模块化设计方法与要求

20世纪后期，市场竞争推动产品开发，经济的发展促成了需求的多样化。企业只有不断开发出符合市场需求的新产品，才能生存。同时，新产品也日趋复杂化、多样化，产品的经济寿命不断缩短。模块化就是在这样的客观形势下产生的“以不变应万变”或“以少变求多变”的产品开发策略。

模块化最初是制造业提出来的，组合机床可以说是模块化机床的雏形，后来推广到电器制造，仪器、仪表制造和各种高精度测试设备的设计和制造。集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路是电子工业领域最典型也是最杰出的模块化成果。

3.3.6.1　模块化的概念

模块化是以模块为基础，综合了通用化、系列化、组合化的特点，解决复杂系统类型多样化、功能多变的一种标准化形式。

为了更好地理解模块化的概念，首先需要分析什么是模块。模块通常是由元件或子模块组合而成的、具有独立功能的、可形成系列单独制造的标准化单元，通过不同形式的接口与其他单元组成产品，且可分、可合、可互换。有以下两种类型：

1.功能模块

功能模块又可分为：基本功能模块、辅助功能模块、特殊功能模块等，而它们又可根据产品的特点进一步细分为功能更具体的模块。

2.结构模块

依据模块在产品系统中所处的地位和模块之间的关系，可将模块划分为不同等级，称作分级模块。在这个分级体系中通常包括高层模块、分模块（或子模块）、通用模块、专用模块等。高层模块通常是由相应分级系统中低一级的模块组成，最低等级的模块则由元件或分元件组成。

3.3.6.2　模块化类型

模块化通常包括：模块化设计、模块化生产。

1.模块化设计

模块化设计一般有两种形式：一种是对复杂产品或工程，采用模块组合的方法，根据该产品或工程系统功能要求，选择、设计相应的模块，确立它们的组合方式。另一种是在对各种不同类型、不同用途、不同规格产品进行功能分析的基础上，从中提炼出共性较强的功能，据此设计功能模块，目的不仅仅是满足某种产品的需要，而是要它在更广的范围内通用。

（1）模块化设计的步骤。

① 在市场调查基础上明确目标要求（性能和结构等），确定拟覆盖的产品种类和规格范围（确定参数范围和系列型谱）。

② 进行基型产品设计。确定基型产品的结构和功能，提出对高层模块的要求。

③ 进行分系统设计。确定分系统的结构和功能，对构成分系统的模块提出要求。

④ 模块设计。根据分系统的要求，确定模块的结构和功能，对构成模块的元件提出要求。

⑤ 元件设计。根据模块的要求，设计或选用元器件，按尺寸、性能、精度、材料等形成系列并尽量标准化。

（2）模块化设计的管理。(www.xing528.com)

在基型设计的基础上根据需要发展变型。变型设计虽然可以基型为基础，尽量通用，但仍不能脱离功能分析。完成设计的各级、各类模块要建立编码系统，将其按功能、品种、结构尺寸等特点分类编码，进行管理。

2.模块化生产

模块化生产是由模块组装成所需产品的过程。有些产品是在工厂里完成装配之后，运送到用户；有些产品或工程由于规模过于庞大无法整体运输，可将各类模块配套之后，运到现场装配，如模块化变电所、模块化居室、模块化锅炉等。

3.3.6.3　模块化的技术经济意义

模块化不仅是产品开发的标准化方法，也是跨越式发展的新思维、新手段。

（1）模块化产品的派生和更新换代以增减模块的方式实现，使复杂系统简化，设计和组装难度降低，这是以少变求多变的产品开发策略。

（2）模块化基础上的产品开发，主要是集中力量研制新模块和变形模块。取代产品中功能落后的模块，这有利于缩短研制周期、降低开发成本、保证产品的性能和可靠性。

（3）模块化设计、制造是以最少的要素组合最多产品的方法。它可最大限度地减少不必要的重复，又能最大限度地重复利用标准化成果。产品维修和更新换代都可通过模块来实现，不仅快捷方便，而且使用户减少损失，节约资源。

（4）模块化产品的可分解性，模块的兼容性、互换性和可回收再利用等，均属绿色产品的特性。

（5）模块化设计和制造是以最少要素组合最多产品的方法，易于实行大规模定制生产。

（6）被市场认可的模块，就是事实上的标准。

1.简述标准化形式与内容的关系。

2.简化的本质是什么？试举出1~2个生活中需要加以简化的事例。

3.简述统一化与简化的区别、统一化原则。

4.举例说明通用化的好处。

5.简述系列化三个方面之间的区别和联系。

6.简述组合化的特点和实用意义。

7.简述模块化的特点及其技术经济意义。