模块化设计的工作程序

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《标准化专业工程师手册》第79页（3640字）

模块化设计包括前后两个过程：(1)模块系统的设计与建立(图3．5－3)；(2)模块化新产品的产生(图3．5－6)。

图3．5－3 模块系统的设计与建立

1．确定需求和设计任务书

产品模块化的目的是以尽可能少的品种和规格的模块，组成尽可能多种类和规格的产品，以最低成本满足市场不同需求。因此，应首先作市场调查。在此基础上，分析、确定模块化产品主要技术性能的系列范围，作为模块设计的依据。

(1)市场调查和需求分析

市场调查和需求分析主要目的是确定模块化产品的性能、规格范围，适应市场和用户需求。这里用户有两种情况：

①对于独立提供市场的产品，调查对象是该类产品的直接用户；

②对于为复杂系统配套的产品，例如为飞机或舰船配套的机载设备或舰载设备，首先应满足主机配套的需求。

产品需求分析不但要考虑当前市场需求，更要从国内外技术发展趋势，预测未来需求，只有这样才能保证模块化产品的先进性。

(2)确定产品主参数和系列范围(确定设计任务书)

市场调查和需求分析的结果应确定产品及其主参数的系列，为模块设计提供直接依据。若模块化设计所覆盖的产品种类和规格多，则企业对市场需求的适应能力和应变能力强，有利于占领市场和增强竞争能力，但同时模块设计的难度和工作量相应加大，反之亦然。

主参数是表示产品主要性能规格大小的参数，它是产品最基本的参数，是决定模块种类多少、范围大小的决定性要素。

2．产品功能分解

要推行模块化设计，首先应将产品分解为若干模块，然后设计、研制、制造，建立模块系统，供组合设计产品之用。

因为模块是产品的组成部分，为完成产品部分功能而存在，所以在进行模块的划分之前，首先应对产品进行功能分解和分析。

例如：普通车床的功能可分解为如图3．5－4；

图3．5－4 普通车床功能分解图

3．划分模块

按以上的功能分解就可以进行模块的划分。

模块的划分，首先应考虑模块能完成系统赋予该模块的功能。其次，应考虑模块能广泛使用于各种产品，满足横系列模块化、纵系列模块化的需要；再次，还应考虑组织模块的生产、试验和贮存的方便性。

因此，划分和构成的模块应具备以下条件：

(1)功能性。即任何模块都必须具有特定的功能，能完成前述功能分解时，系统赋予该模块的特定任务。

(2)独立性。即任何模块在具备特定功能的同时，还具备相对独立的结构，能单独的组织生产，调试运转和贮存。

(3)通用性。模块的通用性首先是功能的通用，即模块所具有的功能能适应多种产品的需要。当模块的通用性高时，设计和维修时使用的频数就高，则该模块的生产批量就大，技术经济效果就更大。

通用性还表现在结构的典型性上，能和其他模块及部件有良好的接口和联接。所以，模块是一个标准的单元。

(4)可组装性。模块是产品系统分解的产物，是产品的组成部分，最终要回归到产品中去，所以模块必须充分考虑和其他模块及部件的联接，具有良好的传递功能的能力、具有良好的联接接口，能方便地组装成产品。

因此，模块不同于产品的组件(部件)。产品的部件、组件的划分注意的是结构完整性。而模块除此之外更强调功能性，强调通用性。

在电子行业，模块也不能和具有一定功能的电子元器件等同起来。美国空军、海军在70年代提出标准电子模块(StandardElectronic Module)的概念是：模块(Module)是经过优化设计、能完成部分功能的元器件组合，具有无须应用特殊工具就可以从与其相联接的系统中析卸下来，如稳压器、滤波器。

此外，也不是所有组合部分都能组成模块，有些部分的功能是随特定产品而变化的。各型、各规格产品间没有共同性。而只有那些具有共性，可以形成独立结构的部分才能形成模块。所以在图3．5－5中，对整个雷达进行功能分解和分析的基础上，按照构成模块的原则，只对其中框以方框的部分才可以设计、建立模块。

图3．5－5 雷达系统功能分解图

4．模块设计

模块本身的设计就是一个产品或组合件设计，除了要满足预定的功能外，要着重考虑它是通用的分系统或部件，要特别注意相关模块及其结构，注意联接处的结构和物理性能参数的传递和匹配。

模块本身的设计、研制和产品或部件设计、研制一样，要经过加工、试验、鉴定程序，保证达到预定要求。

为了将产品模块化的总体要求和模块功能分解与划分的结果肯定下来，作为模块制造、试验、验收、新产品组装的根据，应编制通用模块的标准规范。模块的设计、研制和其标准规范的编制是一个互相支持、互相补充的过程。通过研制修改完善规范通过规范指导研制。

模块的设计要经过评审、验证、鉴定，考核所设计、研制的模块组成的系统或产品能否达到预定总功能要求，保证总功能不欠缺，不冗余；评审组合的可能性、完美性，必要时进行组合精度分析，若不满意，应对模块的划分和设计进行修改，直到满意为止。

5．模块化新产品的产生

通过模块的组合设计，模块化新产品的产生过程可用图3．5－6表示。

图3．5－6 模块化新产品产生

其主要程序有：

(1)根据特定用户的订货要求或开发市场需要的产品，确定特定产品的技术性能和使用条件；

(2)按新产品所需的技术性能和使用条件将新产品的要求按模块化的功能进行分解和分析；

(3)从模块数据库中选择符合要求的模块，或基本符合要求的模块。

(4)模块的组合设计。新产品组合设计时，要将模块组合、联接。根据模块之间联接的数量不同，联接可分为单向联接、双向联接和多向联接，如图3．5－7。单向联接只有一个连接面，双向联接有两个连接界面，多向连接有多个连接面。

a)单向连接 b)双向连接 c)多向连接

图3．5 －7 模块的组合方式

联接又可分为刚性联接、柔性联接。刚性联接指两模块有直接装配关系，它又包括固定联接和活动联接。柔性连接指通过电缆、管路等的连接。两模块具有间接、物理相关时，往往是柔性联接。

(5)根据组合设计的构思和选用模块的结果，设计专用模块、修改现有模块。

(6)对组合进行分析评审，如分析组合后的功能、精度，联接部分的尺寸、形状、连接方式是否符合要求、是否协调。

(7)试制、鉴定和生产。