标准化、模块化、系列化

标准化、模块化、系列化
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。

②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。

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。

1.1 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。

1.2零件种类激增的成本
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。

”
1.3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”。

1.4 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。