制造业企业应用模块化方法的概念及其类别

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     将模块化方法应用于制造业甚至服务业产品的开发以至企业的战略资源经营,是20世纪90年代崛起的新型企业管理思想。模块化思想从产品多样化发展的潜在可能范围出发,系统地将产品部件及其组合过程融入产品设计和加工制造过程,大大提高了产品创新的效率,有效实现了大规模个性化生产。目前,模块化方法已在欧美国家的一些典型制造业领域,如飞机制造、汽车制造、发动机制造、家用电器制造等领域,以及金融行业等服务业领域都得到了有效运用。

一、模块化的基本思想及其知识管理战略的应用内涵
     模块化产品体系设计的基本内容是模块分解—配接(Mix-&-Match),同时建立具有一定公允范围的标准界面,在统一的建构(Architecture)之下通过模块部件的生产和创新来实现产品多样化生产过程的高效率。显然,模块化方法在这一产品体系的设计和生产组织过程中,对企业而言,既是一个技术性工具,也是一个战略性工具。
根据国际国内学者对模块化方法及其在管理科学领域的应用所作的研究,可以总结出模块化方法与产品管理和组织管理相关的重要特征:①模块化产品源于产品的设计理念,其实践特征在于,在把握产品体系演变的前提下,将产品的多样化发展纳入预先设定的以单元组合为变化依据的体系中。②模块化产品中模块之间的结合是“松散”的,即模块单元具有一定程度的独立性,此独立程度决定了该产品体系的模块化深度。③模块的结合依靠标准化的界面,此标准化所涵盖的组织范围和产品范围决定了模块化方法的战略含义。
     根据这些特征分析,模块化方法所具有的知识管理战略功能可以体现在以下方面:①模块化产品与大规模个性化生产模式有密切的关系,实际上是实现这一新兴生产模式的必要途径。它与传统的单一产品的大规模生产方式有着本质的不同(Bladwin &Clark, 1997; Sanchez &Mahoney, 1996,1998),模块化产品以更低的成本实现大规模个性化生产模式,特别是对那些复杂程度较高的产品的生产实现个性化发展有直接的促进作用,大大提高了产品多样化创新的效率(Bladwin &Clark, 1997)。②模块化方法的主要内容是产品系统的分解和配接、模块的定义及模块间界面标准的设立(Shanzi and Mahoney, 1996, 1998)。但模块化方法应用于产品设计和制造过程一定是针对一类产品,或产品体系,而非单一的产品本身(童时中,2000),这是由产品的多样化发展空间的前瞻性需要而决定的。
     因此,模块化方法的应用过程必须是在对该类产品的加工制造过程及生产能力充分理解的基础上开展的,这一特点决定了模块化产品的开发成本高于一般产品,因而产品的模块化必然有进入门坎的制约,同时模块化方法的应用本身在不同产业和不同企业具有效率差异,也就具有一定的效率风险。③模块化产品生产方式必然伴随着密切的企业间合作,即模块化产品的生产实际上伴随着三种企业经营方式的定位,即通用模块供应商、专用模块供应商、集成产品整体功能的制造商(陈向东,2002)。传统上,这三类企业功能是合而为一的,于是出现了超大型的自上而下高度序贯控制的企业。
    但随着知识经济的发展,高效利用企业知识和技术资源、发展企业核心竞争力这类管理思想逐渐上升,并使企业组织相应分化,而这一过程也孕育了模块化方法这样的战略性工具的发展,特别突出了模块化生产过程所要求的组织创新,使模块生产企业相对独立,实现多企业并行创新,在统一的建构之下共同完成产品体系的差别化和可持续性创新。概括地说,模块化方法可以实现企业的知识管理战略,主要体现在对于产品生产成本、产品创新效率、产品设计和制造的专有知识的控制三者之间的协调上面,从而突出企业的经营管理战略重心。
我国相当一些企业都在一定程度上实践着模块化产品的制造过程,特别在国际性生产供应链合作的过程中尤其如此,如,机械电气、家用电器、汽车制造等行业,以及飞机、化工、发电设施等复杂产品体系的生产行业,但多数企业还并没有从模块化的概念和经营理念上,特别是从战略管理的角度应用这种方法。很明显,不论从模块化产品体系性的开发,还是从现有的模块化产品框架之下的关键模块技术的开发,都需要具备相应的企业策略,以便针对适宜的市场时机开发我国自有的模块化产品,并带动企业的组织变化和创新活动。显然,战略观念上的转变是极其重要的。

二、我国典型航空企业参与国际转包生产的模块化分析
    由于大型客机这类复杂性产品的国际转包生产需要上千家企业围绕飞机制造商(集成商)的产品集成目标和战略经营目标提供零部件直至关键组件,具有很强的模块化生产特征,因此,本文对我国典型航空工业企业的飞机转包生产项目及其相关部件的设计更新和生产过程进行重点考察,包括对多家航空工业企业开展的实地调查,并总结出以下模块化生产特征和知识管理战略要点:

1. 飞机制造业一流供应商的核心能力是质量保证,我国航空企业参与国际飞机转包生产中提高质量的过程表现为典型的规则化生产模式的塑造过程
    我国航空工业企业在从事国际航空产品转包生产过程中突出工艺质量,相关概念、理念、工艺知识、标准化过程等,形成质量为核心的技术能力内涵。调研结果说明,我国航空企业开展航空转包生产中工程质量是首先碰到的最大问题,而那些在以后国际合作中证明具有竞争优势的知识资源也都是围绕着稳定的质量目标产生和发展的。
    质量问题实际上包含工程质量和生产质量两部分,对于转包生产形式则首先是生产质量,而生产质量基本上是组织体制和管理体制问题,需要通过组织创新来解决,表现为企业的“制造文化”的创新,即企业规范(Routine)的变化。质量保证的精髓在于:稳定地取得特定质量等级的零件或产品。实际上我国航空企业也是通过组织创新来实现质量管理过程有序化,来解决这类质量问题的。
以我国航空工业的转包生产的发展为例来分析。我国航空企业是从1981年开始进入国际航空转包生产市场,从事外国航空部件(模块)的转包生产的。但初期一度曾出现高达60%的质量问题,从生产过程上看主要是加工环节和操作幅度上的无序造成的。而生产过程的有序化和规则化,实际上靠多种技术资源来完成,其中以数控装备为核心带动的加工程序化特点最为突出。
     根据国内外学者的研究, CBT(Computer-based-technology),或广义地说,信息技术装备实际上加速了所谓整理(Codification)过程,即动态知识向静态知识过渡的过程。信息技术及其相关装备促进了制造业的设计和生产技术特别是经验类知识的数据化和文字化,于是人在制造业生产中的作用发生了很大变化。虽然一般地说,人—机协调过程也必须根据个体人以文图载体的知识学习和非文字化的工作经验和能力来及时做出各种判断和决策,即存在着个体操作运营的差异,但随着信息技术相关的知识创新过程以及其他技术手段的发展,依靠“个体人”判断和决策的运行机制的影响范围实际上是在渐渐缩小,而逐渐让位于“群体人”(也可以说是一种由专家和历史经验数据集合组成的技术资源)所制定的智能规则,因而,制造业显现出来的变化是“编码化的知识”的作用越来越大,这代表了“群体人”的作用越来越大,而多数“个体人”所做的工作是越来越多地属于Routine所代表的规则化范畴,而且越是复杂的产品制造体系,这类发展倾向就越明显。
    从我国航空企业参与国际飞机转包生产的过程看,解决质量问题也主要通过以下几种规则化途径,即是将不稳定的经验性知识相对固化和标准化的方式(知识的Codification过程)来实现的。
(1)引进设备及其工艺构成生产设施上的规则化质量保证体系。我国航空工业企业在从事国际航空产品转包生产的初期,主要是从设备引进入手,以数控设备为核心的现代加工装备成为高质量加工航空产品的最重要的设施基础。事实上,对国际供应商市场通行的设备基础进行重点投资本身就是加入国际市场的重要战略步骤。在国际上飞机制造商采取降低供应商数目,提高质量稳定性标准的发展趋势之下,通用和专用设备构成的工艺规则化是成为一流供应商的门槛。
(2)从管理思维定势方面解决规则化质量保证的理念。这样的质量保证理念涵盖如:工艺的计划、工件的参数、工艺装备的使用、交货环节的分解和综合、工艺流程监测体系,等等,都是质量保证的规则化组成,也成为企业重要的质量技术资源。同时,质量理念内涵还从概念上加以扩充,比如,外方质量管理中有成本概念,而我方原没有成本的概念;这类概念更新也使得生产场所的规则化延伸到了工程设计和成本核算的规则化。
(3)引进质量控制工具构成管理架构上的规则化质量保证体系。如普惠的质量控制方式(TPC,Total Process Control),通用电气公司的SPC控制培训和6σ管理体系,美国普惠的5S,6S,SCE(Seven Competitive Excellency),等等。管理构架上的规则化是在设备基础上的更为重要的规则化,也是从零部件转包过渡到组件转包的重要一步。

2•我国航空企业参与国际飞机转包生产过程的知识积累以规则化工艺过程为主,知识学习的范围缩小,知识的指向性强而变通性小
     我国航空工业企业在参与国际转包生产过程中丰富了加工制造、工艺设计和工艺管理相应的知识资源,其相应的知识资源类型可以包括:工艺数据资源,如,刀具数据、夹具数据、机床数据、加工材料数据、加工用量数据、工时定额数据等;工艺知识资源,如,工艺路线知识、加工方法知识、特种工艺知识、辅助工艺知识、加工用量知识等;反映管理架构的知识资源,如,工艺规程数据库、工艺草图数据库、工装需求库、CAM前置信息等。
我国航空企业知识学习的途径,除了短暂的接受设备时的培训学习之外,主要是通过操作过程中的默悟过程学习。但在转包生产的模式之下,飞机制造商出于质量一致性的考虑,已经将生产过程的一切不确定性通过设备工艺和管理框架的规则化降到最低,因此,对操作的技能和经验要求不高,并且也不允许对生产模式和工艺规范做任何改进,即所谓靠管理,靠技术,而不靠工人的技能,通过管理强调的是工人的责任心,而非技术和经验。产品质量靠工艺保证,如果按照工艺步骤和要求操作,出了废品不算工人的责任。
     我国航空企业仍然通过转包生产学习到了许多关键工艺,主要反映为依靠专用设备完成的特种工艺,虽然对应工件的复杂性,其相关静态参数和动态参数的把握也成为重要的知识资源,但这些工艺知识还大多与规则化的设备工艺和管理框架相关,在加工对象方面,变通的范围较小。但在转包生产的管理架构上,特别是与质量保证体系相关的管理架构上,相关知识的学习和发展具有相对广泛的空间。
3•我国航空工业企业参与国际飞机产品转包生产不是典型的模块化生产模式
由于国外制造商对我国供应商工艺过程的控制强度大,转包生产模式实际上不是一种典型的模块化生产模式,转包生产中的工艺管理是一种“禁止失控”的调节方式,即受制造商(集成商)的干预强,控制力可以深及部件或模块的加工过程内部,因而飞机转包过程中的部件和产品总体的关系虽然在设计上可以是一种可降解的模式,但在部件的加工规则上却是一种不可降解的方式。
    从具体调查结果看,我国航空工业企业参与国际飞机产品转包项目在生产过程上直接受制造商的控制,反映在,转包生产的产品及其生产工艺,供应商基于本身的加工制造经验编制出工艺规范,提出的工装及检验计划和相应的工装准备、样件报告(包括加工数据)等,都需要制造商批准确认,并且一经确认便不能自行改变。通常,外方控制的知识资源涵盖设计规范、设计图、工艺标准、工艺规范(转包供应商设计但需要经过制造商审批)、特种工艺及其检验(供应商编写但须经制造商审批)、整体加工体系审核等。
    由于制造商的控制深入到模块加工过程内部,模块内部自主创新和模块之间并行创新的活动要受到很强制约,显现出较强的集成加工方式而非模块加工方式的生产特征,其中的原因,进一步分析,可以认为是飞机这类构造复杂同时又要求具备高质量水平的产品所特有的。由于高复杂结构的产品内部单元相互间的影响多元,模块内的某些响应和功能不能完全由模块边界参数来反映,而是可能通过非边界参数标识的方式与飞机的整体性能发生联系,这一类关系需要在系统整合过程中才能被标识,甚至可能由于人类认识的局限性而不能显现。但另一方面,也存在模块单元的加工和设计知识的管理战略问题。整体上看,飞机这类产品又是可以划分为部件或单元组件来分别加工并形成供应商—制造商合作链条关系的,因此,我们可以将这类产品的模块化定义为非降解类型的模块结构。

三、模块化在航空企业知识管理战略中的“可充分降解”及“非降解”
     根据以上对我国典型航空企业参与国际转包生产的过程分析,从制造业产品的特性看,产品的模块化存在一个贯彻深度问题,这或是由于不同产业的产品设计—制造的复杂性不同,或是由于企业间模块化生产合作,特别是国际性供应链生产合作的经营战略不同而表现出不同的模块化深度。实际上前者突出了模块化方法对不同行业产品的适用性差异,而后者则表现模块化方法的战略控制作用。因此,本文提出模块化方法应用于制造业企业知识管理过程中的“可充分降解”类型和“非降解”类型。
     可充分降解的模块生产类型突出模块功能和加工过程的独立性,表现模块内部的加工技术集成形式和集成过程并不影响或很少影响其他模块内部的作用效果,以及系统组合的效果。而不可充分降解,或非降解类型的模块则不具备或具有较弱的模块功能和加工技术过程的独立性,因此,模块的生产要受到产品集成商的高度控制。实际上,模块的降解特性与产品的两个因素有关,一是产品物理功能上的可降解(即模块特性),二是模块加工技术和知识的可降解性。当某一类产品的单元划分必须以极端细致的形式才能满足系统性能要求的时候,即成为集成化产品结构而不是模块化产品结构的形式。而当产品单元划分的边界扩大,单元(或模块)能够涵盖更多的技术功能,并可以在更大的边界范围上实现功能上的充分独立,则成为典型的模块化产品及其生产方式。
    而在完全的模块化生产体系和完全的集成化生产体系之间还存在两个过渡状态,一是模块加工技术和知识不可充分模块化而模块的物理功能可以相对独立的情形,二是模块加工技术和知识可以充分模块化而模块的物理功能不能充分独立的情形。前者主要是由于特定产品组合原理和构成规律的复杂性所至,类似大型客机这类产品,因此,在这个意义上,模块化方法有一定局限性,并不适用于复杂程度很高的产品(Prinpe,1998, 2000);后者则应是集成商的控制战略促成,通过有意识划分模块的物理功能达到控制模块供应商的目的。
     这两类情形都可以形成非降解类型的模块生产方式。模块降解性差,即模块之间的技术和知识彼此依赖性强,模块内部创新活动受控性大,甚至不能做任何改变。值得指出的是,模块的可降解程度不但与产品构成机理的复杂性、集成商的控制战略有关,而且还与构成模块的技术发展时段有关。信息技术等现代高科技技术这一类平台技术的发展,毫无疑问会使模块内部的集成度提高,模块的有效边界将会扩大,使得产品的模块划分趋向简单。
显然,模块的可充分降解和非降解类型不但体现特定行业产品性能的要求,而且体现模块化产品开发的战略特点,或产品集成商的战略要求。根据以上模块化产品四种典型方式的分析,由于模块的物理边界特征和模块的知识边界特征不同而形成的产品结构类型及其相应的产品定位原则。
    其中,虚线内的两类状态(II)和(III)都属于不能充分降解的模块化生产状态,因而模块制造商之间及模块制造商与系统集成商之间的合作不是典型的模块化合作的关系。在I, II, III这三类产品结构中,系统集成商相对部件或模块供应商而言都具有垄断性的竞争优势。但在状态IV时,模块供应商则具有可与系统集成商相抗衡的、甚至高于系统集成商的竞争优势。
    总体来看,这四种状态的分类对于制造业企业的战略性知识管理具有重要的启示意义。对集成商而言,可以具有以下几类竞争优势,可根据相应的知识管理战略进行选择。
①禁止分解状态(状态I):以设计和生产过程高度集成方式获得垄断性竞争优势,适用于产品构造高度复杂而不可降解的情形,也适用于意欲使设计和制造知识高度垄断的场合,缺陷是独立承担开发和生产过程,以及再创新过程的全部成本,系统柔性差。②禁止失控状态(状态III),以产品系统集成过程获得垄断性竞争优势,适用于产品构造复杂但尚可在物理功能上划分模块的复杂产品制造,也适用于意欲垄断关键设计知识和制造知识的场合,同时一定程度上降低了制造和设计成本,提高了资源使用效率。缺陷是包含外部企业的系统集成过程可能影响到产品的质量和性能。
③选择性失控状态(状态II),以部分垄断模块产品的设计或制造知识来取得竞争优势。由于模块的设计制造知识客观上可以相对独立,因此,不可能对所有模块,包括关键模块的设计和制造知识形成垄断,通过物理功能的划分来控制其中的技术优势是惟一的选择,其中包括对特定专用模块的设计制造知识的选择性垄断。因此,总体上反映为选择性失控状态。④系统集成控制状态/系统模块和系统再开发的失控状态(IV),依靠对模块或零部件的系统集成过程获取垄断优势,而不能对模块的制造和设计形成知识垄断,产品更新过程主要依赖模块供应商,当集成制造过程逐渐规则化,相关知识相对显性化,集成商对相应的产品生产过程则处于完全失控的状态,只取得产品的规模经济效益。
    而对模块供应商而言,其竞争战略和知识管理战略与系统集成商的战略有很大关系,相应地有下列几类竞争优势和相应的知识管理战略选择:
①模块生产知识优势战略(对应状态Ⅲ),处在高度复杂产品体系的生产过程和处于系统集成商高度控制之下的模块化生产,通常以学习规则化的模块生产模式(体现为制造文化创新,组织管理创新)为主导,体现为通用模块类型的生产优势战略。
②模块设计制造知识优势战略(对应状态Ⅱ),处在系统集成商知识管理战略控制之下,但具有学习某一类模块体系(专用模块)知识的空间,形成向状态Ⅳ过渡的关键能力和知识结构。③模块产品知识创新竞争优势建设战略(对应状态Ⅳ),建立相对独立的专用模块及其黑箱型设计和生产能力,取得垄断性竞争优势。

四、结论
     根据本文对我国典型航空制造业企业参与国际转包生产的调查分析和对模块化生产方式的典型状态研究,可以得出结论,在航空制造业,制造商通过供应链生产合作提供的技术转移主要体现为Routine (即规范,或规则类型的知识转移,这种规范类的知识也是一类重要的企业知识资源,特别对类似航空产品这类质量为核心的复杂产品加工制造体系)。
     转包模式下的模块化学习深度极其有限,从多数我国航空工业企业的国际性转包生产实践分析来看,状态III是典型的表现,即我国航空工业企业作为模块的供应商,自身创新活动受到飞机制造商的高强度制约,于是导致制造过程的模块化和与制造知识的模块化并不能同步,因此,所谓“禁止失控”是系统集成商主要的模块化准则。
     在此种情形下,我国航空工业企业通过国际性转包生产过程的知识学习和知识管理应以规则化体系的学习为主。状态(III)是制造知识受控的过程,通过一定程度的积累,可以向其他较低复杂程度的产品上的关键模块的制造工艺和设计(即状态II情形)过渡,而状态II又是一个模块内部的知识和信息高度集成的过程,不断使集成过程涵盖的知识范围扩大,则这一过程形成的设计、制造和工艺知识又可以用于更复杂和更大范围的产品的合作制造,并进入模块制造商形成垄断性竞争优势的状态。


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