产品模块化设计_第2讲_模块化设计的基本概念

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1、机械产品模块化设计陈永亮天津大学机械学院产品设计与制造技术研所(ylchen_tju@tju.edu.cn)第二章模块化设计的基本概念2.1模块和模块化模块(module)是指可组合成系统的、具有某种确定功能和接口的通用独立单元。模块具有以下与一般组件相区别的特征：①模块是由一些零件(或和元器件)共同组成，能独立存在的功能单元，它是系统的组成部分。②模块是包含一定系统功能的功能单元。特定模块所具有的功能与组成系统的其他模块的功能是相对独立的，它的功能的实现不依赖其他模块，也不受其他模块的干扰，即模块间的锅台度最小

2、。③模块是一种标准单元，模块化结构具有典型性、通用性和兼容性，这是模块与一般部件的主要区别。④模块具有构成系统的接口，接口是能传递功能。⑤模块在其功能和结构上具有相似性。模块模块是一组同时具有相同功能和相同结合要素、而具有不同性能或用途甚至不同结构特征、但能互换的单元。模块的结构特点：模块组合应具有相同的结合要素，包括联结部形状、尺寸、联接件之间的配合或啮合参数等。模块的特征（1）模块应具有相对独立性。相对独立的功能。相对独立的结构。（2）标准性。是一种标准单元，具有互换性和兼容性（3）层次性。一级模块；二级模块

3、，…，组件，零件…（4）模块能适应市场需求变化，具有对产品快速应变能力。为此模块应具有通用性；具有互换性；满足产品系列化的要求。(5)具有能构成系统的接口。模块的标准化原理•典型化：标准化前提，确定产品系统典型模式（功能，结构）•通用化：模块化的基本特性，通过接口的输入和输出实现•系列化：形成模块化系统的必要条件•模数化：模块尺寸互换和布局的基础（要符合标准化中的参数系列优先数系和模数数系）•组合化：模块化产品的构成特性。模块接口•模块接口：模块接口是有着相互结合关系的模块在结合部位存在的具有一定几何形状、尺寸和

4、精度的边界结合表面。结构模块组合时描述相互间几何、物理关系的结合面为模块接口。模块接口是模块可组合的依据。模块接口的标准化决定着模块的通用化程度。模块化设计中接口技术主要包括两个方面内容：1，接口本身的设计/加工技术，包括接口的可靠性、可装配性、加工工艺等；2，模块化设计中接口的管理技术，包括标准化、编码、接口数据库管理、模块组合可靠性测试等。广义接口：输入输出模块接口的功能与接口方式•接口由两部分组成(1)物质、能量、信息的输入／输出部分；(2)转换、调整部分。•接按照其转换、调整的功能，可分为4种•a)零接口

5、不进行任何转换、调整，照原祥把输入连接到输出•b)被动接口只用接受部分进行转换、调整•c)能动接口含有能动部分的接口•d)智能接口能适应变化情况改变接口条件接口的方式(1)机械接口(2)电气接口(3)机电接口(4)其他物理量与电量的接口模块接口面几何图谱WLWDHL矩形平面型式圆形平面型式平面导轨型式W2D1Lw1W2H2H1L1D2L2平面T型槽型式圆环平面型式平面矩形环型式W1机床类产品模块的接口面几何图谱模块的分类按表现形式分：硬件模块和软件模块；按互换性分：功能模块，结构模块，单元模块（功能、尺寸均互换）

6、按层次分：分级模块，集成模块按二分法分：通用和专用模块；基型和变型模块；主模块和辅模块(1)功能模块功能模块是具有相对独立的功能、并具有功能互换性的功能部件，其性能参数和质量指标(常指线性尺寸以外的特性参数)能满足通用、互换或兼容的要求。即两种或两种以上的不同模块，在实用范围内具有同样的效能，或者说它们的使用功能具有等效性和可置换性。(2)(机械)结构模块结构模块具有尺寸互换性的(机械)结构部件，其安装连接部分的几何参数满足某种规定的要求，而能保证通用互换或兼容。(3)单元模块单元模块是既具有功能互换性，又具有尺

7、寸互换性，即具有完全互换性的独立功能部件。它是由功能模块和结构模块相结合形成的单元标准化部件，是二者的综合体。例如电子设备中的通用电源插箱、通用风机插箱、组合机床中的动力头等。模块化的定义•从系统的观点出发研究产品的构成形式，用分解和组合方法，建立模块体系，运用模块组合或产品平台派生成产品，获得最佳效益的全过程。•宗旨：效益（社会、经济）•方法：系统分解和组合•目标：建立模块和对象系统，在CAD环境下建立CAMD系统模块化(modularity)是标准化思想在产品部件级的应用。模块化既是一种思维方式，也是一种产品

8、开发方法。在产品开发过程中，模块化是这样一个过程；通过对某一类产品系统的分析研究，把其中具有相同或相似功能的单元分离出来，用标准化原理进行统一、归并、简化，以通用单元(模块)的形式独立存在，然后用不同组合规则将模块组合成多种新产品的一个分解和组合的过程。模块化系统的分类（1）按产品中模块使用多少分类①纯模块化系统一个完全由模块组合成的模块化系统。②混合系统一个由模块和非模