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模块化设计:“解药”还是“毒药”?非标的生存抉择!

日期:2025-04-02 来源:未知
模块化设计:“解药”还是“毒药”?非标的生存抉择!_shanqinquan.com
 
“每个客户都要重新发明轮子!”
 
这恐怕是非标自动化从业者的集体心声。
 
这种特殊性让设备企业很容易陷入成本超支、交付延期的困境,进而也会影响客户企业的生产效率与成本管控。
 
虽说非标自动化是中国设备企业切入市场的重要突破口(“天下苦非标久矣”,又为何说非标是中国设备企业的突破口?),但是企业又不得不面对一个结构性矛盾:个性化需求与规模化生产之间的撕裂。
 
对此,模块化设计,一直是从业者心心念念的破局良法。
 
然而,现实很复杂:有的企业通过模块化实现订单翻倍,有的企业却因盲目模块化导致失败。
 
模块化设计到底是非标自动化的解药还是毒药?
 
回答这个问题之前,我们需先理解另外几个问题:
 
模块化设计的目标是什么?成功的条件是什么?又面临着什么挑战?
 
 
1
模块化设计的目标

 

模块化设计是通过标准化零件的组合来设计产品——先将系统解耦成一个个标准化模块(解耦即把整体分解为各个独立的单元),再因需集成。
 
模块化设计最直接的目标是:最少模块覆盖最大差异化需求。
 
从而兼顾多元化市场需求与规模化生产效率,既灵活又高效。
 
具体可以分解为几点:
 
(1)最少模块种类

 

模块种类少,容易发挥规模化、集约化生产效率优势,以及做准计划预测。当收到订单,快速设计、装配满足交付。相反,解耦的模块种类太多,则容易推高开发、管理、生产的成本。
 
(2)最大组合差异化
 
规划模块化产品时,要尽量多地囊括目标客户、目标场景。如果模块组合后不能满足多样化需求,只能见单后再生产模块,批量小、效率低,这种模块化设计还不如一体化设计高效。
 

模块化设计:“解药”还是“毒药”?非标的生存抉择!_shanqinquan.com

 

模块化设计喇叭口要张开,用最少模块覆盖最大差异化需求(图片来自《精益供应链与产品设计》)

 
(3)最少化层级
 
理论上任何事物都可以层层分解,关键是收敛的快慢。如果收敛层级过多,模块颗粒太小,集成时会太复杂且效率低。通常我们希望收敛层级少,就能达到设计的目标。
 
(4)最简化组合
 
模块的再集成,要尽量减少复杂工艺。如果模块解耦不彻底,需要复杂的组装工艺,那意味着整机生产成本会变高、订单响应周期会变长、质量异常也可能变多。
 
这是模块化设计的直接目标,而最终目标则是实现降本增效提质。
 
不仅对设备商如此,对客户更是如此。
 
 
2
模块化设计成功的条件
 
模块化设计的目标能否成功实现,客观上根源于企业外部的市场约束条件,主观上取决于企业内部的主观能动条件。
 
(1)外部客观条件
 
行业的需求趋于收敛、稳定,是模块化设计的重要外部条件。
 
模块化设计虽然是为了兼顾多样化需求,但若行业需求芜杂多样、高度离散且变化极快、极不稳定的话,那模块化的可行性就存疑。
 
经济学家布莱恩·阿瑟曾说,“一个解决方案如果被使用的次数足够多,它就会成为一个模块,并进而成为一种技术”。
 
一个解决方案只有“使用次数足够多”,才能更好地实现技术化和商业化。如果只是极少的使用次数,复用率难以提升,这个方案就可能是一个沉重的包袱。
 
如果手机接口规格几十上百种,那接口部件的j9.com设备就很难标准化。
 
产品规格与技术工艺的日趋稳定与标准化,稳定的需求将有助于相关设备的标准化,模块化设计因此具有更强的市场基础,只需兼容为数不多的“多样化需求”。
 

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锂离子电池的技术趋于稳定、规格趋于收敛。热闹非凡的中欧美日韩锂离子电池标准争夺战,不过是产业与技术标准化过程中的加速器
 
(2)内部主观条件
 
日本日经制造编辑部考察日本制造业,总结了企业模块化成功的三个条件。
 
①统一设计理念。
 
企业要统一各工程师及部门间的设计理念,确立每个人开发产品的标准设计流程。只有统一设计理念,才能统一管理所有规范信息,并开发相应的标准模块库。
 
比如,建立产品规格与标准模块管理平台,工程师们在平台上先设计什么、后设计什么、运用什么模块等设计流程都被明示出来。
 

模块化设计:“解药”还是“毒药”?非标的生存抉择!_shanqinquan.com

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建立产品规格管理系统,实行模块化与自动化设计,输入客户规格后,系统自动生成预览图等设计成果(图片来自《精益制造070:模块化设计》)

 
②确立具有竞争力的通用基础。
 
建立竞争力强、可应用于多种产品的标准模块。首先调查业内的产品阵容,分析整体市场需求的分布情况,合理分级分类,然后识别高复用潜力的功能单元作为核心模块,以少数核心模块来扩展产品阵容,满足众多客户的需求。
 

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西科姆从称重仪器开始设计的设计流程,以称重仪器作为标准模块研究产品阵容(图片来自《精益制造070:模块化设计》)

 
3C行业小零部件种类繁多,同样可以归类整理,首先开发具有卓越性能的核心模块,然后推广到多种型号的设备之中,用“核心模块+可变模块”的模式,覆盖多品类j9.com需求。
 

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九游会j9官方网站以柔性模块化平台为通用基础,治具等适配组件根据j9.com对象灵活调整(图片来自九游会j9官方网站)
 
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开发核心标准平台模块,再基于核心模块开始设计,灵活加上其它构成要素,进行分段式扩展(图片来自九游会j9官方网站)

 

③保持接口的兼容性。
 
模块化的优点之一是每个模块高度独立,工程师可以对每个模块进行技术改进,但模块之间保持接口的兼容性,是模块组合的既定前提。否则,模块化结构注定以失败告终。
 
这些经验,可以借鉴到非标自动化领域。
 
当客观条件具备时,企业必须为自己创造让模块化设计成功的主观条件。
 
 
3
模块化设计的挑战
 
设备企业试图利用模块化设计来实现批量销售、批量生产,通过规模性保持经济性。
 
不过,我们不能只看到模块化设计带来的好处,也要意识到模块化设计所面临的挑战:
 
(1)最少化模块与多样化需求的冲突
 
理论上模块颗粒越小,数量多,组合越灵活,越能满足多样化需求,但会增加供应链管理的复杂度,带来损失;而颗粒大、模块少,更具成本与效率优势,但灵活性会差一些。既要模块少,又要覆盖多样化需求,两个拉扯的诉求要取平衡。
 
(2)模块通用化与性能最优化的冲突
 
模块化与性能并不总能兼顾。过度模块化,可能会牺牲性能。这是标准化与定制化的“黄金分割点”难题——模块粒度需平衡复用率与性能需求。企业如果一味追求模块通用性,导致泛而不精,反而可能在专项性能上不如特制设备,最终失去细分高端市场订单。
 
(3)模块化解耦与再集成的技术挑战
 
产品模块化解耦往往受制于行业的技术突破与成熟度。模块化设计更大的挑战在于解耦后的再集成连接技术。要平衡好这些底层技术成熟度与模块化程度的关系。
 
模块化设计的好处显而易见,但也对产品开发和需求管理提出了更高的要求,这并非易事!
 
 
4
解药or毒药?关键看条件与剂量
 
没有模块化,非标设备企业很难实现利润率与市占率同步增长。
 
但模块化并非普适万能解药。不同行业千差万异,并不是所有非标设备都具备模块化设计的条件,所需的模块化程度也是千差万异,并没有唯一的答案,所谓“汝之蜜糖,彼之砒霜”。
 

就如前所述,我们可以通过几个步骤来审慎判断:①评估市场成熟度,看准时机;②创造内部条件,构建模块化能力;③分析内在冲突与挑战,拿捏好平衡点。

 

首先,我们可以把非标设备模块化设计的可行性,放到关于市场条件的坐标系里分析,分析与产品相关的设备所对应的市场条件如何(产品规格与技术工艺等情况),初步评估采用哪种设计策略更合适。

 

模块化设计:“解药”还是“毒药”?非标的生存抉择!_shanqinquan.com
横轴代表市场条件的“统一性”,左边是需求高度碎片化,右边是需求高度统一;纵轴是市场条件的“变化性”,向下是低慢变化(高稳定),向上是高频变化(低稳定)。

 


示例如下:

 

(1)象限一:高统一性×高变化性(右上A)

 

☑ 市场需求特征

 

统一性高:产品规格高度统一,市场对设备功能、性能的要求高度趋同。

变化性高:产品、产品技术与工艺迭代频繁,或客户需求升级周期短。

 

☑ 设计策略建议

 

普遍定制化设计:若高变化涉及设备核心功能,则完全采取定制化设计,专需专用。

适度模块化设计:若高变化不影响设备核心功能,可构建核心功能模块(如基础机械结构、通用控制系统),建立模块版本管理体系,支持新模块替换旧模块,兼容技术升级。

 
(2)象限二:低统一性×高变化性(左上B)
 
☑ 市场需求特征
 
统一性低:市场上客户需求差异显著,需求多种多样,碎片化高,难分类处理。
变化性高:产品技术路径与标准尚未收敛或政策法规频繁调整,使需求变化快。
 
☑ 设计策略建议
 
高度定制化设计:面对高频变化、高度碎片化的需求,普遍采用定制化、个性化设计。
 
(3)象限三:低统一性×低变化性(左下C)
 
 市场需求特征
 
统一性低:需求场景多种多样但长期稳定。
变化性低:技术工艺成熟且客户需求固化。
 
☑ 设计策略建议
 
普遍定制化设计:若碎片化、多样化需求不易分类处理,则采用定制化设计。
适度模块化设计:若碎片化、多样化需求容易分类处理,则按类分别开发“核心模块+适配模块”模式的设备,覆盖每类集合内的细分需求。
 
(4)象限四:高统一性×低变化性(右下D)
 
☑ 市场需求特征
 
统一性高:行业标准明确,市场需求高度集中。
变化性低:技术路线稳定,客户需求长期不变。
 
☑ 设计策略建议
 
高度模块化设计:最大化标准化模块比例(如通用机械臂、视觉系统、接口等),确保模块即插即用,通过规模化生产降低成本。
 
当然,这只是一个初步评估框架,并未纳入所有影响设计策略的因素。我们还要考虑特定产品的特性,相关设备行业的技术特性与成熟度,还有市场竞争格局、企业能力匹配等因素。
 
只有这样,才能更准确识别目标市场的模块化潜力,评估是否要模块化,模块化程度如何。
 
如果条件不充分,又拿不准剂量,只是盲目投入资源搞模块化设计,那无疑是毒药。
 
非标设备模块化就像乐高积木,拼错一块积木就可能全盘崩塌。
 
设备企业唯有在标准化与定制化间找到动态平衡,才能破局。
 
 
 

参考书籍:

林雪萍,《供应链攻防战》;

日本日经制造编辑部,《精益制造070:模块化设计》;

刘宝红,《采购与供应链管理》(第3版);

殷绍伟,《精益供应链与产品设计》。

 


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