广义模块化设计原理及方法-机械工程学报.PDF

第 43 卷第 6 期 机 械 工 程 学 报 Vol.43 No.6 2007 年 6 月 CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Jun. 2007 广义模块化设计原理及方法* 高卫国 徐燕申 陈永亮 章 青 (天津大学机械工程学院 天津 300072) 摘要：针对传统模块化设计的局限性，将参数化设计和变量化分析技术引入模块化设计，提出广义模块化设计方 法，从而拓展模块化设计的应用领域，使其既可适用于系列分级特性比较明显的产品及其产品族的开发，又可满 足工况复杂、大载荷，需要进行结构强度、刚度设计，系列分级特性不明显的机械产品的开发设计。对广义模块 化设计原理、广义产品平台、基于广义模块组合和基于广义产品平台的产品族规划方法进行系统阐述。最后以液 压机广义模块化设计和产品族规划为例，详细说明广义模块化设计的基本原理和方法。 关键词：广义模块化设计 广义产品平台 产品族 参数化设计 中图分类号：TP391.7 ULRICH 等[5]从设计学角度指出了影响模块化 * 0 前言 设计的基本因素：①设计中功能域与物理结构域之 间的对应程度影响模块化的程度。②产品物理结构 模块化设计作为可适应设计和大规模定制中的 间相互影响程度的最小化。SUH[6]从功能－设计参 重要设计方法和核心技术，通过功能模块的不同组 数映射的角度定义了模块化设计：模块化设计是一 合实现产品的用户化和定制化设计，已广泛应用于 种分析结果的产生，以产品、过程和系统的形式表 机床、减速器、计算机、家电和家具等行业[1-2] 。传 现，并满足预定的需求，其方法是选择适当的设计 统模块化设计强调模块的通用化、标准化和系列化， 参数，完成从功能需求域到设计参数域的映射。 一般适用于系列分级特性比较明显的产品及其产品 PAHL 等[4]认为模块化设计是完成从功能需求域到 族的开发；对于工况复杂、大载荷，需进行结构强 模块功能域的映射，然后在考虑模块性能(如尺寸、 度、刚度设计，无明显系列化分级特性的机械产品， 重量等)基础上完成从模块功能域到模块结构域的 如液压机械、起重机械和水力发电机组等，难以应 映射，并按照模块功能的不同，在模块功能域和结 用传统的模块化设计方法[3] 。 构域进行了相应的模块分类定义。 本文回顾了模块化设计理论的研究进展，针对 在模块划分技术的研究方面，ERIXON 等[7]提 传统模块化设计的局限性，将参数化设计和变量化 出了子功能为独立模块的 11 个条件，并以此作为模 分析技术引入模块化设计，系统提出了广义模块化 块划分的通用原则，建立模块识别矩阵(MIM) ，然 设计的概念，拓展了模块化设计理论的应用领域。 后对各功能载体进行聚类。GU 等[8]提出了一种面向 将基于广义模块组合和基于广义产品平台的产品族 产品生命周期工程多目标(易于回收性、可升级、可 规划方法应用于各类产品的模块化设计，最后以非 重复用、重构等) 的模块划分方法，在进行功能结构 定型产品大型液压机为例，详细说明了广义模块化 分析时使用模糊数学中权重的概念，为模块划分从 设计的基本原理和方法。 定性转向定量提供了依据。STONE 等[9]提出了一种