《Sustainability》：Operationalizing Mass Customization Through Product Architecture and Configuration in a Regulated Manufacturing SME: An Action Research Approach Validated Through a Case Study
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数字技术的发展、竞争加剧、市场全球化以及第四次工业革命，促使组织重新思考其运营模式以维持竞争优势。与此同时，信息日益充分的消费者期望更高水平的个性化、响应速度与成本效率。在此背景下，大规模定制已成为一种战略性应对路径，使企业能够在保持可接受的成本、交付周期与运
数字技术的发展、竞争加剧、市场全球化以及第四次工业革命，促使组织重新思考其运营模式以维持竞争优势。与此同时，信息日益充分的消费者期望更高水平的个性化、响应速度与成本效率。在此背景下，大规模定制已成为一种战略性应对路径，使企业能够在保持可接受的成本、交付周期与运营效率的同时，提供定制化产品。然而，对于中小企业（SME）而言，大规模定制的运行化（operationalization）仍然尤其具有挑战性，特别是在受规范性要求约束的环境中，此类环境中的监管与合规要求会影响产品架构与制造过程。尽管现有文献强调模块化产品设计与产品配置是关键使能因素，但在此类情境下仍缺乏一套结构化的实施策略。本文旨在基于这两个杠杆开发并验证一套用于大规模定制的运行化策略。研究方法采用行动研究（action research）路径，并通过混合式敏捷-阶段关卡（Agile–Stage-Gate）框架进行结构化，在案例研究中通过对产品架构中具有代表性部分的应用加以验证。结果表明，将变异性分析、模块化产品设计与配置逻辑结构化集成到操作过程中，有助于支持复杂性管理以及制造型中小企业中的大规模定制实施。
该文发表于《Sustainability》，聚焦受监管制造环境中的制造型中小企业（SME）如何将大规模定制从理念转化为可执行的工程与配置实践。研究背景在于，工业4.0（Industry 4.0，第四次工业革命）推动制造系统数字化、互联化与柔性化，全球市场竞争和客户个性化需求同步上升，传统大批量生产模式已难以同时满足多样化、响应速度和成本控制的要求。大规模定制因此成为兼顾产品多样性与运营绩效的重要路径。然而，对资源受限且处于强监管环境中的制造型中小企业而言，转型难点尤为突出：一方面，企业必须管理高产品变异性、高部件耦合性和复杂配置关系；另一方面，还要同时满足法规、合规、可追溯和技术约束。现有研究虽然已指出模块化产品设计和产品配置是大规模定制的重要支撑，但对于如何在受监管的制造型中小企业中将其系统化、步骤化、可维护地落地，缺乏可直接执行的操作策略。正是在这一问题驱动下，研究人员开展了本研究。
研究人员的核心目标，是构建并验证一套面向受监管制造型中小企业的大规模定制运行化策略，并将研究范围聚焦于两个基础转型杠杆：模块化产品设计与产品配置。论文指出，这两个杠杆位于后续流程模块化和协作网络构建之前，是控制复杂性、组织产品变异性并确保定制一致性的前提条件。基于文献综述，研究人员提出应将变异性分析、产品分解、接口定义、配置约束形式化以及治理机制集成为一个连贯的过程，而不是孤立地使用其中某个工具或概念。通过在真实企业环境中的行动研究，论文旨在回答：在具有规范约束的制造环境中，如何将模块化产品设计与产品配置整合为一套可实施、可验证、可演化的策略。
方法上，研究采用行动研究（action research），并结合案例研究进行验证。行动研究历时36个月，在一家受监管的北美客车制造型中小企业中实施。研究对象企业产品高度可配置，约有200种不同车型，由10个定义属性组合形成，另有约300个选项类（option classes）用于细化销售阶段的车辆配置，因此产品组合复杂度极高。研究团队由研究人员、产品与设计工程师、配置专家、产品专家、法规专家、外部专家和管理者共同构成，通过周会、工作坊、验证会议等形式推进。方法结构上，论文采用混合式敏捷-阶段关卡（Agile–Stage-Gate）框架，将敏捷（Agile）的迭代反馈与阶段关卡（Stage-Gate）的结构化控制结合起来。研究并非一次性完成，而是在两个探索周期中逐步修正：第一个周期以现有选项类为设计单元进行架构划分，结果暴露出明显缺陷；第二个周期则引入产品平台（product platform）和前置变异性分析，最终形成可行策略。
用于开展研究的主要关键技术方法可概括为以下几项。其一，采用文献综述建立理论框架，检索范围覆盖1990—2025年Scopus数据库文献，并围绕受监管制造型中小企业、工业4.0、制造敏捷性和大规模定制四个主题构建概念边界。其二，在一家受监管客车制造型中小企业中实施36个月行动研究，以工程文档、配置数据、法规要求、工作坊和验证会议作为主要数据来源。其三，采用混合式敏捷-阶段关卡（Agile–Stage-Gate）框架组织Stage 0至Stage 5的迭代开发与验证。其四，运用变异性分析、模块分解、接口图（interface diagram）和配置约束矩阵等方法，对产品设计单元、模块层级、技术约束与法规约束进行形式化表达。
在结果部分，论文首先保留并呈现“4.1. Deployment of the Agile-Stage-Gate”的核心内容。研究人员将所提出的方法部署为六个连续阶段（Stage 0至Stage 5），每个阶段后均设置验证关卡，以确保前一阶段输出达到目标后再进入下一阶段。更重要的是，论文明确指出，该方法并非一次成型，而是在两个探索周期中不断调整。在第一周期中，研究人员直接沿用企业既有的选项类和车型结构，试图以此作为产品架构设计单位；但在实施后发现，这种做法无法真实映射产品的技术或功能结构，因此促使研究团队修订整体策略，引入产品平台和变异性分析，形成第二周期的方法框架。
在“4.2. Exploratory Cycle Based on Option Classes”中，论文详细说明了第一轮探索。研究人员原本假设，现有选项类既然已广泛用于配置与销售，也许可以直接作为产品架构设计单位，从而减少对现有工具和流程的冲击。于是，在“4.2.1. Application of the Approach”中，Stage 1首先进行了基于选项类的产品分解，将每个选项类视为一个设计单元，并据此组合为模块；Stage 2则进一步细化分解结果并尝试标准化接口，通过选项类之间的关系和配置依赖来定义模块交互。此阶段虽然形成了初步的结构图和接口图，但实质上只是将“配置关系”误当成了“技术接口”。
在“4.2.2. Observed Limitations”中，研究人员总结了第一周期失败的根本原因。选项类本质上是为了销售和配置而设置的选项集合，并不对应车辆真实的功能分区或物理部件边界。某一选项类可能跨越多个不同功能，某一功能又可能分散在多个选项类中，因此以选项类作为设计单元会导致模块边界模糊、接口不稳定、交叉依赖大量增加。此外，200种产品模型也进一步混淆了结构性交互与定义属性之间的关系，使研究人员难以区分哪些关系属于真实架构接口，哪些关系只是型号属性带来的配置差异。由此，第一周期无法继续推进，研究人员据此中止该周期并全面修订策略。
在“4.3. Revision of the Strategy”中，论文展示了研究设计的关键转折。为克服第一周期的局限，研究人员借鉴产品家族与产品架构相关研究，引入“产品平台（product platform）”概念，以摆脱对200多个车型的组合逻辑依赖。平台将共同元素与变异元素加以区分，使架构可以围绕稳定基础而非离散车型来组织。最终，产品被重构为三大平台，每个平台支持一种不同功能，而这些功能又分别受到特定法规体系和不同司法辖区标准的约束。与此同时，考虑到完整产品过于复杂，研究范围被缩小至一个具有代表性的产品区块：初始结构中，该区块包含约10个选项类和160个独立装配体。研究人员认为，这一区块虽然范围有限，但在变异性、技术依赖与法规约束方面具有足够代表性，可用于验证方法的有效性。更关键的是，第二周期不再依赖选项类，而是改由系统化变异性分析识别产品设计单元、接口与配置约束。
在“4.4. Cycled Based on Variability Analysis and Design Units”中，研究人员呈现了第二周期的完整实施过程。Stage 0为“变异性分析（variability analysis）”。研究人员首先对产品既有变异性进行逐层梳理，识别变化点、相关变体以及最小参考单元（SKU）。论文强调，这一步不仅用于了解产品多样性来源，更重要的是在后续模块化前，提前识别依赖关系和兼容性问题，尤其是在受监管环境中，为技术约束与法规约束的引入奠定基础。因此，Stage 0被定义为面向模块化可行性的前置分析阶段。
Stage 1为“产品分解（Product decomposition）”。在完成变异性分析后，研究人员依据设计单元（design unit）标准对产品进行重构。设计单元需同时满足三个条件：具有特定功能、拥有明确定义且稳定的接口、具备连贯且局部化的配置参数。围绕这一标准，论文进一步提出三层模块性结构：底层为核心设计单元，始终存在并承担产品基本运行功能；中层为可选设计单元，可按客户需求增删；上层为可定制层，用于承载初始配置中不存在或新引入的变体。通过这种分层，产品变异性被从结构上重新组织，使模块划分不再依附于销售选项，而是建立在功能、接口和配置逻辑的一致性基础之上。
Stage 2为“分解细化与接口标准化（Decomposition refinement and interface standardization）”。在这一阶段，研究人员进一步优化模块粒度、明确模块边界并标准化接口。论文特别指出，接口定义是稳定产品架构的核心杠杆，因为模块之间的大部分复杂性并不源于模块内部，而来自模块间交互。通过反复迭代，研究团队对设计单元与接口进行了多轮修正，以确保接口既能真实反映机械、电气等技术关系，又能适用于不同模块层级下的配置稳定性。这一阶段还暴露出若干风险，例如设计单元边界与接口不匹配、依赖识别不完全等，因此必须借助专家参与和反复验证加以控制。
Stage 3为“分解与接口整合及配置约束定义（Consolidation of the decomposition and interfaces and definition of configuration constraints）”。这是研究从模块化架构走向可操作配置逻辑的关键一步。研究人员在此阶段正式引入兼容、排斥与依赖等配置约束，并将技术约束与法规约束共同纳入配置逻辑。论文强调，第一周期之所以无法完成该步骤，正是因为选项类依赖过强，无法建立与真实产品架构一致的稳定关系。而在第二周期中，每个设计单元都被赋予相应的技术属性与法规属性，这些属性再与各模块变体对应，最终形成产品配置矩阵（product configuration matrix）。以车辆入口门系统为例，研究人员发现特定宽度和位置的门只能与某些底板结构变体兼容，因此必须将这类结构约束显式编码进配置规则。由此，论文证明在受监管环境中，清晰的产品架构是整合技术与法规约束的前提，否则约束会相互缠绕，显著增加配置复杂性并提升产生不合规方案的风险。
Stage 4为“配置约束测试与接口调整（Testing of configuration constraints and interface adjustments）”。研究人员从工程经验、配置数据和法规知识出发，选取10个具有代表性的配置场景进行验证，这些场景涵盖常见配置、高变异性组合以及受到显著技术和法规约束的复杂情形。测试过程中，外部专家参与审核生成结果的技术兼容性与法规符合性。结果显示，一些矛盾只有在真实或近真实应用情境中才会显现，例如设计单元变体冲突、接口定义缺失或错配、技术与法规约束共同作用下的不可行组合等。基于这些发现，研究团队再次调整模块边界、优化接口定义并更新配置约束，使架构与规则逐渐稳定。该阶段验证了接口和约束在过滤无效配置、确保合规组合方面的决定性作用。
Stage 5为“整体一致性验证与约束治理（Verification of overall coherence and constraints governance）”。在方法落地后，研究人员进一步认识到，大规模定制的运行化并不仅仅依赖一次性的模块化设计和约束定义，更依赖后续的维护与治理。为此，论文提出必须建立面向设计单元、接口和配置约束的变更管理机制，包括职责分配、影响分析、定期复审、文档维护与验证情景回归。该阶段的结论是，若缺乏治理机制，再合理的架构和配置逻辑也难以长期保持一致性与可演化性。因此，治理并非附属活动，而是确保架构长期有效的组成部分。
在“4.5. Structuring the Architecture of a Configurable Product”中，研究人员总结出一套完整策略：从变异性分析开始，经产品分解、模块细化、接口标准化、配置约束定义，再到迭代测试与治理闭环，形成面向受监管制造环境的大规模定制运行化路径。论文进一步凝练出一个结构性理论框架：产品架构由三层模块性和两类横向约束共同构成。三层模块性即核心层、可选层与可定制层；两类横向约束即技术约束与法规约束。该框架说明，产品变异性并非简单增加选项，而是要在层级结构中被组织，并通过显式约束进行控制。
在“4.6. Synthesis of the Action Research Results”中，论文给出了最具代表性的量化结果。研究范围内原本存在160个彼此独立的装配体，每个装配体都拥有各自接口、技术约束、法规约束和变异来源，导致复杂性高度分散。应用新策略后，这160个独立装配体被重组为49个设计单元，并分布在三层模块性结构中。需要管理的结构单元数量因此下降69%。论文明确指出，这一结果体现的是产品架构层面的结构优化，而非直接的运营绩效指标，但它确实表明：通过模块化设计、接口定义和约束形式化，产品复杂性得到了显著重构和收敛。此外，技术约束与法规约束的同步引入，还有效压缩了理论配置空间，使系统仅保留可利用且合规的组合。研究人员据此认为，该策略并非减少产品多样性，而是对多样性进行结构化管理。
讨论部分首先回到研究目标，指出本研究成功构建并验证了一套适用于受监管制造型中小企业的大规模定制运行化策略。论文认为，核心贡献不在于提出全新理论概念，而在于将产品平台、变异性分析、模块架构、接口定义和配置约束这些既有概念整合为一个连贯、可执行、可迭代验证的操作框架。与既有研究相比，本文的价值主要体现在三个方面：其一，强调模块化产品设计本身并不足够，必须以前置变异性分析为基础，并辅以明确的配置约束；其二，证明在规范性环境中，技术约束与法规约束不是外部限制条件，而是直接塑造产品架构的结构性因素；其三，补充了治理与维护机制这一长期被忽视的维度，指出大规模定制架构的可持续性依赖组织层面的更新流程和责任机制。
论文也如实讨论了研究局限。首先，本研究仅基于一家客车制造型中小企业的单案例，且仅覆盖一个具有代表性的产品区段，因此外部可推广性仍需通过更多案例验证。其次，本研究尚未将配置逻辑真正嵌入配置工具中，因而未评估规则求解器或约束求解器在复杂环境中的计算性能、可扩展性与部署效果。再次，虽然所选产品区段具有代表性，但对全产品架构的扩展验证仍属未来工作。因此，论文主张将本文框架视为经实证支撑的结构化命题，而非已经完全普适化的最终方案。
研究结论部分的核心内容可翻译概括如下：基于行动研究方法，本研究表明，向大规模定制转型首先依赖产品架构的重构以及连贯配置逻辑的组织，而且这些工作应先于任何技术工具集成。结果凸显了变异性分析作为模块化前提条件的决定性作用，也显示出接口定义在管理产品复杂性方面的重要性。研究同时表明，将技术约束与规范性约束显式集成，是确保所生成配置保持一致性与有效性的必要条件。此外，配置系统的绩效不仅取决于产品结构本身，也取决于保障架构长期一致性与可演化性的治理和维护机制。该研究并未提出新的理论概念，而是将既有原则组织为一个连贯且具有实证基础的框架，为受监管制造型中小企业中的大规模定制转型提供了概念与操作双重贡献，并为未来集成到配置工具及开展更广泛产业场景验证奠定了基础。
