模块化制造对产品成本的影响

王　伟，牛　浩

模块化制造对产品成本的影响

王伟1，2，牛浩2

摘要：模块化制造对产品成本的影响在于降低了产品的研发成本，也降低了产品的制造成本。此外，模块化的实现并非不完全免费的，不仅实施模块化的本身会增加企业的成本，而且会存在一定的交易成本与机会成本。

关键词：模块化；模块化制造；产品成本

一、引言

在全球制造业经过一系列重大变革之后，大规模定制已经成为当今的主要生产方式之一，这种生产方式很好地满足了消费者的需求。尖端技术的发展缩短了产品的生命周期，使得企业能够根据消费者的需求快速设计并制造出优质的产品。有调查结果显示，产品的生产技术在经历了几十年的发展后，如今产品的生命周期已经减少到原来的1/4。以高新技术为基础的先进制造模式的出现，加剧了制造业在全球的竞争，企业产品的竞争能力很大程度上取决于产品其本身成本、质量以及进入市场的速度。因此，企业快速的开发出新产品并推向市场成为企业发展以及在其在激烈的市场竞争中获得竞争优势的重要决定因素。同时，随着产品种类日益丰富，竞争的日益激烈，企业必须能够不断地向市场输送新的产品，这些产品不仅要具有较高的品质，而且要拥有更具竞争力的价格。实际生活中，物美价廉的产品总会受到消费者的青睐，因而具有更大的竞争优势，而产品的价格很大一部分取决于产品的成本。因此，研究如何在快速生产出一系列产品的同时有效地降低其成本就显得非常重要。模块化生产方式的出现解决了上述问题，并且逐渐成为制造业的发展趋势。从20世纪60年代起，流水线技术被模块化技术所取代，主导了全球制造业新的发展方式。模块化是产业分工的产物，很显然，它已经逐渐成了全球制造业的发展趋势。[1][2]不同于传统的生产方式，模块化制造方式不仅使得企业摆脱了需要靠自身生产产品全部部件的困扰，而是能够通过多种渠道获得所需模块，再通过集成技术将零部件重新组合，从而完成新产品的研制。这样，企业可以凭借其优势专注于开发核心部件，缩短了生产的周期。

二、模块及模块化

1.模块

其实，模块并不是一个新概念。早在二十世纪初期，建筑行业中就已经存在模块的概念，当时的建筑模块更多的是强调其能够实现几何尺寸上的连接和替代。后来，在机械制造业中引入了模块，将模块与物理产品的功能联系到一起，模块具有了更清晰的功能、接口以及功能传输接口特征。对于模块的内涵，不同的学者给出了不同的定义，表1是个别学者对模块的定义。

表1　模式的定义

资料来源：作者整理.

从中我们可以看出，模块是将复杂的产品根据产品的功能特征、结构特征或者技术特点分解成为各个单元后得到的，每一个模块都具有其独立的功能且具有标准的接口结构，接口相同的不同模块之间可以相互替换，从而形成多样化的最终产品。模式具有三大特征：一是独立性，不同的模块可以单独地进行研发和生产；二是可替代性，具有相同接口结构的模块可以相互替换，满足顾客的个性化需求；三是通用性，模块在系统内部可以实现共享，在不同产品间可以实现通用。[3]

2.模块化

哈佛大学商学院的Badlwin和Clark教授，在1997年的《哈佛商业评论》上发表了一篇较大影响的文章——“模块化时代的管理”，在该文章中其对模块化做了精辟的解释。他认为，模块化的核心是将一个或多个相对小的，可以分别进行功能设计的系统组建成一个复杂的系统或流程，其中，每个模块的研发和生产是独立于其他模块的，模块的内部包含其信息处理的过程，最后将这些模块通过标准的界面与其他模块进行连接。[4]

目前，对于模块化，在学术界还没有一个被大家认可的定义，但是对于模块化的讨论一直十分激烈。对于模块化的定义，学术界比较认可的是青木昌彦的说法：“模块化是指将一个比较复杂的系统或过程按照一定的规则和联系分解成半自律的子系统，这些子系统可以进行独立的设计，同时，这些子系统又可以按照某种规则和联系与其他子系统构成更加复杂的系统或过程。”[5]也就是说，模块化可以分为两个过程，即模块分解和模块集成，它一种追求工作效率又能约生产费用的分工方式。模块化可以使复杂的产品简单化，节约产品的成本。图1为青木昌彦给出的模块化战略的框架。

图1　青木昌彦给出的模块化战略框架

随着模块化理论的发展，很多学者对模块化有不同的理解。表2是作者对现有文献进行整理，得到部分学者对模块化的定义。

表2　模块化的定义

资料来源：作者整理.

三、模块化制造对产品成本的影响

成本是企业在生产经营中的实际消耗，是企业定价的基础。通常，产品的生产成本主要包括产品的研发(设计)成本、制造成本和销售成本。模块化产品在产品的生产制造阶段与非模块化产品有不同的特点，并且有很大的差异。

1.模块化制造降低了产品的研发成本

关于模块化与产品研发成本相关的研究，企业进行模块化生产可以节省企业开发新产品的周期，同时可以降低研发成本。Allen等(1998)认识到相似模块的重复利用可以减少产品开发时间；[6]Sosale等(1997)认为，企业在模块化设计阶段，可以将一个设计任务划分为多个子任务，并且这些子任务是可以并行开发的。为了完成这个目标，总体设计的任务被分成更小的设计任务，同时要明确他们之间正确的接口。然后，可以对现有的设计进行细微的变化进而重用该模块，这样节省了对现有产品进行更新的时间和精力，可以减少产品的研发成本；[7]Tosunoglu(1994)用机器人的例子描述了模块化给生产带来的好处，增加了生产的灵活性，降低长期的开发成本，加快设计周期等；[8]Sanderson (1991)以福特汽车V-8发动机为例，说明了当他们基于模块化来进行产品开发时能够节省研发的费用。[9]模块化制造对产品研发成本的影响主要体现在两个方面：一是不同产品的相似模块可以重复利用，减少了新产品研发的时间和成本；二是对于产品划分不同的模块后，不同模块的研发是同时独立进行的，减少了产品的研发周期，加快了新产品上市的速度。

2.模块化制造降低了产品的生产成本

关于模块化与产品生产成本之间关系，相关的研究表明企业通过模块化能够大幅降低产品的生产成本。Hopwood (1995)以电子制造业为例来说明模块化为企业带来的好处，企业可以通过模块化来减少产品装配时间，降低劳动成本和库存成本等。[10]Gershenson等(1999)认为，模块化能够使企业根据顾客的要求来灵活的设计产品，另一个好处是模块通过减少生产过程的数量和减少重复的过程，降低产品的成本。[11]Ulrich 和Tung’s (1991) 详细说明了产品模块化带来的好处以及其对产品整体的成本带来的变化。[12]Lapp和Golay(1997)在模块化过程中引入成本惩罚指数，建立了一套独有的理论。通过该方法的运用，不但使工程质量明显改善，而且大幅度节省了成本。[13]Erixon (1996)说明了模块化为企业带来的一些好处，其中一个好处就是规模经济。[14]Ishii等(1995)认为，模块化导致成本下降的原因是零件和原材料价格的下降。当零件和原材料的采购数量很大时会有价格折扣进而产生规模经济。模块化生产能够通过使企业在生产过程中较多地使用通用模块，较少使用专用模块来实现这样的规模经济。[15]Van Hoek(1998)以奔驰汽车为例来解释模块化对该企业的影响，该企业只在生产组装汽车时购买相应的模块，这样它能够更灵活的应对顾客的订单还能够减少企业库存的成本。[16]Edward 等(2005)从供应商和制造商的角度来分析模块化带来的好处，对于制造商来说通过模块化可以通过减少直接劳动力来降低生产成本和提高生产率，还可以减少工程的设计成本。[17]Sandra等(2011)以西班牙的工业为例，分析了西班牙工业通过在全球范围内进行模块化生产，将产品划分为不同的模块，然后外包给不同的供应商(这些供应商大多来自中国)，由于这些外来的供应商大多具有廉价的劳动力和原材料，使得企业产品能够在成本方面具有优势。[18]Francisco等(2013)将模块化的思想用在集装箱建筑的建设方面，认为模块化的建造方法不但实现了“即插即用”灵活性的特点，同时使得建造成本比传统的建造方式节省了85%。[19]模块化制造对产品生产成本的影响主要体现在两个方面：一是对通用模块的大规模制造，具有规模效应；二是企业无须生产所有的零部件，减少了原材料的库存成本。

尽管我们发现，模块化能够为企业带来成本方面的优势。但是，模块化的实现并不是完全免费的，不仅企业实施模块化技术本身需要成本，而且还将带来市场交易成本与机会成本。模块化本身是一项非常复杂的活动，IBM为了实现PC的模块化花费了数年的时间，投入了大量的人力物力。尹建华(2010)认为产品的模块化是与产品特点有紧密的联系，不同的产品实现模块化的难度也是不同的，越复杂的产品，其实现模块化就越困难，所需的代价越高，他认为模块化生产对会产生相应的交易费用和机会成本。[20]因此，模块化带来的成本与产品的复杂程度有一定的联系。

四、研究结论

目前，模块化理论的研究在全球范围内吸引了学术界和企业界的广泛关注。有学者认为，我们已经进入了一个崭新的模块化时代。伴随着模块化在实践中的迅速发展，国内外学术界已有很多相关的理论研究。目前，国内外对模块化的研究主要从三个层面入手，即产品层面、企业层面和网络层面。但是，这些研究较多的针对产业组织结构展开研究，缺少对企业内部动力机制的剖析。在产品层面，根据产品的特性，通过模块化技术将产品划分为多个模块，可以对多个模块同时进行研发和制造，缩短了研发时间，减少了制造成本，从而达到降低成本、提高生产效率和产品质量的目标，进而提升企业竞争力。

参考文献：

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[2]侯若石，李金珊．资产专用性、模块化技术与企业边界[J]．中国工业经济，2006，(11)：91-98．

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[10]Hopwood K.Modularity transforms manufacturing[J].Electronic Engineering Times,1995,14：72.

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[14]Erixon G.Design for Modularity, Design for X-concurrent Engineering Imperatives[M].Edited by G. Q. Huang (New York: Chapman and Hall),1996,pp 356-379.

[15]Ishii K, Juengel C，Eubanks C F.Design for product variety: key to product line structuring[A].Proceedings of the 1995 ASME Design Engineering Technical Conferences—7th International Conference on Design Theory and Methodology[C].New York: The American Society of Mechanical Engineers，1995.

[16]Van Hoek R.Letters to the editor[J].Harvard Business Review, March/April，1998.

[17]Edward D， Arnheiter Hendrik Harren.A typology to unleash the potential of modularity[J].Journal of Manufacturing Technology Management,2005，(16)：699-711

[18]Sandra Valle, Lucía Avella, Francisco García.International Modularity and Offshoring in Spanish Industry[J].Modern Economy, 2011,(2)：680-690.

[19]Francisco Olivas, Director, Autronic Power，Plug and play - modular building solutions to reduce lead time, cost and increase flexibility[J].Manager of Programming，2013：1-14

[20]尹建华.嵌入全球价值链的模块化制造网络研究[M].北京：中国经济出版社,2010.

理论的模块化制造网络的构建与管理研究”

(13BGL061))(作者单位：1.西安交通大学 管理学院；2.郑州大学 商学院)

(责任编校：马小军，田旭)

(基金项目：国家社会科学基金项目“基于企业基因重组