現(xiàn)代設(shè)計方法之模塊化設(shè)計

現(xiàn)代設(shè)計方法之模塊化設(shè)計主講人：陳少軒模塊化設(shè)計Modulardesign

模塊化定義模塊化設(shè)計方式模塊化回顧與發(fā)展模塊化三大特征模塊化設(shè)計案例01.模塊化定義Modulardefinition什么是模塊化模塊：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。01.模塊化定義Modulardefinition模塊化定義模塊化設(shè)計：在對產(chǎn)品進行市場預(yù)測、功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計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)計方法稱為模塊人化設(shè)計。02.模塊化設(shè)計方式Modulardesignapproach模塊化設(shè)計方式1）橫系列模塊化設(shè)計: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。02.模塊化設(shè)計方式Modulardesignapproach模塊化設(shè)計方式2）縱系列模塊化設(shè)計:在同一類型中對不同規(guī)格的基型產(chǎn)品進行設(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)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。02.模塊化設(shè)計方式Modulardesignapproach模塊化設(shè)計方式3）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設(shè)計了。德國沙曼機床廠生產(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。02.模塊化設(shè)計方式Modulardesignapproach模塊化設(shè)計方式4）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。02.模塊化設(shè)計方式Modulardesignapproach模塊化設(shè)計方式5）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。03.模塊化三大特征Modularthreebigcharacteristics相對獨立性可以對模塊單獨進行設(shè)計、制造、調(diào)試、修改和存儲，這便于由不同的專業(yè)化企業(yè)分別進行生產(chǎn)03.模塊化三大特征Modularthreebigcharacteristics模塊接口部位的結(jié)構(gòu)、尺寸和參數(shù)標準化，容易實現(xiàn)模塊間的互換，從而使模塊滿足更大數(shù)量的不同產(chǎn)品的需要通用性03.模塊化三大特征Modularthreebigcharacteristics有利于實現(xiàn)橫系列、縱系列產(chǎn)品間的模塊的通用，實現(xiàn)跨系列產(chǎn)品間的模塊的通用互換性04.模塊化回顧與發(fā)展Modularreviewanddevelopment▲原始模塊化▲經(jīng)典模塊化▲現(xiàn)代模塊化▲模塊化時代04.模塊化回顧與發(fā)展Modularreviewanddevelopment▲原始模塊化語言革命：語言是人有別于動物的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，漢語語音（包括四聲）共有415個，經(jīng)組合能表達極其復(fù)雜的內(nèi)容。04.模塊化回顧與發(fā)展Modularreviewanddevelopment▲原始模塊化文字革命：每一個漢字都具有特殊的形態(tài)和特定意義，文字組合可形成表達不同思想的文件。漢字是公用的通用單元。04.模塊化回顧與發(fā)展Modularreviewanddevelopment▲原始模塊化印刷革命：活字印刷術(shù)加速了信息的傳播，極大地推進了人類社會的進步。用字模排版印刷，拆版后通用的活字可復(fù)用。04.模塊化回顧與發(fā)展Modularreviewanddevelopment▲原始模塊化中醫(yī)中藥的模塊化實質(zhì)：具有特定性味（功能）的中藥（通用模塊）由醫(yī)師（設(shè)計師）據(jù)病情（需求）組配成藥方（產(chǎn)品）。04.模塊化回顧與發(fā)展Modularreviewanddevelopment▲原始模塊化上述所采取的方法是相同的，就是將具有獨立功能的個體，按不同需要進行新的組合。其基本構(gòu)成模式都是產(chǎn)品＝模塊＋接口04.模塊化回顧與發(fā)展Modularreviewanddevelopment▲20世紀初▲1920年▲1923年

▲50年代▲經(jīng)典模塊化建筑業(yè)出現(xiàn)可以自由組合的建筑單元德國等設(shè)計出塊化銑床和車床；隨后，機床設(shè)計普遍采用了模塊化模式為解決成套電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的通用互換問題，美國制定了機箱面板和機架尺寸系列標準，后升級為IEC標準，沿用至今歐美提出模塊化設(shè)計概念，擴展應(yīng)用到軍用裝備、艦船等設(shè)計。例如，1956年美國推出的機載模塊化電子設(shè)備的ATR系列，后為世界各國所采用，并擴展應(yīng)用與坦克等系統(tǒng)02.模塊化回顧與發(fā)展Modularreviewanddevelopment▲現(xiàn)代模塊化

——1964年IBM360模塊型電腦系統(tǒng)的誕生，是一個有里程碑意義的事件。它導(dǎo)致硅谷計算機產(chǎn)業(yè)群的興起?！鼓K化設(shè)計理論得以升華和普及?，F(xiàn)代模塊化＝傳統(tǒng)模塊化＋設(shè)計規(guī)則04.模塊化回顧與發(fā)展Modularreviewanddevelopment▲模塊化時代

模塊化理論的深化和在更高層次上和更廣泛范圍內(nèi)的運用。由經(jīng)濟學(xué)家推動。處理復(fù)雜系統(tǒng)問題的有效方法

——由模塊化設(shè)計延伸到模塊化企業(yè)。

——模塊化原則和方法引入經(jīng)濟學(xué)、管理學(xué)領(lǐng)域。

——產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的配置、調(diào)整：模塊化培育“模塊簇群”，推動產(chǎn)業(yè)升級，改變現(xiàn)存產(chǎn)業(yè)、企業(yè)的結(jié)構(gòu)，具有十分強大的沖擊力。04.模塊化回顧與發(fā)展Modularreviewanddevelopment●社會需求的多樣化和個性化

▲生活水平和教育水準的提高，人們的愛好‘需求、審美觀、價值觀等逐漸向個性化發(fā)展，喚起了多樣化的消費心態(tài)。

▲市場的激烈競爭，促使各企業(yè)不惜標新立異，開發(fā)出品種繁多的新產(chǎn)品，以適應(yīng)市場需求的多變和提高市場的占有率。▲原因

●經(jīng)濟全球化、生產(chǎn)分散化和企業(yè)再造工程的興起

▲隨著經(jīng)濟全球化，世界市場變得越來越開放，協(xié)作成為經(jīng)濟結(jié)合的流行方式，跨國經(jīng)濟將成為21世紀的主導(dǎo)。

▲生產(chǎn)的分散化和專業(yè)化：企業(yè)的生存取決于它的技術(shù)能力和應(yīng)變能力，小企業(yè)經(jīng)營靈活，采用先進技術(shù)，隨著技術(shù)更新的加快，大批中小企業(yè)興起，形成生產(chǎn)的專業(yè)化和社會化。

▲企業(yè)再造和企業(yè)重組：以增強企業(yè)競爭能力和抗風險能力。04.模塊化回顧與發(fā)展Modularreviewanddevelopment▲原因

●時間已成為成為競爭的主要因素

▲時間緊縮：技術(shù)開發(fā)時間、產(chǎn)品壽命周期和投資回報周期的間隔迅速縮短?！a(chǎn)品的成本和質(zhì)量雖然仍是競爭的重要因素，但隨著先進生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備的普遍采用，企業(yè)間的產(chǎn)品質(zhì)量日趨接近，新產(chǎn)品的投放速度和交貨期已成為決定競爭勝負的最關(guān)鍵因素。04.模塊化回顧與發(fā)展Modularreviewanddevelopment▲原因

●技術(shù)集成

▲功能集成：當今隨著技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)、計算機技術(shù)已滲透到各個領(lǐng)域，市場上任何一種產(chǎn)品都是一系列不同技術(shù)（功能）的集合體。

▲系統(tǒng)集成：現(xiàn)代的各種技術(shù)系統(tǒng)都是多種技術(shù)設(shè)備的綜合體，用戶希望一個企業(yè)不僅是提供一種主產(chǎn)品，而能提供相關(guān)的成套設(shè)備和系統(tǒng)集成服務(wù)。04.模塊化回顧與發(fā)展Modularreviewanddevelopment▲原因

05.模塊化設(shè)計案例Modulardesigncase模塊化設(shè)計案例（一）05.模塊化設(shè)計案例Modulardesigncase模塊化設(shè)計案例（一）工作臺不升降銑床的模塊化架構(gòu)05.模塊化設(shè)計案例Modulardesigncase模塊化設(shè)計案例（二）拼合式結(jié)構(gòu)05.模塊化設(shè)計案例Modulardesigncase機柜分解為模塊Intel計算機的模塊化組成模塊化設(shè)計案例（二）05.模塊化設(shè)計案例Modulardesigncase模塊化設(shè)計案例（三）標準元件組成不同艙室05.模塊化設(shè)計案例Modulardesigncase模塊化設(shè)計案例（四）●模塊化房屋：1－板塊安裝接頭；2－門口；3－樓梯(間)；4－內(nèi)隔墻板塊；5－窗口；6－混凝土地板塊；7－外墻板塊。05.模塊化設(shè)計案例Modulardesigncase模塊化設(shè)計案例（五）●模塊化手機

▲模塊化手機，是一類允許用戶自行更換配件的智能手機，就像PC時代的DIY，用戶自己選購手機處理器、攝像頭、內(nèi)存、通信模塊、無線模塊等配件，組成一臺從外觀到性能上能符合自己要求的智能手機。●谷歌ProjectAra：▲谷歌首批模塊化智能手機將最低約50美元就可以買到，即三種尺寸中體積最小，實現(xiàn)功能最少的那個。只有屏幕、處理器和Wi-Fi模塊的手機，保證最基本的使用。要想插卡打電話或拍照的話，還需要額外購買通信、攝像頭模塊。05.模塊化設(shè)計案例Modulardesigncase模塊化設(shè)計案例（五）▲發(fā)售的產(chǎn)品將包含3種樣式，下圖展示了這3種樣式的模塊排列組合，最小的那個背部為6個模塊，前方還有2個模塊（顯示屏和接收器模組），共計8個模塊。05.模塊化設(shè)計案例Modulardesigncase模塊化設(shè)計案例（五）▲未加入模塊的樣子▲加入模塊的樣子05.模塊化設(shè)計案例Modulardesigncase模塊化設(shè)計案例（五）▲在機身正面，我們可以看到顯示屏和接收器模組，而它的背部空間容納了8個模組，包括攝像頭、電池和microUSB適配器等等?！谀壳暗陌姹井斨?，這些模塊最開始不過是簡單地從側(cè)面插入機身框架當中，不過現(xiàn)在是使用電永磁機制對它們進行固定。05.模塊化設(shè)計案例Modulardesigncase模塊化設(shè)計案例（五）▲ProjectAra在硬件上的優(yōu)勢是消費者具備自主選擇權(quán)，消費者很難碰到一款完全中意的手機，經(jīng)常會忍受一些小缺陷，而在ProjectAra里面，你覺得哪里不爽就可以更換掉?！芏嗳擞惺謾C跌落碎屏的經(jīng)歷，如果是使用模塊化手機，只需要取下破碎的屏幕，更換新的就行，這樣即節(jié)約成本還避免浪費。(手機屏幕也可以模塊化，但是邊框的存在限制了它的發(fā)展。隨著現(xiàn)在電子屏幕邊框的越來越窄，假以時日就能實現(xiàn)屏幕的模塊化，就是局部碎屏替換。)05.模塊化設(shè)計案例Modulardesigncase模塊化設(shè)計案例（五）▲不過現(xiàn)在這個項目還面臨兩個問題，一個是軟件上，ProjectAra雖然支持Android系統(tǒng)，但Android并沒有支持模塊化運行的驅(qū)動程序。不過這似乎也不是什么問題，因為這都是Google自家的事?！嬲膯栴}在于現(xiàn)在的手機外觀略尷尬，體積很大且重，電池的效率也不高。他們明白這都將成為用戶放棄使用的理由，所以還需要繼續(xù)下功夫整合硬件，解決這個問題。05.模塊化設(shè)計案例Modulardesigncase模塊化設(shè)計案例（五）●優(yōu)點▲超低價格：ProjectAra的入門級型號僅為50美元，而且將允許用戶在日后對特定的部件進行升級。這同樣也適用于維修費用：從技術(shù)上講，如果一個部件出了問題，你可以將其替換掉，而不必重新購買一部新手機?！L壽命：如今，大多數(shù)智能手機在問世幾個月之后便已經(jīng)開始顯得過時了。Ara這些模塊化手機背后的整體理念是為用戶提供一個長時間的基礎(chǔ)平臺，以供不斷的升級。▲超高的定制程度：Ara希望帶來完全的可定制性，如果你是硬件狂人，你可