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(三)面向模块化的设计（Ⅰ）——经典模块化方法3.1标准化设计3.2模块化概念及其价值3.3模块化产品开发模式3.4模块化的系统分解技法3.5模块系列设计3.6模块化产品设计3.7模块化设计案例分析标准化设计●标准：为了在一定的范围内获得最佳秩序，经协商一致并由公认机构批准，共同使用的或重复使用的一种规范性文件。●企业标准化：为在企业生产、经营、管理范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同的或重复使用的规则的活动。●标准化目的：获得最佳秩序（治乱，使之有序化）和效益。●标准化对象：公用性和复用性的事物和概念，包括物和“非物”（如程序）。●标准化的功能：确保质量；提高工作效率。●标准化的基本方法▲简化：削减多余的、可替代的、低功能的对象。为达到事物的“精炼”和“合理”需把握两个界限：——简化的必要性界限：品种、规格超出了必要的范围。——简化的合理性界限：应达到“总体功能最佳”的目标。即品种构成从全局看效果最佳。▲统一：对标准化对象的形式、功能或其他技术特性所确立的一致性，应与被取代的事物功能等效。标准化设计▲协调：系统中各组成部分或各相关因素相互适应，建立起合理的秩序或相对平衡关系。▲优化：对系统的构成因素及其关系进行选择、设计或调整，使之达到最理想的效果。●标准化的形式▲规范化：使事物典型化、有序化。规范化可视为标准化的初级形式。▲典型化：使简化、统一后的对象具有概括和代表同类事物的基本特征的性质。标准化设计▲通用化：在互相独立的系统中，选择和确定具有功能互换性或尺寸互换性的子系统或功能单元。▲系列化：对同一类产品中的一组产品同时进行标准化。▲模块化：上述方法的综合运用。●标准化的正作用和负作用：标准化有助于确保质量、提高效率，但如果运用不当，也会产生负效果，导致技术和管理的僵化，限制技术进步和创造性思维的发挥。应实行动态标准化。标准化设计●充分利用已有的标准化成果和资源▲标准具有先进性和实用性：标准是一种成熟的、公开的先进资源，可拿来就用，是一笔经济实惠的高水准的财富。▲是通行的共同技术语言是一笔可免费共享(有例外)的巨大财富。▲采用标准是企业上水平的捷径。●全面实施系列化、通用化设计▲产品层次结构的规范化和系列化：——分析、明确并规范产品的层次结构（功能性能、结构模式及尺寸的层次）。标准化设计——层次结构体系可为产品的系列化、通用化设计提供线索和思路；避免产品开发的盲目性，减少产品品种规格；并有助于企业生产过程中各部门的思想统一，有助于生产组织管理。▲产品构成要素的通用化对产品的多种基本要素（例如，元器件、零部件、原材料、性能参数、结构要素等）进行通用化，不仅可减少产品构成要素品种规格，而且可减少相关要素的品种规格。标准化设计●标准件的选用原则▲基本原则：最大限度限制其品种规格。如Inter公司某计算机仅用一种螺钉。简化了产品制造和管理，方便维修。▲紧固件选用原则：——以大代小，以长代短。——采用同一种螺钉头结构，减少工具品种。——选用螺钉组合件，缩短装配时间。——需常拆卸的面板、盖板，采用松不落螺钉。标准化设计——如直接用手拆装，选用滚花头螺钉或蝶形螺母。——在适用的地方，尽可能采用自攻螺钉（免攻丝和修配过孔）。▲连接器选用原则：——尽量采用同一类连接器，以多芯代替少芯，减少品种规格。——选用徒手快速解脱连接器，提高装卸效率。——优先选用有导向、锁紧、护套和系留结构的连接器。标准化设计●模块化的目的和对象▲目的：满足多样化的需求和适应激烈市场竞争，在多品种、小批量的生产方式下，实现最佳效益和质量。▲任务和对象：——优化产品族（系统）的构成模式，以最少的要素组合，构成最多的产品品种。——对象：构成系统或产品族的典型的、成熟的、可通用（重用、复用）的要素。包括：子系统、组件、部件、器件、典型电路、逻辑组件、软件程序、计算方法、文件格式（模板）、接口等等。▲目标：建立模块系统和模块化的对象（产品族）系统。模块化概念及其价值●模块化的功能和价值▲功能：研究一个系统中整体和个体的关系及它们的形成和实施过程。即研究建立模块体系和由模块组合成（产品）系统过程中的特点、规律和方法。▲价值：——21世纪企业竞争的前沿。——现代“大规模定制”生产模式的基础和前提。●模块化过程：是一个有目标、有组织的、动态的活动过程。包括生产技术过程（设计和制造）和生产技术的管理过程。其特点是：模块化概念及其价值▲目的性：有一个明确、清晰的对象目标，有相应的计划和措施支持，否则模块化进程就可能夭折。▲综合性：模块化系统是牵连面甚广的复杂系统，需有多学科专家的通力合作。▲动态性：保持模块化系统的实时性和先进性。充分发挥模块化的优势。——形成和成熟的过程：起初允许同一功能模块的竞争，定型后，则作为企业标准之一，强行实施。以取得批生产的效益。模块化概念及其价值——维护与发展过程：适应市场需求，淘汰过时模块，补充改型模块和新功能模块。——更新换代过程。▲超前性：构建模块化系统，周期较长，投入较大，应高起点并预见到技术发展趋势，才可能有生命力。●模块化设计方法：下面两种方法实质是一样的。▲系统分解组合法：通过对产品族的分析，把其中相同或相似的功能单元或要素分离出来，经归并、集成，统一为一系列的标准单元（模块）；用不同模块的组合构成多样化的产品。模块化概念及其价值▲基本型派生发展法：将产品系统分解成通用部分、准通用部分和专用部分，集中力量设计一种基本型，以其为基础，修改准通用部分，设计专用部分，派生出满足多种需要的产品。●模块化是标准化的高级形式：模块化是标准化原理在应用上的发展，由模块可以直接构成整机以至大的系统，从而在更高层次上实现了简化。它是下述五个方面的综合体。▲结构典型化：模块是一种具有典型性的单元。▲部件通用化：可通用于两种以上产品。▲部件系列化：在基型的基础上派生，适应多样化需求。模块化概念及其价值▲接口规范化：接口参数规范化；有时包括布局规范化（包括模数化）。这是模块互换的基础。▲结构组合化：是模块化产品的装组特点。模块化＝通用化＋系列化＋组合化＋典型化＋接口规范化●狭义模块化与广义模块化▲狭义模块化：按严密的定义和方法开展的产品或系统的模块化工作。▲广义模块化：将模块化作为一种思维方法与工作方法，来分析和解决各种复杂系统的问题。此中，物质的和非物质的通用要素均可视作为模块。此时模块化概念的核心是清晰的，而其轮廓则变得模糊。模块化概念及其价值●模块：是构成系统的具有某种特定功能和接口结构的典型的通用独立单元。其特征为：▲具有相对独立的、不受干扰的特定功能，可以单独考核（运转、调试）、预制、储备，某些模块还可作为商品流通于市场。▲模块是系统的组成部分，它是系统分解的产物。用模块可以组合成新系统，也易于从系统中拆卸和更换。▲模块是一个标准（或通用）单元，模块结构具有典型性、通用互换性或兼容性，并往往可构成系列。▲具有能传递功能、能组成系统的接口（输入、输出）结构。模块化概念及其价值●模块的类型：▲功能模块：具有相对独立的功能，其性能参数（常指线性尺寸外的参数）能满足通用互换或兼容的要求。▲（机械）结构模块：具有尺寸互换性的（机械）结构部件。▲单元模块：是指既具有功能互换性，又具有尺寸互换性，即具有完全互换性的独立功能部件。是二者的综合体。▲集成模块：是小模块的集合，集成可使系统结构简化。模块化概念及其价值●模块化的价值▲模块化是一种富有哲理的新思维方法，用它来分析复杂系统，解决大型问题，可使问题简化，条理分明，进而取得良好的秩序、质量和效益。▲模块化是大规模定制的基础和前提，“是大规模定制产品开发中的关键”，“为了进入大规模定制的模式，要求将产品模块化”，将企业“转向模块化的企业”。▲模块化是现代标准化的核心和前沿，是解决产品多品种、小批量与周期、质量、成本之间矛盾的有效手段。模块化概念及其价值▲模块化“是对传统的发展思路、设计思想、管理模式的一种冲击，更是一种改革”（总装备部语），是现代企业发展的必然趋势、必由之路，是“21世纪企业竞争的前沿”。▲模块化是一种现代设计方法，可在“高水平继承的前提下，有重点地进行创新”，“是国外武器装备发展的总趋势”。▲模块化是企业产品研发、创新平台建设的核心。美国强调国防科学和技术战略集中的问题之一是“武器平台设计与建造的模块化”。模块化概念及其价值●模块化的效益▲面向速度——快：（例如即插式人造卫星）——基于模块平台：资源共享、继承性强，研发、制造周期短。——产品主要由通用模块组成，可快速上市。▲面向质量——可靠：（例如军用装备新模块不得超过30％）——模块经反复优化，多处应用，其设计可靠性得到多次验证。——模块批量生产，工艺稳定，制造质量有保证。模块化概念及其价值▲面向成本——低：（例如定制不收试制费）——模块的大规模生产，取得批生产的效益。——可最大限度减少零部件品种规格，降低全流程成本。——模块是相对稳定的通用部件，易于专业化生产和外包、协作。▲面向用户——满意：（例如施乐复印机）——可满足用户的个性化定制需求。——模块化产品，易于拆装和测试，便于产品的维修和升级。模块化概念及其价值▲面向市场——取得竞争优势——产品构成模式有良好的规划，可实现有序和持续发展。——产品构成具有柔性，对变化的市场和机遇，可作出快速反应。——易于采用新技术、实现创新成果的产业化(体现为新模块)。——可减少低层次的重复劳动，而将精力投向新技术、新产品。——有助于保护企业的技术秘密。●模块化设计的思维特征▲模块化思维的基本特点：将复杂系统化整为零进行处理，把高度困难的任务变得相对容易。模块化概念及其价值▲模块化思维的基本模式：系统＝模块＋接口。▲模块化哲理：以不变或少变(模块体系)应万变(多样化需求)。▲模块化思想：通用化(模块)＋组合化(装配)。▲模块化的方法论基础：系统工程方法（系统的分解和组合）＋标准化方法（规范化、通用化、系列化）。▲模块化产品构成模式：由（通用＋改型＋专用）模块的组合，构成产品族。模块化概念及其价值▲模块化效益原理：创新(市场占有率)＋继承性(生产率）。▲模块化产品生产模式：大规模生产（模块）＋个性化定制组装（产品）。▲模块体系的阶梯式上升：——一个模块体系的建立，投入颇大，应保持相对稳定，以取得批生产效益。——当原有模块系统不能适应技术发展及市场需求时，则需更新换代，跳跃式上升。模块化概念及其价值——当一个模块系统投入使用，新模块系统的预研就开始着手。——由于新旧模块体系具有基本相同的接口体系（遵循同一“设计规则”），在新旧过渡时期，允许混用。▲产品体系的螺旋式上升：——新产品设计中，在保持大多数模块稳定的情况下，更新部分模块，及时满足用户的个性化需求，实现产品的渐进式发展。——可有局部的小跳跃，但新模块一般以不超过30％为限。升级换代属跳跃式上升。模块化概念及其价值模块化产品开发模式●模块化设计特点：与一般产品设计方法有原则上的区别▲面向产品族：一种模块能通用于多种产品。——传统设计：面向某一具体产品；——模块化设计：是面向整个产品族系统。▲由上而下设计：——传统设计：主要着眼于功能设计、详细设计，由下而上。——模块化设计：首先由上而下着眼于产品族系统分解和组合所得的通用模块体系和由模块组合成的产品系统的宏模型设计。▲是标准化设计：模块是部件级通用件，可通用于多种产品。▲两个设计对象：——传统设计的对象是产品；模块化设计有两个对象（模块、产品）。——形成两个专业化的设计、制造体系：1）以设计制造产品为主（整机厂）。2）以设计制造模块为主（模块制造簇群）。模块化产品开发模式▲三个设计层次：——模块化系统总体设计。——模块系统设计。——模块化产品设计。▲三个模块系列：构成模块化产品的三个相互独立、而又相互关联的模块系列。——（电路）硬件模块系列：能通用于产品族的功能单元（如印制板组件）。模块化产品开发模式——（机械）结构模块系列：具有尺寸互换性的通用结构单元（如机柜、插箱、插件）。——软件模块系列：能通用于产品族的功能程序段。▲设计难度大周期长：仅凭经验是不够的，需以系统工程和模块化理论和