标准化
一、标准化的有关概念
标准：为在一定的范围内获得最佳秩序，对活动或其结果规定共
同的和重复使用的规则、导则或特性文件。该文件经协商一致制定并
经一个公认机构的批准。
注：标准应以科学、技术和经验的综合成果为基础，以促进最佳社会
效益为目的。
标准化：为在一定的范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问
题制定共同和重复使用的规则的活动。
注：①上述活动主要是包括制定、发布及实施标准的过程。
①标准化的重要意义是改进产品、过程和服务的适用性，减
少和消除贸易技术壁垒，并促进技术合作。
由上述定义可见，标准是一种特殊文件，是现代化科学技术成果
和生产实践经验相结合的产物，它来自生产实践反过来又为发展生产
服务，标准随着科学技术和生产的发展不断完善提高。而标准化是一
种活动，主要是指制定标准、宣传贯彻标准、对标准的实施进行监督
管理、根据标准实施情况修订标准的过程。这个过程不是一次性的，
而是一个不断循环、不断提高、不断发展的运动过程。每一个循环完
成后，标准化的水平和效益就提高一步。
标准是标准化活动的产物。标准化的目的和作用，都是通过制定和贯
彻具体的标准来体现的。所以标准化活动不能脱离制定、修订和贯彻
标准，这是标准化最主要的内容。
二、标准化的常用形式
标准化的常用形式是标准化内容的存在方式，也可以说是标准化
过程的表现形态。标准化有多种形式，每种形式都表现为不同的标准
化内容，针对不同的标准化任务，达到不同的目的。了解各种标准化
形式及其特点，可以在实际工作中根据不同的标准化任务，选择和运
用适当的标准化形式，达到优化的目的。
比较常用的标准化形式有简化、统一化、通用化、系列化等。
(一) 简化
简化是指在一定范围内缩减对象(事物)的类型数目，使之在既定
时间内足以满足一般需要的标准化形式。
在任何领域，事物的多样性发展都是普遍的。由于科学、技术、
竞争和市场的发展，社会的需求是多样化的，使社会商品的种类剧增。
这种社会商品多样化趋势，是社会生产力发展的表现。但在市场竞争
的环境下，就有可能出现多余的、低效率的、低功能的类型，这是社
会资源和生产力的浪费，既不利于生产的进一步发展，也不利于更好
地满足社会需求。简化就是对社会产品的类型进行有意识的自我控制
和调节的一种有效形式。
简化这种标准化形式是随处可见的。从每个人料理自己的日常生
活，到一项科学研究，管理一个企业、一个国家，可以说无处不在应
用。但作为一种科学方法最早在生产中大规模应用的杰出代表则是美
国福特汽车公司的创始人 H·福特。1903 年 H·福特创建了福特汽车公
司，采用标准化、系列化、通用化的方法设计了 T 型汽车，将汽车结
构、零件加以简化并制定成标准，实现了零件互换，组织专业化大批
量生产，不仅产量高，质量好，而且易于维修和更换配件，劳动生产
率大幅提高，成本显著下降，几乎垄断了美国汽车市场，这是工业化
初期简化成功的一个典型。世界上许多国家在工业化过程中都曾把简
化作为克服产品规格杂乱、扩大生产批量、组织专业化生产的措施而
广泛应用，至今仍然如此。
简化的应用领域极其广泛，就产品而言，从构成产品系列的品种、
规格，原材料和零部件的品种、规格，工艺装备的种类，都可作为简
化对象。在管理活动中，可以作为简化对象的事物也很多，如语言(包
括计算机语言)、术语、符号、指示图形、编码、程序、管理方法等，
都可通过简化防止不必要的重复，提高工作效率。
(二) 统一化
统一化是把同类事物两种以上的表现形态归并为一种或限定在一
个范围内的标准化形式。从现代标准化的角度来说，统一化的实质是
使对象的形式、功能或其他技术特性具有一致性，并把这种一致性通
过标准确定下来。因此，统一化的概念与简化的概念是有区别的，前
者着眼于取得一致，即从个性中提炼共性；后者肯定某些个性同时并
存，着眼于精炼。简化的目的并非简化为只有一种，而是在简化过程
中保存若干合理的种类。统一化的目的是消除由于不必要的多样化而
造成的混乱，为正常活动建立共同遵循的秩序。
统一化可分为两大类型：第一，绝对的统一，它不允许有灵活性。
例如，标志、编码、代号、名称、运动方向(开关的旋转方向、螺纹
的旋转方向、交通规则)等；第二，相对的统一，它的出发点或总趋
势是统一的，但有一定的灵活性，可根据情况区别对待。例如，产品
装配的精度指标，可以要求上下限、公差等。
统一化是古老的标准化形式，古代人统一度量衡，统一文字、货币、
兵器、历法等都是统一化的典型事例。运用统一化要注意遵守适时和
适度原则。所谓适时原则，就是把握好统一的时机，过早统一，有可
能将尚不完善、不稳定、不成熟的类型以标准的形式固定下来，不利
于技术的发展和更优异类型的出现；过迟统一，当低效能的类型大量
出现并已形成习惯，这时统一的难度加大，要付出较大的经济代价。
所谓适度，就是要在充分调查研究的基础上，认真分析，明确哪些该
绝对统一，哪些该相对统一，如何掌握灵活性。过高要求，会在执行
中造成不必要的损失；过低要求，不利于生产和技术水平的提高，不
能更好满足市场的需求。
（三) 通用化
通用化是指在互相独立的系统中，选择和确定具有功能互换性或
尺寸互换性的子系统或功能单元的标准化形式。
通用化是以互换性为前提的。因此，掌握通用化的概念，必须了
解互换性。
所谓互换性，是指在不同时间、地点制造出来的产品或零件，在
装配、维修时，不必经过修整就能任意地替换使用的性能。互换性概
念有两层含义：一是产品的功能可以互换，它要求某些影响产品使用
特性的参数按照规定的精确度互相接近，通常称为功能互换性；二是
产品的配合参数(一般指产品的线性尺寸和连接部分)按规定的精确
度互相接近，通常称为尺寸互换性。尺寸互换性是功能互换性的部分
内容，是实现通用化的前提。互换性的著名案例是美国人惠特尼·E 和
来福枪。18 世纪末，美国刚成立不久，政府急需大量军火，便与惠
特尼签订了一项两年之内生产一万支来福枪的合同。开始，惠特尼的
工厂用手工方法难以完成。后来，他运用互换性的原理，选择一支标
准枪为基准模型，分零件仿造，按专业化组织生产，这些零件在每支
枪上都可以使用并可互换，提高了生产效率和质量，完成了合同。由
于在批量生产中采用了可以互换零部件的方法，开创了标准化基础上
的成批生产方式，引起了企业生产组织形式的革命，并为现代化大批
量流水生产奠定了基础。因此，惠特尼被誉
为“美国标准化之父”。
通用化的目的是最大限度地扩大同一产品(包括元器件、部件、
组件、最终产品)的使用范围，从而最大限度地减少产品(或零件)在设
计和制造过程中的重复劳动。其效果体现在简化管理程序，缩短产品
设计、试制周期，扩大生产批量，提高专业化生产水平和产品质量，
方便用户和维修，最终获得各种活劳动和物化劳动的节约。
通用化的实施应从产品开发设计时开始，这是通用化的一个重要
指导思想。通用化设计通常有三种情况：一是系列开发的通用化设计。
在对产品进行系列开发时，通过分析产品系列中零部件的共性与个性，
从中找出具有共性的零部件，能够通用的尽量通用，这是系列内通用，
是最基本和最常用的环节。如有可能，还可以发展系列间的产品和零
部件通用。二是单独开发某一产品(非系列产品)时，也尽量采用已有
的通用件。即使新设计的零部件，也应充分考虑使其能为以后的新产
品所采用，逐步发展成为通用件。三是在老产品改造时，根据生产、
使用、维修过程中暴露出来的问题，对可以实现通用互换的零部件，
尽可能通用化，以继续降低生产成本，保证可靠性，焕发老产品的青
春。
企业通常的做法是把已确定的通用件编成手册或计算机软件，供
设计和生产人员选用。通用件经过多次生产和使用考验后，有的可提
升为标准件。另外，以功能互换性为基础的产品通用，越来越引起广
泛的重视，如集成电路和大规模集成电路的应用和互换。产品通用化
所产生的社会经济效益，是其他标准化形式所无法取代的。
(四) 系列化
系列化通常指产品系列化，它是对同一类产品中的一组产品同时
进行标准化的一种形式。它通过对同一类产品发展规律的分析研究，
市场需求发展趋势的预测，结合自己的生产技术条件，经过全面地技
术经济比较，将产品的主要参数、型式、尺寸等作出合理的安排与规
划，以协调系列产品和配套产品之间的关系。因此，可以说系列化是
使某一类产品系统的结构优化、功能最佳的标准化形式。
产品系列化最先应用成功的典型是美国通用汽车公司。美国福特
汽车公司通过‘‘简化’’对汽车零件进行标准化，实现了“T 型福特”汽车
的大批量流水生产，创造了辉煌的业绩，到 1921 年 T 型车占据了美
国 60％的汽车市场。当时美国的第二大汽车厂家通用汽车公司仅占
据 12％的市场，面临被福特挤垮的危险。1923 年 A·P·斯隆就任通用
汽车公司总经理后，认为由于消费水平的提高，市场需求将发生变化，
过于单调的“T 型福特车”将不受欢迎。据此，他作出按价格、分档次、
系列化开发的决策，从最低档次的大众车型，到高级车型，连续设计
了 5 种车型，构成能满足各种不同消费水平的系列产品。5 年后战胜
了“T 型福特车”，成为世界上最大的汽车厂家。
由于产品系列化符合快速开发新产品，且能用较少数量的规格型
号，覆盖较广阔的市场，适应了市场对商品需求日益多样化的形势，
很快在工业发达国家里发展起来。1935 年国际标准化组织(ISO)的前
身国际标准化协会(ISA)公布了第 11 号公告，把优先数系规定为“国
际标准建议”以后，为产品系列化奠定了理论基础，对此后的产品系
列化的发展起了重要的促进作用。
系列化是标准化的高级形式。无论从它的理论和方法方面都体现
了它是标准化高度发展的产物，是标准化走向成熟的标志。系列化摆
脱了标准化初期独立地、逐个地制定单项产品标准的传统方式，开始
从全局考虑问题，每制定一类产品的系列标准，就要覆盖该类产品的
市场。在这种思想的指导下，企业也从只生产单一品种、个别规格的
传统模式，转向多品种经营、系列化开发、尽量扩大产品的市场覆盖
率、占有率。由于企业的这种经营方式和产品开发方式，适应了 20
世纪中叶以后国际市场竞争格局的变化，使许多企业取得了成功。产
品系列化又是最经济合理的产品开发策略。它的产品系列是在市场调
查的基础上，选择适用的数系，精心设计的。它的最大特点是能以最
经济的产品规格数，满足最广泛的市场需求，而且当市场需求发生改
变时，产品构成能相应的改变，且不打乱原有的规律和产品之间的协
调配合关系。特别是优先数系在各行业的各类产品系列之间起着极重
要的协调统一作用。尽管产品在不断增多变化，但产品世界是有序的，
其内在联系是和谐的。所有这一切，标志着工业生产的合理化，标志
着高度的社会节约。
三、标准化的一般意义
市场的发展需要我们为单个客户或小批量多品种的市场定制生
产任意数量的产品，既要展现无限的产品外部多样化，同时又不能因
产品内部多样化而导致额外的成本和时间的延误。
因此，我们所面临的挑战是，将产品内部多样化降低到一定程度，
使得能够柔性地制造产品，不会由于加工准备而造成额外的成本和时
间的延误。这一目标是通过在设计阶段对零件、特征、材料和工艺进
行标准化来完成的。
为了在生产时实现柔性的操作，零件必须有足够的通用性，以便在任
何用得到它的地方方便地使用；夹具几何形状必须有足够的通用性，
使零件的各种变型可以采用同样的方式定位；设计特征必须有足够的
通用性，保证能够使用同样的加工工具；材料必须有足够的通用性，
以避免因更换材料而停止生产。
品种多样化所造成的一般性管理成本，比生产量所造成的一般性
管理成本更高，尤其那些对检验、处理或存储等没有特殊要求的小零
件更是如此。可以比较一下，在 100 种不同电阻(每种每月消耗 100
个)和 l0 种不同电阻(每种每月消耗 1000 个)之间的一般性管理材料
成本的差异。两种情况都是每月消耗 10000 个电阻，但采购和分发
100 种的费用比 10 种的要高出一个数量级。
四、小批量生产企业面临的问题
订单生产使我们有一种忽视标准化而仅仅处理品种问题的倾向，
特别是在这两个问题发生冲突的时候。
1．零件分发
即使零件不是通过装配线上的专用零件箱进行分发，它们仍需经
过采购、送货、检验、集中、发送到装配区和用适当的工具进行装配
等过程。
2．不常用零件的采购
如果零件是不常用的，其采购过程将既贵又慢。不常用的零件可
能暂时、甚至永久缺货。除非支付加急费，否则，一个新的专用零件
的交货往往是比较慢的。如果有必要对不常用的零件进行检验，那么
由于要查找特殊的检验程序、寻找不常使用的检验设备，该项检验很
可能既费时，又费钱。
3．装配指令
如果难以获得装配指令或夹具，或者如果工人忘了应该如何进行
制造、装配、调整或校准，那么，装配就会被延误。
4．零件短缺
任何零件的短缺都会造成装配的停止，零件的种类越多，零件短
缺的可能性就越大。实际上，因为受到货源的限制，小批量产品的生
产更容易出现零件的短缺现象。
5．工具
工具被用于产品的制造、装配、调整、校准或检验，如果不能为
利用率低的零件开发高效率的工具，就会迫使人们使用效率很低的通
用工具。通用工具的工序标准化可以加快生产速度，并减少混乱和失
误。
6．不常用零件的检验
由于没有很好地研究或记录不常用零件的失效形式，因此它们的
失效可能会使产品的检验变得复杂。
7．零件质量／供货商资格的认定
如果数量少而品种繁多的零件来源于有限的货源，那么零件质量
和供货商资格的认定就会做得不够彻底。如果零件质量的认定做得不
够彻底，则将造成零件严重的质量问题，从而影响到每一个使用了这
种不合格零件的产品。如果供货商的资格认定做得不够彻底，将引起
令人不快的严重后果。例如，发现某供货商破产了，此时，如果投资
者或当局关闭、没收或扣压了该供货商的设备，被扣压的设备中可能
就包括了有客户的工具、夹具和材料，这种情况比失去一个货源更加
危险。
8．服务和维修
过多的零件品种会使服务和维修复杂化，特别是对那些小批量生
产企业来说更是如此。可能会要求工厂重新生产少量的某个已停止使
用的特殊零件，外购零件则可能因为没有供货商继续生产而变成“孤
儿”。在这种情况下，企业要么找到新的供货商，要么进行极少量的
生产，以确保有可替换的零件。
根据服务的约定，可能要求工厂为所有产品在某规定寿命期内储
备所有的零件。如果所需要的零件不能随时从大批量生产企业采购，
那么对小批量生产企业来说，这可能是一个沉重的负担。如果零件的
通用性不足，无法从当地的供货商处获得零件，那么，现场的维修服
务就会变得非常困难。
9．备件箱
零件种类过多将使备件箱变大，特别是那些不包括在其他设备备
件箱中的零件。小批量生产或加工设备的企业有可能只为客户生产一
台设备，如果这台设备有许多特殊零件，备件箱就会很大。这个大的
备件箱的费用必须由客户直接承担，或间接包含在销售价格中。未包
括在备件箱中的不常用零件，对客户来说是一个不利因素。
因此，缺乏标准化本身就是小批量生产企业竞争能力的缺陷，因
为它会导致成本、交货、质量、维修、现场服务甚至信誉等方面的劣
势。
五、标准化的实施方法
1、降低产品的内部复杂性
柔性制造和大规模定制的一个重要的前提条件是降低产品的内部
复杂性，它要求对零件、材料、工具和工艺过程进行标准化。许多企
业，甚至是一些享有很高声誉的企业，都曾容忍过过多的产品内部多
样化。
零件种类的激增
当前的竞争压力和资金问题迫使日本汽车制造企业降低成本。他
们的重要举措之一，就是研究和降低产品内部多样化的成本。其结果
是，1993 年尼桑公司发现，仅仅当时生产的车型中，就使用了 110
种不同的散热器、300 种不同的烟灰缸、437 种仪表盘、1 200 种车内
地毯和 6 000 种不同的紧固件！这种多样化并不能够为客户增加价
值。当然，客户希望有质地和图案都令人满意的地毯，但也绝对用不
着以 1 200 种地毯来满足该要求。
某电子企业有 1 500 种电阻，其中包括电阻容差为 1 000 欧姆的
120 个不同型式和尺寸的电阻。该企业将这 1 500 种电阻减为了不到
200 种的常用电阻。
作者的一个生产日用品的客户发现，它正在使用的零件种类数为：
1 248 种线材组件、152 种发电机、151 种螺钉、74 种开关、67 种继
电器、65 种电容器、37 种阀门、16 种变压器、62 种皮带和 1 399 种
不同的“标准”标签。
每个企业都有类似的零件种类激增的可怕经历。应该问一问这是
为什么，尤其要考虑到下列因素：
·零件种类的激增妨碍了制造的柔性，因此也妨碍了大规模定制。
·下面将要谈到，大多数的零件种类激增都是不必要的。
·零件种类激增造成了巨大的经常性开支。
零件种类激增的成本
零件种类激增是昂贵的。Tektronix 公司的一项研究表明，一半的
一般性管理成本以某种方式与零件的种类数目有关，而多数企业甚至
不知道这部分费用有多大。一项针对一些《财富》杂志排名前 500 名
的制造企业所做的调查显示，没有一个企业或企业的部门能够精确地
估计某个零件在其生命周期中的成本。CADIS 公司负责销售零件管
理软件的文卡特·莫汉(Venkat Mohan)说：“对一个标准零件的直觉估
计可以从 5 000 美元一直到高达 6 万美元，而对定制的零件甚至达到
10 万美元。”负责波士顿先进制造研究项目(AMR)的詹姆斯·谢泼德
(James Shepherd)指出，在电子行业，仅仅是加入一个新的外购元件就
要花费 5 000—10 000 美元。《总成本管理情况的厄恩斯特和扬指南》
(The Ernst & Young Guide to Total Cost Management)中指出：“毫不奇
怪，制造企业估计每种零件的年管理成本在 10000 美元或者更多。”
除了这些官方文件中的成本，零件种类的过量激增还增加了现场
服务成本和虽很重要、但很少统计的制造成本，同时也增加了与加工
准备、库存、厂房空间、设备的低利用率和其他柔性问题相关的成本。
零件种类的激增还降低了装配效率。费希尔(Fisher)、杰恩(Jain)
和麦克达菲(MacDuffie)在沃顿商学院(Wharton Business School)关于
汽车工业的报告中写到：“零件的多样化也对装配工厂的效率产生巨
大的负面影响。”
发生零件种类激增的原因
以下造成零件种类激增的原因都是容易避免的，它们包括：
(1)工程师不理解。大多数产品设计人员不理解零件通用性的重要意
义，所以，他们不去尝试在通用零件的基础上进行设计。可以举一个
例子说明这种情况，作者曾就电阻的通用性表的草案向工程师们征求
反馈意见(该表是采用下面介绍的方法制订的)。一位电子工程师提出：
“为什么我们要把电阻标准化?难道它们不便宜吗?难道它们不是都存
在计算机里了吗?”这个工程师没有意识到，不管零件的成本和企业订
货／跟踪零件的系统的复杂度如何，每个零件都必须被实实在在地送
到工厂，可能还要经过检验，送进仓库，然后被分发到每个使用地点。
解决这个问题的一个方法是，通过培训和教育，强调零件通用性对企
业目标的重要性。
（2）“不是我的工作。”有时候，“不是我的工作”并发症会阻碍标准化，
但它可以通过团队合作、培训和鼓励工程师考虑“全局而非局部”予以
避免。
(3)想当然的决定。产品设计人员用想当然的决定来选择零件。
当一个更通用的、螺距 3／8 英寸、长 1／2 英寸的六角螺钉也可以完
成同样的工作时，设计师却可能会想当然地选择螺距为 5／16 英寸、
长 7／16 英寸的圆头细牙螺钉。第 9 章中将探讨想当然的决定在产品
开发中所造成的问题。
英特尔系统集团公司的电子工程师说，在数字电路中，他们实际
上不需要 1 000~2 000 欧姆的电阻。根据这一反馈意见，该公司立即
取消了这些电阻。
(4)重量最小原则。重量最小原则是，所有零件的尺寸都应当“正
好”使其重量最小和所用材料最少。这种情况妨碍标准化，因为标准
零件的选择通常是根据强度和功能方面的要求向上圆整的，所以设计
者们拒绝使用标准化的零件。下面的原则或许可以帮助工程师们克服
这个障碍。
如果在设计时不能迅速地选取一个正好满足要求的标准零件，就
使用大一号的标准零件。
如果零件使用的不是贵重的材料，就使用大一号的标准零件。
(5)保证零件族的有效性。与零件种类激增相关的另一个原因是，
为保证完整性而将整个零件族放入已被确认的零件表中，如紧固件、
电阻和电容。英特尔系统集团公司发现，在印制电路板的 20 000 种
已被确认的零件中，有 7000 种从未使用过!被确认零件中的 1／3 未
被使用于任何产品。然而，任何一个工程师都可能未经认同或批准，
就想当然地选择那些还未被使用过的零件中的一个，或者把新的零件
添加到系统中。在这种情况下，这些未被使用过的零件应当立刻从被
确认的零件表中删除。
(6)按合同制造。有时，一个目光短浅的商业策略可能会破坏在
标准化方面所进行的努力。在市场低迷的状况下，为了应付工厂开工
不足的压力，有些企业实际上按合同生产。这种“要么利用、要么失
去’’(use-it-or-lose-it)的方法可能会带来一些额外的收入，但从长远来
看常常是赔钱的。实际上，如果在成本统计中考虑其中的一般性管理
费用以及加速制造许多新产品所需的大量学习费用，这一问题就会显
现出来。
(7)合并及其后果。产生多余内部多样化的另一个原因是由于公司
兼并造成的不同产品的合并，以及由此而带来的企业、产品、专利等
方面问题。原来隶属于不同企业的产品很可能有非常不同的零件和工
艺。因此，应当在作出这些决定的基本因素表中加入柔性制造因素。
(8)重复的零件。如果产品设计人员不知道已有什么零件，那么，
即使已经有完全相同的零件，他们还会常常把“新的”零件“添加”到数
据库中。即使他们猜想可能会有所需要的零件，也可能会提出一个新
的外购件，甚至设计一个新零件，而不愿花费稍多的时间去查找现有
的零件。工程师们经常发现，从使用不方便的数据库里查找一个零件，
比设计或购买一个新的零件更困难。
许多企业有成百上千种这样的情况：同一个零件有两三个，甚至
多个以不同的零件编号定义的版本，而在可以用一个“相近”零件代替
新零件的时候，这种情况就更多了。
根据作者的建议，一个宇航公司对这种情况进行了研究并且发现，
它竟有 900 种垫片!显然，设计第 901 种垫片比在 900 种里查找更方
便一些。
一家大型机床公司在研究了这种情况后发现，该企业有 521 种非
常相似的齿轮，最后，将它们重新归类成 30 种标准齿轮，原来的齿
轮种类竟比所需的多 17 倍以上！平均每种齿轮有 17 个功能或各个
方面都相同的“复制件”。
消除重复的相同零件
相同零件的重复所带来的问题，不仅仅在于造成显而易见的、生
产额外零件所需额外材料的一般性管理成本，很可能要为每个需要相
似零件的产品单独订购这些零件，这使得在零件采购时无法获得与订
货数量有关的折扣和进行统一订货可能带来的及时交货，而且，订货
数量太小容易造成零件的短缺。有趣的是，造成生产延误、短缺的零
件可能正以不同的零件编号保存在别的零件箱里。
在大规模定制环境下，如果不同的产品使用编号不同的相同零件，
这个问题就会更加严重。例如，对印制电路板的装配而言，由于零件
箱是根据物料明细表中的零件编号进行安排的，所以可能要用自动装
载设备来装载不同零件箱里的相同零件。即使机器的操作者注意到了
这一点，但他们既没有时间也没有权力在现场将这些零件进行合并。
如果产品族中的零件(包括重复的零件)比设备零件箱可容纳的零件
多，那么，单单这种零件的重复就会妨碍柔性操作。在这种情况下，
不得不为每个产品进行两次零件装载，而这正是在大规模定制中必须
取消的准备工作类型。
避免出现上述情况的一个方法是，让现存零件的查找比采用新零
件更加方便。下面的两种技术将做到这一点。
零件列表
许多零件是以如表 5—1 所示的逻辑 J 帧序列表的。简单地将所有已
有零件按顺序列表，并把该表交给设计部门，鼓励工程师们尽可能使
用现有的零件。后面将说明从这些表中决定首选零件的过程。
表 5-1 零件类型排列顺序示例
零件类型 排列顺序
带螺纹的紧固件 螺纹直径、螺距、长度、螺钉头形式、材料／表面处理、等级
垫圈／垫片 外径、内径、厚度、材料、表面光洁度
齿轮 齿距、齿数、齿宽、材料
齿轮箱 速比、功率、轴的方位、轴的直径
发电机 功率、电压、相位、轴的直径、安装
泵 压力、流量
电阻 欧姆
电容 微法拉
集成电路 通用编码系统(如 74F00)
．零件管理软件
对那些未以顺序列表形式提供的零件，或因缺乏计算机管理、数据
库使用不便、描述一致、多数据库、字段中的非结构化数据和其他信
息系统复杂性等原因造成的不利情形来说，零件管理软件是必需的。
CADIS-PMX 是一个零件管理数据库和“搜索引擎”，它根据零件属性
而非企业的零件编号或供货商的类别号，将所有零件按层次分类。该
软件可以把分类结果通过友好的图形客户界面传递给工程师，甚至还
能简化数据库字段中非结构化数据的提取。
Tektronix 公司用这种工具从现行的包括 15 万种零件的数据库中
取消了 32 000 种零件。Tektronix 公司的副总裁兼首席信息官鲍勃·万
斯(Bob Vance)是这样总结取消多余零件的效果的：“没有哪个领域能
使制造企业只通过这么少的努力，就对其基础产生如此巨大的影响。
我们希望在不承担过重的零件库存压力下，将我们的资源投入到产品
创新和客户服务中。”
零件种类激增的后果
零件种类激增的最终后果是大多数企业拥有数千甚至数万不同的
零件种类(零件编号唯一)。内部的多样性几乎从来就是不必要的，但
零件种类的激增却常常引起这种后果。由于缺乏任何标准化的目标或
意识，设计人员只是简单地为新设计选择新零件，却从不考虑优先使
用相似的零件。
只要简单地查询各类零件现行的零件编码总数，企业就可以了解
到当前零件种类激增的程度。在很多情况下，零件种类的激增似乎是
显而易见的，甚至对大多数偶然的观察者也是如此。揭示零件种类激
增的另一种方法是，汇总与零件相关的所有一般性管理费用中的“材
料”预算。最后，希望这些方法能够推动现有重复零件的消除，以及
按照后面讲述的有效方法进行新的设计，从而大大减少零件的种类。
2、零件通用化方法
相对于需要大量工作才能见到成效的减少零件种类的措施而言，
下面这些简单易行的方法更加有效。减少现行的零件编号，如从 20
000 个减到 15 000 个，虽然多少能够降低一些材料的一般性管理费用，
但还没有达到使得工厂能够柔性地制造产品的程度。
零件的通用化是通过将某些首选零件进行标准化，而减少不同零
件(零件种类)数目的非常有效的方法。通常应用于外购零件，但也适
用于自制的零件。
零件通用化的方法建立在“从零开始”的原则上，该原则提出一个
简单的问题：“何为设计新产品所需的最小的零件表?”如果假设企业
(或一个新的竞争者)刚刚进入这个生产领域，正在决定全新的产品系
列需要什么零件，那么就比较容易回答上述问题。新竞争者的一个优
势在于，能够拥有一个没有过多零件负担的、全新的起点。设想该竞
争者在通用零件的基础上同时设计整个产品系列，再设想如何在企业
内部做同样的事情。这就是所谓的“从零开始”(zero-based)的方法。
从字面上理解，“从零开始”的方法就是从“无”开始，只往零件表
上增添必需的零件，它与从数量巨大的零件表中删除零件相反。如同
清理一个混乱的抽屉、钱包或者工具箱，清除不想要的东西非常费劲，
而且效率不高。效率更高的“从零开始”的方法是把所有东西清空后，
只把必要的放回去。这两种方法的区另 U 在于，剩下的“废物”放在何
处，是
在抽屉、钱包或工具箱里，还是在垃圾桶里。同样，因为要清除系统
中的废物(多余的零件种类)，所以减少零件种类的工作比较困难，而
“从零开始”的方法则在开始时就清除了废物。如果产品的设计是在通
用零件的基础上进行的，那么，废物就是不会被使用的、没有必要的
零件。这些多余零件不仅增加了一般性管理费用，而且降低了工厂的
效率和机器利用率，这是因为，设计的产品所需要的零件比能够分发
到每个使用地点的零件要多，从而造成了生产系统的准备工作。
通用化方法确定了新设计所需的最小的零件清单，其目的不在于
消除已有产品所用的零件，除非通用零件在所有方面都具有与之相同
的功能。在这种情况下，如果新的通用零件比已有产品中的旧零件有
更好的性能，则可把这个通用零件作为相同的或更好的零件替换旧零
件。
请记住，在产品迅速过时和生命周期缩短的今天，即使只在新产
品上实施零件的通用化，所有老产品也会在几年内被淘汰。
下面说明如何运用“从零开始”的方法实施零件的通用化。
确定零件固有的通用性
通用化方法的第一步是确定企业每类零件固有的通用性。所有的
现有零件都具备相同的使用经历，这是很少见的。每类零件中都有一
些使用频率远远高于其他零件的零件，与其为新产品设计想当然地选
择零件，不如尽量选择现有零件中使用率最高者。采用这种做法的一
个原因是为了避免在已经臃肿的在用零件表中加入新的通用零件，另
一个原因是，已经被广泛应用的零件可能对新旧产品同样适用。
为了确定企业中零件的固有通用性，首先要将每类零件按优先次
序排列成表：
(1)每年或每月总用量最大的零件。这个信息可以从采购或 MRP
数据中得到。
(2)大多数产品都用到的零件。可从大多数 MRP 系统关于“用在
何处”的报表中得到这个信息。如果一个企业制造许多产品，那么这
张表是很重要的；如果用在许多产品中的零件还要用于服务和作为备
用零件，那么这张表就更重要了。
(3)在许多年内持续使用的零件。如果老产品需要服务和备件，
那么随着时间的流逝，这张表或许就显得非常重要。
然后，将每类零件的上述数据按照图 5—1 的形式画成图。上方
的曲线表示按帕雷托顺序排列的每种零件的年使用量(左大右小)。根
据我们的经验，这些曲线几乎总是像图中所示的指数形状，少数零件
的使用量大，大多数零件的使用量极低。
下方的曲线表示零件“用在何处”，显示出哪个零件被用于较多的产品。
可以注意到，两条曲线几乎惊人准确地对应，零件的使用数量排列总
是和零件在产品中的使用排列相对应。
因此，一条曲线将零件按帕雷托顺序排列，而另一条曲线则按照相同
的零件数量顺序排列，而不必按其自己的帕雷托顺序(这说明了为什
么图 5-1 中下方的曲线呈锯齿状)。通过这种方法，可以同时按两种
准则分析使用情况，这有助于下一个步骤的实施。在下一个步骤中，
将对曲线进行判断，决定哪些现有零件可以被保留在通用零件表中。
请注意，第一个帕雷托表(上方的曲线)应该建立在主要制定准则基础
之上，即建立在每年的使用量(如图 5-1)或“用在何处”的准则之上。对
于批量很小的产品系列来说,零件的使用量将是主要制定准则；相反，
对于批量很大的产品系列来说，零件“用于何处’’将可能是主要制定准
则。这为下面将要讨论的主要制定准则的选择提供了一种方法。
建立基本零件表
调查现有零件的利用率
下一个步骤是建立一张基本零件表(baselinelist)，该表是以在前一
步骤中确定的现有零件的固有通用性为基础的。显然，在曲线左端的
使用频率高的零件应列在基本表中，在曲线右端的使用频率低的零件
则不应列入其中。在将通用零件与其他零件进行分离的过程中，需要
进行一些判断。这些判断，应该由所有工程小组、制造、采购以及负
责认定零件质量和供应商资格的部门(质量或材料工程部门)等共同
做出。质量或材料工程部门会对做出这些决
定很感兴趣，因为减少零件种类对零件的采购和质量的保证产生积极
的影响，零件种类越少，就越可以将注意力集中在通用零件的采购、
供货商资格认定和质量问题上。
如果零件使用情况与图 5—1 上方的曲线相似，那么左边 1／3 的
零件可被列入基本零件表中。当零件种类激增情况更加严重的时候，
低用量和只用一次的零件会向右侧延伸得更远。在这种情况下，通用
零件只是表中最前面 5％或 10％的零件。
再下一步，是从第二条(下面的)曲线中选择合适的零件。在某些
情况下可能出现异常，比如，小批量使用的零件却在许多产品中使用。
尽管零件的使用量很少，但其广泛的使用使得该零件或许有资格被列
入基本零件表中。另一种情况是，一个零件可能只用在一个产品中，
但用量很大。这需要通过调查来决定设计小组是否为该零件找到了用
于未来产品的好方法。 这些零件构成了基本零件表，并按前面讲过
的顺序进行排列。
新产生的零件
把新产生的零件(即从未用过的零件)加入基本零件表。这一过程
同样需要由来自“高级的’’设计小组、材料审核组、制造、采购和质量
控制部门的工程师们做出一致的判断。
合并重复的零件
前面已经说过，有许多重复零件被加入到系统当中，有效的零件
管理能够正确地清除重复的零件。当企业开始对重复零件进行调查研
究的时候，经常可以发现在重复的零件之间存在着细微的差别，这为
选择最适于替代其他零件的零件创造了条件。可以用下面介绍的过程
来选择“更好”的零件。
合并平行的零件系列
下一步是合并平行的零件系列。如果在多种允差、质量等级、螺
距或表面粗糙度等方面能组成完整的零件族，那么设计小组应该将它
们合并为一组零件，即使这样做需要对更昂贵的零件进行标准化。通
常，因使用“更好”的零件而造成的零件成本的提高，将从减少总零件
数量所节约的开支中得到补偿。如果企业的成本统计系统不能计算出
这部分成本，企业就必须定性地估计其在制造柔性和降低材料一般性
管理费用方面的价值(见后面关于“昂贵零件标准化”的讨论)。如下例
所示，不同强度等级的螺钉或不同允差等级的电阻可进行合并。
当本书作者在英特尔系统集团公司开始一个零件标准化项目时，
有两种不同的电阻族：5％允差的碳电阻和 1％允差的金属电阻，把
它们合并成 1％允差的电阻，于是就为新设计减少了几百种零件。现
有产品中的这些零件也被替换，因为这被视为是“升级”的替换。因为
所有电阻都按照统一的允差(1％)进行采购，导致订货量增大，从而
能补偿将 5％允差的零件提升到 1％等级时所造成的费用，进而节约
了总成本。
请注意，实际上，即使较低质量的零件在理论上已经足够满足要
求了，但基于高质量零件所进行的合并仍可能提高产品的质量。
零件表的结构化
如图 5-1 所示，按照直径、节距、速比、功率、流量、电压、欧
姆、微法拉等数据，将零件表按适当的顺序进行结构化。
对零件表进行复审
通过搜集所有有关工程部门代表的反馈意见，对每个零件和特征类型
的基本零件表草表进行复审。这是形成通用零件表(commonality lists)
的正式步骤之一，也可能是向那些有经验的工程师征求意见的非正式
步骤，这些工程师可被当作各部门的代表。各部门代表的早期参与，
能减少本阶段的不同意见。
分发基本零件表草表
把基本零件表草表分发给每一位工程师，同时说明通用化对于企
业目标，特别是对大规模定制目标的重要性。征求反馈意见，以确定
基本零件表草表是否已包含了新设计所需的各种零件。询问工程师们，
表中是否有多余零件或是否有重要零件被错误地忽略了。
基本零件表的最后确定
审查从基本零件表草表的复审过程中得到的反馈意见，根据有益
的意见向表中加入适当的零件或从表中删除某些零件，将基本零件表
最后确定下来，并准备实施。由于通用化是柔性制造和按订单生产的
前提条件，因此也是大规模定制的前提条件，所以，必须坚定不移地
予以实施。
确定实施通用化的范围
通用化涉及的范围，应当与实施资源及企业对基于通用零件进行
设计的重要性和价值的认识相匹配。某些企业会从低目标开始，如紧
固件或电阻，取得成功后，可以进一步推广到其他类型的零件。当企
业着手对其产品进行大规模定制的时候，针对所有零件的有效的通用
化工作是势在必行的。
对设计人员进行教育
在下发基本零件表之前，应该对设计人员进行关于在新设计中使用通
用零件的重要性的教育，指出它对制造柔性和降低一般性管理成本的
重要意义。另一个具有教育意义和激励作用的方法是采用“揭老底”的
方法，即：揭示过去在使用大用量零件同样可以达到设计意图的情况
下，因设计人员想当然地选择低用量零件而造成的零件种类激增的程
度。设计人员应当认识到，不管一个零件看起来多么简单，都会引起
用于文档记录、零件采购、储存、分发和补充的一般性管理成本，同
时也会因小批量制造造成巨大的费用。
确定采用通用零件表的严格程度
采用通用零件表的严格程度应反映出企业对制造柔性、自动化技
术的利用、降低一般性管理成本和良好服务的需求。一个产量大、有
昂贵的自动化设备的柔性工厂要求 100％地采用通用零件表，这样才
能保证不会因装载非通用零件而将设备停机。如果制造柔性是大规模
定制中非常关键的因素，那么大规模定制环境也要求 100％地采用通
用零件表。不打算 100％地采用通用零件表的企业，应该分析一下这
种“非通用化”对柔性操作造成的影响。
许多企业只是在希望降低现行零件库存的情况下，才鼓励工程师
使用已经在用的零件。例如，通用电气照明公司的目标是在新的设计
中有 90％的零件是用过的。
下发通用零件表
将通用零件表中作为通用或优选的零件正式确定下来，用星号或粗体
字把它们在更大的、可能仍在用于非大规模定制的产品的推荐零件表
中加以突出表示。一种更有效的方法是将优选的通用零件单独地列在
一个表里，或列在零件通用表中包含该类零件的相应区段的前面部分。
英特尔系统集团公司将优选零件列在一张黄色的纸上，后面则是列在
白纸上的现有的被认可零件。如果只使用通用零件，就只需将通用零
件表下发给工程师们。
零件通用化的结果
作者在英特尔系统集团公司实施了这种零件通用化的做法。针对
20 000 种印制电路板和计算机零件，通过通用化构造了一张含 500 种
零件的“优选”零件表。把 2 000 种“轴类’’零件(电阻、电容和二极管)
减少到 35 种，并分为两组，一组是需要进行轴向安装的，另一组是
需要进行表面安装的。
计算机系统的紧固件被标准化成一种螺钉！通用化过程是这样进
行的：服务部门想采用十字头螺钉，这样他们就能使用同样的工具；
质量部门想要一个便于使用的凸状垫圈来保护表面油漆；工程设计部
门想采用长度仅为 1／4 英寸的 6-32 规格的螺钉；制造部门提出螺钉
长度应为 3／8 英寸，这样在自动送料改锥里才不会翻倒。在以前的
设计中，不同类型的螺钉太多，以致于无法使用自动送料改锥。新的
设计在 40 个地方使用了标准螺钉，再加上螺钉正确的几何形状，从
而使自动送料改锥得以有效地应用。若螺钉比实际所需的长度长出 1
／8 英寸，会使螺钉从紧固件中凸起，这违反了禁止有这种凸起现象
的操作标准。但只要这种凸起不造成安全问题，或不在任何方面牺牲
产品的功能，那么就可以修改该标准，允许这种凸起。
大规模定制需要足够的运作柔性，英特尔公司的执行目标还不
是 100％，但我们感到，即使是 95％的通用化也能大量地节省材料的
一般性管理费用。
3、工具的通用化
与零件通用化相关的一个话题是工具的通用化，它确定在装配、
调整、校准、检验、维修和服务过程中需要多少种不同的工具。加工
工具的通用化将在特征的通用化之后讨论。
工具的通用化通过消除制造过程中定位和更换工具等辅助性工作
对大规模定制产生影响。如果由经销商或客户完成定制，那么理想的
情况是不需要工具。一旦需要工具，产品的设计就应该围绕通用工具
进行，这些工具应易于使用，而且经销商或客户也能够得到。产品中
可以附带一个简单的、能完成所有定制任务的工具。
有的设计可能要求使用几种不同长度的螺钉，但如果螺钉的头部
形状相同，就可以使用一个改锥。如果维修服务人员要在移动或在不
方便的环境下工作，如在净化室内、只能爬行的地方、狭窄的通道、
公用电线杆、水下、空中等等，那么，工具的通用化就更加重要。工
具的通用化还有助于降低随产品提供的维修工具箱的费用(如随汽车
提供的工具箱)，并使客户能自己进行更多的维修。
应当按照标准进行工具的标准化，使之成为易于获得的工具。通常因
为在设计过程中没有考虑工具的种类，所以才需要专用工具。有时，
仅仅因为在产品设计时没有考虑到留出使用工具的地方，就需要专用
的工具。
企业范围内的工具通用化可按下列方式进行：首先，分析用于现
有产品的工具。按使用情况排出优先次序，找出现有工具中最“常用”
的。如果可能的话，与制造和服务人员，以及经销商和客户一起，确
定优选的工具。把选出的通用工具与通用零件加以协调，将通用工具
表与通用零件表一起下发。
4、特征的通用化
诸如钻孔、铰孔、冲孔和薄板弯曲半径等特征需要使用专用的刀
具，例如钻头、铰刀、冲模和弯曲心轴。如果没有可装备所有刀具的
机器，就要更换刀具，这就使得每次需更换刀具时都要进行相应的准
备工作。有些机器有自动更换刀具的功能，但其刀具库容量大都受到
限制。
大多数的薄板弯曲半径只要求在适当的范围之内，并不要求给出
某个特定的值。但在设计图上，设计者为了完成设计图必须给定一个
弯曲半径值。遗憾的是，大多数设计者想当然地指定一个弯曲半径，
使得加工车间不得不更换和重新定位轴心，才能按照这个半径卷板。
更微妙但仍很重要的一点是，通用特征是按照车床、铣床等机床
上所使用的切削刀具进行标准化的。就弯曲半径而言，当标准圆角半
径能够满足整个产品族的要求时，许多设计者却想当然地自行确定一
个圆角半径。各种各样的圆角半径使得机械师不得不经常更换切削刀
具。
在为 CNC 铣床设计零件时，设计者应该在产品族中指定相同的
标准圆角半径，从而可以只使用单一的铣刀。这保证了在铣削该产品
族中的所有零件时，不必改变设备的设置，因此保证了制造的柔性和
昂贵设备的高利用率。
为了实现特征的通用化，应根据标准的加工工具进行特征的标准
化，并确保不超过刀具库的容量。可以调查一下本工厂和主要的外部
经销商所使用的工具(不论其现在是否使用)。一种可靠的办法是，只
选择所有设备和经销商都易于制造的特征。根据加工工具的可用性和
加工能力，编辑一张特征表，并将其随同零件、手工工具和原材料的
通用表一起下发。
5、原材料的通用化
大规模定制模式要求产品的原材料具有通用性，此时的定制就是
“量体裁衣’’(cut-to-fit)。如果能对加工用的原材料实行标准化，那么
就能以足够的柔性加工不同的产品，而无需对原材料、夹具或切削刀
具等进行更换等准备过程。
．棒材／管材
如果能够将原材料标准化为一种规格的棒材或一种规格的管材，
那么，计算机控制的机器就可以通过控制程序，按照所需的长度切割
相同的材料。这种柔性能确定进行“量体裁衣”的定制的可行性。虽然
手工切割的适应性可能更强一些，但材料的标准化将操作指令简化到
只有一个长度值，从而把因为那错材料而引起失误的可能性减至最低。
．板材
如果能把板材标准化到一种厚度和一种材质，计算机控制的激光
切割机就能切割所有的薄板零件，而不必更换板材。此时，自动化的
薄板进料机就可以根据需要给机器重复装载板材。当零件很小，以致
于不需更换板材就能从一张板上切割出许多零件时，这种标准化就显
得更加重要。
．模压／铸造
大规模定制的策略可能要求提供大量不同品种的模压或铸造零件。
如果能利用相同的原材料将模压和铸造操作标准化，使许多不同零件
使用相同的模具，以分摊其加工时间和工具的费用，那么，模压和铸
造过程的成本将更低。材料的标准化避免了更换材料和设备的清洗。
如果模具是根据夹具的通用性进行设计的，它们就能被快速地更换，
从而将准备时间降到最低。随着铸造材料的标准化，一罐熔料可以同
时浇注到几个模具里。
．保护性涂层
保护性涂层的标准化简化了操作，并通过取消更换涂层材料和清
洗设备所需的辅助工作，提高了操作的柔性程度。与零件的通用化一
样，表面涂层也能通过采用“更好的”涂层进行标准化。即使表面涂层
的成本提高，但考虑到标准化在加工中的价值，还是可以节约总成本。
这一观点的合理性将在下面“昂贵零件的标准化”一节中进一步论述。
如果油漆的目的只是出于功能上的要求，而几乎不需考虑审美要求，
如用于工业设备或主要用在产品内部，那么也可以将涂层的标准化应
用于此。实际上，很多工农业产品是靠一种标准的油漆颜色来识别其
品牌的。例如，农民能立刻认出绿色的拖拉机或联合收割机是约翰·迪
尔公司(JOhnDeere)的产品。
．可编程芯片
可以为许多集成电路(1C)独立地或在生产过程中进行编程。可编
程芯片的通用化是将很少的几种“空白芯片”进行标准化，这实现了这
些芯片的柔性编程，可以在它们被装配到产品上时，通过在线的编程
站进行“快速”编程。理想的情况是，每一个空白芯片都对应有一个专
用的编程站，以避免相应系统设置的改变。因此，可编程芯片的通用
化可以把编程站的数量减到最低，并能在芯片被插入或放置在电路板
上的时候进行编程。
．线材
通用化也适用于根据长度购买的材料，如电线、绳索、塑料管、
电缆、链条等等。可通过以下方法减少线材的种类：
按需要进行切割。线材可以根据所需切割长度的类 型进行标准化，
从而使加工设备能正好切割和剥去 电线末端的外皮。采用这种方
法时，在每个使用地 点都需要一台机器。
看板系统。电线和管材也可以事先切割好，但是为 了不增加费用
开支，不为它们分配独立的零件编号。生产真空和气流测量／控制仪
器的 MKS 仪器有限公司(MKS Instruments，Inc．)，开发了以下的系
统。为了避免给许多切下来的材料分配零件编号并将它们视为不同的
零件，可以按照预先确定的数量(如一天的用量)根据所需长度切割电
线或管材，然后把它们放人每个使用地点的两个相邻的看板箱中。把
一个看板箱放在另一个的前面，当前面的看板箱被用空的时候，就将
其送到中央分发机，箱上的标签会将材料的类型、长度、数量和箱子
应返回何处等信息告诉分发机的操作者。箱子被装满后返回使用地点，
放在另一个箱子后面。这样，当另一个箱子被用空的时候，它就可以
前移并被使用。这种简单的方法能减少工厂里数百或数千个零件编号，
从而降低成本，减少延误，提高柔性，并促进大规模定制。
在零件分发时印刷。在电线和管材被分发的时候，用某种设备在它们
上面印出不同颜色，这样就不需要储存各种颜色的材料，从而进一步
降低了线材的种类。在电线和管材上印出颜色后，工人就不必记住或
查阅颜色编号，因此能减少装配和服务时的失误。如果印上文字，而
不是颜色，还能解决色盲带来的问题，例如可以印上“地线”、“+12
伏”、“电源”、“复位”、“1 000 磅／平方英寸”等字样。对国际性的产品，
可以用多种语言印刷，从而降低因标签不同而造成的内部多样性。这
样的印刷／分发设备既可以配备在零件的每个使用地点，也可以位于
双看板箱装料的中央位置。
6、工艺的标准化
并行的产品和工艺设计保证了由设计部门，而不是根据偶然性或“以
后再定”的方式确定工艺， 由此产生了工艺的标准化。必须实现工
艺的协调和通用性，以保证能够在不改变系统设置的情况下制造大规
模定制族(mass customization family)中的所有零件和产品，从而避免
制造柔性的降低。
受零件标准化影响的工艺之一，是螺钉的机械化紧固。自动送料改锥
(见图 5—2)是一种加工成本很低的机械化工具，它能确定螺钉的方向
并由气流将螺钉沿管道输送到改锥端部，然后由操作者按下改锥手柄
上的开关，拧紧螺钉。一个预先调整好的扭矩限制装置能够保证螺钉
被适当地拧紧。这种生产工具能输送任何类型的螺钉(如机加工螺钉、
自攻螺钉等)，但一次只能是一种类型和规格。可以更换不同规格的
螺钉，但这在柔性操作中需要很长的准备时间。因此，只有当紧固件
具有通用性时，自动送料改锥才能得
到有效的利用。
并行工程的另一个问题是，所选定的螺钉的长度必须比其宽度要
大，这样，螺钉在沿管道由气流输送时才不至于翻倒。每个制造商都
提供如何确定这些尺寸的详细说明书。
在位于华盛顿州温哥华的惠普 DeskJet 工厂，当类似设备被安装
在特殊设计的用于分发螺钉的机器人或装配装置上的时候，符合同样
原理的类似设备就能够自动地拧紧螺钉。
7、昂贵零件的标准化
通常，诸如紧固件等便宜零件的通用化不会遇到太大的困难，因
为通用零件的成本与非标准零件的成本差不多。但是，随着零件成本
的提高，标准化工作将会遇到比较大的阻力，因为人们认为，使用大
一号的(更贵的)标准零件的成本要比使用正好满足产品要求的零件
的成本高。然而，如果考虑到标准化的总成本，就可能推动对昂贵零
件实施标准化。
下面的例子解释了对昂贵零件实施标准化的阻力和机会。在对一
个生产空调器和加热炉的企业进行培训时，我们发现，该企业使用
了 152 种不同类型的发动机。当我们向设计人员指出这一点的时候，
他们坚持认为他们需要所有这些发动机，以使每个应用的地方都使用
“适当的”发动机。然后，我们询问其供货商——通用电气客户发动机
部(GE Consumer Motor Division)：“如果把发动机种类降到 5 种或 10
种，将会节约多少费用?”他们的回答是：“非常大!”对这 5 种或 10 种
发动机的订货数量可能是现在订货量的 10 倍，由此将带来更高的规
模经济效益。不仅如此，选出的这 5 种或 10 种发动机会是生产线上
成本最低的，因为公司也为其他企业大量生产这些发动机。
图 5-3a 明显地表示出，对某一个给定的产品，标准零件的成本
高于“正好合适”的零件的成本。然而，如果企业所有的产品都使用标
准零件，由于节省了采购和一般性管理费用，这些标准零件的使用成
本就会降低。于是，企业就能从昂贵零件中获得净收益，如图 5-3b
所示。某些产品或许不得不使用比所需零件更贵的零件(图中黑色阴
影部分)，但大多数产品能使用比较便宜的标准零件(图中网线阴影部
分)。其结果是企业不仅获得了净收益，而且提高了大规模定制所需
的制造柔性。
此外，为满足通用化要求而对昂贵零件进行标准化时，可以选择
大量生产的低成本零件，以利用供货商的规模经济效益。一般说来，
这些大量生产的零件比较容易获得，而且可能具有更好的质量和可靠
性。但是，设计人员可能没有意识到性能、价格、获得的难易程度和
质量之间的非线性关系。
六、标准化的促成
在了解了减少内部多样性对大规模定制的重要意义之后，大规模定制
企业或潜在的大规模定制企业，必须尽早加快标准化的实施。这意味
着要鼓励设计人员在通用零件基础上进行设计(即使通用零件看起来
比较贵)，确定通用的设计特征，选用通用工具，根据通用材料进行
设计，在通用工艺的基础上进行并行的产品设计。作者的经验表明，
设计人员并不会自觉地接受这些目标，实际上，他们可能被其他准则
所误导，如强调单个产品的零件成本和低开支，而不是强调产品族的
总成本。
可以通过下列步骤促进标准化，这些步骤包括：给通用零件的物
料一般性管理成本率“打折扣”，预先审定通用零件，制订易于获得的
通用零件的样本和说明书，以及强调总成本的观点，最好将其结合到
总成本统计系统中去。除了上述步骤以外，管理者还要抓住每个机会，
在目标、政策、指令、“激励性的谈话”和培训中，强调通用化的重要
性。
1 物料的一般性管理成本率
通用零件的采购及它们在工厂内的分发所造成的一般性管理成本
的负担，与通常由过多的内部多样性所造成的成本负担相比要轻。因
此，通用零件的物料一般性管理成本率比较低，这反映出实际的一般
性管理成本比较低。通用零件较低的物料一般性管理成本率不仅更精
确地反映了一般性管理成本的大小，而且也应当会促进工程师选用通
用零件。
最简单的方法是像英特尔系统集团公司那样，建立一个两级的一
般性管理成本率：一是通常的物料一般性管理成本率，一是通用零件
的较低的一般性管理成本率。由于前面指出的那些原因，通用零件需
要较少的一般性管理费用，所以这是一个非常顺理成章的方法。为了
补偿通用零件较低的一般性管理成本率，通常的物料一般性管理成本
率将不得不在原来的单一比率的基础上有所捉高。由于利用率低的零
件的一般性管理成本较高，所以给这些零件指定一个较高的一般性管
理成本率也是合理的。因此，如果工程人员选用了通用零件，其设计
将得到较低的物料一般性管理成本率的“奖励”。相反，如果他们选用
非通用零件，一般性管理成本率甚至会比原来的单一比率更高。
确定通用零件一般性管理成本率的另一个方法是建立一个与数量
成反比的可变的比率，这样，被大量使用的零件的一般性管理成本率
就非常低，而使用量很小的零件的一般性管理成本率就比较高。
Tektronix 公司的便携仪器部，将这种方法作为“成本驱动要素’’来阻
止工程”币们使用小批量的零件。”
2 预先审定通用零件
使用通用零件的企业与不使用通用零件的企业相比，用于新设计
中的零件类型要少得多。所以，与使用 10 倍零件种类的企业相比，
能够更彻底地评估这些通用零件，以及更彻底地审查供货商资格。经
过预先审定的通用零件可以立即使用，设计小组不需等待零件的合格
性审核，这样就能加速产品开发。
3 现场存放
通常，由于通用零件种类不多，所以，可以在设计部门“现场存放”
通用零件，这样，工程师能够在设计部门内随时得到通用零件的样品。
在现场存放样品有助于设计小组根据通用零件将设计构思具体化，从
而促进通用零件的使用。现场存放样品能使工程师很容易获得通用零
件，并对它们进行评估、实验和构建实验模型。当然，也可以把现场
存放的样品安装在设计小组附近的展示板上。
4 个人展示板
对于紧固件之类小型廉价零件，可以发给每一位工程师—个个人
展示板(personal display boards)，上面安放有带有标签的通用零件，标
签上标有零件的一般参数和企业的零件编号。在作者的推荐下，惠普
公司采纳了上述手段，将大规格绘图仪的紧固件数量从几十个降到只
剩下 7 个。把这 7 种紧固件样品固定在一块铝板上，板上贴着印有参
数和零件编号的纸条。将这些个人展示板发给所有工程师，提醒他们
使用标准紧固件。
5 规格说明书
可以复制和编辑通用零件的规格说明，将其写成一本单独的规格
说明书，或者存人数据库。这样做能鼓励工程师使用通用零件，因为
他们能在一本参考手册里找到所有的零件规格。
6 成本准则
如果成本统计是建立在产品族总成本的基础上的，就能够促进通
用化的实施；而如果成本统计是建立在单个产品的零件成本基础上的，
就会妨碍通用化的实施。如果统计系统不能定量地计算总成本，就要
鼓励工程师们定性地权衡通用化的收益，如下一节所述。
七、标准化的意义
对零件、特征、工具和材料实施通用化，能给所有企业带来好处，
即使企业目前还没有开始实施大规模定制。由于通用化是大规模定制
的前提条件，所以通用化是首先必须实施的步骤之一。因为一般仅对
新产品进行通用化，所以应尽早地加以实施，以便能够尽快地从中获
利。下面从对大规模定制非常重要的四个方面，即柔性、响应速度、
降低成本、质量，讨论通用化的益处。降低成本方面的益处，将在
第 6 章中详细论述。
1．柔性
消除制造的准备工作
如果用于制造的零件数量足够少，就可以将那些通用零件长久地
装载在装配设备上或者放在手工装配箱里。这样使得所有产品能够按
照同样的工艺进行制造，不必因零件的不同而改变制造系统的准备工
作。
．减少库存
由于存储和分发的零件种类的减少，可以大大降低库存，这能够
降低新的或“未加工的”零件的库存。零件的通用化和消除制造的准备
工作，也促进了准时制造的实施，从而极大地降低了在制品库存费用
和厂房空间。
．内部材料后勤管理
由于需要订货、接收、登记、储存、分发、装载、装配、检验和重新
订货的零件种类的减少，工厂内部的零件流动情况将得到改善。在零
件的使用地点分发尽量少的零件，将能够避免零件集中所需的空间和
费用。
．面包车分发
不需要任何采购或内部分发方面的一般性管理费用，就能够把大
量使用的、低成本的通用零件递送到使用地点。可以与低成本零件的
供货商一起做出安排，由供货商保证所有使用地点的零件箱都装满通
用零件，就像通过“面包车”分发保证商场的货架上总有面包一样。供
货商只是收取企业每月所用零件的费用。对于紧固件、垫圈和电阻等
低成本的通用零件来说，这是一种非常有吸引力的做法。这种获取零
件的方法不仅明显地节约了开支，而且不容易发生零件短缺的现象，
避免了哪怕因一个一分钱的小垫圈的短缺而引起的生产的停顿。
．柔性制造
消除了制造系统准备工作方面的改变，使得产品能按任意的批量
进行生产。当不需要任何准备就可以进行生产的时侯，就能以任何数
量生产产品族中的任何产品。柔性制造是企业按照大规模定制的订单
进行生产的关键。
2 响应速度
、按订单生产
反过来，柔性制造又能消除成品库存，使工厂只按照订单生产那些能
够立即运走的产品(因为这是已经订购了的产品)，这就是所谓的“按订
单生产”。按订单生产的另一个重要的好处是，昂贵的零件只用在被
立即交给客户的产品中。此外，由于昂贵零件的使用时间与售出时间
更加接近，进而降低了利息开支。
．零件的可获得性
一般说来，零件类型越少、使用量越大，意味着发生零件短缺以
及生产被延误的可能性越小。当按照订单大规模地定制产品时，对零
件的可获得性需要予以特殊考虑。设想在某一时刻根据预测进行生产
时的情形：由预测提供信息，MRP 系统根据这个信息预先订购零件，
这样，可以在零件被使用之前将它们运送到工厂。在按订单生产的环
境中，这种用于订购零件的预测信息少得多。为所有可能的订单储存
所有的零件在理论上是可行的，但这需要大量的库存费用和空间。可
以通过零件的通用化，以下列方法之一解决这一两难问题：对大批量
使用的通用零件，采用准时交货的方法；对便宜的、经常使用的通用
零件，由供货商以“面包车”的方式把零件箱装满；储存剩余的通用零
件，因为在大规模定制环境下，每个储存的零件都可用于许多不同的
订货情况。
．供货商快速交货
如果能使供货商订购和储存的零件种类减少，那么零件和材料的
通用化就能够加快他们的交货速度。在通用原材料规格的基础上设计
的零件能被更快地订购，它们甚至可能就存储在供货商的原材料库中。
如果产品是根据供货商已有的通用工具进行设计的，那么供货商也不
需要再订购特殊的工具。
3 降低成本
．采购成本
通用零件的采购成本很低，这是因为以更多数量采购更少品种零
件的缘故。它不仅减少了采购的次数，而且使企业能获得数量上的折
扣和更好的供货条件。大批采购较少品种的标准零件是实现及时交货
的关键，而且对大规模字制也是至关重要的。
．降低库存成本
零件的通用化能直接或间接地降低所有三种类型的库存及其巨大
的维持费用。使用通用零件和通用材料，能够减少新零件库存中的零
件种类和原材料库存中材料的种类。零件和特征的通用化有助于消除
生产的准备工作，有利于实施准时制造，减少在制品库存。通用化使
按订单生产时容易获得所需零件，这也能够减少成品库存。
．减少厂房空间
减少库存和消除零件的集中能够大大减少对厂房空间的需求。在
准时制造过程中，在各个工作站之间移动单个零件，从而免去了移动
大零件箱所需的叉车通道，这样也能节省厂房空间。减少对厂房空间
的需求是一个很有吸引力的做法，它可以避免需要建造新厂房或搬进
大厂房的情况。这或许是一个实实在在的“潜伏’’问题，直到企业需要
扩大厂房或需要搬到有更大空间的地方时，这个问题才会暴露出来。
如果减少厂房空间是持续改善计划的一部分，就可以推迟或避免扩大
厂房空间或搬家的需要。
．降低一般性管理成本
除了降低采购、库存和厂房空间的相关成本之外，通用化还降低了构
成物料一般性管理费用的其他成本，包括制订文档、管理、资格认定
和零件分发的费用。通过特征的通用化将加工像冲孔和薄板弯曲特征
所需的刀具数目减至最低，从而降低了刀具成本
4 质量
．产品质量
工厂里零件种类的减少，意味着使用错误零件的可能性减少。某
半导体加工设备的制造商，由于拥有太多不同的螺钉，以致于错误地
用过长的螺钉来固定一个机箱盖，而盖子下面装有光敏传感器。由于
螺钉太长，穿透了螺纹盲孔的底部，使得机箱不能充分地挡住外来的
光线，致使设备在使用时出现了故障。公司和客户浪费了很长时间进
行故障诊断，先检查了传感器和相关的电路，然后才发现了由于错误
使用的螺钉所引起的光线泄漏。
．持续的改善
除了前面谈到的因消除在制品库存而节约的大量成本之外，减少
库存也是持续改善计划的一个关键环节。库存中隐藏着许多问题，消
除库存使这些问题得以暴露，并迫使人们去解决这些问题。
．减少供货商
因为较少种类的零件通常来自较少的货源，所以通用化减少了供
货商的数量。与较少的供货商打交道，可以加强与这些供货商的联系，
其结果是建立了所希望的“供货伙伴”关系。较少的供货商意味着企业
可以更好地审查每个供货商的资格，同时也可以更好地评估每种零件。
在此，明确地传达给大规模定制企业或潜在的大规模定制企业的
信息是：现在就开始降低内部多样化，消除生产的准备工作，并对零
件、特征、工具、工艺和材料进行标准化。这有助于确保柔性地制造
那些根据上述标准设计的产品，使大规模定制成为可能，并获得效益。
所有部门应协同工作，用这些通用化方法减少内部的多样化。即便仅
仅实施通用化一项，其效益也很巨大，而它为大规模定制带来的效益
就将更加可观。
模块化
一、模块化有关概念
在信息技术革命的背景下，产业结构正发生着基本的变化。为了
理解这一变化，经济学和管理学领域开始流行的关键词就是：“模块
化”。
最早问世的、系统研究模块化理论的著作是鲍德温和克拉克
（Baldwin and Clark 2000）。两位作者分别是哈佛大学商学院的前副
院长和院长。在 1997 年他们联名在《哈佛商业评论》上发表了极富
冲击力的论文——“模块化时代的管理”，文中指出，模块化现象在几
个产业领域里从生产过程扩展到了设计过程，并且敏锐地指出了模块
化对产业结构调整所具有的革命性意义。
1、模块化的原始概念
在韦氏大辞典里，“模块化”的解释为：
（1）家具或建筑物的单位，被共同采用的标准单位系列里的某
个单位。
（2）通常指标准化电子组件的功能性集合体，可以与其他同样
的集合体一起使用。
以上是有关产品或功能的模块化解释，其理论性的概念如下：
可追加（additive）的数的集合中的子集，其本身也是可自我追
加的集合。可追加的数的集合是指：无论你追加何种元素，他都是原
来的那个集合。例如：偶数的集合。这个定义表明，每个模块本身就
是一个系统。
我们以上述解释为背景，赋予“模块”如下定义：
“模块”是指半自律性的子系统，按照一定的规则与其他同样的子
系统相互联系而构成的更加复杂的系统或过程。按照一定的联系规则
将一个复杂的系统或过程分解为可进行独立设计的半自律性的子系
统的行为，称之为“模块分解化”。按照某种联系规则将可进行独立设
计子系统（模块）统一起来，构成更加复杂的系统或过程的行为，称
之为“模块集中化”。
2、模块分解化
模块分解化的目的在于分解复杂的系统。比如，让我们考虑笔记
本电脑的设计吧。它可以分解为驱动系统、主板、液晶显示屏、操作
系统、沟通装置等模块，这些模块可以通过一定的界面规则联系起来，
组成一个复杂系统。在有的模块的设计本身就相当复杂的情况下，模
块本身又可以被分解为“小模块”。
系统模块化分解采用的手段
1)分类法
比如大头针的生产制造系统，可以分为铁丝的拉长、切割、将一
头弄尖等各种过程。这些过程分别由不同专业的工人分担，目的是为
了提高生产率，这是按不同专业分类。
将手表的制造工艺作为处理复杂事务的一般原理的例证。手表是
由几百个零件构成的。如果你想从最基本的零件开始装配一只手表，
假如你在工作途中被打断，你就不得不从头开始、重新来过。但是，
假如将手表的零件按照不同的功能分成各子系统来装配的话，即使在
子系统的装配途中发生混乱，比起一切重新开始，修复子系统的时间
相对来说可能比较短。而且，制造一只手表是将各模块，即各组成系
统装配在一起完成的。这是按零件功能分类。
拼图是由成千上百个拼板构成的。在玩复杂的拼图游戏时，人们
往往会按照颜色等标准，先将一块块拼板进行分类。
可见，分类是实现模块化的一种手段。
2）中央集权式联系规则设定法
在鲍德温和克拉克研究的 IBM／360 型电脑的设计中，系统设计
的模块化和每个模块的设计所必需遵循的联系规则(它们称之为“设计
规则”)的定型，是由三个具有天才头脑的人：艾姆达尔、布洛、布鲁
克斯“中央集权”般构思出来的。每个模块的设计都必须严格遵循那样
的规则来展开。从这个意义上，我们可以说整体的系统是“事先”(ex ante)
构思好的。但是，无论你有多么天才的头脑，对联系规则事先进行中
央集权式的设定，都无法完全预测今后在各模块的详细设计过程中可
能发生的不确定性和必须解决的问题和由于模块的联系而产生的各
种外部效果等等。随着系统的复杂化，联系规则不可能一成不变，必
须在设计过程中对其进行修改乃至调整，而且，通过上级系统的设计
者与个别模块的设计者之间纵向的信息交流，或通过各模块的设计者
之间横向的信息交流能够开展这样的试验。
3、模块集中化
在模块分解化中我们谈到，事先构思好的联系规则是系统设计模
块化和每个模块的设计所必须遵循的。然而，当这种联系规则被验证
并确定后，每个模块的设计改进都会独立于其他模块的设计改进，也
就是说，设计每个模块所必须的信息处理能够包含在模块的内部，或
者说是被“隐藏起来”，被“浓缩化”了。这种说法具有重要意义。因为
它说明，整个系统的改进和创新，即使没有中央集权式的、事先的指
挥，也可能通过事后将经过独立改进的各模块联系起来，从而达到进
化和发展的目的。这就是与“模块分解化”相反的“模块集中化”。在模
块集中化理论中，每个模块的改进不需要和其他模块进行协调，从而
我们可以在开发改进过程中提高信息处理效率。
事实上，在通过模块分解化的中央集权式设计规则研制而成的
IBM/360 型电脑问世后，离开 IBM 公司的技术人员开始独立进行研
究开发，改进与这个规则相协调的各种周边机器。这种活动一旦开始，
各种各样的新兴企业和现存企业之间会在每个模块的改进上展开竞
争。在竞争过程中，联系规则或连接每个模块的界面的标准化进程都
会进化发展、改进创新，而且，通过增加新的模块，系统本身可能进
一步复杂化。
模块集中化的三种基本形式
（1）金字塔型分割
“舵手”负责处理专业的、排他的系统信息，事先(即在设计、生
产各模块之前)决定模块的联系规则(设计规则或界面规则)。各模块的
活动开始后，即使系统环境发生了很大的变化，也只有“舵手”有权决
定改变联系规则，也就是说“舵手”起系统设计师的作用。各模块在“舵
手”发出“看得见的”信息的条件下，负责处理各自活动所必须的个别
信息(见图 1)。
：系统信息或“看得见的”信息
：个别信息或“看不见的”信息
：联系规则
图 1、金字塔形分割
(2)信息同化型联系(丰田型)
在“舵手”的领导下，“舵手”与模块之间(或者在某种情况下是模块
舵手
ES
模块一 模块二
E1 E2
ES
E2E1
与模块之间)不断地交换经常发生变化的系统信息，各模块的活动开
始后，联系规则也会做细微的调整。在这里，“舵手”类似于 “大经
理”。实际上就是“看得见的”信息在“舵手”与模块之间来回流动，被
两方面所利用。(见图 2)
图 2、信息同化型联系
(3)信息异化型·进化型联系(硅谷型)
我们假定不是单一的模块主体而是多个模块主体同时在反复活
动，而且也存在多个“舵手”。有人把这种系统叫做“硅谷模式”，有人
把它叫做“模块集约地”。各模块主体独立于其他模块，负责处理个别
信息和(从一开始就已确定的)有限的系统信息。于是，各模块发出的
舵手
ES
模块一 模块二
E1 E2
“看得见的”信息不一定是相同的，但是，这种异化的信息由“舵手”对
它从“舵手”本身所处的系统环境角度加以解释后(就像提出对模块之
间的界面技术规格的建议那样)，以简约的形式再反馈到整个系统。
于是，各子系统的活动主体对系统信息的处理就包括对反馈过来的异
化信息的比较、解释、选择等活动。通过这种分散的信息处理、传达、
交换，使单一的(有时是多数的)模块之间的联系规则不断被筛选，从
而进化发展。“舵手”通过事后(即在各主体的信息处理、设计、生产之
后)对整体规则的整合，找出最合适的模块组合，形成生产系统。在
这里，“舵手”的功能说起来就是找出路径的人(见图 3)。
图 3、信息异化型·进化型联系
第三种模式就是对硅谷现象已定型的方面进行的一种抽象的概
ES
舵手
模块二模块一
E1
E1E
1
E1E1E1
模块二
E2E2E2E2
模块二
念化。在上面的模式里，在界面标准的发展进化和事后实现模块的最
优组合方面，可以说“舵手”起到了中介性的选择作用。实际上，这些
作用是由各种各样的主体分别承担的。例如，它们可以是填补了市场
空白、在新兴市场上赢得主导地位并试图通过取得其他新兴企业的成
果来巩固其优势的现存企业；确定界面标准的行业团体；向新兴企业
融资、参与其经营管理、经验丰富、名声显赫的风险投资家等。
二、模块化的意义
1、虚拟的模块化
虚拟的模块化是模块化的一种变型，它不再将模块的定义仅仅局
限于实体制造单元。虚拟模块的图形(即 CAD 中的组件、符号，或者
模块)可以在 CAD 系统中组合或“装配”。实际上，在有些 CAD 系统，
如 Pro／ENGINEER 中，使用装配命令对各个组件进行装配。可以将
专用集成电路中的各层组合为 CAD 的模块，从而构造定制的产品。
对于印制电路板，可以把某些线路及元器件(如集成电路、电阻、
电容等)当作是 CAD 系统中的虚拟模块，它们可以用 CAD 的层
(1ayers)分隔开来。将各种虚拟模块组合起来，能够以最少的特殊设
计工作完成 PC 板的定制。
2、隐藏的模块化
在某些产品的市场中可能需要显而易见的模块化，例如被称为组
件的立体声音响模块。客户可以选择他们喜欢的放大器、调谐器、CD
播放机和话筒，然后把它们简单地连接起来。
而在另外一些产品市场中，客户则希望得到集成好了的产品，或
者至少是表面上集成好了的产品。内部的或隐藏的模块化对客户来说
可能确实是显而易见的，但在整个价值链中却仍然是有价值的。可以
通过选择各种模块将它们装配成产品，使其从外表上看起来就好像是
集成好了的产品。电子系统可以以集成“系统”的形式出售，但在其机
箱中却具有高度的模块化。OEM 的产品可以在现成的机箱或壳体内
部装配标准的模块(如第 5 章所强调的)来生产定制的产品。例如，可
以把定制的检验设备模块装在标准的机箱(“机架”)里，以生产定制的
“机架系统”。
个人计算机中有一些显而易见的模块，如显示器、键盘和中央处
理器，其中也包含有隐藏的模块，如主板、存储器、磁盘驱动器、视
频控制器和可选插件板的各种组合。
3、模块的通用性
如同在第 5 章中所讨论的零件的通用性一样，模块的通用性也是
一个应该考虑的重要因素，特别是当模块储存在仓库中的时候。如果
模块是经过巧妙设计的，那么就可以把它们应用在许多的产品中。而
且，在同一个产品中还可以多次使用同一个模块，例如计算机中重复
使用的存储器。
尽量减少模块的种类，能够降低多种制造间接成本及供应链成本。
同样，尽量提高模块的订货数量，能够获得规模经济效益。
三、模块化的方法
1、模块化设计策略
对于大规模定制的产品来说，对产品进行优化分割是非常重要的。
实体模块的定制装配，并不是唯一可用的大规模定制策略。有许多种
分割产品的方法，后面将会分别予以讨论。
产品的某些分割准则甚至无法达到大规模定制的目的。许多关于
产品开发方面的著作都建议把团队分割为几个子团队，从易于管理的
角度将产品进行分割，这样，各个子团队就能够平行地设计各个子系
统。但是，这种方法常常不能对系统结构进行优化。例如，当本书作
者在对一个电子系统的设计方案进行可制造性复审的时候发现，成本
最高的子装配是连接所有子系统的配线装置。由于各子团队独立地设
计其自己的子装配体，并且简单地对配线提出其特殊要求，而不是将
产品的配线当作一个系统进行优化，所以使得配线非常复杂，而且成
本很高。
如果从项目管理的角度对产品进行分割，很难为大规模定制生成
优化的模块化产品结构。有一种方法能够将分割变成模块化的边界。
所以，对于大规模定制来说，从项目管理角度分割的产品可能是分割
得不太好的产品。应该由多功能团队，而不是松散联系的子团队，来
进行大规模定制产品的设计。
传统的产品分割准则是按功能进行的，如(电子系统中的)输入／
输出、处理、存储、电源、机箱和外设等。与从管理角度进行的分割
一样，按功能进行分割，对于大规模定制来说也可能不是最佳的。汽
车的车身和车架原来通常是由不同的设计小组设计的，直到 50 年代，
通用汽车公司才提出使用“费希尔车身”(bodies by Fisher)。然而，按
照这种划分方法，人们怎么可能将车身和车架组合成当今的“车身单
元”式的结构?
负责设计大规模定制产品的团队应该考虑其他的分割准则，例如
下面所列举的各项准则。
1．1、装配
产品可以被分割成各种实体模块，用这些模块能够组合成定制的
产品。然而，一些其他的因素可能会影响这种模块设计策略。
1．2、现成的零件
现成的零件本身可能就是模块，从而迫使其周围的设计特征与其
保持一致，以保证这些零件确实是标准的。
1．3、集成的子系统
对各子系统的集成进行优化，能够降低电连接部分的装配成本。
例如，对于带有昴贵配线装置的电子系统，这种方法能够指定多个现
成的标准电缆，完成所有子系统的互相连接。用几根 20 美元的电缆，
当然要比用一个 1 800 美元的配线装置更好。在大规模定制模式下，
标准电缆可以像模块一样进行装配，相反，采用配线装置的方法则需
要一种或多种配线方式，包括用于所有定制的所有配线。这种方法必
须在系统层次上实施，并用适当的集线器将所有的子系统连接起来。
1．4、维修服务
在决定产品的分割时，从维修服务的角度要求将容易失效的子系
统作为能方便更换和维修的模块。容易失效的元器件甚至可以被集中
到一个易于更换的模块内。可以把维修服务频率最高的模块设计成最
易接近和最易更换。
1．5、故障风险和调试
通过把新的和未经试验的技术置于易于更换的模块中，模块化的
设计能够将故障风险降到最低。如果问题暴露在产品上市之前，就可
以把工程方面的修正局限在一个模块的设计和制造范围之内。如果在
现场出现了问题，可以采用相同的做法，通过更换出问题的模块而获
得相当可观的效益。这是面向对象的软件的最大优势之一，即：程序
中的错误被限制在单个模块内部，而不是涉及到整个编码。
1．6、可升级性和老化
制订模块化设计策略时，应该考虑升级的便利性以及把某些零
件和技术老化的影响降至最低。模块的升级可以由客户、经销商或者
生产企业作为现场的升级来完成。可升级性对于客户和经销商来说是
显而易见的，通过把新的设计局限在某些模块上，可以使制造企业更
方便地引入一些“新的”(实际上是升级的)产品。
1．7、零件的可用性和成本
如果在设计中考虑到零部件在可用性方面的意外情况，那么，
就可以把可能产生可用性问题的零部件在其变得可用的时候再添加
进来；这样做能够保证即便重要零件出现紧急短缺的时候，制造过程
也不至于中断。同样，如果产品的结构允许到以后再加入高成本的零
件，就将缩短工厂“承担”这些零件费用的时间。
2、模块的设计
现在，可以在上述分割准则以及各种其他已确认的相关要素的基
础上，开发模块化的结构。应该从客户的满意程度、可制造性、成本、
可维护性、故障风险、分销、销售和未来的潜力等方面，对模块化的
结构进行优化。
约瑟夫·派恩二世在《大规模定制》一书的第 8 章中，引用了 MIT
的卡尔·乌尔里克(Karl Ulrich)的工作，探讨了各种不同类型的模块化
方法。在共享元器件的模块化方法中，通用模块被用于许多不同的产
品(或称被许多不同的产品所共享)。第 5 章讨论的通用零件和通用部
件，鼓励共享元器件的模块化。在交换元器件的模块化方法中，可以
通过元器件的各种不同选择实现某个产品的定制，这些元器件可以被
“换进”或者“换出”，就像汽车里的收音机一样。在组合式模块化方法
中，可以通过模块的适当组合构成整个产品或系统，例如，可以利用
软件对象、管路装置，或者任何一种类型的“积木块’’模块(最简单的
例子是 LeZoTM 玩具)。在总线式模块化方法中，可以把带有标准接
口的元器件附着或者插入到一种标准结构中，例如，能够接受任何兼
容电路板的计算机总线。
如果某个模块化结构是大规模定制策略的关键要素，那么，就应
该为该模块的设计配备必要的人员，并且给予资助。模块可能会具有
超出当前产品开发工作的、通用的用途。单一的产品开发过程，在其
预算和开发时间的约束之下，可能无法“从企业的利益出发’’来设计通
用的模块。因此，模块设计团队需要得到资助，而且该团队应该由具
有广泛的产品开发经验的设计人员组成。模块的设计，必须与所有当
前或未来可能要使用这些模块的产品相协调。
除了进行优化的模块分割之外，还必须尽可能地将模块设计成通
用的，从而促进其在尽可能多的产品中得到应用，甚至将这些模块应
用到大规模定制的产品族之外。这种扩展了的模块应用，增大了订单
的数量，并为所有的客户创造了规模经济效益。通过提供附加孔、信
号端口、电源端口和使用能力，可以以不太高的附加成本，为未来的
市场机遇提高模块的多功能性。如果已经为钻 0．25 英寸的孔调整好
了一台机床，那么，再钻另外的 0．25 英寸孔的成本相对就比较低。
除了多功能性以外，还必须使硬件和软件模块的设计具有“健壮
性”，以便能够仔细地确定制造公差和加工参数，进而尽量降低在最
不利的公差组合情况下产生问题的可能性，或者发生模块之间任何形
式的不兼容。
硬件和软件的模块接口，必须设计良好而且具有“健壮性”。硬件
模块应该是易于装配和拆卸的，软件模块则应该在不需要额外的模块
接口程序、调试或“修补”的条件下，能够被容易地组合。具有良好定
义 的 接 口 的 实 例 包 括 ： 国 家 电 气 制 造 业 协 会 (National Electrical
Manufactures Association)规定了用于安装发动机的标准接口，并将
其用螺栓固定在齿轮箱上；在音响设备的前置放大器、放大器和话筒
之间有标准的电信号器和标准的接线器；计算机的“总线”有信号器和
接线器的标准，该标准允许将很多种类的印制电路板插接在一起；电
话机在话机与墙上的插座之间以及话机与听筒之间都有标准的接口。
模块及其接口必须是标准的。各设计团队必须避免为了某个项目
而对模块进行“改进”，除非这种改进非常出色，以至于在考虑到它对
那些正在应用或准备应用这个模块的所有产品的影响之后，仍能保证
实现通用模块的升级和标准的转变。
如果模块之间的可变性问题有可能危害到模块化的策略，那么可
以用模块间的适配器进行各个模块之间的协调。例如，造船业中的模
块都很大，而且很昂贵，为了补偿“公差叠加”(tolerance stack)和其他
一些接口问题，就使用较为便宜的模块间的适配器，用它来“填充缝
隙”。对于汽车来说，发动机和传动机构的设计和加工都非常昂贵，
在这些非柔性的模块之间的接口则是一个比较便宜的“钟形机架”(用
于手工传动)或者转接板。实际上，那些经销用于产品维修的零件的
销售商，销售各种各样的钟形机架和转接板，以此来满足其客户“更
换”发动机的要求。
系列化
关于系列化前面已谈过，在此谈一下产品系列化的开发。
1、产品系列合理化。取消某些产品，其中包括：与柔性生产环
境不相适应的产品，销量低的产品，间接成本过高的产品，客户并不
真正喜欢的产品，未来潜力有限的产品，或者实际上亏本的产品。
2、对用在新设计中的零件、工艺、特征、夹具、刀具和原材料
进行标准化。对于现有的产品，如第 7 章中讨论的那样，取消重复的
零件，用“更好的”标准零件和材料取代原有的零件和材料。
3、全面了解客户在其环境中是如何使用产品的。从客户的角度
研究定制生产的潜在可能性。客户在表达自己的想法和要求的时候，
可能会将这些想法和要求限制在他们自认为可能实现的范围之内，所
以，大规模定制企业有必要提出诸如“如果是这样，你需要什么?”之
类的问题，并且推测客户对那些他们尚不理解的定制会喜欢到什么程
度。
4、在对营销／分销、设计和制造之间的能力与机会进行权衡的
基础上，确定需大规模定制的产品族。提出下列问题：
我们的核心竞争力和实力是什么?寻找利用这些实力的机会，
尽量减少增加新实力的需要。
怎样的定制是现在必需的，或者是客户将喜欢的?集体讨论各
种定制的可能性；问一问：如果我们能够提供……，那么会怎
么样?保证将这些集体讨论与设计、制造及分销的可能性联系
在一起。
怎样的定制在设计和制造上是可行的?再问一次：如果我们设
计、生产和分销……，那么会怎么样?思考一下技术和改进项
目会如何影响下列工作的可行性：
——零件、工艺、特征、夹具、刀具和原材料的标准化。
——适用于多种产品的硬件和软件模块的开发。
——敏捷制造的能力：JIT，批量为 1 的制造，按订单生产。
——配置器。
——参数化 CAD。
——CAD／CAM。
——计算机数控(CNC)设备：通用的还是专用的。
如果我们能够按订单生产，将产品直接运输到商店或客户手中，
取消大部分现行的分销环节，那么其结果会是怎样?客户能够
从中获利吗?那些节省下来的分销成本对价格和利润有多大的
影响?
5、从客户的角度决定应该定制什么产品。集中考虑在未根据可
行性排除各种意见的情况下，还需要些什么。可行性的判断可能是基
于对现实的直觉，新的技术和发展可能在某些方面改变可行性。
6、集中讨论如何实现定制。提出几种方案，确定定制在模块化、
可调节性以及参数化方面的情况。针对各种方案，将确定了的需求转
化为设计、制造、营销和分销方面的具体要求。
7、寻找主要的方案，并缩小选择范围。
画出产品的草图，或者生成产品的基本图纸或实体模型，这有
助于方案的分析，并产生共识。
草拟操作过程的示意图或实体模型，用其说明零件流和信息流，
如图 2—1、图 2—2、图 7—1 所示，它们是以 AutoCAD 三维
实体模型的透视图表示的。请注意， 实体模型中的元素(模
块、符号)可以方便地移动、复制和修改，从而可对许多方案
进行描述。
组织完整的团队，提出并解决各种问题。
评价生产周期和交货的可能性。能否实现按照订单制造产品的
运作，并且迅速地交付给客户，或者甚至比现在从成品库中提
货更快?
研究营销、广告和订货的可能性。确保客户相信企业确实有能
力做到。
运用总成本统计的理念和工具，估算主要方案的总成本。记住，
要考虑到所有的分销成本，不论这些分销成本是否发生在制造
厂内部。
尽早获取客户的反馈，一定要向客户提出可信性的问题，即：
如果我们真的能够……，你会购买吗?
选择最有希望的方案。在最佳方案出现之前，可以同时跟踪多
个方案。
8、系统地定义产品族，以生成能够反映客户呼声的资源分配方
案和设计详细说明。如 QFD 的方法。
9、优化产品系列的结构。如图 6—1 所示，在产品的概念／结构
设计阶段至少决定了产品寿命成本的 60％，并且对功能需求、质量、
可靠性及上市时间也具有很大的影响。投入与这一个阶段的效果成比
例的大的工作量。
对于模块化的定制，投资于与模块化产品结构相一致的通用模
块的开发。
对于可调节的定制，确定可调节性的最佳程度，定目标范围／
步骤，确定如何实现可调节性定制，及确定概念设计和制造的
内容。
对于参数化的定制，研究根据适当的要求进行适配(fit)、混合
(mix)或裁剪(tailor)的各种方法，这些工作既可由手工操作(实
时)CNC 设备完成，也可由分销商进行混合，或者由客户“不费
吹灰主力”地完成。
10、设计自制零件，并确定可以外购的零件，从而既使零件的制
造过程具有足够的柔性，又使外购零件的获取速度足够快，进而保证
能够根据要求将这些零件及时地“拉入”装配操作中。
对于批量生产方式，没有必要将自制零件以批量为 1 的形式进行
制造，以支持按订单生产的产品的装配。如果零件比较小，比较便宜，
而且也不太容易损坏或老化失效，那么就可以对它们进行批量生产，
将其作为看板补充系统中的零件。用于存放小型、廉价、用量稳定的
零件的看板箱，其尺寸的确定依据是保证箱中有足够的零件，使得即
便在零件需求的高峰期，也不会造成生产的中断。因为只需要对这种
需求的高峰期做一个粗略的估计，所以零件补充系统不必进行预测和
基于 MRP 的零件采购过程。
大型的、昂贵的或者易于损坏或老化失效的零件，则必须根据需
要进行柔性的制造，以尽量减少空间的占用，降低成本或减小风险。
通过“按要求切割”棒料、管材、薄钢板、布料和皮革等等，可编
程的加工机床可以作为进行参数化定制的一种通用资源。
为了取消生产准备时间，并实现机器的柔性，必须对夹具的几何
形状和原材料进行标准化。不仅如此，生产所有零件的所有操作还都
必须在机器的加工能力之内，例如，对于加工中心和冲压机床来说，
要包括自动换刀装置。
多功能的可编程机床能够将若干功能在一台机器上完成，例如在
一台机器上完成薄钢板的激光切割，利用加工中心完成钻孔、攻丝和
铣削加工，这样能够减少加工步骤。
柔性的操作必须具有快速而方便地生成 CNC 程序的能力，有时
利用 CAD／CAM 系统为每一个零件生成 CNC 程序。
如果看板供应系统不能提供注塑零件和铸造的金属零件，或者不
能在一定程度上提供参数化定制的话，那么，这些零件的模制或铸造
加工工艺就必须是柔性的。
首先要将模制和铸造零件的形状统一到最少种类，这些零件在最
大数量的产品中使用。为了尽量提高通用性，这些零件可能会有冗余
的材料、功能、“吊钩”或者电路。
表 1 统一零件形状的成本权衡
增加的成本：
·某些零件额外的构牛}、电路等所需的额外成本
·进行更改的—‘次性成本节约的成本：
·由于不必以各种类型零件总数 1／n 的数量订购”次模效益(采购的影
响)由此而节约的规
·如果叫·以将 n 种零件形状统一成 1 种，则加工成本就可以降低到 1
／n
·零件种类减少到小]：n 所节约的材料间接成本
BOM／MRP 的费用
订货费用
原材料入库／储存费用
·由于不必为那些被取消的零件进行生产准备而节约的生产准备成本
减少了生产准备的人工
提高了机器的利用率
·由于加工较少种类的零件而节约的在制品库存
·由于取消了某峰零件而节约了相应的新设计成本
·由于减少了新设计而节约了样机成本
·由于取消了某些零件而节约了相应的新设训啤口已有设计的文档费
用
·由于零件种类减少，使得零件短缺的叮能变小所带来的价值
·统——零件形状提高了加工的柔性所带来的价值
如果成本统计系统没有计算总成本，那么这种对零件形状的统一
就会很困难。那些额外的特征立刻就会明显地表现出“额外的”成本。
但是，实际的利润却不会在当前的成本统计系统中表现出来。只有应
用了总成本统计系统，表 10—1 才能有助于详细地列出由于零件形状
的统一所带来的效益，从而也才能作为量化的基础，或者至少通过学
习提高了认识。
实现柔性模制／铸造的一个方法是利用 Shigeo Shingo 所倡导的
“一分钟换模法”(SMED)，通过模具的快速更换，从而缩短生产准备
时间。
有许多种方法能够缩短模具的更换时间，例如：利用巧妙设计的、
通用的安装／定位几何形状，促进模具的快速更换；以及利用机械化
的方法将模具快速地移进／移出压力机和成型机。
如果模具的形状种类过多，也可能造成其制造成本过高，并减慢
更换模具的操作。可以用老式的莱诺整行铸排机(Linotype machines)
那样的机器，制作单一用途的模具，该机器为报纸的每一行浇注铅制
的字块，然后再将其熔化，以便再次利用。可以用 CNC 设备加工这
种模具的模型或者模具本身，然后在下一次铸造中重复利用。
如果模具中只有一部分是随着各个客户的差异而不同，那就可以
把定制的“插件”用模具中的标准型腔进行替代。这种办法还可以使模
具的快速更换成为可能，因为可以保持加工的体积是固定的。
如果零件和材料满足上述的条件，则其最好由看板系统进行补充。
如果用看板系统进行补充会造成交付时间过长，那么对于这些零件和
材料就要采取以下处理方式：
·确定交付时间过长的零件。
——研究缩短交付时间的方法(按照先易后难的顺序排列)。
——加速交货；施加压力；提出激励机制；将交货作为商务活动
的关键条件。通用化工作使零件种类减少，订货数量增加，使得人们
将精力更加集中于加速交货的工作，并使之最终得以实现。
——寻找交货更加迅速的供应商。
——与供应商一起改善其交付时间。大多数交货延误是由于文书
的延误和低效率的加工造成的。
——以迅速交货作为关键评价标准，建立与供应商之间的伙伴关
系。
——将生产转移到工厂内部。这样做可能是在柔性操作中缩短交
付时间的惟一办法，并且可能使其中“被疏忽的环节”得到完善。
·最后一种办法是，为那些交付时间长的零件预备库存，库存的
规模应该建立在销售预测的基础之上。与其他任何预测模式一样，这
种办法依赖于预测的准确性，而预测的准确性则是变化的。因此，这
种方法更适合于廉价的零件，这种零件即使过量储存，也不会有太大
的损失。虽然储存昂贵的零件可能引起较高的库存维持成本，还可能
带来零件损坏和老 化失效的风险，但是，生产规划人员却可能不
得不抵御将库存量降至最低的诱惑，特别是当降低库存增加了零件短
缺和生产停顿的可能性的时候。生产停顿所造成的费用，可能比保持
原材料可用性所需的额外的库存维持成本更高。
(11)设计产品的装配形式，使之能够装配／配置产品族中的所有
产品类型，而且此时无需诸如查找零件、定位零件、下载程序、校准
或者查找并理解指令等生产准备工作。在某些子装配或总装配的过程
中，有可能需要同时进行装配、调节和配置。对于柔性的装配要做到
以下几点：
·在所有的使用地点必须能够获得所有的零件。这突出了零件标
准化的重要意义。如果不同的零件太多，就可能无法在每个使用地点
获得所有的零件，或者，要想在每个使用地点都能够得到所有的零件，
就不得不使装配区域变得非常拥挤和混乱。
·使用看板系统自动地补充零件，无需任何零件查找或订购方面
的生产准备工作。对于紧固件这类廉价的零件来说，还有一种比较节
约成本的方法，就是采用“面包车”的补充方式，即：与供应商签订合
同，‘让他们保证零件箱始终保持满的状态，就像在食品店里补充面包
一样(见第 7 章中的步骤 8)。供应商定期到工厂为零件箱补充零件，
然后在每个月的 月底向企业报告零件消耗量的清单。
·对夹具和装夹的几何形状进行标准化，从而消除与装夹有关的
生产准备工作。通用的安装／定位几何形状既适用于零件，也适用于
夹具。零件方面的例子包括，铸件上的定位销和印制电路板上的工艺
孔。夹具方面的例子包括，机床夹具的定位表面和印制电路板加工托
台或棘爪上的工艺销。请注意，可以巧妙地设计夹具，使之能够适应
很大范围内的各种 形状和规格。
·对加工工具进行标准化，从而使每一项装配操作所需的工具都
易于获得。如果每个装配工作站都只使用一种形式的螺钉，那么，就
可以使用“自动送料”改锥，将下一个螺钉自动地输送到改锥头部(参
见图 5-2)。
·对工艺步骤实行标准化，从而避免混乱，消除相应的生产准备
工作，如：设置扭矩、分销商的数量、浪费时间的步骤、校准的操作，
等等。日本人称之为“poka-yoke”。
·实时地显示装配／配置操作的指令，从而消除查找和理解指令
的加工准备工作。这尤其适用于维修服务的操作。
所显示的手工装配指令可以从二维 CAD 图形、三维 CAD 实体
模型、绘制的插图或者数字化照片中生成，可以对它们进行着色，以
突出其中的某一部位。最起码，显示器应该能够显示文本指令，这些
文本指令可以从文字处理软件或者应用数据库的适当文件中输出。可
以为使用多种语言的工作小组生成多种语言的指令，这也有利于将试
制工作转移到其他国家的工厂中。
如果图形化的表达非常重要，那么显示器可以显示 CAD 图形中
某个被选中的“视图”。这些视图的显示可以通过 CAD 的浏览程序实
现，如 AutodeskView，该程序的售价只有 AutoCAD 本身售价的 1／10。
如果有必要的话，现在的多媒体工具甚至能够以动画的形式表示重要
的加工过程。
当工人在输入设备上按下“next”或者“page down”按钮的时候，显
示器应该能够显示下一条指令。输入设备可以是脚踏板，以腾出双手
从事装配的工作。对完成这些步骤所消耗的时间进行跟踪记录，能够
为后续的任务分析精确地提供有益的统计学数据。
必须迅速地更换装配指令。在“拉式”(命令流)系统中，通过读取
关键零件(如电路板)、托台或者某种“移动”的卡片或文档的条形码，
可以触发指令的改变。这比在键盘上输入工作命令编号更好，因为这
样做的速度更快，而且不容易出现输入错误。在“推式”系统中，各项
工作都已列入进度表并排好了顺序，所以当前面一项工作完成之后，
下一条指令就能够显示出来。
(12)如第 8 章中所述， 开发柔性的 CAD 和 CAD／CAM 能力，
从而使 CAD“模板”能够随着客户或者特殊需求的市场的输入而及时
地更新。然后，用更新后的零件图去更新装配图，以及更新相关的制
造程序。
(13)如第 8 章中所述，建立订单登录规程，以此来规范各种允许
的模块组合方式，以及可调节的和参数化的定制的范围／步骤。创建
一个订单登录数据库或者配置器，用它来协调所有的规则和约束，而
且及时地生成有效的订单指令并将其传达给工厂。
(14)开发打印定制文档的功能，为各个行业、各个市场领域、各
个国家、各种语言或者各个单独的客户打印定制的文档。
(15)实现柔性的加工过程和柔性的运输功能，例如，根据条形码
触发文件服务器来确定零件或产品在工厂中的流动路线或打印运输
标签。
(16)将最佳零件流和产品流的规划融合到一个真正具有柔性的工
厂中，如图 2—2 所示。
