模块化研发在汽车及复杂离散制造行业的实践之旅

前言 在当今中国制造业迅猛发展的浪潮中，正向研发与创新研发已成为汽车及复杂离散制造行业的主旋律。面对经济与国际环境的频繁波动，企业正承受着前所未有的降本增效重压，练好内功、强化核心竞争力已成为行业共识。在此背景下，模块化研发脱颖而出，以其显著的提高研发效率、降低运营复杂度的效果，受到了业界的广泛关注。本报告将深入探索模块化研发的发展历程及实践落地的有效方法。 目录 1. 模块化研发的发展历程2. 模块化研发在国内汽车及离散制造行业的现状和挑战3. 罗兰贝格模块发研发转型框架体系及应用4810页数章节 模块化研发的发展历程 件以跨产品线和产品代际重复使用零部件模块为核心目标，极大地提高了产品研发效率并降低了成本。 模块化研发通过解决复杂离散制造企业内外部复杂性矛盾，成为企业降本提效的重要抓手 模块化研发的核心理念在于通过实施阶梯化的模块规划与设计，确保在平台带宽范围内所有产品都能实现模块沿用，因而不仅满足了外部产品配置组合的丰富性需求，同时更有效控制了内部的研发及运营成本。A 模块化并非一个新兴的概念，早在20世纪90年代就已得到深入发展与广泛应用，其重要性和优势在多个行业中逐渐凸显。汽车行业作为模块化的先驱，率先采用了这一先进理念，并推动了模块化套件（Toolkit）的发展。这些套 模块化产品与非模块化产品的核心差异主要体现在四个关键方面，即模块重用性、模块可更新性、产品差异化以及创造价值的协同效应。 以及销售和分销等全价值链环节均得到充分体现。 通过基于模块的同平台沿用和跨平台共享，模块化研发降低了研发成本并极大提升了研发效率。在供应链领域，模块化促进了供应商聚类，通过大规模模块化采购实现了采购成本的降低。在生产及质量方面，模块化使得模具费用降低，同时显著提升了生产装配效率和产品质量。而在销售与售后领域，模块化设计使得产品配置更加丰富多样，售后备件及服务也变得更加标准化、低成本。C 在衡量模块化研发是仅停留在概念层面还是已真正落地生效时，一个核心判断要素便是模块组件是否具备标准化的物理和功能接口。这一特征要素直接决定了模块化研发能否在实际生产中发挥出其应有的优势。B 模块化在显著降低产品复 杂性方面展现出卓越成效，其成本效益在研发、材料、生产、质量 降低复杂性和模块化设计的成本效益（不完全） 研发 质量 销售/分销 供应链 生产 材料更少，供应商更少•降低原材料和半成品的复杂性•减少/优化供应商数量•可能的系统供应商更多•… 减少工具和废料•减少测量工具•减少废品和返工•… 更少、更有效的设计•减少特殊设计•减少CAD模型、图纸和BOM•参数化程度更高：方法重复使用和变型设计部分自动化 更有效的产品文档•尽早获得高质量的销售信息（如定价系统）•产品文件更少•… 生产规模效益•生产批量更大•产能利用率更高•更好地利用合适的机器•优化垂直整合•… 加工速度更快•变型产品数量少，经验更丰富•服务和维护更可预测/更有条理•投诉更少•… 外部配置种类更多•与客户一起/从客户处配置•可提供一揽子服务（采用标准工艺的特殊设计）•… 零件数量更少，标准化程度更高 •减少SKU和零件编号•功能最优的零件和成本最优的变体数量之间的最佳折中方案•产品结构差异更小•更多标准件、通用件、重复件•… •减少工作指导•自动化程度更高•减少或简化装配程序•独立于变体的更多预装配•缩短交货时间•… •降低库存成本•流通中的在制品减少•工具成本更低•… 更好的销售体验 •更好的定价政策（有利于首选变体，减少特殊化设计）•缩短交货时间•… 工具减少 的进程。这些企业构建了系统化的管控体系，涵盖了模块化组织、模块化流程，以及数据和IT系统等多个方面。在高度定制化且销量相对较低 的商用车领 域，这一转 型极 大 地 提升了研发效率，并助力企业保持了领先的利润率水平。 全球汽车及复杂离散制造行业在模块化领域的持续探索和实践 从全球乘用车行业的丰富实践经验来看，模块化研发自20世纪90年代起，以乘用车为引领，逐步经历了平台战略、模块战略，以及模块化套件战略三大重要发展阶段。这一进程不断拓宽了模块沿用与共享的范围，使其覆盖所有车型和车身类型，从而最大限度地发挥了产量协同效应。 随着制造业的不断进步，全球离散制造行业也已紧跟汽车行业的步伐，实现了产品的模块化设计，如装备制造、工业机械等。模块化不仅加速了新产品的开发周期，还提升了产品的可配置性和可维护性，增强了企业的市场竞争力。 以某知名国际汽车集团为例，该集团在2001年至2004年期间遭遇了销售停滞和收益下降的困境，其现有平台已触及量产车型的极限，研发部门疲于应 对新车型和新 设 计的开发需求，产品组合的种类拓展也遇到了瓶颈。D 模块化在当下电动化与智能化浪潮中依然扮演着盈利目标达成的重要角色 然而，从2005年开始，该集团通过积极实施模块化战略，成功推出了第一个模块化套件。这一举措不仅实现了EBITDA（息税前利润）20%的显著增长，还同步带动了销量及车型数量的稳步增长。 模块化并非一蹴而就的项目变革，而是企业长期坚守的核心执行策略。全球领先的汽车企业早已将模块化研发融入其组织与流程之中，成为不可或缺的一部分。 时至今日，在全球汽车行业电动化与智能化的变革趋势下，电动汽车材料及电池的高昂成本 在全球商用车领域，以欧美领先的商用车主机厂为代表，纷纷在2010年代完成了模块化转型 为各大主机厂带来了巨大的盈利压力。在此背景下，模块化研发在国际领先车企的全面盈利计划中占据了举足轻重的地位，成为其应对挑战、实现盈利的重要手段。E 例如，某国际领先乘用车D公司，在其全新电动平台全面执行模块化策略，通过采用激进的模块沿用(COP)方法，实现在整个模块化平台上节省约10亿欧元的成本。F 1) 包括2%的通货膨胀 资料来源：罗兰贝格 模块化研发在国内汽车及离散制造行业的现状与挑战 业主要停留在下车体架构件的平台化阶段，虽然平台规划时考虑了后续衍生车型的沿用，但平台的测试验证标准及沿用车型的测试策略尚不够明确，导致后续衍生车型因平台沿用而带来的效率提升空间仍有待挖掘。此外，模块化管理大多停留在概念层面，模块的接口缺乏严格的定义，且在平台内及跨平台的沿用方面，系统化、体系化的管理普遍缺失。 国内汽车及离散制造行业模块化研发发展在不同行业存在显著差异，模块化研发降本增效潜力巨大 尽管模块化在离散制造行业中已展现出巨大的潜力，但国内不同行业在研发领域的体系化建设成熟度存在较大差异，仍有许多离散制造企业尚未采用模块化产品结构进行研发及运营。这一现状意味着这些企业将无法获取模块化所带来的巨大潜在收益，包括成本节约、效率提升以及市场响应速度的加快等。 随着汽车电动化和智能化的不断加速，传统乘用车主机厂面临着双重挑战：一方面，要应对复杂的现有车型谱系，同时电动化智能化的加速带来车型及产品配置需求及零部件的快速增长，而日益“内卷”的产品降价及不断加快的产品上市速度，为传统主机厂管理产品复杂度的能力带来更大的挑战；另一方面，则要应对软件定义汽车（SDV）所带来的软硬件解耦以及软件功能复杂度的指数级增长。因此，如何基于模块化硬件的开发，有效降低硬件复杂度并实现软件跨平台的适配，已成为各大主机厂亟需解决的关键问题。G 乘用车领域： 国内乘用车企业已初步实现平台 化研发的应用，这一成果得益于近30年来国内乘用车行业的蓬勃发展，通过合资吸收借鉴全球的整车开发经验，形成了完善且系统化的正向研发体系。企业普遍构建了涵盖组织、流程以及IT系统的平台化管理体系，有效促进了研发成本的降低和研发效率的提升。 然而，与欧美汽车行业相比，国内乘用车企业在平台化方面仍存在一定差距。目前，国内企 商用车领域： 4. 流程组织绩效管控的挑战： 相较于乘用车，国内商用车行业在研发、生产、采购、供应链、销售全价值链的体系化建设方面存在一定的差距。由于商用车具备高度定制化的特性且市场规模远小于乘用车，导致相同配置车型的产量相对有限。在此背景下，研发及运营的高成本与产品需求的复杂性之间的矛盾尤为凸显。因此，商用车主机厂通过模块化研发来提升效率的需求更为迫切。然而，在商用车领域向模块化研发转型的过程中，通常会面临以下五大方面的挑战： 模块化研发转型需要研产供销全价值链的协同保障。因而，如何规划模块化转型的组织设计，以及在整车开发流程、平台及模块开发流程、订单到交付业务流程基于模块化转型进行赋能设计，以及与之相适配的模块化管理绩效管控机制，对于模块化转型的成功落地至关重要。 5. 数据及IT系统支撑的挑战： 商用车模块化研发周期较长，且在研发过程中涉及大量研发工程师及全价值链业务部门的协作。为确保研发全过程的信息透明以及研发数据的紧密耦合管控，必须依靠强大的IT系统进行支撑。因此，基于企业现有的IT系统体系规划，并设计模块化关键主数据及模块化管控关键IT系统功能，是模块化研发转型落地的必要保障。 1. 研发领域的挑战： 作为模块化研发的核心，研发领域需着重解决三个关键问题，即如何科学划分并定义平台、如何准确识别与定义模块，以及如何明确模块接口的定义并确保物理接口的可互换性得到严格管控。目前，国内商用车主机厂在平台及性能带宽定义、模块在同一平台内的梯度规划设计，以及模块接口的可互换性管控等方面，与系统化的模块化研发要求仍存在较大差距，导致模块化研发难以有效落地并实现预期效果。 装备制造、工业机械等离散制造行业领域： 与汽车行业相比，国内装备制造、工业机械等复 杂离散制造行业的研发体系化基础相对薄弱，这在模块化转型及赋能过程中带来了更大的挑战，但同时也孕育着巨大的机遇。 2. 产品规划与需求管理的挑战： 就挑战而言，这些行业普遍面临研发流程体系不健全、研发基础能力薄弱、研发数据完整性和集成性差等短板。而模块化研发体系的有效运作恰 恰需 要 这 些基础能力的坚实支 撑，因此，补齐这些短板成为了亟待解决的问题。 产品规划与需求管理作为产品开发的方向性指导，应为模块化产品的定义和产品组合规划提供清晰的指引。而在实际操作中，产品规划与产品开发的脱节，以及需求管理的不透明化，严重制约了基于平台模块快速实现产品需求的正向循环机制。 然而，从机遇的角度来看，由于装备制造及工业机械等行业的产品复杂度相对较低，因而往往能够在更短的时间内实现模块化转型的初步成效，并直观感受到显著提升。这种速赢效应反过来又增强了企业执行模块化战略的决心和持续动力。 3. 配置化销售与模块化研发闭环的挑战： 商用车具有多配置、高定制化的需求特性，且往往采用“每单必争”的销售策略，这导致市场端出现大量特定需求订单。这些特殊订单往往盈利性较差，且极易破坏现有平台及模块的接口设计，带来大量冗余零部件，并降低模块的沿用率。因此，如何实现基于模块化研发与前端配置化订单销售的业务闭环是模块化研发转型中必须解决的关键课题之一。 对于这些企业而言，并不存在一个“万事俱备，只待开始”的模块化转型时刻。相反，“即刻开始、目标明确、迭代前行”才是模块化转型的无悔决策。 罗兰贝格模块化转型方法论体系及应用 罗兰贝格模块化转型实施策略及方法论，助力企业实现模块化的切实落地 •平台内有多少模块已识别并定义？•功能由哪个模块实现？•模块是否有严格的接口定义及管理？ 罗兰 贝格坚 持以模块 化转型的切实落地为目标，结合国内离散制造企业的研发能力现状，量身定制了符合中国企业实际情况的“T”型模块化转型实施策略。 模块化产品 (Modular product) •模块的哪些变型是整个产品组合所必需的？•模块化平台的使用规则是什么？•模块化平台维护及管理的方式是怎样的？ “T”型的纵向以研发为核心，旨在从根本上解决中国企业模块化转型流于表面、仅停留在“纸面上”的问题，通过引入罗兰贝格的模块化平台设计方法论模型，重点聚焦于定义平台、识别模块、接口管理这三大核心问题，从而夯实模块化平台及模块管理的技术基础。