模块化设计应用实例

模块化设计小组成员：李文覃振东张赟董焱赫蒋书伟Page2模块化方式2模块化设计的流程34模块化设计简介及特点15模块化设计在水利工程中应用展望模块化设计应用实例——船闸Page3模块化设计简介活字印刷术就是模块化在产品领域的最早设计每个汉字代表一个“模块”，具有特定的功能和含义，通过语法这个特殊的“接口”将汉字组织排列起来，构成书面文件这个最终的“产品”。Page4模块化设计简介迪拜集团即将在伦敦西部建成世界第一个模块化酒店---集装箱酒店Page5模块化设计简介模块：具有一定功能和特定结合要素的零件、组件或者部件。它是模块化设计和制造的基本单元。模块化设计：在是在对一类产品，而不是一个产品进行分析规划，划分并设计出一系列通用部件也就是模块，通过模块的灵活选择和组合构成不同的顾客定制的产品，以满足市场的不同需求。模块化设计内容主要包括模块的创建和组合。Page6模块化设计简介模块化设计的特点：1、产品更新换代快2、产品在结构和性能上更为协调合理3、缩短设计和制造周期4、具有较大范围的通用化特征5、降低了成本6、维修方便，必要时可以只更新模块7、保证产品的性能稳定可靠Page7模块化方式横系列模块化设计纵系列模块化设计全系列模块化设计跨系列产品设计Page8模块化方式横系列模块化设计在不改变产品主参数的条件下，在基型产品的基础上更新或添加模块，形成新的变形品种；不改变产品主参数，利用模块发展变形产品。这种方式是易实现，应用最广。常是在基型品种上更换或添加模块，形成新的变形品种。例如，更换端面铣床的铣头，可以加装立铣头、卧铣头、转塔铣头等，形成立式铣床、卧式铣床或转塔铣床等。模块化立式铣床Page9模块化方式纵系列模块化设计产品功能及原理方案相同，结构相似，而参数尺寸有变化，随着参数变化对系列产品划分合理区段，同一区内模块通用；在同一类型中对不同规格的基型产品进行设计。主参数不同，动力参数也往往不同，导致结构形式和尺寸不同，因此较横系列模块化设计复杂。若把与动力参数有关的零部件设计成相同的通用模块，势必造成强度或刚度的欠缺或冗余，欠缺影响功能发挥，冗余则造成结构庞大、材料浪费。因而，在与动力参数有关的模块设计时，往往合理划分区段，只在同一区段内模块通用；而对于与动力或尺寸无关的模块，则可在更大范围内通用。Page10模块化方式全系列模块化设计全系列包括纵系列和横系列。例如，德国某厂生产的工具铣，除可改变为立铣头、卧铣头、转塔铣头等形成横系列产品外，还可改变床身、横梁的高度和长度，得到三种纵系列的产品。跨系列产品设计横系列和跨系列模块化设计。除发展横系列产品之外，改变某些模块还能得到其它系列产品者，便属于横系列和跨系列模块化设计了。德国沙曼机床厂生产的模块化镗铣床，除可发展横系列的数控及各型镗铣加工中心外，更换立柱、滑座及工作台，即可将镗铣床变为跨系列的落地镗床。全系列和跨系列模块化设计。主要是在全系列基础上用于结构比较类似的跨产品的模块化设计上。例如，全系列的龙门铣床结构与龙门刨、龙门刨床和龙门导轨磨床相似，可以发展跨系列模块化设计。Page11模块化产品设计流程市场调查与分析模块化总体设计模块划分、建立模块选择、组合模块生产实施生产工艺标准化原料库存标准化半成品库存标准组装模块Page12焊接件简化规则外购件简化规则借用子装配体简化规则模块化产品设计流程模块化产品设计流程模块化产品设计流程模块化产品设计流程Page16按功能划分按照结构划分模块化产品设计流程产品的模块划分Page17模块化产品设计流程自顶向下的方法，即从产品的总功能进行逐层分解，得到各个分功能对应的子功能，进而形成产品功能树；自底向上法，该法的前提是产品模型已经获得。Page18按功能划分按照结构划分模块化产品设计流程产品的模块划分问题消去法Page19模块化产品设计流程Page20模块化产品设计流程Page21模块化产品设计流程Page22模块化产品设计流程有约束“问题消去法”所谓有约束如：①用户个性化组件；②易变零部件；③固定构成模块；④组件属于同一模块。Page23模块化产品设计流程Page24水利工程中构件相对于机械产品的特点需要定制模块化设计在水利工程中应用展望生产批量小用途单一Page25模块化设计在水利工程中应用展望柔性模块的拓展Page26柔性模块广义模块化模块化模块化设计在水利工程中应用展望Page27模块化设计应用实例——船闸自20世纪70年代改革开放以来，随着国家建设事业蓬勃发展，国民经济持续稳定繁荣，对内河水运事业的投资日益增多。特别是国家“十二五”规划中更是明确加大内河水运的投入，为水运建设发展带来了极好的机遇。三峡五级船闸葛洲坝三号船闸Page28模块化设计应用实例——船闸船闸设计模块化设计理念的提出船闸金属结构在整个通航建筑物中占有非常重要的地位，它直接决定了船闸的运行效率和安全可靠性。船闸金属结构的研发成本高、用户定制、尺度大、生产批量小、设计制造周期长、质量控制难的特点，在一定程度上制约了其行业水平的发展。在船闸金属结构设计中，人们需要进行大量重复性繁琐的计算和绘图工作；而绘图工作量要占整个设计工作量的70%~80%。这种情况使工程设计人员难以集中精力和时间研究新的设计理论和方法，探索新的材料和工艺，以加速设计进度、提高设计质量、缩短设计制造周期。近年来日渐成熟的模块化设计理念，为扭转上述局面带来了新的契机。船闸金属结构用途单一，结构形式比较有规律，具备模块化设计的基本条件。模块化设计的优势在于它全新的设计思想和巨大的技术经济价值，可以为船闸金属结构注入新的设计理念。三峡闸门金属结构Page29模块化设计应用实例——船闸船闸金属结构设计船闸金属结构主要由工作闸门、工作阀门、检修闸门、检修阀门等组成。其中工作闸门又可分为人字门、三角门、横拉门、升卧门等，工作阀门可分为平板阀门、弧形阀门等。在船闸设计中，根据不同的使用工况，选择不同的门型。船闸金属结构根据船闸需求定制、生产批量小、结构用途单一的特点，决定了其非标设计的复杂性。由于每个船闸的水头、口门不同，因而各个船闸的金属结构各不相同。因此，船闸金属结构设计和制造周期普遍较长，质量难以控制，这也是制约其行业发展的因素之一。模块是模块化设计和制造的基本单元。按照模块化设计要求，模块应具有独立功能和输入、输出的标准部件。这里的部件一般是指分部件、组合件和零件等基本元件的组合体。模块化设计分两步走：先是通过对产品族的分解，建立通用的模块系列；再用通用模块来构成产品族。它的产品设计模式可用下式表达：新产品（系统）=通用模块（不变部分）+准通用模块（改型部分）+专用模块（新设计部分）。模块解析Page30模块化设计应用实例——船闸模块划分经分析研究，确定模块划分的原则如下：1）尽量减少人字闸门包含的模块总数，简化模块自身的复杂程度，以免模块组合时产生偏差和混乱2）以有限的模块数获得尽可能多的实用组合方案，以满足不同工程的实际需求。3）划分中务必使模块具有一定的功能独立性和结构完整性。4）充分考虑模块间的接口要素，以便于模块的组合与分离（即装配和检修）5）考虑模块的划分对人字闸门安装精度以及强度、刚度的影响。6）考虑设计、制造、安装的经济性。7）力求满足功能需求的基础上使人字闸门精度高、性能稳定、结构简单、成本低。Page31模块化设计应用实例——船闸Page32模块化设计应用实例——船闸详细的模块划分结果图Page33模块化设计应用实例——船闸模块设计在人字闸门模块划分的基础上，对三角形顶枢、铰接框架式顶枢、楔块微调式顶枢、固定式底枢、微动式底枢、楔块微调式底枢、弧面门轴柱、弧面斜接柱、平面斜接柱、导卡、限位支承、人行桥、锁定结构等不同模块按照不同水头、不同口门逐步进行标准化和系列化，通过不同模块的特征尺寸模数化、结构典型化、部件通用化、参数系列化等具体需求细化和深化相关内容，形成了船闸金属结构专业标准体系的基本架构，逐步建立了模块化设计的基础，大大提高了设计质量和工作效率，缩短了设计周期。这些成果在工程设计中的应用，在一定程度上减轻了设计人员的负担，提高了设计质量和效率，达到批量生产、低成本、短周期、高质量的目的。固定式底枢模块（水头6m以上）铰接框架式顶枢模块（水头6m以上）三角式顶枢模块（水头6m以下）微动式底枢模块（水头6m以下）Page34模块化设计应用实例——船闸模块集成人字闸门各模块集成时，需要考虑各模块的功能要求，重点研究模块的连接，使各接口协调一致，安全可靠，易于拼装，保证闸门总体安装的误差在控制范围之内。考虑船闸金属结构的特点及实际功能需求，集成方式优先采用螺栓连接和焊接，便于安装和更换。Page35模块化设计应用实例——船闸船闸金属结构模块化设计的意义1）有利于提高船闸金属结构行业的整体设计制造水平。船闸金属结构的模块化设计把工程设计人员从繁琐复杂的施工图修改中解放出来，使其能够把精力用在对新材料、新技术、新工艺的研究上,有利于船闸金属结构的更新换代和技术进步，缩短产品设计和制造周期，大大提高工作效率和工作质量。船闸金属结构的模块化制造可以提高加工厂家的专业化制造水平和批处理工艺，可以缩短制造周期和安装时间。越来越多的设计单位和制造厂家专注于自己擅长的核心业务，把非核心业务外包，由此导致纵向集合型的生产链逐渐被一系列用于互补性质的核心竞争力的不同独立实体组成的供应链取代它们各自提供自己的核心产出，可以降低成本，为知识流动和技术创新提供社会平台，促进船闸金属结构行业设计制造水平的不断提高。2）有利于提高船闸金属结构的通用性和互换性，推进船闸金属结构的标准化、系列化。模块化产品设计是基于已建立的通用模型系列，资源共享，继承性强，可减少低层次的重复劳动，产品研发周期短；模块经反复使用、优化，工艺稳定，质量好，可靠性高；模块化产品的通用化、系列化程度高，零部件品种少，可降低全流程成本。因此，模块化设计理念的应用，有利于提高船闸金属结构的通用性和互换性，使船闸金属结构易于维修，可以降低检修时间和减少停航损失，提高船闸管理水平。Page36