的各种变化进行预测和分析，提炼出共性的模块。
产品模块化设计平台和架构的主要内容是：
a. 产品族的主结构：描述了基础模块、通用模块和专用模块的关系，可以按照用户的需求进行定制产品的配置设计，降低产品成本。
b. 产品通用模块的主模型和事物特性表：描述了模块变化的关系，可以按照用户的需求选择定制产品的所需要的模块，开展变型设计，降低产品成本。
c. 模块化设计规则：规定了产品配置设计和变型设计的规则。
d. 产品实例化模型：可以用于相同或相似产品的需求，使设计资源重用，显著降低成本和交货期。
参考文献：
[1] 王铭. 吉利模块化架构定名自主品牌进入模块化比拼阶段[EB/OL]. https://auto.163.com/20/0728/07/FIJSNIK8000884MM.html. 2020-07-28.
[2] Alter. 富士康的造车梦，告别“代工厂”的最后机会[EB/OL]. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1692736760730348862&wfr=spider&for=pc.2021-02-26
[3] EV车世界. 自称汽车界“安卓” 富士康推出MIH纯电动平台[EB/OL].https://baijiahao.baidu.com/s?id=1681273411832810564&wfr=spider&for=pc.2020-10-23.
[4] 佚名. 三分钟告诉你丰田TNGA架构才是革命性突破！[EB/OL].https://www.sohu.com/a/442133860_100038642. 2021-01-04.
引自：《产品模块化与大批量定制》（作者：顾新建，顾复纪，杨建）
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