H公司非标自动化生产线模块化和标准化及评价思考

本文是一篇生产管理论文，本文主根据H公司的模块化和标准化实践探索，研究了非标自动化生产线模块化和标准化方法、模块化和标准化设计过程以及评价体系。在非标自动化生产线模块化和标准化的同时，建立生产线设计与产品设计的协同机制，使生产线的模块化和标准化工作延伸至产品设计。
第1章 绪论
1.1 研究背景
随着我国制造水平的提升，产品制造逐步向自动化转变。自动化制造是在产品生产量大，制造一致性要求高、人工制造成本高的现状下，实现高质量、低成本制造、及时交付的最佳选择。企业充分应用自动化设备，可以为其产品制造提供可靠的质量保障，还可以提升生产效率，提升企业形象和竞争力；自动化生产也可以为企业实现人力节省，解决招工难、人员不稳定的问题，促进企业的持续发展 [1]。
在电子行业，产品的升级换代较快、品种较多，产品形态、结构尺寸和制造工艺多样化，制造单位对于产品自动化生产的个性化定制要求多，产品制造所需的自动化设备多为量身定制的非标设备。非标设备指的是未按照统一的国家标准、通用规格制作，而是根据实际需求进行定制设计并制造的设备[2]，非标自动化生产线是多台非标设备经系统性的设计而成。非标自动化生产线与其他传统生产线之间的主要区别之处在于，它仅仅负责生产自己的既定产品。

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1.2 模块化和标准化研究现状
1.2.1 模块化和标准化理论研究概况
模块化思想起源于亚当.斯密在分工方面的理论[5]，后来这种通用性的方法逐步被广泛用于在设计、生产管理等多方面。 Ulrich[6]较早提出了模块化的概念、模块化设计方法及模块化产生的效益。
吉姆²克拉克和卡利斯²鲍德温[7]博士指出IBM公司推出模块式计算机，是在模块化方面进行的第一个实践性的研究。
斯塔尔[8]提出用模块化的方法进行产品设计和开发：各个模块单元具有独立性，也能够按照企业需求灵活的自由组合，形成所需产品，这样就简化了企业设计生产的过程，降低了产品的研发投入和制造投入，有利于提高企业的市场竞争力和专业化程度。
SUH[9]认为模块化设计是在满足客户需求的同时，用过程及系统的形式表达一种分析结果，是通过规划产品的设计参数，并将客户的技术要求转化为相应的设计参数。
Bi和Zhang[10]认为模块化产品设计的流程包括标准模型创建和通过标准模型配置组合两个主要过程，标准模型创建的过程是根据市场需求开发组成产品模块的过程；模块的配置及组合主要是以客户需要为导向，选用各种标准模型进行组合，构成新产品，以实现客户个性化需要的过程。
20世纪70~80年代，国内学者开始深入研究模块化方法理论，我国制造领域的一些企业逐渐开始研究并应用模块化方法与设计原理，进行产品的模块化设计和系列化设计。模块化技术开始被广泛应用于多个工程领域，如船舶、汽车、电子、工程机械、家电、模具等。
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第2章 非标自动化生产线模块化和标准化及评价结构框架
2.1 基本概念
2.1.1 模块的概念
模块是指组成上一级系统的单元，它可进行组合、替换或者变型。按照通用性可以将模块分为通用性模块和专用性模块：○1通用性模块是指在产品系列中被多种产品采用的模块，它的尺寸、特征是不变的；○2专用性模块是指在产品系列中只被一种或几种产品采用的模块，是为了满足这些产品的特定功能或需求开发的模块[12]。非标自动化生产线的模块按照自顶向下的层级分为整线、工站、组件、零件。各个层级的模块介绍如下：
（1）整线是整条生产线，它由各个不同功能的工站组成，通过机械结构组合、电气程序控制，实现完整功能。
（2）工站是指具有独立结构，能完成产品制造过程中单个工序的机台，如打钉工站可以完成螺钉的锁付。不同工站必须具备相同的接口，才能组成整线，相同功能的工站可组成不同功能的生产线。
（3）组件是构成工站的基本单元，一个工站通常有不同的组件构成，如机架组件、输送线组件、打钉组件、送钉组件等，组件不具备独立功能，但可以通过同一类型的不同系列组件构成不同配置的工站，满足客户不同的需求。
（4）零件是构成组件的底层元素，如打钉组件的电批安装板、吸钉吸嘴等。
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2.2 非标自动化生产线模块化和标准化设计概述
2.2.1 产品模块化设计
伴随工业革命的进行，产品设计方法也经历了三个阶段：单件产品开发设计、大批量生产的产品开发设计、模块化产品开发设计[12]。
在单件产品开发与大批量生产的产品开发设计中，开发与设计是在同一阶段，模块化设计则将其分为标准模块开发及产品根据客户需求设计两个阶段。
模块化设计可以很好的利用已有数据，全面地满足客户需求的多样化，而且它是被制造领域认可的一种可以快速实现个性化需求的设计方法。企业发展程度不同，其设计的相关数据存放管理方式、水平也不同，从最原始的存储于开发工程师的电脑[32]到专门的公用区、数据库，这些企业财富面临着沟通、传递困难，重复利用率低的问题。对企业而言，模块化设计的竞争力主要表现在满足产品品质，符合成本经济性的情况下，快速响应客户的定制化的需求多样性的能力[33]。
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第3章 非标自动化生产线的模块化和标准化方法................................ 22
3.1 H公司非标自动化生产线的模块化和标准化现状概述 ................................ 22
3.2 非标自动化生产线的模块化和标准化模型 ................................ 24 
第4章 非标自动化生产线的模块化和标准化评价方法 ......................... 48
4.1 非标自动化生产线的模块化和标准化评价概述 ....................... 48
4.2 非标自动化生产线的模块化和标准化效益评价 ............................ 49 
第5章 非标自动化生产线模块化和标准化设计及评价实践案例 ....................... 60
5.1 某款汽车摄像头自动化组装线模块化和标准化设计 ............................. 60
5.1.1 汽车摄像头介绍 .............................. 60
5.1.2 汽车摄像头自动化组装项目需求分析 .................... 62 
第5章 非标自动化生产线模块化和标准化设计及评价实践案例
5.1 某款汽车摄像头自动化组装线模块化和标准化设计
非标自动化生产线的模块化和标准化设计是模块化和标准化工作的具体应用和价值体现，本节以H公司某款汽车摄像头组装线基于标准模块的积木式设计，说明模块化和标准化设计方法。
H公司汽车摄像头组装线从第一代研发成功，逐步发展到模块化和系列化阶段，走上了模块化、标准化、系列化开发的技术路线。 

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第6章 总结与展望
6.1 结论
6.1.1 论文研究的主要内容
1）本文首先对非标自动化设计的特点及客户诉求进行了分析，总结出其中存在的问题：ETO模式的非标自动化行业，非标自动化生产线设计的特点为参考经验少、小批量、多功能、多种类，开发周期短、加工制造及设备调试周期长、工程图复用率低、设备复制性低、投资成本高；而客户对于自动化生产线的诉求为：在自动化生产线建设时，要求周期短、投资少、风险低；在生产订单切换时，要求换线时间短；在产品升级时，要求生产线能快速、低成本的进行改造升级，实现兼容多种产品；减少自动化生产线的非标定制性，以保证设备的稳定性，降低使用人员、维护人员的技能多样性要求，降低备件管理难度和成本。非标定制设计的现状与实际需求之间的矛盾，需要寻找一种有效的方法来解决。然后阐述了模块化和标准化研究情况，以及它在生产线设计领域的应用，说明了模块化和标准化作为一种重要的思想和方法，能在非标自动化设计中达到降本增效、解决业务痛点的目的，能更好、更快、更高质量地满足客户需求，促进制造业的高质量发展。
2）本文提出了一种非标自动化生产线模块化和标准化方法，对模块化和标准化体系结构和每一部内容分逐一作了阐述，包括：构建模块化和标准化平台，建立设计规范、零部件编号方法与命名规则，非标自动化生产线模块化分析、已有数据的二次开发形成标准模块和接口，并依托模块化和标准化平台进行模块化和标准化设计： 
参考文献（略）