产品现代设计技术3模块化设计.pdf

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模块化原理、设计方法与机械模块化原理、设计方法与机械产品模块化设计技术产品模块化设计技术模块化设计与产品配置专题讲座模块化设计与产品配置专题讲座重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院郭钢教授郭钢教授2013年年6月月3日日目录2产品模块化原理与设计方法产品模块化原理与设计方法3实现模块化设计的关键技术实现模块化设计的关键技术4实现产品模块化设计的思路实现产品模块化设计的思路1顾客需求个性化与模块化设计顾客需求个性化与模块化设计5制造企业产品模块化设计途径制造企业产品模块化设计途径11、顾客个性化需求与产品模块化设计、顾客个性化需求与产品模块化设计不同顾客群体的个性化需求不同顾客群体的个性化需求如何满足对同类产品但又有个性化的顾客需求如何满足对同类产品但又有个性化的顾客需求?

功能相同的一类产品中，不同的性能指标通过不同的零部件配置来实现，形成工相同、但有性能、价格差异的系列产品，可满足不同顾客的个性化需求。

顾客需求的个性化驱动产品向系列化、模块化发展顾客需求的个性化驱动产品向系列化、模块化发展通过功能模块的配置与替换，实现同类产品的系列化通过功能模块的配置与替换，实现同类产品的系列化从汽车产品同一车系的不同配置看模块化设计从汽车产品同一车系的不同配置看模块化设计从汽车产品同一车系的不同配置看模块化设计从汽车产品同一车系的不同配置看模块化设计宝马3系轿车，相同的车身和底盘，但有不同功能部件的配置，构成从318i-335i的多款车型，价格区间从28.3万元61.9万元，以满足不同顾客需求。

318i内饰及仪表台320i豪华型内饰及仪表台目录2产品模块化原理与设计方法产品模块化原理与设计方法3实现模块化设计的关键技术实现模块化设计的关键技术4实现产品模块化设计的思路实现产品模块化设计的思路1顾客需求个性化与模块化设计顾客需求个性化与模块化设计5制造企业产品模块化设计途径制造企业产品模块化设计途径模块化原理模块化原理模块的概念和分类模块的概念和分类1模块的定义所谓模块，就是可组合成系统的、具有某种确定功能和接口结构的、典型的通用独立单元。

2模块的特征

（1）是系统的组成部分，也就是说，它是系统分解的产物。

用模块可组合成新系统，也易于从系统中分离、拆卸和更换。

在此，所谓“系统”，既可是大型的工程系统，也可是某一种产品。

（2）是具有确定功能的单元，模块虽是系统的组成部分，但它不是对系统任意分割的产物，它具有明确的特定功能，这一功能不依附于其它功能而能相对独立存在，并不受其它功能的干扰。

这种特定功能可以是系统按物理性能分解而得到的功能部件，或是系统按结构分解而得到机械部件。

没有确定功能的单元不能算是模块。

（3）是一种标准单元，模块结构具有典型性、通用性或兼容性，并往往可构成系列。

这正是模块与一般部件的区别。

可以说模块具有标准化的属性。

模块的通用性是通过其接口的标准化或通用化实现的。

（4）是具有能构成系统的接口，模块应具有能传递功能、能组成系统的接口（输入、输出）结构，设计和制造模块的目的是为了用它来组合成系统（或产品）。

系统是一个有序的整体，各模块既有相对独立的功能，又有联系，模块经有机结合而构成系统，模块间这种共享的界面（结合处）就是接口，接口的作用就是传递功能。

模块化原理模块化原理模块的概念和分类模块的概念和分类1模块的分类原则分类的意义与原则。

每一次分类都应当用同一个分类标准（分类的依据），分类后的各个子类应当包括所有要分的东西，分类后的各个子类，不能互相重叠。

2模块的分类形式

（1）按模块的表现形式分类。

按模块的外在表现形式可分硬件模块和软件模块。

（2）按模块互换性特征分类。

对产品而言，是指功能上的互换性和尺寸上的互换性。

由此可将模块分为：

功能模块（具有功能互换性的功能部件）、（机械）结构模块（是不直接具备使用功能的（机械）结构部件，而只是某种功能模块的载体，如电子设备的机箱、机柜）和单元模块（是既具有功能互换性，又具有尺寸互换性，即具有完全互换性的独立功能部件。

它是由功能模块和结构模块相结合形成的单元标准化部件）。

（3）按模块在系统中的层次结构分类。

模块的分级：

在特定的产品系统中，将不同层次的模块分别定为一级模块、二级模块、三级模块等。

集成模块：

把一些较小的模块集合成一个较大的模块，较大的模块就是集成模块。

（4）按模块在系统（产品）中的作用分类。

按其在系统或产品中所起的作用（功能性的或结构性的），而分别给予命名。

如机电产品中的机械本体模块、执行机构模块、控制模块、传感器模块等。

（5）其它分类。

如通用模块与专业模块、基型模块与改型模块、主体模块与非主体模块。

模块化原理模块化原理模块的概念和分类模块的概念和分类1模块化的定义所谓模块化，就是为了取得最佳效益，从系统观点出发，研究产品（或系统）的构成形式，用分解和组合的方法，建立模块体系，并运用模块组合成产品（或系统）的全过程。

2模块化的特征

（1）模块化的宗旨是效益。

是为了满足顾客对多样化的需求和适应激烈的市场竞争，在多品种、小批量的生产方式下，实现最佳的效益和质量。

（2）模块化的对象是产品（或系统）的构成。

是解决某类（产品）系统的最佳构成形式的问题，即系统由标准化的模块组合而成。

（3）模块化的主要方法是系统的分解和组合。

模块化的产品（或系统）是由标准的模块组成的。

模块如何产生？

能否有效地组合成产品（或系统）？

产品（或系统）的分解和组合的技巧和运用水平，是模块化的核心问题。

（4）模块化的目标是建立模块系统和对象系统。

模块化活动的目标有两个，即形成模块系统和模块化的产品。

（5）模块化是一个活动过程。

模块化不是一个孤立静止的事物，而是一个有目标有组织的活动过程。

其中既有设计和制造过程，也有技术管理过程。

在模块化过程中还有模块化系统的形成、发展、完善、成熟和更新的过程。

模块化系统（总体）设计方法模块化系统（总体）设计方法1模块化系统（产品）设计方法模块化系统（总体）设计，旨在根据系统（产品）的目标，确定系统（产品）的轮廓，形成系统（产品）的宏观模型，其目的是大体上以简单的形式把握系统（产品）的整体。

2模块化设计与传统设计方法的区别

（1）模块化设计面向产品系列。

传统设计是面向某一具体产品，从产品的具体功能、具体结构入手进行设计；而模块化设计则是面向某一类产品系列以至有相似功能的相邻产品系列。

（2）模块化设计是标准化设计。

传统的产品设计中虽然也需要运用标准化资料，采用一些通用件、借用件等，但从总体上来说，它是专用性的特定设计；而模块化设计的对象则是通用性的，它需要全面的理解并运用标准化理论，各种模块可通用于各种产品，是部件级通用件。

（3）模块化设计流程自顶向下。

传统的设计流程是根据产品功能要求设计零部件，然后由这些零部件构成整机，虽然在此过程中也有一些总体的方案及协调要求，但从实质上看，它主要着眼于功能设计、详细设计，其基本特征是自底向上、或由细而总的。

而模块化设计流程则与此相反，它首先着眼于产品系列的规划、产品系列的功能分解与组合，产品系列宏观模型及系列型谱的制定。

（4）模块化设计是组合化设计。

传统产品的构成模式是整体式的，虽然其中也有部件的组合，但其中部件及其组合方式是特定的。

模块化产品的构成特点是组合式的，组合的基本单元模块常作为独立商品而存在，设计中需要充分考虑产品系列的协调性、互换性和组合性，设计难度大。

（5）模块化设计有两个对象。

传统设计的对象是产品，但模块化设计的产物既可是产品，也可是模块。

模块系列设计方法模块系列设计方法1模块系列设计是模块化设计中承上启下的环节模块系列设计的目的是将总体设计所确认下来的模块化系统具体化，使之成为一个看得见、模得着、可实际应用的一个模块系列实体。

另外，模块系列设计不仅需设计一个个具体的模块，而各种模块需构成系列。

2模块系列总体设计模块系列设计仍需分为总体设计和详细设计两个阶段。

总体设计需描绘出各模块的具体轮廓，并在进行构成的典型化和集成化的基础上，列出整个模块化体系完整而详细的实体结构系列表，然后再进行各模块的详细设计。

产品产品产品产品产品单元模块集成模块功能模块结构模块模块模块模块模块模块模块产品系列型谱模块系列构成要素通过对模块化产品系列型谱的分析，可以发现其中含有相同或相似的单元，将其分离出来，用摸块化原理进行统一，归并和简化，形成能独立存在的、典型化的标准单元或通用单元，这单元应是具有某种特定功能和接口结构的典型通用独立单元，这就是模块。

模块可分为形成具有功能互换性的功能模块和具有尺寸互昏暗性的机械结构模块，把这两种模块相结合，就可形成具有完全互换性的单元模块。

模块构成的典型化模块构成的典型化1功能的典型化典型化的目的是对具有类似功能的单元在分析、精选、归并的基础上，经统一化和简化处理使之成为一种或几种类型，而这一种或几种类型的模块可通用于几十种产品（或改型产品）。

典型化还包括层次（复杂性）不同的模块的典型化及一些构成要素的典型化。

2结构形式的典型化构成模块系列主要零、部件的结构型式典型化，可最大限度减少零部件的品种、规格，扩大通用件的比例。

3接口的典型化模块的接口包括机械接口、电气接口、机电接口及各种物量与电量间的接口，妥善解决模块接口的互换性与兼容性问题，是扩大模块通用性的重要手段。

模块的接口分内部接口和外部接口两类，内部接口是为了实现模块内部的互连，它要求连接方便、巧妙、可靠，这种接口是一种专用接口；外部接口是为了实现模块与外部的关联模块或产品的互连，这种接口则必须符合相应的标准。

模块构成的系列化模块构成的系列化1基型模块系列基型模块系列应是构成模块化产品系列型谱中的主导产品的模块，它是构成产品中最典型的、规格最适中的、通用性较大（用量较大）的、结构和性能较好且较可靠的模块。

2横向扩展系列横向扩展系列就是对基型模块系列进行扩展，以满足产品系列型谱中全部产品组装的需要。

包括：

功能参数系列化、功能集成系列化、结构及尺寸系列化、接口系列化。

3纵向扩展系列设计变型系列模块。

如电源模块中，按电源的构成原理不同，形成整流电源、开关电源、UPS电源、变频电源、逆变电源、恒流电源、恒压电源及面向某一类产品的专用电源等。

模块系列化应包括两个大系列：

一是模块化产品系列型谱，二是构成模块化产品的模块系列。

模块化产品设计方法模块化产品设计方法1模块化产品设计任务模块化产品设计是对模块系列的能动运用，同时也不断丰富和发展着模块系列（专用模块转化为通用模块），丰富和发展着模块化产品系列型谱。

通过大量的模块化产品设计实践，一些优良的新模块不断补充进去，一些设计不良的模块陆续被替代和淘汰。

2模块化产品设计特点模块化产品设计与一般产品设计既有相同之外，又有不同之处。

模块化产品设计与一般产品设计不同的特点：

（1）模块化产品是组合式结构，产品主要是由模块组成，模块化产品设计，不论是简单产品还是复杂产品，均必须从总体设计入手，着重进行总体功能与结构的协调，而详细设计，尤其是零部件设计的工作量则较一般产品要小得多。

（2）模块化产品中，整机性能不是模块性能的简单总和，整机性能常取决于接口设计的水平，因而接口设计是模块化产品设计的重要环节。

（3）模块化产品设计的方法、步骤与则重点，与一般产品设计有很大差别。

其主要工作内容是：

从产品功能出发选用模块；然后，以选用的模块为基础，附加模块改型、专用模块、接口、装配等补充设计，使之形成为一个符合预定功能的产品。

基型模块改型和专用模块设计基型模块改型和专用模块设计1基型模块改型专用模块与通用模块的概念是相对的，当某种专用模块在同类产品中重复出现时，则变成了某种同用模块，所以常把专用模块作为新通用模块的雏形来看。

因而，在设计专用模块时，也应在模块化系统思想指导下，按通用模块的要求进行设计，其参数的确定应考虑到通用化、系列化因素，即将专用模块作为准通用模块来看待，以便实现由专用模块到新通用模块的平滑过渡。

2专用模块设计若将通用模块视作基型模块，对其进行改型设计，比设计新的专用模块显然要经济而有效，且质量要好、周期要短。

改型设计是指：

改变或替代模块中的某些要素，添加某些要素，改变某些接口要素，以适应新的需要；局部功能更新，提高模块性能