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模块化设计的概念

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模块化设计的概念

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  为开发具有多种功能的不同产品,不必对每种产品施以单独设计,有线电视模块而是精心设计出多种模块,将其经过不同方式的组合来构成不同产品,有线电视模块以解决产品品种、规格与设计制造周期、成本之间的矛盾,这就是模块化设计的含义。模块化设计与产品标准化设计、系列化设计密切相关,即所谓的“三化”。“三化”互相影响、互相制约,通常合在一起作为评定产品质量优劣的重要指标,是现代化原理开始用于机床设计,到本世纪50年代,欧美一些国家正式提出“模块化设计”概念,把模块化设计提到理论高度来研究。模块化设计的思想已渗透到许多领域,例如机床、减速器、家电、计算机等等。在每个领域,模块及模块化设计都有其特定的含义。

  模块:一组具有同一功能和接合要素(指联接部位的形状、尺寸、联接件间的配合或啮合等),但性能、规格或结构不同却能互换的单元。 床卡具、联轴器可称为模块,有些零部件如插头、插座,广而言之也可称为模块,但不如称为标准件为好。在模块化设计中,也用到大量的标准件,但模块多指标准件之外、仍需被设计而又可以用于不同的组合、从而形成具有不同功能的设备的单元、

  模块化设计:在对产品进行市场预测、功能分析的基础上,划分并设计出一系列通用的功能模块;根据用户的要求,对这些模块进行选择和组合,就可以构成不同功能、或功能相同但性能不同、规格不同的产品。这种设计方法称为模块化设计。 1)横系列模块化设计。不改变产品主参数,利用模块发展变形产品。这种方式易实现,应用最广。常是在基型品种上更换或添加模块,形成新的变形品种。例如,更换端面铣床的铣头,可以加装立铣头、卧铣头、转塔铣头等,形成立式铣床、卧式铣床或转塔铣床等。

  2)纵系列模块化设计。在同一类型中对不同规格的基型产品进行设计。主参数不同,动力参数也往往不同,导致结构形式和尺寸不同,因此较横系列模块化设计复杂。若把与动力参数有关的零部件设计成相同的通用模块,势必造成强度或刚度的欠缺或冗余,欠缺影响功能发挥,冗余则造成结构庞大、材料浪费。因而,在与动力参数有关的模块设计时,往往合理划分区段,只在同一区段内模块通用;而对于与动力或尺寸无关的模块,则可在更大范围内通用。

  3)横系列和跨系列模块化设计。除发展横系列产品之外,改变某些模块还能得到其它系列产品者,便属于横系列和跨系列模块化设计了。德国沙曼机床厂生产的模块化镗铣床,除可发展横系列的数控及各型镗铣加工中心外,更换立柱、滑座及工作台,即可将镗铣床变为跨系列的落地镗床。

  4)全系列模块化设计。全系列包括纵系列和横系列。例如,德国某厂生产的工具铣,除可改变为立铣头、卧铣头、转塔铣头等形成横系列产品外,还可改变床身、横梁的高度和长度,得到三种纵系列的产品。

  5)全系列和跨系列模块化设计。主要是在全系列基础上用于结构比较类似的跨产品的模块化设计上。例如,全系列的龙门铣床结构与龙门刨、龙门刨床和龙门导轨磨床相似,可以发展跨系列模块化设计。

  模块化设计这一新的设计概念和设计方法迅速在各个领域得到广泛应用,它的竞争优势主要体现在两个方面:一方面解决品种、规格的多样化与生产的专业化的矛盾;另一方面也为先进的制造技术、提高设备的利用率创造必要的条件,实现以不同批量提供顾客满意度的产品,进而使企业实现产品多样化和效益统一。

  模块化的宗旨是效益。它的意图和最终目的就是为了满足人们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。模块化的对象是产品或系统的构成,模块化不是研究和解决某一个孤立的产品或系统的设计或构成的问题,而是解决某类产品或系统的最佳构成形式问题,即系统由标准化的模块组合而成。由于模块化的对象是系统,因而运用系统工程的原理和方法,是开展模块化的基本原则。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。模块化的目标是建立模块系统和对象系统。模块化活动的目标或产物有两个,即形成模块系统和模块化的产品系统。建立模块系统是实施模块化设计的前提,形成模块化产品或系统则是模块化的最终归宿。

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