當今的市場已成為買方市場，隨著市場的國際化，企業間的競爭也越加激烈。由于技術的飛速發展，產品的壽命周期逐漸縮短，從而導致客戶的需求呈現多樣化和個性化，所要定制的產品數量變少，同時還要求較短的交貨期、較低的成本、較好的質量。這使企業面臨著如何以大批量生產的經濟效益定制產品的生產。?

    大批量定制生產(MassCustomization)作為一種正在迅速發展的制造模式，正在試圖解決這一問題。大批量定制生產采用的基本方法是將定制產品的制造問題通過產品重組和過程重組轉化為或部分轉化為批量制造問題，即提供給用戶的是全新的、定制的個性化產品，而實際產品則主要由標準的模塊組成。?

    在大批量定制生產中，機床行業承擔雙重的任務：(1)制造裝置本身的大批量定制化，這是一種可重構的、模塊比的制造裝備。組合機床及組合機床生產線已初步體現了大批量定制生產的思想。(2)為其它行業提供高度柔性、制造成本低廉、能滿足大批量定制要求的制造裝備。在大批量定制生產中，雖然大量采用標準模塊組合成定制產品，但還是要快速和低成本地制造一些專用的零部件。?

    Rogers等人提出的模塊化制造系統(MPS)也是這樣一種高生產率和可重構的制造系統，它對大批量定制生產具有重要意義。?

    幾種生產模式的比較

    機械制造企業中常用的生產模式有以下幾種：?

    (1)剛性自動化生產線：大批量生產中的生產線將生產過程分得很細，對于提高生產率和保證產品質量具有重要意義，但系統柔性差，僅局限于少數產品，生產準備時間長。顯然這種剛性的、高自動化的生產線不適應用戶對產品多樣化的需求，不能滿足大批量定制生產的需要。?

    (2)機群式車間：機群式車間按工種功能進行組織結構分解和機床布置。其優點是柔性較大，效率不高，生產周期長，管理復雜。?

    (3)組合機床生產線：與傳統的剛性生產線相比，組合機床生產線具有較大的柔性，較適合于批量較大的復雜零件的加工。對于大批量定制生產的實現要求來講，還存在一些問題：諸如當產品結構有較大變化時，該設備可能會過時，造成浪費；對批量較小的零件生產并不適合，可能會使新產品的成本居高不下，缺乏競爭力；設備的交貨期比較長，不能快速滿足用戶的需要。?

    (4)柔性制造系統：柔性制造系統是一種運用系統工程、成組技術和機電一體化技術，使多品種、小批量生產達到整體優化的自動化加工手段。這是一種采用數控加工機床、自動化輸出裝置、自動更換和貯存刀具、夾具及工件的裝置以及計算機控制系統構成的可變換多種加工對象的綜合自動化加工系統；是沒有固定加工順序和節拍的、在加工某種工件時能在不停機調整的條件下自動向另一種工件轉換的制造系統。?

    柔性制造系統存在的問題是：投資大、系統復雜，控制和管理難度大、其柔性限制在一定范圍內，只能加工某一大類的零件。?

    (5)單元制造系統和獨立制造島：單元制造系統和獨立制造島是將某一類零件集中在一起加工，并將加工這類零件所需的機床集中在一起，從而減少物流路線，提高生產效率和加工質量，簡化生產管理，并為工人提供了更多的學習機會，使工人有更多的自主權。單元制造系統和獨立制造島比較適合多品種小批量制造企業中大量的相似零件的加工制造。?

    (6)虛擬企業：為了解決以大批量的效益進行定制產品生產的問題，美國的先進制造技術計劃中將敏捷制造作為美國的21世紀制造戰略。?

    實現虛擬企業的生產應具備以下基本條件：①已建立起能將正確的信息在正確的時間送給正確的人的信息高速公路；②已建立起大量的分工合理的專業化的模塊化企業；③在社會上相互信任、相互合作、遵紀守法的企業文化占主導地位。?

    在我國，短時期內，敏捷制造的方式還不能全面推開。對國內企業進行的敏捷制造發展戰略的調查表明，企業認為對加工業務承包出去存在的問題是：運輸費用較高，增加了產品成本，降低了產品的競爭力；企業專業化分工體系不健全，產品質量控制難；交貨期難以控制，管理費用高；不講信用，投機取巧的現象時有發生。?

    (7)模塊化制造系統：模塊化制造系統是一種針對技術難度一般的產品的新的制造系統，是一種在標準化和模塊化系統基礎上建立的“柔性”生產系統。其特點是，當有一個新產品投產時，標準化的模塊可以快速組成一個新的制造系統，當產品生產完成后，組成制造系統的模塊可以拆下來用于其它新產品的制造系統。而這些標準化的模塊可從一個貯備有大量模塊的租貨公司租賃。對于技術難度一般、批量較小或中等的產品，模塊化制造系統能滿足大批量定制生產的需要，具有高生產率和高柔性的特點。

    上述7種生產模式的對比見下表。從表中可看到，除了剛性生產線外，其它6種制造系統模式都能或多或少地滿足大批量定制生產的要求。這些制造系統都有自己的最佳產品適應范圍。從面向大批量定制生產的角度來看，模塊化制造系統對于復雜程度一般、有一定批量的產品的生產具有較大的優勢，如投資小、效率高、柔性大等；虛擬企業的基礎——信息高速公路的投資很大，并且加工件的運輸費用較高，但具有更大的柔性。?

    表七種生產模式的比較

    剛性生產線－機群式車間－組合機床生產線－柔性制造系統－單元制造系統－虛擬企業－模塊化制造系統

    投資：大－中等－較大－大－中等－很大－小

    柔性：很小－很大－中等－大－大－很大－大

    效率：很高－低－高－高－中－高－高

    運輸成本：低－中－低－低－低－高－低

    合理的批量：很大－較小－大－中等－中、小－很小－中、小

    合理的產品生產周期：很長－較短－較長－短－短－很短－短

    零件的復雜性：復雜－中等－復雜－復雜－中等－復雜－中等

    典型加工零件和產品：標準緊固件－汽輪機中的大部分零件—汽車零件－飛機上的復雜零件－相似件，如軸類件－新產品上的零件－家用電器上的零件

    模塊化制造系統的概念

    模塊化制造系統通過標準化的、基本的制造系統模塊進行重構，快速得到面向定制產品的制造系統，是一種高生產率和高柔性的制造系統。該制造系統具有以下幾類模塊：加工基本模塊、模塊化驅動單元、模塊化的刀具和夾具以及可重構的控制系統。這些模塊的定義為：?

    (1)加工基本模塊(PMP:ProcessMachinePrimilives)：?

    主要用于加工和改變原材料的狀態，如擠壓、鉆孔、銑削等。基本模塊的功能是與現有的加工設備相類似，但對于模塊，最強調的是遵循精確、預定義、示范性和可控制的標準。?

    (2)模塊化驅動單元(MAE：ModularActuatorElements)：?

    主要用于完成執行任務部件的運動。?

    (3)模塊化的刀具和夾具(MTJ：ModularToolingandJigging)：

    這是與加工基本模塊和模塊化驅動單元相匹配的刀具和夾具模塊。?

    (4)可重構的控制系統(CCS:ConfigurableControlSystem)：?

    包括各種模塊化制造系統子系統的程序、指令和同步化的信息網絡。?

    模塊化制造系統的設計主要是硬件的選擇和任務的配置，因此需要相應的工具。由于制造系統的模塊化，在產品設計階段就可精確地確定產品制造的可行性、成本和投資的回收等問題。

    模塊化制造系統通過建立集成的“準地(JustInPlace)”零部件加工和裝配系統，從而可以有效地減少零部件運輸、進料等工作，消除由此引起的“裝配瓶頸”。而且可顯著減少成本，因為零件的運輸成本常常要占到零件成本的20%。?

    模塊化制造系統的優點是：對于新產品而言，由于標準的模塊化而帶來的生產系統的簡化，并和自動化相結合，將幫助顯著縮短生產周期。由于模塊化制造系統的設計是高度自動化的，硬件是模塊的，因此能很快地設計和重構低成本的生產系統。?

    模塊化制造系統由于其建立方便、模塊的適應范圍廣、可重構性強等特點，可以建立一個模塊化制造系統的租賃市場。在這一市場中，建立一個模塊化制造系統租賃公司，該公司準備了大量的各種不同的制造系統標準模塊。可以向需要建立新產品制造系統(設備、生產線、裝配線)的企業提供各種加工基本模塊、模塊化驅動單元、模塊化的刀具和夾具以及可重構的控制系統。企業可以迅速在幾天內建立起支持新產品生產的系統。當該產品不再生產時，該模塊化制造系統可以容易地拆除，并將各模塊退回給租賃公司。當然還需要一個設計和制造這些模塊的公司。?

    如何建立模塊化制造系統

    模塊化制造系統的制造模式不可能在短時間內完成，在確立模塊化制造系統前，應進行如下一些準備工作：?

    (1)根據最終用戶的需求，對模塊化制造系統中的各模塊進行分析和設計；?

    (2)建立模塊性能、尺寸和控制的開放性標準；?

    (3)在產品設計時就要考慮到模塊化制造系統方法帶來的約束要求。產品所有的生產操作盡量滿足“制造和裝配過程模塊集”規定的范圍來執行。同樣，應盡量避免具有長周期的制造過程(如澆鑄)，因為模塊化制造系統的目的是盡可能擴大模塊的利用率，以確保資金投入的高回報率；?

    (4)開發先進的設計與分析工具，以便支持設計者進行與模塊化制造系統相關的產品快速并行設計，確保產品設計滿足由模塊化制造系統帶來的約束。?

    模塊化制造系統中產品設計與制造過程選擇的制約條件：?

    (1)過程選擇：所有的零部件必須能夠通過加工基本基元而加工出來；?

    (2)周期需求：只要在可能的地方，所有的零部件必須“準時(JIT)”“準地(JIP)”進行制造；

    (3)質量和可靠性：所有的作業和過程的選擇必須力爭具有幾乎100%的可靠性；?

    (4)操作和裝配：所有的零部件要使用根據模塊化驅動單元建立的簡單實用的單元進行處理和裝配；?

    (5)原材料成本：堅決杜絕不必要的昂貴原材料。?

    模塊化制造系統設計開始于從與模塊化制造系統有關的產品設計中“提取”信息。用于模塊化制造系統設計的產品描述主要是產品結構分析表。?

    在模塊化制造系統設計中首先要根據產品批量和產品的復雜程度確定加工機器基元的模塊數。這要求識別哪一種加工機器基元導致子裝配線的生產周期低于生產輸出速率所要求的周期。如果一個加工機器基元的生產周期太低，則增加加工機器基元單元的數量直至達到所要求的生產周期。模塊化制造系統的設計圖定義了從產品設計(即裝配命令)、裝配過程和模塊化制造系統生產周期需求得到的加工機器基元模塊的數量和排序的順序。?

    模塊化制造系統對我國制造業發展的意義

    模塊化制造系統可以滿足過程集成和系統重構的要求。過程集成強調的是高效率，這要求制造系統的集成模塊是一些能完成制造過程多項任務的多功能的專用機床。系統重構強調的是高柔性，這可以通過對機床設備和機床中的一些模塊的重新配置變換來實現。模塊化制造系統能顯著減少產品對制造系統的功能約束，能通過減少非加工時期來提高生產率，從而使制造系統在未來的快速的技術和市場變化中得以生存。?

    由于模塊化制造系統可以以較低的成本實現很大一類產品的大批量定制生產，因此對于我國的制造業發展、提高我國制造企業的競爭力和大批量定制生產的能力具有重要意義。企業可以通過對模塊化制造系統的快速重構，迅速轉產生產出滿足市場需求的產品。企業也可由制造模塊的租賃公司幫助建立模塊化生產線，快速將新產品推向市場。?

    以前我國曾搞過組合夾具，并建立了不少組合夾具站。由于信息傳遞不暢，企業在進行夾具設計時往往很難迅速知道組合夾具的規格，如何組合自己所需的夾具以及從何處可迅速得到組合夾具，結果組合夾具的發展受到挫折。?

    模塊化制造系統的發展應將產品設計和模塊化制造系統結合在一起，并采用計算機和網絡技術支持產品設計和模塊化制造系統的設計，使兩者集成起來，真正做到面向制造的設計。利用網絡技術還可使分布在各地的產品設計師和工藝師迅速知道制造系統的模塊類型、存放位置、組合方式等信息，知道產品的制造成本。這樣可避免出現類似以往組合夾具經歷的挫折。