模塊化設(shè)計(jì)

系列產(chǎn)品中的模塊是一種通用件，模塊化與系列化已成為現(xiàn)今裝備產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)趨勢。

模塊是模塊化設(shè)計(jì)和制造的功能單元，具有三大特征：

1.相對獨(dú)立性，可以對模塊單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試、修改和存儲，這便于由不同的專業(yè)化企業(yè)分別進(jìn)行生產(chǎn)；

2.互換性，模塊接口部位的結(jié)構(gòu)、尺寸和參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，容易實(shí)現(xiàn)模塊間的互換，從而使模塊滿足更大數(shù)量的不同產(chǎn)品的需要；

3.通用性，有利于實(shí)現(xiàn)橫系列、縱系列產(chǎn)品間的模塊的通用，實(shí)現(xiàn)跨系列產(chǎn)品間的模塊的通用。

（一）模塊化與系列化、組合化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)系　　

模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)是由產(chǎn)品系列化、組合化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的需求而孕育的。系列化的目的在于用有限品種和規(guī)格的產(chǎn)品來最大限度、且較經(jīng)濟(jì)合理地滿足需求方對產(chǎn)品的要求。組合化是采用一些通用系列部件與較少數(shù)量的專用部件、零件組合而成的專用產(chǎn)品。通用化是借用原有產(chǎn)品的成熟零部件，不但能縮短設(shè)計(jì)周期，降低成本，而且還增加了產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。標(biāo)準(zhǔn)化零部件實(shí)際上是跨品種、跨廠家甚至跨行業(yè)的更大范圍零部件通用化。由于這種高度的通用化，使得這種零部件可以由工廠的單獨(dú)部門或?qū)ｉT的工廠去單獨(dú)進(jìn)行專業(yè)化制造。

（二）產(chǎn)品模塊化、系列化設(shè)計(jì)分類與庫管理　　

產(chǎn)品模塊要求通用程度高，相對于產(chǎn)品的非模塊部分生產(chǎn)批量大，對降低成本和減少各種投入較為有利。但在另一方面又要求模塊適應(yīng)產(chǎn)品的不同功能、性能、形態(tài)等多變的因素，因此對模塊的柔性化要求就大大提高了。對于生產(chǎn)來說，盡可能減少模塊的種類，達(dá)到一物多用的目的。對于產(chǎn)品的使用來說，往往又希望擴(kuò)大模塊的種類，以更多地增加品種。針對這一矛盾，設(shè)計(jì)時(shí)必須從產(chǎn)品系統(tǒng)的整體出發(fā)，對產(chǎn)品功能、性能、成本諸方面的問題進(jìn)行全面綜合分析，合理確定模塊的劃分。產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)按照自頂向下研究分類，包括系統(tǒng)級模塊、產(chǎn)品級模塊、部件級模塊、零件級模塊；再按照功能及加工和組合要求研究分類，包括基本模塊、通用模塊、專用模塊；然后按照接口組合要求研究分類，包括內(nèi)部接口模塊、外部接口模塊。以產(chǎn)品級模塊化為例，就是在需求調(diào)查的基礎(chǔ)上，對裝備產(chǎn)品的構(gòu)成進(jìn)行分析，考察其中的功能互換性與幾何互換性的關(guān)系，并劃分基本模塊、通用模塊或?qū)Ｓ媚K，以模塊為基礎(chǔ)進(jìn)行內(nèi)部接口、外部接口設(shè)計(jì)，通過加、減、換、改相應(yīng)模塊以構(gòu)成新的產(chǎn)品，并滿足裝備產(chǎn)品的功能指標(biāo)的要求。

（Block-based design）　模塊化設(shè)計(jì)是對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構(gòu)成不同的顧客定制的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求。

模塊化產(chǎn)品是實(shí)現(xiàn)以大批量的效益進(jìn)行單件生產(chǎn)目標(biāo)的一種有效方法。產(chǎn)品模塊化也是支持用戶自行設(shè)計(jì)產(chǎn)品的一種有效方法。產(chǎn)品模塊是具有獨(dú)立功能和輸入、輸出的標(biāo)準(zhǔn)部件。這里的部件，一般包括分部件、組合件和零件等。模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法的原理是，在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能、不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構(gòu)成不同的顧客定制的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求。這是相似性原理在產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，是一種實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化與多樣化的有機(jī)結(jié)合及多品種、小批量與效率的有效統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化方法。

模塊化是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的設(shè)計(jì)思想，現(xiàn)已成為一種新技術(shù)被廣泛應(yīng)用，尤其是信息時(shí)代電子產(chǎn)品不斷推陳出新，模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品正在不斷涌現(xiàn)。如何使產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)全方位地滿足市場的多樣化需求，應(yīng)當(dāng)引起企業(yè)經(jīng)營者、新產(chǎn)品開發(fā)人員及其標(biāo)準(zhǔn)化研究者的高度重視。模塊化設(shè)計(jì)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)床、電子產(chǎn)品、航天、航空等設(shè)計(jì)領(lǐng)域，但至今模塊化術(shù)語尚未給出公認(rèn)的權(quán)威性定義。企業(yè)一方面必須利用產(chǎn)品的批量化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化來縮短上市周期、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面還要不斷地進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新使產(chǎn)品越來越個(gè)性化，滿足客戶的定制需求。這樣，如何平衡產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化與定制化、柔性化之間的矛盾，成為贏得競爭的關(guān)鍵能力。平臺化、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)可以在保持產(chǎn)品較高通用性的同時(shí)提供產(chǎn)品的多樣化配置，因此平臺化、模塊化的產(chǎn)品是解決定制化生產(chǎn)和批量化生產(chǎn)這對矛盾的一條出路。正式提出

為開發(fā)具有多種功能的不同產(chǎn)品，不必對每種產(chǎn)品施以單獨(dú)設(shè)計(jì)，而是精心設(shè)計(jì)出多種模塊，將其經(jīng)過不同方式的組合來構(gòu)成不同產(chǎn)品，以解決產(chǎn)品品種、規(guī)格與設(shè)計(jì)制造周期、成本之間的矛盾，這就是模塊化設(shè)計(jì)的含義。模塊化設(shè)計(jì)與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)密切相關(guān)，即所謂的“三化”?！叭被ハ嘤绊?、互相制約，通常合在一起作為評定產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)，是現(xiàn)代化原理開始用于機(jī)床設(shè)計(jì)，到本世紀(jì)50年代，歐美一些國家正式提出“模塊化設(shè)計(jì)”概念，把模塊化設(shè)計(jì)提到理論高度來研究。目前，模塊化設(shè)計(jì)的思想已滲透到許多領(lǐng)域，例如機(jī)床、減速器、家電、計(jì)算機(jī)等等。在每個(gè)領(lǐng)域，模塊及模塊化設(shè)計(jì)都有其特定的含義。

模塊：一組具有同一功能和接合要素（指聯(lián)接部位的形狀、尺寸、聯(lián)接件間的配合或嚙合等），但性能、規(guī)格或結(jié)構(gòu)不同卻能互換的單元。

床卡具、聯(lián)軸器可稱為模塊，有些零部件如插頭、插座，廣而言之也可稱為模塊，但不如稱為標(biāo)準(zhǔn)件為好。在模塊化設(shè)計(jì)中，也用到大量的標(biāo)準(zhǔn)件，但模塊多指標(biāo)準(zhǔn)件之外、仍需被設(shè)計(jì)而又可以用于不同的組合、從而形成具有不同功能的設(shè)備的單元、

模塊化設(shè)計(jì)：在對產(chǎn)品進(jìn)行市場預(yù)測、功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列通用的功能模塊；根據(jù)用戶的要求，對這些模塊進(jìn)行選擇和組合，就可以構(gòu)成不同功能、或功能相同但性能不同、規(guī)格不同的產(chǎn)品。這種設(shè)計(jì)方法稱為模塊化設(shè)計(jì)。

1）橫系列模塊化設(shè)計(jì)。不改變產(chǎn)品主參數(shù)，利用模塊發(fā)展變形產(chǎn)品。這種方式易實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用最廣。常是在基型品種上更換或添加模塊，形成新的變形品種。例如，更換端面銑床的銑頭，可以加裝立銑頭、臥銑頭、轉(zhuǎn)塔銑頭等，形成立式銑床、臥式銑床或轉(zhuǎn)塔銑床等。

2）縱系列模塊化設(shè)計(jì)。在同一類型中對不同規(guī)格的基型產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。主參數(shù)不同，動力參數(shù)也往往不同，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)形式和尺寸不同，因此較橫系列模塊化設(shè)計(jì)復(fù)雜。若把與動力參數(shù)有關(guān)的零部件設(shè)計(jì)成相同的通用模塊，勢必造成強(qiáng)度或剛度的欠缺或冗余，欠缺影響功能發(fā)揮，冗余則造成結(jié)構(gòu)龐大、材料浪費(fèi)。因而，在與動力參數(shù)有關(guān)的模塊設(shè)計(jì)時(shí)，往往合理劃分區(qū)段，只在同一區(qū)段內(nèi)模塊通用；而對于與動力或尺寸無關(guān)的模塊，則可在更大范圍內(nèi)通用。

3）橫系列和跨系列模塊化設(shè)計(jì)。除發(fā)展橫系列產(chǎn)品之外，改變某些模塊還能得到其它系列產(chǎn)品者，便屬于橫系列和跨系列模塊化設(shè)計(jì)了。德國沙曼機(jī)床廠生產(chǎn)的模塊化鏜銑床，除可發(fā)展橫系列的數(shù)控及各型鏜銑加工中心外，更換立柱、滑座及工作臺，即可將鏜銑床變?yōu)榭缦盗械穆涞冂M床。

4）全系列模塊化設(shè)計(jì)。全系列包括縱系列和橫系列。例如，德國某廠生產(chǎn)的工具銑，除可改變?yōu)榱婎^、臥銑頭、轉(zhuǎn)塔銑頭等形成橫系列產(chǎn)品外，還可改變床身、橫梁的高度和長度，得到三種縱系列的產(chǎn)品。

5）全系列和跨系列模塊化設(shè)計(jì)。主要是在全系列基礎(chǔ)上用于結(jié)構(gòu)比較類似的跨產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)上。例如，全系列的龍門銑床結(jié)構(gòu)與龍門刨、龍門刨床和龍門導(dǎo)軌磨床相似，可以發(fā)展跨系列模塊化設(shè)計(jì)。

模塊化設(shè)計(jì)這一新的設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)方法迅速在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，它的競爭優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面解決品種、規(guī)格的多樣化與生產(chǎn)的專業(yè)化的矛盾；另一方面也為先進(jìn)的制造技術(shù)、提高設(shè)備的利用率創(chuàng)造必要的條件，實(shí)現(xiàn)以不同批量提供顧客滿意度的產(chǎn)品，進(jìn)而使企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化和效益統(tǒng)一。

模塊化的宗旨是效益。它的意圖和最終目的就是為了滿足人們對多樣化的需求和適應(yīng)激烈的市場競爭，在多品種、小批量的生產(chǎn)方式下，實(shí)現(xiàn)最佳的效益和質(zhì)量。模塊化的對象是產(chǎn)品或系統(tǒng)的構(gòu)成，模塊化不是研究和解決某一個(gè)孤立的產(chǎn)品或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或構(gòu)成的問題，而是解決某類產(chǎn)品或系統(tǒng)的最佳構(gòu)成形式問題，即系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)化的模塊組合而成。由于模塊化的對象是系統(tǒng)，因而運(yùn)用系統(tǒng)工程的原理和方法，是開展模塊化的基本原則。模塊化的主要方法是系統(tǒng)的分解和組合，模塊化的產(chǎn)品或系統(tǒng)是由標(biāo)準(zhǔn)的模塊組成的。模塊如何產(chǎn)生，能否有效地組合成產(chǎn)品或系統(tǒng)，產(chǎn)品或系統(tǒng)的分解和組合的技巧和運(yùn)用水平，是模塊化的核心問題。模塊化的目標(biāo)是建立模塊系統(tǒng)和對象系統(tǒng)。模塊化活動的目標(biāo)或產(chǎn)物有兩個(gè)，即形成模塊系統(tǒng)和模塊化的產(chǎn)品系統(tǒng)。建立模塊系統(tǒng)是實(shí)施模塊化設(shè)計(jì)的前提，形成模塊化產(chǎn)品或系統(tǒng)則是模塊化的最終歸宿。 ? ?

由于模塊化推進(jìn)了創(chuàng)新的速度，使得企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者對競爭者的舉動做出的反應(yīng)時(shí)間大大縮短。作為一條規(guī)則，管理者不得不更加適應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的各種發(fā)展，僅僅了解直接競爭廠商的競爭戰(zhàn)略是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這個(gè)產(chǎn)品的其他模塊的創(chuàng)新及行業(yè)內(nèi)部易變的聯(lián)盟都有可能招致激烈的競爭。模塊是產(chǎn)品知識的載體，模塊的重用就是設(shè)計(jì)知識的重用，大量利用已有的經(jīng)過試驗(yàn)、生產(chǎn)和市場驗(yàn)證的模塊，可以降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品的可靠性和設(shè)計(jì)質(zhì)量。模塊功能的獨(dú)立性和接口的一致性，使模塊研究更加專業(yè)化和深入，可以不斷通過升級自身性能來提高產(chǎn)品的整體性能和可靠性，而不會影響到產(chǎn)品其他模塊。模塊功能的獨(dú)立性和接口的一致性，使各個(gè)模塊可以相對獨(dú)立地設(shè)計(jì)和發(fā)展，可以進(jìn)行并行設(shè)計(jì)、開發(fā)和并行試驗(yàn)、驗(yàn)證。模塊的不同組合能滿足用戶的多樣性需求，易于產(chǎn)品的配置和變型設(shè)計(jì)，同時(shí)又能保證這種配置變型可以滿足企業(yè)批量化生產(chǎn)的需求。

設(shè)計(jì)和零部件的重用可以大大縮短設(shè)計(jì)周期；并行的產(chǎn)品開發(fā)和測試可以大大縮短設(shè)計(jì)周期；利用已有成熟模塊可大大縮短采購周期、物流周期和生產(chǎn)制造周期，從而加快產(chǎn)品上市時(shí)間；如果劃分模塊時(shí)考慮到企業(yè)售后服務(wù)的特定需求，同樣可以縮短服務(wù)周期和耗費(fèi)資源時(shí)間。模塊和知識的重用可以大大降低設(shè)計(jì)成本；采用成熟的經(jīng)過驗(yàn)證的模塊，可以提高采購批量，降低采購和物流成本；采用成熟的經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證的模塊，可以大大減少由于新產(chǎn)品的投產(chǎn)對生產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)整的頻率，使新產(chǎn)品更容易生產(chǎn)制造，可以降低生產(chǎn)制造成本；產(chǎn)品平臺中及平臺之間存在大量的互換模塊，可以降低售后服務(wù)成本。

模塊化有利于企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)分工，規(guī)范不同團(tuán)隊(duì)間的信息接口，進(jìn)行更為深入的專業(yè)化研究和不同模塊系統(tǒng)的并行開發(fā)；抽象平臺和模塊的建立，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品模塊結(jié)構(gòu)之間的交互，使并行工程擁有實(shí)施的根基，工藝、財(cái)務(wù)、采購和售后服務(wù)可以在產(chǎn)品研發(fā)早期就介入產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的模塊接口有利于形成產(chǎn)品的供應(yīng)商規(guī)范，有利于產(chǎn)業(yè)分工的細(xì)化。

所謂的模塊化設(shè)計(jì)，簡單地說就是將產(chǎn)品的某些要素組合在一起，構(gòu)成一個(gè)具有特定功能的子 系統(tǒng)，將這個(gè)子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進(jìn)行多種組合，構(gòu)成新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列產(chǎn)品。模塊化設(shè)計(jì)是綠色設(shè)計(jì)方法之一，它已經(jīng)從理念轉(zhuǎn)變?yōu)檩^成熟的設(shè)計(jì)方法。將綠色設(shè)計(jì)思想與模塊化設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來，可以同時(shí)滿足產(chǎn)品的功能屬性和環(huán)境屬性，一方面可以縮短產(chǎn)品研發(fā)與制造周期，增加產(chǎn)品系列，提高產(chǎn)品質(zhì)量，快速應(yīng)對市場變化；另一方面，可以減少或消除對環(huán)境的不利影響，方便重用、升級、維修和產(chǎn)品廢棄后的拆卸、回收和處理。

模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目的是以少變應(yīng)多變，以盡可能少的投入生產(chǎn)盡可能多的產(chǎn)品，以最為經(jīng)濟(jì)的方法滿足各種要求。由于模塊具有不同的組合可以配置生成多樣化的滿足用戶需求的產(chǎn)品的特點(diǎn)，同時(shí)模塊又具有標(biāo)準(zhǔn)的幾何連接接口和一致的輸入輸出接口，如果模塊的劃分和接口定義符合企業(yè)批量化生產(chǎn)中采購、物流、生產(chǎn)和服務(wù)的實(shí)際情況，這就意味著按照模塊化模式配置出來的產(chǎn)品是符合批量化生產(chǎn)的實(shí)際情況的，從而使定制化生產(chǎn)和批量化生產(chǎn)這對矛盾得到解決。

雖然模塊化的進(jìn)程中充滿荊棘，但它給企業(yè)帶來飛一樣的創(chuàng)新速度注定了模塊化是以后的發(fā)展趨勢。模塊化不僅加快了變革的速度，增大了競爭的壓力，它還改變了企業(yè)間的關(guān)系。在殘酷的創(chuàng)新競爭中，如何在本行業(yè)中奪取更多的市場份額就顯得極為重要。一個(gè)企業(yè)作為某個(gè)需要不斷創(chuàng)新的行業(yè)中由百個(gè)企業(yè)組成的模塊制造商群體的一員，與作為由少數(shù)幾個(gè)企業(yè)占據(jù)壟斷優(yōu)勢的穩(wěn)定發(fā)展的行業(yè)中的成員有著很大的區(qū)別，沒有任何一種發(fā)展戰(zhàn)略是永遠(yuǎn)奏效的。模塊化市場的雙重結(jié)構(gòu)要求企業(yè)經(jīng)理在兩種主要的發(fā)展戰(zhàn)略中做出慎重選擇：企業(yè)作為總設(shè)計(jì)師為多個(gè)模塊構(gòu)成的產(chǎn)品確立設(shè)計(jì)和生產(chǎn)原則；企業(yè)也可以作為模塊制造商為用戶提供高性價(jià)比的模塊產(chǎn)品，以性能和價(jià)格在市場上擊倒同類廠商。在制造行業(yè)中模塊化的應(yīng)用已非常普遍，如汽車工業(yè)和飛機(jī)制造等?，F(xiàn)在，一些公司正在把模塊化這個(gè)理論擴(kuò)展到產(chǎn)品生產(chǎn)和服務(wù)的設(shè)計(jì)上來，有些看似和模塊化根本不著邊際的行業(yè)也在嘗試著移植模塊化理論，提高自身的創(chuàng)新速度。

產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)就是將產(chǎn)品分成幾個(gè)部分，也就是幾個(gè)模塊，每一部分都是具有獨(dú)立功能

所謂的模塊化設(shè)計(jì)，簡單地說就是將產(chǎn)品的某些要素組合在一起，構(gòu)成一個(gè)具有特定功能的子系統(tǒng)，將這個(gè)子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進(jìn)行多種組合，構(gòu)成新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列產(chǎn)品。

模塊化產(chǎn)品是實(shí)現(xiàn)以大批量的效益進(jìn)行單件生產(chǎn)目標(biāo)的一種有效方法。產(chǎn)品模塊化也是支持用戶自行設(shè)計(jì)產(chǎn)品的一種有效方法。產(chǎn)品模塊是具有獨(dú)立功能和輸入、輸出的標(biāo)準(zhǔn)部件。這里的部件，一般包括分部件、組合件和零件等。