機械產(chǎn)品模塊化設(shè)計探討

李曉麗

摘 要：目前，機械制造企業(yè)面臨的市場環(huán)境并不樂觀。企業(yè)若要保持自身的生存空間與競爭力，必須提升產(chǎn)品創(chuàng)新能力、壓縮設(shè)計周期，還要保證用戶化程度，以低成本獲取高收益。在這種要求下，模塊化機械產(chǎn)品應(yīng)運而生。它的出現(xiàn)促進(jìn)了產(chǎn)品迭代，進(jìn)一步提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，為企業(yè)發(fā)展帶來了動力。鑒于此，文章對機械產(chǎn)品模塊化設(shè)計進(jìn)行了闡述，著重分析了模塊化平臺構(gòu)建，并提出了相關(guān)觀點，以供參考。

關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品；模塊化設(shè)計；平臺結(jié)構(gòu)

1 模塊化設(shè)計概述

模塊化設(shè)計是目前機械產(chǎn)品設(shè)計過程中的主流方法之一。該方法在壓縮產(chǎn)品設(shè)計周期、提升產(chǎn)品質(zhì)量及降低成本方面具有較大的優(yōu)越性。同時，采取模塊化設(shè)計可為用戶提供個性化定制。模塊化設(shè)計并不存在準(zhǔn)確定義。通常認(rèn)為，模塊化設(shè)計是在不同規(guī)格產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，劃分出一套具備不同功能特點的結(jié)構(gòu)模塊，并讓這些模塊得以通用化[1]。對于用戶而言，通過篩選所需模塊進(jìn)行組合，即可滿足自身需求。模塊化設(shè)計賦予了產(chǎn)品多元化特征，并實現(xiàn)了產(chǎn)品系列化。基于這種特性，可讓產(chǎn)品在最大程度上滿足市場需求。模塊通用化則在原有成熟產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善，在提升產(chǎn)品質(zhì)量的同時，有效控制了成本。即便是相同功能的模塊化產(chǎn)品，也不見得是單一類型的部件，可由多種互換模塊部件構(gòu)成。通過組合，使其在結(jié)構(gòu)及性能方面更為協(xié)調(diào)。模塊化設(shè)計的發(fā)展從一定程度上促進(jìn)了零件及接口標(biāo)準(zhǔn)化的實現(xiàn)。另外，模塊化結(jié)構(gòu)產(chǎn)品具有良好的維修性。單個模塊易于拆卸、組裝，不會受到工具、器材、空間的限制，給維修工作帶來了便利性。

2 模塊化平臺特征分析

2.1 機械產(chǎn)品模塊化特性

模塊化產(chǎn)品具有可分性與可變性兩種特征?？煞中杂址譃閮?nèi)部可分性與外部可分性。外部可分性體現(xiàn)了模塊化的層次，是產(chǎn)品由模塊化零件組成的程度；內(nèi)部可分性則是指產(chǎn)品可被分為與特定價值鏈密切關(guān)聯(lián)的獨立活動的程度?？勺冃砸脖环譃閮?nèi)部可變性與外部可變性，內(nèi)部可變性是指產(chǎn)品在定制過程中獲取特定屬性不同子集的程度；外部可變性則是指某些屬性自身被定制化的程度[2]。由于機械產(chǎn)品是由不同零件、部件采取一定規(guī)則或結(jié)構(gòu)形式所組成的，所以機械產(chǎn)品具有系統(tǒng)化特征。這種系統(tǒng)化特征與模塊化產(chǎn)品的可變性及可分性特征是相吻合的，這為實現(xiàn)機械產(chǎn)品模塊化提供了基礎(chǔ)。作為一個系統(tǒng)化產(chǎn)品，機械產(chǎn)品具備了以下特征：

（1）整體性。系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)或子模塊構(gòu)成。各子系統(tǒng)或子模塊具備了獨立性功能，但子系統(tǒng)或子模塊必須滿足系統(tǒng)整體化功能需求。

（2）功能性。系統(tǒng)可實現(xiàn)特定產(chǎn)品功能需求。

（3）關(guān)聯(lián)性。子系統(tǒng)或子模塊相互之間具有密切關(guān)聯(lián)，可產(chǎn)生相互作用，同時又相互制約。

2.2 模塊化平臺適應(yīng)性分析

模塊化平臺構(gòu)建過程中，會涉及到理想模型、功能模型及系統(tǒng)實現(xiàn)模型。理想模型大多數(shù)情況下來源于經(jīng)驗、行為認(rèn)知、概念，體現(xiàn)了設(shè)計者對產(chǎn)品的期望；功能模型以內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理為基礎(chǔ)，是產(chǎn)品可實現(xiàn)功能的總和；系統(tǒng)現(xiàn)實模型是通過設(shè)計、生產(chǎn)、制造，最后置于用戶面前的產(chǎn)品[3]。事實上，模塊化產(chǎn)品的構(gòu)建需要一個周期化的過程，以數(shù)控機床平臺為例，其構(gòu)建流程如圖1所示。

模型是產(chǎn)品構(gòu)建的基礎(chǔ)，然而要保證產(chǎn)品的適應(yīng)性，就需要對其匹配度進(jìn)行充分考慮。以數(shù)控機床來說，當(dāng)普通機床出現(xiàn)后，隨著用戶對機床產(chǎn)品認(rèn)知度不斷加深，用戶對理想模型的要求也會隨之升高，用戶不再滿足人工機床操作，所以在理想化模型中便會考慮到采用自動化替代人工化作業(yè)。但是普通機床與理想化模型差距較大，匹配度較低，數(shù)控機床與上述理想模型具有更高的匹配度，這也就促進(jìn)了普通機床向數(shù)控機床的轉(zhuǎn)變。匹配度越高，說明系統(tǒng)實現(xiàn)模型與理想模型愈接近，系統(tǒng)實現(xiàn)模型性能也就更優(yōu)，更符合用戶需求及預(yù)期。

3 模塊化平臺構(gòu)建分析

（1）功能定義。對產(chǎn)品功能進(jìn)行有效分解，精確到每個零件的屬性及功能，實現(xiàn)模塊與功能一一映射。（2）架構(gòu)需求。主要參考市場調(diào)研、需求分析結(jié)果并進(jìn)行相關(guān)分析，從而準(zhǔn)確把握產(chǎn)品功能需求，作為產(chǎn)品規(guī)劃導(dǎo)向。（3）模塊分類。模塊分類基于功能定義，是更為細(xì)致化的類型劃分。模塊分類需綜合考慮組織架構(gòu)、研發(fā)流程、采購、裝配、制造及運輸?shù)榷鄠€環(huán)節(jié)，以現(xiàn)有成熟結(jié)構(gòu)體系為基礎(chǔ)，結(jié)合市場需求對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。同時，還要對零部件借用關(guān)系進(jìn)行整合，從而降低模塊數(shù)量，提升模塊利用率。新構(gòu)建的模塊需充分認(rèn)證、審評，要結(jié)合市場動態(tài)性變化進(jìn)行調(diào)整，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。（4）定義接口。以標(biāo)準(zhǔn)化接口為導(dǎo)向，對模塊接口進(jìn)行定義，保證模塊之間的信息可有效傳遞。

模塊化平臺由用戶需求數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)及軟件系統(tǒng)所支撐。數(shù)據(jù)庫中容納了用戶定制相關(guān)信息，數(shù)據(jù)分為兩類即動態(tài)化數(shù)據(jù)與靜態(tài)化數(shù)據(jù)。動態(tài)化數(shù)據(jù)會隨著用戶需求、市場需求、功能需求變化而不斷更新，使數(shù)據(jù)庫與外部環(huán)境保持緊密聯(lián)系。靜態(tài)數(shù)據(jù)多為原始標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，不能刪除，也不會被使用者所修改。軟件系統(tǒng)由面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)所構(gòu)建。系統(tǒng)子功能的類之間需降低關(guān)聯(lián)程度，從而降低不同類別子功能間的耦合度。這樣有利于程序修改，給開發(fā)者帶來便捷。

在具體模塊設(shè)計過程中，通過導(dǎo)入接口骨架模型及模塊3D設(shè)計模板來保證模塊設(shè)計質(zhì)量及效率。不同類型的模塊會采取與之對應(yīng)的骨架模型，可保證模塊之間的獨立性及接口的統(tǒng)一性。應(yīng)用模塊3D設(shè)計模板則可實現(xiàn)快速化、自動化建模，避免了手動建模的重復(fù)性。在此基礎(chǔ)上加強相關(guān)接口管理，編制接口規(guī)范，建立接口矩陣表。同時，對模塊輸入接口、輸出接口的表達(dá)形式、類型、內(nèi)容等進(jìn)行統(tǒng)計，來確定模塊基準(zhǔn)零點。模塊設(shè)計完成后，需對其進(jìn)行有效管理、維護(hù)。以模塊層級結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向，設(shè)立模塊庫（結(jié)構(gòu)樹模式），模塊庫中的模塊類型與譜表中的模塊一一對應(yīng)。結(jié)合上述用戶需求數(shù)據(jù)庫中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對模塊庫進(jìn)行優(yōu)化、升級。

4 結(jié)束語

在技術(shù)迭代步伐愈來愈快的背景下，模塊化設(shè)計顯然與市場發(fā)展趨勢相契合。模塊化設(shè)計不僅滿足了用戶的個性化需求，同時還提升了產(chǎn)品生產(chǎn)效率及質(zhì)量水平，為行業(yè)整體發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，使工業(yè)設(shè)計水平邁向了更高的階層。

參考文獻(xiàn)

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