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模块化设计在整车设计制造中的应用

2016/11/2    来源:互联网    作者:吴莹  阎笑呜      
关键字:机车车辆设计  模块化  标准化  
介绍产品模块化设计的基本概念,结合整车设计制造的特点,提出对模块化设计应达到的功能和设计要点,并对模块化设计在企业中的应用进行了初步探讨。

引言

    模块化是标准化原理在信息时代的应用发展,就产品结构而言,是特征尺寸模数化、结构典型化、部件通用化、参数系列化、装配组合化的综合体。就企业而言,则是建立以模块化产品平台为基础的模块化运营机制。模块化综合了以往标准化形式的特点,是一种解决复杂系统类型多样化、功能多变的一种标准化形式,有利于减少复杂性,具有创造多样性和多变性特点,是标准化 的高级形式。

1 企业背景

    模块化设计是南车青岛四方机车车辆股份有限公司多年来一直在探索、思考,但并没有实质性进展的一项工作。在每一个新产品设计策划中,要求产品要优先进行标准化、通用化、模块化设计,优先选用标准件、通用件、模块化图纸。但多年来这项工作大多数还是停留在一定层面的要求上,没有很好地付诸实践。

    目前,产品的设计基本采用传统的机械工业产品设计开发程序,按照方案设计、技术设计和施工设计3段设计展开。采用一种自上而下,整车、系统、部件、零件的产品设计思路和方法。产品设计中均以项目为依托,每个项目形成一套完整的产品图样及设计文件。各项目为平行设计,项目之问相同的内容可以互相借用,但这种借用与设计者对前期项目的认知程度有关,设计缺乏有效控制,设计质量难以保证。虽然在设计的同时,本着简化、统一、协调、配套的原则,针对原有产品的成熟零部件进行了部分标准件、通用件的设计工作,对个别的系统和部件作了一些模块化设计尝试,但企业的模块化设计并没有真正系统地开展。

    由于产品品种多、批量小、交货期短、技术水平要求高,一方面要不断通过研发创新来满足客户的不同需求,另一方面还要解决品种、规格的多样化和不同的供应商的不同的接口。设计师的大量精力用于为每一个产品单独编制全套的产品设计图样和设计文件,一方面造成了设计人员非创造性、甚至是低水平的重复劳动,重复错误不断发生,人员、成本的浪费,另一方面产品设计周期明显不足,人员严重不足,这种矛盾El益突出,难以满足快速发展的市场经济的需要。为解决这一问题,尝试开展模块化设计工作,通过邀请模块化设计方面 的专家来开展模块化原理与模块化设计的培训,提高员工对模块化工作的认知以及对模块化设计的核心内容的掌握,为企业逐步开展模块化设计工作提供有效的理论支持。 

2 模块和模块化的内涵

    2.1 模块的内涵

    模块是具有独立功能,具有一致的输入、输出 接口的单元,相关模块的排列组合就可以形成不同的产品,相同种类的模块在产品中可以重复使用和互换。

    2.2 模块化的内涵

    模块化是为满足不同需要,以标准化为基础,通过分解、集合手段,把复杂系统分解为相互独立的具有特定功能的标准化模块,再通过标准的接口把各独立的模块联结为一个完整系统的过程。模块化的特点是结构复杂、功能多变、类型多样。

    2.3 模块化设计的内涵

    模块化设计是指在功能分析的基础上,对一定范围内的不同功能或相似功能,以及对不同性能、不同规格的产品进行分解或组合,形成一系列功能模块,通过模块的选择和组合构成不同的产品,以满足不同需求的一种设计方法。

3 产品模块化设计的要点

    3.1 模块化设计功能分析

    首先,产品模块化设计按照自顶向下研究分类,包括系统级模块、产品级模块、部件级模块、零件级模块。随后再按照功能及加T和组合要求研究分类,包括基本模块、通用模块、专用模块。然后,按照接口组合要求研究分类,包括内部接口模块、外部接口模块。在需求调查的基础上,对产品的构成进行分析,考察其中的功能互换性与几何互换性的关系,并划分基本模块、通用模块或专用模块。以模块为基础进行内部接口、外部接口设计,通过加、减、换、改相应模块构成新的产品,并满足装备产品的功能指标要求。整车设计制造中,模块化设计的具体功能如下。

    (1)满足不同车型及车种,适合不同的设计和工艺结构需要,保证我国不同地区对各种产品的特殊需要。包括适应地区的环境温度差别,适应装饰材料及服务设施的不同档次要求,适应不同的供电型式及配件形式。

    (2)满足不同用户对不同车型的不同要求,以避免频繁修改,从而保证设计及制造质量。

    (3)产品进行模块化后,各部件的接口形式统一,可以相互交换,从而减少运用部门配件品种数量,减少使用成本和管理成本。

    3.2 模块化设计要点

    (1)不同型号间的通用件和基础件,应设计出基础模块。

    (2)同一车种不同车型中的功能相同或相近部位,设计出最大的基本模块。

    (3)对统一配件存在不同厂家的不同型号产品时,尽量统一与之对应的接口环境,如制动阀、配电箱、门、窗等。

    (4)组件图中,原则上不允许出现零件图,应全部为模块图或组成图。便于今后在设计不同车型时,全部按模块图图号和部件图图号拼成。一般情况下,模块均为部件图,很少有组件图,除非大的基础模块(如车钩安装、门、窗安装等)。

责任编辑:马倩
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