工业设计产品系统设计的应用范文

1模块化设计的定义及发展

产品模块的定义为复合产品的结构单元。模块化产品由不同的构件块或模块共同构成,发挥整体功能效用的机器、组件或元件。模块化产品的优势体现于后期的加工和制造过程中,能够加速产品的研发过程并且降低成本,其衍生产品的研发可直接来源于对模块化产品单个产品的改造。新型的模块化设计已经融入了很多创新元素,之所以被产品系统设计领域所广泛接纳,归结为以下两点原因。①分解复杂系统后,得到的模块其自身就是一个复杂的系统。亚当斯密的古典分工理论将构成大头针的制造过程包含的每个步骤都归结为各自简单的操作。在现代制造业,如笔记本电脑的制造中,可分解为主板,显示屏,OS,连接设施等等,这些模块有各自的界面,逐一连接成一个整体。而这些模块的本体,又可以划分成若干个子模块。②在每个模块的详细设计过程中,具有很大的不可预测性和多变性,即整体的系统规则并不能完全套用到子模块的设计上。在设计的过程中,模块的联系规可自由进化发展,以达到各自的平衡和整体系统的和谐。系统的联系法则对模块的设计具有大局的指导作用,而每个模块独立的连接规则带给了整个系统创新动力。

2模块化设计的分类

模块化的两大优势是零件的标准化和外形的可塑性。故模块化的产品可以进行层次上的划分,成为一个多层次的系统。产品模块在形式上的划分可以分成两大类,其一是根据功能的不同进行的划分,其二是根据生产加工工艺进行的划分,即制造模块。以下是对模块化形式的四种基本分类:悬挂式模块。悬挂式模块是以某个基础性的设备部件为构造母体,通过连接其他的不同部件而能执行不同的任务。即一对一,同一模块出现在系列化产品中的所有个体产品中,每件产品接口一致,平台模块只承担同一种功能。类似的产品模块常被用于产品供电模块中,如安卓手机充电器可通用。负载式模块。负载式模块是以自身提供的标准接口,同时连接不同功能的模块任意组合方式,而完成各个不同的功能。即一对多,一个母体,对应多个子功能模块。这种产品模块的主要应用在卡槽,或卡盒结构上。最常见的就是电脑主板,电脑主板的内存扩展槽,不同容量不同品牌的内存条都可以被主板识别。拼接式模块。拼接式模块通过边界或接触的部分互相连接,所有的模块都通过同一个界面表现出来。各个模块有各自的子功能并互不干扰。其中每个独立模块无法反映整体的完整功能,产品是整个模块的合集,各个部件可能有多个界面。其代表应用如办公家具,多功能工具产品。如瑞士军刀组合了多种工具,包括剪刀,小刀,锉刀,起子等等。混合式模块。混合式模块是各个标准组建之间使用网络状的交织结构,即在整体之中的每一个子单元都必须提供两个或以上的连接点,这也是这种模块类型区别于简单线性连接的最大特征。该系统主要应用于复杂的系统内部。在产品系统中,该模块应用于横梁结构,管道结构等等,如拼接玩具乐高积木之类。

3模块化设计的基本方法及应用

首先,应用模块化设计方法必须对产品进行模块划分。最常见的方法是对产品进行装配性划分。即各个组成模块需要不同的生产厂商进行生产或代加工,以此作为依据的划分。如在电脑一体机的初期设计中,将每个部件分开生产,划分处理,最后整合到一体。这样成本相对单独研发降低了很多,是OEM(原始设备制造商)的一个概念。关于功能的划分,产品的子模块虽然在外形上有所不同,但是其功能是相同的。如台灯的白炽灯和节能灯,灯泡规格、外形不同甚至原理也有差别。但在整体系统中,与之发生连接的模块是相同的。灯泡即可根据功能划分划分成一个子模块。模块划分上,将同一属性的子功能并入同一模块,如电脑的电源系统,包含了电机,变压器,转接线等等。其次,保持各标准化部件的独立性,结合产品在生产和加工上的便利性进行考量,做出合理划分。将划分结果带入产品系统设计整体规划中,按规则对各个模块进行并行设计。使用并行设计可以使得多个模块之间的设计互不干扰,每个子功能模块保持自己的独立性。最终模块之间互相连接,以完成上一层级的子功能,再汇总成为整体的产品。即可以同时运转整个设计系统,又可以对单个组件单独开发,为后续的系列化产品的创新铺平了道路。确定模块之间的交互连接关系,细化功能特性,至此,模块化体系就以建立。在汽车制造业中,产品模块化设计被广泛采用。由于结构的复杂性市场的多变性,汽车制造业的巨头必须确保一定数量的缓冲库存。以梅赛德斯奔驰为例,他们把汽车的结构重新分解为由可大规模生产的模块构,并划分成各自的零件集团。如气囊、空调系统、仪表盘、方向盘等被划分成一个独立驾驶系统模块,并交付于通用汽车旗下的德尔菲汽车系统的工厂进行生产。而德尔菲汽车系统公司对该模块进行了更大的细分,建立了由几十个供应商组成的模块网络。

4总结

产品模块化设计作为产品系统设计体系结构中的核心理论之一,使用先进的设计观念大大缩短了产品开发周期,节约设计成本。在制造业越发发展的今天,只有推广模块化设计方法,才能提升产品设计效率,发挥标准化、通用化的优势,为社会提供更优质的设计。

作者：黄炜夏岩单位：南京工业大学工业与艺术设计学院