ماژول و ماژولاریتی در صنعت خودرو

با پیشرفت علم و تکنولوژی، روز به روز به پیچیدگی محصولات و سیستم‌ها و فرایند طراحی آن‌ها افزوده می‌شود. یک روش موثر در مدیریت سیستم‌های پیچیده(1)، ماژولارسازی سیستم یا تجزیه آن به اجزایی است که به صورتی «طبیعی» قابل جداشدن هستند؛ یعنی جداشدن آن‌ اجزا از سیستم منجر به فروپاشی سیستم نمی‌شود. وابستگی متقابل اجزای یک ماژول به هم و استقلال ماژول‌ها نسبت به هم قاعده کلی این جداشدن «طبیعی» است. استقلال ماژول‌ها به این معنی است که تغییرات اعمال شده در یک ماژول، ماژول‌های دیگر محصول را تحت تاثیر قرار نمی‌دهد و عملکرد کلی محصول را تضعیف نمی‌کند. نبود تعریف دقیق از ماژول و سیستم سبب ایجاد سردرگمی در میان افراد دخیل در طراحی محصولات شده، پیشرفت را به تاخیر انداخته و مانع ارزیابی سیستماتیک شده است. در ادامه سعی شده است تعریفی از ماژول در حوزه‌های مختلف ارائه شود. ماژولاریتی در سه حوزه تعریف می‌شود: ماژولاریتی در طراحی (MID)(2)، ماژولاریتی در استفاده (MIU)(3) و ماژولاریتی در تولید (MIP)(4).

ماژولاریتی در طراحی (MID)

طراحان محصولات پیچیده کار را با ایده‌ای درباره معماری یک محصول شروع می‌کنند؛ یعنی تعیین اینکه هرکدام از عملکردهای(5) محصول به چه جزء(6) فیزیکی محول شده است. به طور کلی، معماری یک محصول می‌تواند ماژولار یا وابسته(7) باشد. در معماری ماژولار تناظر یک به یک میان عملکردها و اجزای محصول برقرار است و اینترفیسِ میان اجزاء گسسته(8) است. معماری وابسته یعنی تناظر پیچیده و غیر یک به یک میان عملکرد‌ها و اجزای محصول برقرار است یا اینترفیس‌ میان اجزاء، غیر گسسته(9) است (دو جزء یک محصول دارای ارتباط غیر گسسته هستند اگر اعمال تغییرات بر روی یکی از آن‌ها نیازمند اعمال تغییرات در جزء دیگر باشد تا محصول بتواند به عملکرد صحیح خود ادامه دهد).

طراحان محصولات پیچیده از جمله خودرو مایل‌اند معماری محصول به صورت ماژولار باشد تا طراحی آن قابل مدیریت باشد. معماری ماژولار به صورت تئوری منجر به نوعی تقسیم کار میان معماران – که محصول را به چندین ماژول تقسیم می‌کنند –  و طراحان – که با ویژگی‌های یک ماژول مشخص درگیر هستند – می‌شود. طراحان فقط نیاز دارند تا درباره یک ماژول مشخص و «قوانین کلی محصول» بدانند تا آن ماژول را به گونه‌ای طراحی کنند که در سیستم بزرگتر ادغام شود؛ در حالی که معماران باید دانش کافی از ویژگی‌ها و وابستگی میان اجزای محصول داشته باشند.

به طور کلی نمی‌توان ارتباط میان ماژول‌های یک محصول را کاملا از میان برد و باید میان عملکرد محصول و ماژولاریتی آن مصالحه(10) کرد. این کار سبب می‌شود که اکثر محصولات و سیستم‌ها دارای معماری دوگانه ماژولار-وابسته باشند.

ماژولاریتی در استفاده (MIU)

ماژولاریتی در استفاده یعنی تجزیه محصول با توجه به مشتریان به گونه‌ای که موجب راحتی استفاده و تمایز شود؛ بنابراین محرک آن، چگونگی تقاضای مشتریان و به طور مشخص مجموعه ویژگی‌های(11) مطلوب یک محصول از دیدگاه مشتریان است. این ویژگی‌ها را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد؛ یکی ویژگی‌هایی که بر عملکرد محصول تاثیر می‌گذارند و دیگری ویژگی‌هایی که به مشتری این امکان را می‌دهند تا ظاهر محصول را شخصی‌سازی کنند. ماژول‌هایی که در MIU تعریف می‌شوند الزاما همان ماژول‌هایی نیستند که بر اساس قاعده کلی “وابستگی متقابل اجزای یک ماژول به هم و استقلال ماژول‌ها” در MID تعریف شده‌اند.

ایده‌ی ماژولاریتی در استفاده در صنعت خودرو این گونه است که مشتریان بتوانند با ترکیب اجزای مختلف در یک محصول، نیازها و سلایق خود را ارضا کنند. در این مورد، این اجزاء «ماژول» و همچنین گاهی «آپشن» نامیده می‌شوند.

ماژولاریتی در تولید (MIP)

ماژولاریتی در تولید از آنجا نشات می‌گیرد که امکان سرهم کردن تعداد زیادی از اجزاء، خارج از خط تولید و تولید مستقل ماژول‌ها را فراهم می‌کند تا سپس این ماژول‌ها را در خط تولید و با اعمال چندین سری کار ساده به هم متصل کرد. این کار سبب می‌شود پیچیدگی خط تولید و شیفت‌های کاری کمتر و طول خط تولید کوتاه شود. استفاده از ماژولاریتی در تولید به بیش از یک قرن پیش برمی‌گردد و دلیل اقبال سازندگان بدان این است که تولید محصولات پیچیده را با تقسیم فرایندهای تولید به چندین ماژول یا “سلول” ساده‌تر می‌کند.

فرایند سازمانی ایجاد MID، MIU و MIP

هدف ماژولاریتی در هر کدام از سه حوزه مربوطه به شرح زیر است:

• ماژولاریتی در طراحی: کاهش پیچیدگی طراحی، کاهش زمان توسعه از طریق توسعه موازی ماژول‌ها و به کارگیری سریع تکنولوژی‌های جدید از طریق ارتقای مجزای ماژول‌ها
• ماژولاریتی در استفاده: تنوع بالای محصولات با دادن امکان ترکیب آپشن‌های مختلف به مشتریان تا محصولی مطابق با ذائقه‌شان بسازند.
• ماژولاریتی در تولید: تولید انعطاف پذیر با خارج کردن وظایف سخت از خط تولید اصلی تا بتوان به تنوع بالایی از محصولات، بدون افزایش هزینه‌های تولید دست یافت.

تکنیک‌های مختلفی برای هماهنگ سازی ماژولاریتی در حوزه‌های مختلف وجود دارد. طراحی برای تولید(12) و مهندسی همزمان(13) برای هماهنگ سازی طراحی محصول و فرایند به کار می‌روند؛ در حالی که نتیجه به کارگیری طراحی برای تعمیرپذیری(14) راحتی استفاده و تعمیر محصول است.

ایجاد ماژولاریتی در طراحی: در طراحی ماژولار، استفاده از ماتریس ساختار طراحی (DSM)(15) و ماتریس ساختار وظایف (TSM)(16) به شناسایی و نمایش وابستگی متقابل پارامترها و وظایف طراحی، و همچنین استقلال نسبی ماژول‌ها منجر می‌شود. یک ماتریس ساختار وظایف معمولا سه مرحله از فرایند طراحی را به تصویر می‌کشد؛ (1) مرحله قوانین طراحی، (2) مرحله فعالیت‌های مستقل موازی و (3) مرحله یکپارچه سازی و آزمون سیستم‌ها. اولین مرحله‌ (مشخص کردن قوانین طراحی)، معماری محصول را تعیین می‌کند و تضمین می‌کند که نیازی به طراحی نسل بعدی خانواده محصول از پایه نباشد. مرحله دوم (فعالیت‌های مستقل موازی) به طرز قابل توجهی زمان توسعه محصول را کوتاه می‌کند. مرحله سوم (یکپارچه سازی و آزمون سیستم‌ها) طراحی را ارزیابی می‌کند.

ایجاد ماژولاریتی در استفاده: برای طراحی محصول با تجربه خرید آسان، ابتدا باید فضای ذهنی و فرایند تفکر مصرف کننده آن گونه که او نیازها و نحوه پاسخ به آن‌ها را درنظر می‌گیرد، بررسی شود. به طور مشخص، باید فهمید که مصرف‌کننده چگونه نیازهایش را به چندین نیاز مشخص تجزیه می‌کند و سپس ماژول‌هایی (آپشن‌هایی) آماده کرد که مطابق با این نیازهای مشخص باشند.

ایجاد ماژولاریتی در تولید: استفاده از یک ماتریس ساختار وظایف برای تولید، بهترین ترتیب سرهم کردن اجزا را مشخص می‌کند و برابر بودن مدت زمان کاری هر ایستگاه کاری را تضمین می‌کند. از آنجا که وظایف انجام شده در هر ایستگاه کاری به صورت “طبیعی” از دیگر وظایف جداست، آن‌ها را می‌توان به عنوان ماژول در نظر گرفت.

موضوعی که باید به خاطر داشت این است که الزاما مرزهای شناسایی شده برای ماژول‌ها در سه حوزه‌ی مختلف یکسان نیستند. MID معماری محصول را مدنظر دارد؛ بنابراین یک ماژول واحدی مستقل است که عملکرد (یا مجموعه عملکردهای) معین و اینترفیس‌های مجزا دارد. یک ماژول طراحی ممکن است یک قطعه‌ی کوچک و یا یک مجموعه از اجزای بزرگ باشد. در MIU، ماژول جزئی فیزیکی است که مصرف کننده می‌تواند آن را به راحتی به عنوان یک ویژگی‌ با قابلیت افزودن به محصول شناسایی کند. در MIP، ماژول تعدادی فعل است که می‌توان به صورت مستقل جهت تولید یک محصول انجام داد.

خلق و هماهنگ سازی یک محصول ماژولار

فرایند ماژولار سازی به طور واضح در یک لحظه از زمان رخ نمی‌دهد؛ بلکه به صورت تدریجی و با پیشرفت طراحی و سر بر آوردن وابستگی‌های متقابل پیش بینی نشده رخ می‌دهد.

مسیرهای مختلفی وجود دارند که به ماژولاریتی منجر می‌شوند. یک مسیر در طی زمان از دل رفتارهای جمعی ولی نه لزوما هماهنگ تعدادی شرکت در یک صنعت به وجود می‌آید. مسیر دیگر – که حساب شده و تعمدی است – از دل اتحاد برای تدوین استانداردها به وجود می‌آید و اینترفیس‌های ماژول‌های مختلف در معماری محصول را مشخص می‌کند. تصمیمات مرتبط به ماژولاریتی همچنین ممکن است در سطح یک شرکت گرفته شوند.

می‌توان ادعا کرد که ماژولار سازی محصولات در صنعت خودرو برای مدت زیادی وجود داشته است؛ زیرا تمام خودروسازان، قوای محرکه خودروهای خود را به صورت واحدهای جدا از خودرو تولید می‌کرده‌اند. فعالیت‌های در راستای ماژولاریتی در تولید پیش از تلاش برای ماژولاریتی در طراحی رخ داده است. هم اکنون بر سر نحوه‌ی شکست خودرو به ماژول‌ها و استاندارد سازی اینترفیس ماژول‌ها در میان فعالان صنعت توافقی وجود ندارد.

ماژولاریتی به عنوان یک مسئله بهینه‌سازی

یکی از مسائل اصلی در خلق محصول ماژولار، تعریف مرز ماژول‌هاست. تعریف مرز ماژول‌ها را می‌توان به چشم یک مسئله طراحی دید. در بخش‌های قبلی فرایند حل مسئله طراحی ماژولار از دید سازمانی بررسی شد. در ادامه این مسئله از دید بهینه سازی بررسی می‌شود و ابتدا فرض می‌شود که واحدی وجود دارد که بر تمام طراحی و اینترفیس‌هایش کنترل دارد.

اهداف(17) این مسئله‌ی بهینه‌سازی استاتیک به این شرح است: 1) درجه ماژولارسازی 2) مرز ماژول‌ها. به عبارت دیگر درجه ماژولارسازی و مرزهای آن تصمیمات متغیر این مسئله هستند. تابع هدف(18) را می‌توان به سه روش، بسته به نوع ماژولاریتی تعریف کرد.

ابتدا به درجه ماژولارسازی پرداخته می‌شود.

• ماژولاریتی در طراحی: تعداد ماژول‌ها به گونه‌ای معین می‌شوند که موجب تسهیل مدیریت فرایند طراحی شوند؛ یعنی ساختار غیر وابسته در عین عملکرد یکپارچه.
• ماژولاریتی در استفاده: تعداد ماژول‌ها به گونه‌ای معین می‌شوند که استفاده، نگهداری و شخصی‌سازی محصول برای مصرف‌کننده را به نحو حداکثری تسهیل کنند.
• ماژولاریتی در تولید: هدف این مسئله طراحی در هنگام توجه به مسئله تولید، تسهیل سرهم کردن ماژول‌های مختلف، کاهش پیچیدگی خط تولید و انعطاف پذیری است. در مورد انعطاف پذیری، از آنجا که انعطاف پذیری ارتباط نزدیکی با تنوع محصول دارد، مقداری همپوشانی میان اهداف مسئله با توجه به MIP و MIU وجود دارد.

شکل 1 تعداد بهینه ماژول‌ها ممکن است بر حسب اهمیت نسبی طراحی، استفاده و تولید متفاوت باشد

پانوشت

[1] Complex

[2] Modularity-in-design

[3] Modularity-in-use

[4] Modularity -in-production

[5] Functions

[6] Component

[7] Integral

[8] De-coupled

[9] Coupled

[10] Trade-off

[11] Attributes

[12] Design for Manufacturing (DFM)

[13] Concurrent Engineering

[14] Design for Serviceability

[15] Design Structure Matrix

[16] Task Structure Matrix

[17] Objectives

[18] Objective Function