现代设计方法之模块化设计.ppt

现代设计方法之模块化设计主讲人：陈少轩主讲人：陈少轩模块化设计Modular designModular design 模块化模块化定义定义模块化模块化设计方式设计方式模块化模块化回顾与发展回顾与发展模块化模块化三大特征三大特征模块化模块化设计案例设计案例01.模块化定义 Modular definition 什么是模块化模块：模块：一组具有同一组具有同一功能和接合要素一功能和接合要素（指联接部位的形状、（指联接部位的形状、尺寸、联接件间的配尺寸、联接件间的配合或啮合或啮 合等），但合等），但性能、规格或结构不性能、规格或结构不同却能互换的单元。同却能互换的单元。01.模块化定义 Modular definition 模块化定义模块化设计：模块化设计：在对在对在对在对产品进行市场预测、功产品进行市场预测、功产品进行市场预测、功产品进行市场预测、功能分析的基础上，划分能分析的基础上，划分能分析的基础上，划分能分析的基础上，划分并设计出一系列通用的并设计出一系列通用的并设计出一系列通用的并设计出一系列通用的 功能模块；根据用户的功能模块；根据用户的功能模块；根据用户的功能模块；根据用户的要求，对这些模块进行要求，对这些模块进行要求，对这些模块进行要求，对这些模块进行选择和组合，就可以构选择和组合，就可以构选择和组合，就可以构选择和组合，就可以构成不同功能、或功能相成不同功能、或功能相成不同功能、或功能相成不同功能、或功能相 同但性能不同、规格不同但性能不同、规格不同但性能不同、规格不同但性能不同、规格不同的产品。这种设计方同的产品。这种设计方同的产品。这种设计方同的产品。这种设计方法称为模块人化设计。法称为模块人化设计。法称为模块人化设计。法称为模块人化设计。02.模块化设计方式 Modular design approach 模块化设计方式1 1）横系列模块化设计）横系列模块化设计:不改变产品主参数，不改变产品主参数，不改变产品主参数，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，利用模块发展变形产品。这种方式是易实现，利用模块发展变形产品。这种方式是易实现，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，应用最广。常是在基型品种上更换或添加模块，应用最广。常是在基型品种上更换或添加模块，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，更换端面铣床的形成新的变形品种。例如，更换端面铣床的形成新的变形品种。例如，更换端面铣床的形成新的变形品种。例如，更换端面铣床的 铣铣铣铣头，可以加装立铣头、卧铣头、转塔铣头等，头，可以加装立铣头、卧铣头、转塔铣头等，头，可以加装立铣头、卧铣头、转塔铣头等，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。形成立式铣床卧式铣床或转塔铣床等。形成立式铣床卧式铣床或转塔铣床等。形成立式铣床卧式铣床或转塔铣床等。02.模块化设计方式 Modular design approach 模块化设计方式2 2）纵系列模块化设计）纵系列模块化设计:在同一类型中对不同规格的基型产品进行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，设计。主参数不同，动力动力参数也往往参数也往往不同不同，导致导致结构形式和尺寸不同，因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，则可在更大范围模块，则可在更大范围 内通用。内通用。02.模块化设计方式 Modular design approach 模块化模块化设计方式设计方式3 3）横系列和跨系列模块化设）横系列和跨系列模块化设计：计：除发展横系列产品之外，改变某些除发展横系列产品之外，改变某些除发展横系列产品之外，改变某些除发展横系列产品之外，改变某些模块还能得到其它模块还能得到其它模块还能得到其它模块还能得到其它系列产品系列产品系列产品系列产品者，便属于者，便属于者，便属于者，便属于横系列和跨系列模块化设计了。德国沙横系列和跨系列模块化设计了。德国沙横系列和跨系列模块化设计了。德国沙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，曼机床厂生产的模块化镗铣床，曼机床厂生产的模块化镗铣床，曼机床厂生产的模块化镗铣床，除可除可除可除可发发发发展横系列的数控及各型镗铣加工中心外，展横系列的数控及各型镗铣加工中心外，展横系列的数控及各型镗铣加工中心外，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，即可将镗铣更换立柱、滑座及工作台，即可将镗铣更换立柱、滑座及工作台，即可将镗铣更换立柱、滑座及工作台，即可将镗铣床变为床变为床变为床变为 跨系列的落地镗床。跨系列的落地镗床。跨系列的落地镗床。跨系列的落地镗床。02.模块化设计方式 Modular design approach 模块化设计方式4 4）全系列模块化设计：）全系列模块化设计：全系列包括纵全系列包括纵全系列包括纵全系列包括纵系列和横系列。例如，德国某厂生产的工具铣，系列和横系列。例如，德国某厂生产的工具铣，系列和横系列。例如，德国某厂生产的工具铣，系列和横系列。例如，德国某厂生产的工具铣，除可除可除可除可改变为立铣头、卧铣头、转塔铣头等形成改变为立铣头、卧铣头、转塔铣头等形成改变为立铣头、卧铣头、转塔铣头等形成改变为立铣头、卧铣头、转塔铣头等形成横系列产品外，还可改变床身、横梁的高度和横系列产品外，还可改变床身、横梁的高度和横系列产品外，还可改变床身、横梁的高度和横系列产品外，还可改变床身、横梁的高度和长度长度长度长度，得到三种纵系列的产品。，得到三种纵系列的产品。，得到三种纵系列的产品。，得到三种纵系列的产品。02.模块化设计方式 Modular design approach 模块化设计方式5 5）全系列和跨系列模块化设计：）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主要是在全系列基础上用于结构比较类似的跨产品的跨产品的模块化模块化设计上。例如，全系列的龙设计上。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门铣床结构与龙门刨、龙门刨床和龙门导轨磨床相似，磨床相似，可以发展可以发展跨系列模块化设计。跨系列模块化设计。03.模块化三大特征 Modular three big characteristics Modular three big characteristics 相对独立性可以对模块单独进行设计、制造、调试、修改和存储，这便于由可以对模块单独进行设计、制造、调试、修改和存储，这便于由不同的专业化企业分别进行生产不同的专业化企业分别进行生产03.模块化三大特征 Modular three big characteristics Modular three big characteristics 模块接口部位的结构、尺寸和参数标准化，容易实现模块间的互模块接口部位的结构、尺寸和参数标准化，容易实现模块间的互换，从而使模块满足更大数量的不同产品的需要换，从而使模块满足更大数量的不同产品的需要通用性03.模块化三大特征 Modular three big characteristics 有利于实现横系列、纵系列产品间的模块的通用，实现跨有利于实现横系列、纵系列产品间的模块的通用，实现跨系列产品间的模块的通用系列产品间的模块的通用互换性04.模块化回顾与发展 Modular review and development 原始模块化 经典模块化 现代模块化 模块化时代04.模块化回顾与发展 Modular review and development 原始模块化 语言革命：语言是人有别于动语言革命：语言是人有别于动语言革命：语言是人有别于动语言革命：语言是人有别于动物的关键环节，汉语语音（包物的关键环节，汉语语音（包物的关键环节，汉语语音（包物的关键环节，汉语语音（包括四声）共有括四声）共有括四声）共有括四声）共有415415415415个，经组合能个，经组合能个，经组合能个，经组合能表达极其复杂的内容。表达极其复杂的内容。表达极其复杂的内容。表达极其复杂的内容。04.模块化回顾与发展 Modular review and development 原始模块化 文字革命：每一个汉字都具有文字革命：每一个汉字都具有文字革命：每一个汉字都具有文字革命：每一个汉字都具有特殊的形态和特定意义，文字特殊的形态和特定意义，文字特殊的形态和特定意义，文字特殊的形态和特定意义，文字组合可形成表达不同思想的文组合可形成表达不同思想的文组合可形成表达不同思想的文组合可形成表达不同思想的文件。汉字是公用的通用单元。件。汉字是公用的通用单元。件。汉字是公用的通用单元。件。汉字是公用的通用单元。04.模块化回顾与发展 Modular review and development 原始模块化 印刷革命：活字印刷术加速了印刷革命：活字印刷术加速了印刷革命：活字印刷术加速了印刷革命：活字印刷术加速了信息的传播，极大地推进了人信息的传播，极大地推进了人信息的传播，极大地推进了人信息的传播，极大地推进了人类社会的进步。用字模排版印类社会的进步。用字模排版印类社会的进步。用字模排版印类社会的进步。用字模排版印刷，拆版后通用的活字可复用。刷，拆版后通用的活字可复用。刷，拆版后通用的活字可复用。刷，拆版后通用的活字可复用。04.模块化回顾与发展 Modular review and development 原始模块化 中医中药的模块化实质：具有中医中药的模块化实质：具有中医中药的模块化实质：具有中医中药的模块化实质：具有特定性味（功能）的中药（通特定性味（功能）的中药（通特定性味（功能）的中药（通特定性味（功能）的中药（通用模块）由医师（设计师）据用模块）由医师（设计师）据用模块）由医师（设计师）据用模块）由医师（设计师）据病情（需求）组配成药方（产病情（需求）组配成药方（产病情（需求）组配成药方（产病情（需求）组配成药方（产品）。品）。品）。品）。04.模块化回顾与发展 Modular review and development 原始模块化 上述所采取的方法是相同的，上述所采取的方法是相同的，上述所采取的方法是相同的，上述所采取的方法是相同的，就是将具有独立功能的个体，就是将具有独立功能的个体，就是将具有独立功能的个体，就是将具有独立功能的个体，按不同需要进行新的组合。按不同需要进行新的组合。按不同需要进行新的组合。按不同需要进行新的组合。其基本构成模式都是产品模块接口04.模块化回顾与发展 Modular review and development 20世纪初 1920年 1923年 50年代经典模块化建筑业出现建筑业出现建筑业出现建筑业出现可以自由组可以自由组可以自由组可以自由组合的建筑单合的建筑单合的建筑单合的建筑单元元元元德国等设计出块德国等设计出块德国等设计出块德国等设计出块化铣床和车床；化铣床和车床；化铣床和车床；化铣床和车床；随后，机床设计随后，机床设计随后，机床设计随后，机床设计普遍采用了模块普遍采用了模块普遍采用了模块普遍采用了模块化模式化模式化模式化模式为解决成套电为解决成套电为解决成套电为解决成套电子设备结构的子设备结构的子设备结构的子设备结构的通用互换问题，通用互换问题，通用互换问题，通用互换问题，美国制定了机美国制定了机美国制定了机美国制定了机箱面板和机架箱面板和机架箱面板和机架箱面板和机架尺寸系列标准，尺寸系列标准，尺寸系列标准，尺寸系列标准，后升级为后升级为后升级为后升级为IECIECIECIEC标标标标准，沿用至今准，沿用至今准，沿用至今准，沿用至今欧美提出模块化设计欧美提出模块化设计欧美提出模块化设计欧美提出模块化设计概念，扩展应用到军概念，扩展应用到军概念，扩展应用到军概念，扩展应用到军用装备、舰船等设计。用装备、舰船等设计。用装备、舰船等设计。用装备、舰船等设计。例如，例如，例如，例如，1956195619561956年美国推年美国推年美国推年美国推出的机载模块化电子出的机载模块化电子出的机载模块化电子出的机载模块化电子设备的设备的设备的设备的ATRATRATRATR系列，后为系列，后为系列，后为系列，后为世界各国所采用，并世界各国所采用，并世界各国所采用，并世界各国所采用，并扩展应用与坦克等扩展应用与坦克等扩展应用与坦克等扩展应用与坦克等系系系系统统统统02.模块化回顾与发展 Modular review and development 现代模块化 1964196419641964年年年年IBM360IBM360IBM360IBM360模块型电脑模块型电脑模块型电脑模块型电脑系统的诞生，是一个有里程碑系统的诞生，是一个有里程碑系统的诞生，是一个有里程碑系统的诞生，是一个有里程碑意义的事件。它导致硅谷计算意义的事件。它导致硅谷计算意义的事件。它导致硅谷计算意义的事件。它导致硅谷计算机产业群的兴起。机产业群的兴起。机产业群的兴起。机产业群的兴起。使模块化设计理论得以使模块化设计理论得以使模块化设计理论得以使模块化设计理论得以升华和普及。升华和普及。升华和普及。升华和普及。现代模块化传统模块化设计规则04.模块化回顾与发展 Modular review and development 模块化时代 模块化理论的深化和在更高层次上和更广泛模块化理论的深化和在更高层次上和更广泛范围内的运用。由经济学家推动。处理复杂范围内的运用。由经济学家推动。处理复杂系统问题的有效方法系统问题的有效方法 由模块化设计延伸到模块化企业。由模块化设计延伸到模块化企业。模块化原则和方法引入经济学、管理模块化原则和方法引入经济学、管理学领域。学领域。产业结构的配置、调整：模块化培育产业结构的配置、调整：模块化培育“模块簇群模块簇群”，推动产业升级，改变现存产，推动产业升级，改变现存产业、企业的结构，具有十分强大的冲击力。业、企业的结构，具有十分强大的冲击力。04.模块化回顾与发展 Modular review and development 社会需求的多样化和个性化社会需求的多样化和个性化 生活水平和教育水准的提高，人们的爱好生活水平和教育水准的提高，人们的爱好需需求、审美观、价值观等逐渐向个性化发展，唤起求、审美观、价值观等逐渐向个性化发展，唤起了多样化的消费心态。了多样化的消费心态。市场的激烈竞争，促使各企业不惜标新立异，市场的激烈竞争，促使各企业不惜标新立异，开发出品种繁多的新产品，以适应市场需求的多开发出品种繁多的新产品，以适应市场需求的多变和提高市场的占有率。变和提高市场的占有率。原因 经济全球化、生产分散化和企业再造工程经济全球化、生产分散化和企业再造工程的兴起的兴起 随着经济全球化，世界市场变得越来越开放，协随着经济全球化，世界市场变得越来越开放，协作成为经济结合的流行方式，跨国经济将成为作成为经济结合的流行方式，跨国经济将成为21 世世纪的主导。纪的主导。生产的分散化和专业化：企业的生存取决于它的生产的分散化和专业化：企业的生存取决于它的技术能力和应变能力，小企业经营灵活，采用先进技术能力和应变能力，小企业经营灵活，采用先进技术，随着技术更新的加快，大批中小企业兴起，技术，随着技术更新的加快，大批中小企业兴起，形成生产的专业化和社会化。形成生产的专业化和社会化。企业企业 再造和企业重组：以增强企业竞争能力和抗再造和企业重组：以增强企业竞争能力和抗风险能力。风险能力。04.模块化回顾与发展 Modular review and development 原因 时间已成为成为竞争的主要因素时间已成为成为竞争的主要因素 时间紧缩：技术开发时间、产品寿命周时间紧缩：技术开发时间、产品寿命周期和投资回报周期的间隔迅速缩短。期和投资回报周期的间隔迅速缩短。产品的成本和质量虽然仍是竞争的重要因产品的成本和质量虽然仍是竞争的重要因素，但随着先进生产技术和设备的普遍采用，素，但随着先进生产技术和设备的普遍采用，企业间的产品质量日趋接近，新产品的投放企业间的产品质量日趋接近，新产品的投放速度和交货期已成为决定竞争胜负的最关键速度和交货期已成为决定竞争胜负的最关键因素。因素。04.模块化回顾与发展 Modular review and development 原因 技术集成技术集成 功能集成：当今随着技术的发展，电子技术、功能集成：当今随着技术的发展，电子技术、计算机技术已渗透到各个领域，市场上任何一种计算机技术已渗透到各个领域，市场上任何一种产品都是一系列不同技术（功能）的集合体。产品都是一系列不同技术（功能）的集合体。系统集成：现代的各种技术系统都是多种技术系统集成：现代的各种技术系统都是多种技术设备的综合体，用户希望一个企业不仅是提供一设备的综合体，用户希望一个企业不仅是提供一种主产品，而能提供相关的成套设备和系统集成种主产品，而能提供相关的成套设备和系统集成服务。服务。04.模块化回顾与发展 Modular review and development 原因 05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例（一）模块化设计案例（一）05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例（一）模块化设计案例（一）工作台不升降铣工作台不升降铣床的模块化架构床的模块化架构05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例（二）模块化设计案例（二）拼合式结构拼合式结构05.模块化设计案例 Modular design case机柜分解为模块机柜分解为模块IntelIntel计算机的模块化组成计算机的模块化组成模块化设计案例（二）模块化设计案例（二）05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例（三）模块化设计案例（三）标准元件组成不同舱室05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例（四）模块化设计案例（四）模块化房屋：模块化房屋：1板块安装接头；2门口；3楼梯(间)；4内隔墙板块；5窗口；6混凝土地板块；7外墙板块。05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例模块化设计案例（五五）模块化模块化手机手机 模块化手机，是一类允许用户自行更换配件的智能手机，就像PC时代的DIY，用户自己选购手机处理器、摄像头、内存、通信模块、无线模块等配件，组成一台从外观到性能上能符合自己要求的智能手机。谷歌谷歌Project Project AraAra：谷歌首批模块化智能手机将最低约50美元就可以买到，即三种尺寸中体积最小，实现功能最少的那个。只有屏幕、处理器和Wi-Fi模块的手机，保证最基本的使用。要想插卡打电话或拍照的话，还需要额外购买通信、摄像头模块。05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例模块化设计案例（五五）发售的产品将包含3种样式，下图展示了这3种样式的模块排列组合，最小的那个背部为6个模块，前方还有2个模块（显示屏和接收器模组），共计8个模块。05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例模块化设计案例（五五）未加入模块的样子加入模块的样子05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例模块化设计案例（五五）在机身正面，我们可以看到显示屏和接收器模组，而它的背部空间容纳了8个 模 组，包 括 摄 像 头、电 池 和microUSB适配器等等。在目前的版本当中，这些模块最开始不过是简单地从侧面插入机身框架当中，不过现在是使用电永磁机制对它们进行固定。05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例模块化设计案例（五）（五）Project Ara在硬件上的优势是消费者具备自主选择权，消费者很难碰到一款完全中意的手机，经常会忍受一些小缺陷，而在Project Ara里面，你觉得哪里不爽就可以更换掉。很多人有手机跌落碎屏的经历，如果是使用模块化手机，只需要取下破碎的屏幕，更换新的就行，这样即节约成本还避免浪费。(手机屏幕也可以模块化，但是边框的存在限制了它的发展。随着现在电子屏幕边框的越来越窄，假以时日就能实现屏幕的模块化，就是局部碎屏替换。)05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例模块化设计案例（五）（五）不过现在这个项目还面临两个问题，一个是软件上，Project Ara虽然支持Android系统，但Android并没有支持模块化运行的驱动程序。不过这似乎也不是什么问题，因为这都是Google自家的事。真正的问题在于现在的手机外观略尴尬，体积很大且重，电池的效率也不高。他们明白这都将成为用户放弃使用的理由，所以还需要继续下功夫整合硬件，解决这个问题。05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例模块化设计案例（五）（五）优点优点超低价格：Project Ara的入门级型号仅为50美元，而且将允许用户在日后对特定的部件进行升级。这同样也适用于维修费用：从技术上讲，如果一个部件出了问题，你可以将其替换掉，而不必重新购买一部新手机。更长寿命：如今，大多数智能手机在问世几个月之后便已经开始显得过时了。Ara这些模块化手机背后的整体理念是为用户提供一个长时间的基础平台，以供不断的升级。超高的定制程度：Ara希望带来完全的可定制性，如果你是硬件狂人，你可以在每一次最新最强的处理器问世时进行购买。或者是把手机配置保持在中端水平，把摄像头换成最好的。谷歌同时还打算提供3D打印设计，让用户拥有更多的机身颜色选择。05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例模块化设计案例（五）（五）轻松替换的部件：Ara更为独特的地方在于每一个模块是依靠电磁铁。用户在升级时无需任何专业知识或特殊工具。还可以在开机状态下对模组进行替换，用满电的电池替换掉电量即将耗尽的，Ara目前在无电池的状态下可保持运行约2分钟的时间来替换电池。（电容）易于购买：谷歌目前的计划是向消费者直接出售骨架和模块。如果Ara项目成功，你将可以访问在线商店来选择大中小3种尺寸的手机骨架，以及自己想要的模块。此外，在升级之后被替换下来的部件还可以进行转售，这无疑可以帮用户节约一部分开支。05.模块化设计案例 Modular design case模块化设计案例模块化设计案例（五）（五）模块化是在传统设计基础上发展起来的一种新的设计思想，现已成为一种新技术被广泛应用，尤其是信息时代电子产品不断推陈出新，模块化设计的产品正在不断涌现。如何使产品的模块化设计全方位地满足市场的多样化需求，应当引起企业经营者、新产品开发人员及其标准化研究者的高度重视。和谷歌为手机厂商提供了Android这样一个系统平台一样，他们希望通过模块化设计来创造一个活跃的第三方开发者生态系统、降低门槛、提升创新速度并且缩短开发周期。