模塊化設(shè)計應(yīng)用實例ppt課件

1、模塊化設(shè)計,小組成員：李文 覃振東 張赟 董焱赫 蔣書偉,Page 2,模塊化方式,2,模塊化設(shè)計的流程,3,4,模塊化設(shè)計簡介及特點,1,5,模塊化設(shè)計在水利工程中應(yīng)用展望,模塊化設(shè)計應(yīng)用實例船閘,Page 3,模塊化設(shè)計簡介,活字印刷術(shù)就是模塊化在產(chǎn)品領(lǐng)域的最早設(shè)計,每個漢字代表一個“模塊”，具有特定的功能和含義，通過語法這個特殊的“接口” 將漢字組織排列起來，構(gòu)成書面文件這個最終的“產(chǎn)品,Page 4,模塊化設(shè)計簡介,迪拜集團(tuán)即將在倫敦西部建成世界第一個模塊化酒店-集裝箱酒店,Page 5,模塊化設(shè)計簡介,模塊：具有一定功能和特定結(jié)合要素的零件、組件或者部件。它是模塊化設(shè)計和制造的基本單

2、元。 模塊化設(shè)計：在是在對一類產(chǎn)品，而不是一個產(chǎn)品進(jìn)行分析規(guī)劃，劃分并設(shè)計出一系列通用部件也就是模塊，通過模塊的靈活選擇和組合構(gòu)成不同的顧客定制的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求。模塊化設(shè)計內(nèi)容主要包括模塊的創(chuàng)建和組合,Page 6,模塊化設(shè)計簡介,模塊化設(shè)計的特點,1、產(chǎn)品更新?lián)Q代快,2、產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)和性能上更為協(xié)調(diào)合理,3、縮短設(shè)計和制造周期,4、具有較大范圍的通用化特征,5、降低了成本,6、維修方便，必要時可以只更新模塊,7、保證產(chǎn)品的性能穩(wěn)定可靠,Page 7,模塊化方式,橫系列模塊 化設(shè)計,縱系列模塊 化設(shè)計,全系列模塊 化設(shè)計,跨系列產(chǎn)品 設(shè)計,模塊化方式,Page 8,模塊化方式,橫系列

3、模塊化設(shè)計 在不改變產(chǎn)品主參數(shù)的條件下，在基型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上更新或添加模塊，形成新的變形品種； 不改變產(chǎn)品主參數(shù)，利用模塊發(fā)展變形產(chǎn)品。這種方式是易實現(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,模塊化立式銑床,Page 9,模塊化方式,縱系列模塊化設(shè)計 產(chǎn)品功能及原理方案相同，結(jié)構(gòu)相似，而參數(shù)尺寸有變化，隨著參數(shù)變化對系列產(chǎn)品劃分合理區(qū)段，同一區(qū)內(nèi)模塊通用；在同一類型中對不同規(guī)格的基型產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計。 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)計復(fù)

4、雜。若把與動力參數(shù)有關(guān)的零部件設(shè)計成相同的通用模塊，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。 因而，在與動力參數(shù)有關(guān)的模塊設(shè)計時，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,Page 10,模塊化方式,全系列模塊化設(shè)計 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。 跨系列產(chǎn)品設(shè)計 橫系列和跨系列模塊化設(shè)計。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

5、設(shè)計了。 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。 全系列和跨系列模塊化設(shè)計。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,Page 11,模塊化產(chǎn)品設(shè)計流程,Page 12,焊接件簡化規(guī)則,外購件簡化規(guī)則,借用子裝配體簡化規(guī)則,模塊化產(chǎn)品設(shè)計流程,模塊化產(chǎn)品設(shè)計流程,模塊化產(chǎn)品設(shè)計流程,模塊化產(chǎn)品設(shè)計流程,Page 16,按功能劃分,按照結(jié)構(gòu)劃分,模塊化產(chǎn)品設(shè)計流程,產(chǎn)品的模塊劃分,Page 17

6、,模塊化產(chǎn)品設(shè)計流程,自頂向下的方法，即從產(chǎn)品的總功能進(jìn)行逐層分解，得到各個分功能對應(yīng)的子功能，進(jìn)而形成產(chǎn)品功能樹； 自底向上法，該法的前提是產(chǎn)品模型已經(jīng)獲得,Page 18,按功能劃分,按照結(jié)構(gòu)劃分,模塊化產(chǎn)品設(shè)計流程,產(chǎn)品的模塊劃分,問題消去法,Page 19,模塊化產(chǎn)品設(shè)計流程,Page 20,模塊化產(chǎn)品設(shè)計流程,Page 21,模塊化產(chǎn)品設(shè)計流程,Page 22,模塊化產(chǎn)品設(shè)計流程,有約束“問題消去法” 所謂有約束如： 用戶個性化組件； 易變零部件； 固定構(gòu)成模塊； 組件屬于同一模塊,Page 23,模塊化產(chǎn)品設(shè)計流程,Page 24,水利工程中構(gòu)件相對于機(jī)械產(chǎn)品的特點,需要定制,模塊

7、化設(shè)計在水利工程中應(yīng)用展望,生產(chǎn)批量小,用途單一,Page 25,模塊化設(shè)計在水利工程中應(yīng)用展望,柔性模塊的拓展,Page 26,柔性模塊,廣義模塊化,模塊化,模塊化設(shè)計在水利工程中應(yīng)用展望,Page 27,模塊化設(shè)計應(yīng)用實例船閘,自20世紀(jì)70年代改革開放以來，隨著國家建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定繁榮，對內(nèi)河水運事業(yè)的投資日益增多。 特別是國家“十二五”規(guī)劃中更是明確加大內(nèi)河水運的投入，為水運建設(shè)發(fā)展帶來了極好的機(jī)遇,三峽五級船閘,葛洲壩三號船閘,Page 28,模塊化設(shè)計應(yīng)用實例船閘,船閘設(shè)計模塊化設(shè)計理念的提出,船閘金屬結(jié)構(gòu)在整個通航建筑物中占有非常重要的地位，它直接決定了船閘的運

8、行效率和安全可靠性。 船閘金屬結(jié)構(gòu)的研發(fā)成本高、用戶定制、尺度大、生產(chǎn)批量小、設(shè)計制造周期長、質(zhì)量控制難的特點，在一定程度上制約了其行業(yè)水平的發(fā)展。在船閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計中，人們需要進(jìn)行大量重復(fù)性繁瑣的計算和繪圖工作；而繪圖工作量要占整個設(shè)計工作量的70%80%。這種情況使工程設(shè)計人員難以集中精力和時間研究新的設(shè)計理論和方法，探索新的材料和工藝，以加速設(shè)計進(jìn)度、提高設(shè)計質(zhì)量、縮短設(shè)計制造周期。 近年來日漸成熟的模塊化設(shè)計理念，為扭轉(zhuǎn)上述局面帶來了新的契機(jī)。船閘金屬結(jié)構(gòu)用途單一，結(jié)構(gòu)形式比較有規(guī)律，具備模塊化設(shè)計的基本條件。模塊化設(shè)計的優(yōu)勢在于它全新的設(shè)計思想和巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價值，可以為船閘金屬結(jié)構(gòu)

9、注入新的設(shè)計理念,三峽閘門金屬結(jié)構(gòu),Page 29,模塊化設(shè)計應(yīng)用實例船閘,船閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計,船閘金屬結(jié)構(gòu)主要由工作閘門、工作閥門、檢修閘門、檢修閥門等組成。其中工作閘門又可分為人字門、三角門、橫拉門、升臥門等，工作閥門可分為平板閥門、弧形閥門等。 在船閘設(shè)計中，根據(jù)不同的使用工況，選擇不同的門型。船閘金屬結(jié)構(gòu)根據(jù)船閘需求定制、生產(chǎn)批量小、結(jié)構(gòu)用途單一的特點，決定了其非標(biāo)設(shè)計的復(fù)雜性。由于每個船閘的水頭、口門不同，因而各個船閘的金屬結(jié)構(gòu)各不相同。因此，船閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造周期普遍較長，質(zhì)量難以控制，這也是制約其行業(yè)發(fā)展的因素之一,模塊是模塊化設(shè)計和制造的基本單元。按照模塊化設(shè)計要求，模塊應(yīng)具

10、有獨立功能和輸入、輸出的標(biāo)準(zhǔn)部件。這里的部件一般是指分部件、組合件和零件等基本元件的組合體。 模塊化設(shè)計分兩步走：先是通過對產(chǎn)品族的分解，建立通用的模塊系列；再用通用模塊來構(gòu)成產(chǎn)品族。它的產(chǎn)品設(shè)計模式可用下式表達(dá)：新產(chǎn)品（系統(tǒng)）=通用模塊（不變部分）+準(zhǔn)通用模塊（改型部分）+專用模塊（新設(shè)計部分,模塊解析,Page 30,模塊化設(shè)計應(yīng)用實例船閘,模塊劃分,經(jīng)分析研究，確定模塊劃分的原則如下,1）盡量減少人字閘門包含的模塊總數(shù)，簡化模塊自身的復(fù)雜程度，以免模塊組合時產(chǎn)生偏差和混亂 2）以有限的模塊數(shù)獲得盡可能多的實用組合方案，以滿足不同工程的實際需求。 3）劃分中務(wù)必使模塊具有一定的功能獨立性和

11、結(jié)構(gòu)完整性。 4）充分考慮模塊間的接口要素，以便于模塊的組合與分離（即裝配和檢修） 5）考慮模塊的劃分對人字閘門安裝精度以及強(qiáng)度、剛度的影響。 6）考慮設(shè)計、制造、安裝的經(jīng)濟(jì)性。 7）力求滿足功能需求的基礎(chǔ)上使人字閘門精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、成本低,Page 31,模塊化設(shè)計應(yīng)用實例船閘,Page 32,模塊化設(shè)計應(yīng)用實例船閘,詳細(xì)的模塊劃分結(jié)果圖,Page 33,模塊化設(shè)計應(yīng)用實例船閘,模塊設(shè)計,在人字閘門模塊劃分的基礎(chǔ)上，對三角形頂樞、鉸接框架式頂樞、楔塊微調(diào)式頂樞、固定式底樞、微動式底樞、楔塊微調(diào)式底樞、弧面門軸柱、弧面斜接柱、平面斜接柱、導(dǎo)卡、限位支承、人行橋、鎖定結(jié)構(gòu)等不同模塊按

12、照不同水頭、不同口門逐步進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，通過不同模塊的特征尺寸模數(shù)化、結(jié)構(gòu)典型化、部件通用化、參數(shù)系列化等具體需求細(xì)化和深化相關(guān)內(nèi)容，形成了船閘金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的基本架構(gòu)，逐步建立了模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)，大大提高了設(shè)計質(zhì)量和工作效率，縮短了設(shè)計周期。 這些成果在工程設(shè)計中的應(yīng)用，在一定程度上減輕了設(shè)計人員的負(fù)擔(dān)，提高了設(shè)計質(zhì)量和效率，達(dá)到批量生產(chǎn)、低成本、短周期、高質(zhì)量的目的,固定式底樞模塊（水頭6 m以上,鉸接框架式頂樞模塊（水頭6 m以上,三角式頂樞模塊（水頭6 m以下,微動式底樞模塊（水頭6 m以下,Page 34,模塊化設(shè)計應(yīng)用實例船閘,模塊集成,人字閘門各模塊集成時，需要考慮各模

13、塊的功能要求，重點研究模塊的連接，使各接口協(xié)調(diào)一致，安全可靠，易于拼裝，保證閘門總體安裝的誤差在控制范圍之內(nèi)。考慮船閘金屬結(jié)構(gòu)的特點及實際功能需求，集成方式優(yōu)先采用螺栓連接和焊接，便于安裝和更換,Page 35,模塊化設(shè)計應(yīng)用實例船閘,船閘金屬結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計的意義,1）有利于提高船閘金屬結(jié)構(gòu)行業(yè)的整體設(shè)計制造水平。 船閘金屬結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計把工程設(shè)計人員從繁瑣復(fù)雜的施工圖修改中解放出來，使其能夠把精力用在對新材料、新技術(shù)、新工藝的研究上,有利于船閘金屬結(jié)構(gòu)的更新?lián)Q代和技術(shù)進(jìn)步，縮短產(chǎn)品設(shè)計和制造周期，大大提高工作效率和工作質(zhì)量。 船閘金屬結(jié)構(gòu)的模塊化制造可以提高加工廠家的專業(yè)化制造水平和批處理工藝，可以縮短制造周期和安裝時間。越來越多的設(shè)計單位和制造廠家專注于自己擅長的核心業(yè)務(wù)，把非核心業(yè)務(wù)外包，由此導(dǎo)致縱向集合型的生產(chǎn)鏈逐漸被一系列用于互補(bǔ)性質(zhì)的核心競爭力的不同獨立實體組成的供應(yīng)鏈取代它們各自提供自己的核心產(chǎn)出，可以降低成本，為知識流動和技術(shù)創(chuàng)新提供社會平臺，促進(jìn)船閘金屬結(jié)構(gòu)行業(yè)設(shè)計制造水平的不斷提高。 2）有利于提高船閘金屬結(jié)構(gòu)