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研发设计出满足市场的不同需求的现代设计方法

四月 15th, 2019  |  科学

原标题:模块化设计在工程机械产品设计中的应用

style=”font-size: 16px;”>积极推行模块化设计不仅能够满足人们对工程机械产品的个性化、多样化的配置需求,更能积极应对市场竞争,在多品种、小批量的生产方式下,实现最佳的效益和质量。

作者:武晓光

来源:e-works

近年来,随着国民经济的快速发展,工程机械产品市场竞争日趋激烈,客户需求逐渐向产品多样化、个性化发展,为了更快、更好的服务于市场,整机生产和销售企业都面临着前所未有的压力和挑战。工程机械产品研发部门愈来愈注重以多品种、多选装的产品发展策略来应对市场需求,应用模块化设计对工程机械产品进行优化设计,是提升产品研发水平的一条有效途径。

一.模块化设计定义

模块化设计(Building Block Design)
是指在产品研发设计过程中,通过对一定范围内具有不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析,划分类别并设计出一系列功能模块,通过模块的选择和组合可以构成不同的产品组合或研发平台,研发设计出满足市场的不同需求的现代设计方法。

二.模块化设计原则

在现代产品设计研发过程中,模块作为模块化设计和制造的基本功能单元,其具有以下特征:

1.单个模块应具有相对独立性,可以对模块单独进行设计、制造、调试、修改和存储,便于由不同的专业化企业分别进行设计生产;以某型挖掘机的研发设计为例,通过施行模块化设计,可以将该主机部件中具有相对独立性的电气系统、液压系统、传动系统等功能部件通过并行工程实现独立设计。

2.模块之间应具备互换性,加强模块接口部位的结构、尺寸和参数标准化,容易实现模块间的互换与通用,从而使模块能够满足更多批次的不同产品的需要;以某型D系列叉车的研发设计为例,设计人员基于D平台下不同型号叉车的差异化配置要求,将与仪表系统关联密切的操纵系统、防护系统、电气系统等相关部件进行功能细化与分类规范,使仪表系统模块与上述相关系统模块的接口部位结构、尺寸、参数等进行标准化,大大提升了D系列叉车的研发速度,减轻研发人员设计工作量。

3.注重模块通用性,促进有利于产品实现横系列、纵系列间的模块通用,实现跨系列产品间的模块的通用。推进模块化设计其目的在于用尽量少的产品品种和规格来最大限度满足用户的差异化、个性化产品功能需求。因此尽量以最少的模块组装成尽可能多的系列产品,并在满足功能要求的基础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉等优点,其中,模块间的联系尽可能简单,促进模块通用性,提高模块重用率是模块化设计的重要原则。

图片 1

三.模块化设计主要方式

图片 2

01

横系列模块化设计。

保持主机产品主要参数不变,积极利用模块单元发展其变形产品进行设计就属于横系列模块化设计。在工程机械产品研发设计中,针对具有相同功能、不同性能的模块单元,经过标准化及零件通用化规范,使其具有相同的安装基面和相同的安装接口尺寸,才能保证模块的有效组合。这种方式具有实现容易,应用广泛的特点。研发人员通常在其基本型产品基础上更换或添加其它功能模块,形成新的变形产品。例如,以小吨位某型叉车为例,选用B系列某型内燃叉车,其基本型产品采用护顶架防护装置,研发人员通过采用横系列模块化设计,可以将护顶架防护装置改换成司机室防护装置,或配置前置风挡玻璃护顶架防护装置、带警灯护顶架防护装置等,实现优化产品功能配置、满足不同工况环境下的用户需求的目的。

02

纵系列模块化设计。

基于一个研发平台下对某一类型中不同规格的产品进行的设计属于纵系列模块化设计。该系列产品具有主参数不同,动力参数不同,导致其结构形式相似但尺寸不同的特点,纵系列模块化设计与横系列模块化设计相比设计难度高,模块化划分更为复杂。因此在进行纵系列模块化设计时,设计人员通常将产品合理划分为若干个区间,在某一区间内进行纵系列模块化通用。以某型电瓶仓储搬运机某一部件为例,其中用于仓库内货物升降的工作装置按照不同的用户需求,通过研发设计可实现最高起升高度3700mm~6000mm六种不同系列产品。设计人员在研发过程中,将工作装置分别按照是否与动力系统相关,将该部件全系列产品分别划分为上横梁总成、下横梁总成、支座总成等模块,大大缩短产品设计周期、简化设计结构、提高零部件通用化。

03

跨系列模块化设计。

除了发展横系列产品、纵系列产品模块化设计之外,研发人员还可以通过改变产品的其它功能模块,设计出满足不同使用功能的系列产品即属于跨系列模块化设计。例如某型内燃叉车,通过进行模块化设计,变更不同使用功能的属具装置模块,可以跨系列发展成石材搬运机、木材夹抱车以及环卫车等跨系列产品。

04

全系列模块化设计。

全系列模块化设计即横系列、纵系列和跨系列模块化设计的综合运用,其主要体现在基于全系列产品设计基础上对于结构比较类似的跨系列产品的模块化设计上。例如,某平台全系列的冷库搬运车整机结构综上所述,科学地、系统的对全系列产品进行功能分析和结构分析,既要兼顾制造管理方便,具有较与电瓶牵引车除工作装置模块外,主机结构基本相似,因此,可以进行跨系列、全系列模块化设计。

综上所述,科学地、系统的对全系列产品进行功能分析和结构分析,既要兼顾制造管理方便,具有较大的灵活性、通用性,又要考虑到该模块系列将来的扩展及其变型产品的辐射。

四.模块化设计的意义

01

提高工作效率,控制产品成本

在积极施行模块化设计过程中,模块作为产品设计的基础单元,其自身即是产品知识的载体,因此,积极推进模块标准化、通用化的进程,促使模块单元和产品知识的重用过程,能够适度降低设计风险,提高产品的可靠性和设计质量。同时大大提高设计人员工作效率、降低设计成本、缩短设计周期;采用通用化、标准化模块研发系列产品,还能够缩短产品采购周期、物流周期以及生产制造周期,降低产品的采购成本、物流成本、制造成本和日后的产品售后服务成本,为创新产品早日上市提供强有力的技术保障。

02

利于企业分工,实现并行研发

由于模块功能具有独立性和通用性的特点,使得模块化设计研究日益深入与细化,企业研发团队通过不断升级产品模块功能属性,提高产品的整体性能和可靠性。结合笔者的实际调研表明,积极做好模块的标准化、规范化、通用化工作,通过对模块进行不同的组合与配置,更加有利于进行独立设计、并行设计、开发和并行试验与检测。研发人员通过组合不同的功能模块,能够设计生产出满足用户的多样性需求,易于组织设计生产的多功能配置与变型产品,上述产品的这种配置变型可以满足企业批量化生产的需求。发展模块化设计,有利于企业研发团队基于同一平台整体设计的布局下,进行分模块并行设计,加强产品的标准化、规范化工作,明确界定不同团队之间的信息接口,有利于实现企业分工的细化,提高企业管理水平。

03

促进企业产品研发升级

企业的发展是一个长期的历史进程,在这一进程之中,产品创新是企业发展的关键要素。身处于激烈的市场竞争大潮之中,以市场竞争为基本出发点,不断谋求产品创新,不仅要以市场需求为出发点,更应以技术创新作为有力支撑,不断推进企业产品升级,满足市场需求,加快研发差异化、模块化、系列化的产品及研发平台,实现产品价值,为企业实现更大的利润。积极推进模块化设计,不仅能够推进企业产品的升级换代,同时还能够促使企业领导者积极面对市场竞争,对同行业的竞争产品做出快速反应及决策,甚至为企业的未来发展战略、竞争战略产生深远的影响。

五.结语

20世纪中叶以来计算机技术的飞速发展,模块化设计这一新兴的现代设计概念和设计方法迅速在工程机械产品设计中得到广泛应用。其所具备的竞争优势一方面体现在能够解决品种、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的产品,进而使企业实现产品多样化和效益统一。因此积极推行模块化设计不仅能够满足人们对工程机械产品的个性化、多样化的配置需求,更能积极应对市场竞争,在多品种、小批量的生产方式下,实现最佳的效益和质量。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。

END

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