模数化

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第116页（4063字）

模数的概念来源于建筑工程。通过对公元前4000～前1000年出土文物和古代遗址的考察，证明模数配合很早就已应用于建筑方面。历代建筑师和工程师，一直应用模数配合原理制订各种不同尺寸的，令人满意的建筑设计。现在，模数的应用早已不仅限于建筑工程领域，在电工、电子、仪器仪表、集装箱、包装箱以及某些机械产品中，都应用模数作为基准尺寸。

1．模数化的基本概念

(1)模数

是指在某种系统(如建筑物、构件或制品)的设计、计算和布局中普遍重复地应用的一种基准尺寸，模数分为两种：

①组合模数以m表示、是组合尺寸的最小基数，应用于以内件为基准的结构，它的数值取决于元件装接的最小尺寸，一般为等差数列1m，2m，3m…，km，k为整数；

②分割模数以M表示，是组合尺寸的最大基数，它的数值取决于最大外件的包容尺寸，应用于以外件为基准的结构。在选定M时，内件的尺寸系列为1M，M／2，M／3……，M／k。

(2)模数制

是指在模数的基础上制订的一套尺寸协调的标准。

我国于1955年颁布了《建筑统一模数制》，1973年修订为国家标准GBJ2－73，规定模数数列有3种(表2．2．4－1)

表2．2．4－1 模数数列表

注：1．1M_o数列幅度用于居住建筑的层高尺寸时，幅度可不限制。

2．3M_o数列幅度用于某些民用建筑或多层厂房的，幅度可延长至7200mm。

①基本模数数列 以100mm为基数，按100mm进级至1500mm，以1M_o表示；

②扩大模数数列分别以300mm、600mm、1500mm、3000mm、6000mm为基数，以3M_o、6M_o、15M_o、30M_o和60M_o表示，扩大模数是基本模数的倍数，

③分模数数列 分别以10mm、20mm和50mm为基数、按10mm、20mm、50mm进级，以1／10M_o、1／5M_o、1／2M_o表示，是基本模数的分数。

在GBJ2－73国家标准中，对于基数值小于10mm的分模数数列，也规定了具体的基数值、数列幅度及适用范围，如表2．2．4－2所示。

表2．2．4－2 基数值小于10的分模数数列表

(3)模数化

是指在系统的设计、计算和结构布局中，制订和使用尺寸协调的标准模数的活动。应用标准模数使产品和建筑物的结构尺寸达到模数配合。当所有的配合尺寸都是模数或是基本模数(M)的倍数时，称为完全的模数配合。模数配合可作为尺寸指南，不但给制造单位提供一套协调的产品尺寸，而且给设计人员提供了可供最佳选择的尺寸，使产品或建筑物具有最佳结构。在电工、电子、仪器仪表工业、集装箱、包装箱工业中应用模数配合，可给设计、生产、使用、维修带来很大的经济效益。它可使设计积木化，大大提高设计效率。

由于构件具有互换性，便于大规模地专业化生产、不仅提高了生产效率，而且大幅度地降低了生产成本。

2．《模数制和尺寸协调指南》

ISO／IEC“模数协调联合工作组”起草了《ISO／IEC模数制和尺寸协调指南》，其主要内容如下：

(1)范围和目的

①根据不同的尺寸组合方式保证产品的尺寸协调，主要解决产品之间的对接和兼容问题；

②品种最佳化即要使生产费用与因不能适应各个用户需要而损失的费用之和最小，该指南中给出了求解的方法；

③这个指南所列数系与工业实践中已长期固定了的数值不相抵触。

(2)模数数列

该指南推荐的模数数列如下：

以N为模数数列的模时，则数列由N至(2N－1)的整数数列倍数而得。例如，模3数系由3个整数3，4，5的倍数重复产生的数列由若干个等差算术序列组成，序列间距值称为模数，如0．25、0．5、1、2等，从一个序列到下一个序列，使模数乘2即得，如0．25×2=0．5、0．5×2=1……模数数列的各项列于表2．2．4－3中。

表2．2．4－3 模数数列的各项

在实际应用中，用尺寸系数乘模数数列，作为实际的尺寸系列。例如，模3数列乘以尺寸系数10mm，得出应用模数，如表2．2．4－4所列。

表2．2．4－4 由模3数列求出的应用模数

我国国家标准《印制电路网格》(GB1360－78)中规定印制电路网格的基本间距为2．5mm，对于一般半导体器件和小型电阻电容，此基本格间距的数值是很适用的。当需要采用更小网格间距时(如集成电路)，可设置辅助格，这时可将应用模数向左延长；1．25mm、0．625mm等。

3．模数的应用

由于模数具有优良的尺寸拼加性，在外包物与内包物之间具有良好的容纳性，因此，在仪器仪表工业中，元件、器件、零部件与机箱、机柜之间，集装箱与包装箱之间等具有尺寸对接关系的积木组装结构制品中具有广泛的应用。

(1)电除尘器的模数(块)化

电除尘器作为一种高效的烟气净化设备，广泛应用于冶金、发电、水泥、造纸、化工、石油、沥青、碳黑和合成纤维等工厂企业，是一种大吨位、小批量、多规格的材料密集型产品。1980年以来，电除尘器的规格越来越多，品种十分繁杂，不利于生产，成本高，质量差，经济效益低。考虑到电除尘器使用的工况条件，运用“模数”概念，采用“模块化设计”方法，将电除尘器的本体结构分成功能模块件和组合模块件，以单室一个电场作为基本单元，把通道数和沉淀板高度作为基本变量参数，组合成各种规格的有效除尘面积的电除尘器本体结构，形成模块化设计的基本系列型谱。

模块化设计的内部构件是由结构模块件组装成的功能模块件的组合式基本单元，设计者选型设计时，只要按用户要求，配制外壳和管道联接部分即可。采用模块化设计方法，不仅解决了制订型式和基本参数的选择，而旦为使用计算机辅助设计系统提供了必要条件。提高了钢材的利用率，使单位钢材的消耗量指标明显下降，如果按年产100m²电除尘器200台计算，每年可节约材料费1848万元。

(2)面板、架和柜的基本尺寸系列

为使机箱、机柜的面板、架和柜的尺寸系列统一，我国制订了国家标准《面板、架和柜的尺寸系列》(GB3047·1－82)，其中对有组拼叠加关系的尺寸，如插箱、插件面板尺寸，除被装入的空间档距两端留有适当的组装间隙外，每个安装件的外形尺寸按下式取值：

外形尺寸=某扩大模数值－组装间隙+公差

对于电力、电信和仪器、仪表等专业产品的面板、架和柜的尺寸系列规定如下：

插箱面板宽度系列尺寸：240，360，(420)，480，(540)600mm。

插箱面板高度〔H〕系列尺寸：该系列为基本摸数MH=20mm的扩大模数系列，如表2．2．4－5所示。

表2．2．4－5 插箱面板高度(H)的扩大模数系列

插件面板、架和柜的尺寸系列详见GB3047·1－84中的规定。

对于电子和核电子仪器等专业产品的面板、架和柜的尺寸系列，该标准规定插箱面板高度尺寸为44．45mm进制的扩大模数系列，如表2．2．4－6所示

表2．2．4－6 插箱面板高度的扩大模数系列U=44．45mm

插箱面板宽度尺寸系列为482．6mm，610mm。其他如插件面板、架和柜的尺寸系列详见标准规定。