現代設計方法之模塊化設計主講人：陳少軒模塊化設計Modulardesign

模塊化定義模塊化設計方式模塊化回顧與發展模塊化三大特征模塊化設計案例01.模塊化定義Modulardefinition什么是模塊化模塊：一組具有同一功能和接合要素（指聯接部位的形狀、尺寸、聯接件間的配合或嚙合等），但性能、規格或結構不同卻能互換的單元。01.模塊化定義Modulardefinition模塊化定義模塊化設計：在對產品進行市場預測、功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列通用的功能模塊；根據用戶的要求，對這些模塊進行選擇和組合，就可以構成不同功能、或功能相同但性能不同、規格不同的產品。這種設計方法稱為模塊人化設計。02.模塊化設計方式Modulardesignapproach模塊化設計方式1）橫系列模塊化設計:不改變產品主參數，利用模塊發展變形產品。這種方式是易實現，應用最廣。常是在基型品種上更換或添加模塊，形成新的變形品種。例如，更換端面銑床的銑頭，可以加裝立銑頭、臥銑頭、轉塔銑頭等，形成立式銑床臥式銑床或轉塔銑床等。02.模塊化設計方式Modulardesignapproach模塊化設計方式2）縱系列模塊化設計:在同一類型中對不同規格的基型產品進行設計。主參數不同，動力參數也往往不同，導致結構形式和尺寸不同，因此較橫系列模塊化設計復雜。若把與動力參數有關的零部件設計成相同的通用模塊，勢必造成強度或剛度的欠缺或冗余，欠缺影響功能發揮，冗余則造成結構龐大、材料浪費。因而，在與動力參數有關的模塊設計時，往往合理劃分區段，只在同一區段內模塊通用；而對于與動力或尺寸無關的模塊，則可在更大范圍內通用。02.模塊化設計方式Modulardesignapproach模塊化設計方式3）橫系列和跨系列模塊化設計：除發展橫系列產品之外，改變某些模塊還能得到其它系列產品者，便屬于橫系列和跨系列模塊化設計了。德國沙曼機床廠生產的模塊化鏜銑床，除可發展橫系列的數控及各型鏜銑加工中心外，更換立柱、滑座及工作臺，即可將鏜銑床變為跨系列的落地鏜床。02.模塊化設計方式Modulardesignapproach模塊化設計方式4）全系列模塊化設計：全系列包括縱系列和橫系列。例如，德國某廠生產的工具銑，除可改變為立銑頭、臥銑頭、轉塔銑頭等形成橫系列產品外，還可改變床身、橫梁的高度和長度，得到三種縱系列的產品。02.模塊化設計方式Modulardesignapproach模塊化設計方式5）全系列和跨系列模塊化設計：主要是在全系列基礎上用于結構比較類似的跨產品的模塊化設計上。例如，全系列的龍門銑床結構與龍門刨、龍門刨床和龍門導軌磨床相似，可以發展跨系列模塊化設計。03.模塊化三大特征Modularthreebigcharacteristics相對獨立性可以對模塊單獨進行設計、制造、調試、修改和存儲，這便于由不同的專業化企業分別進行生產03.模塊化三大特征Modularthreebigcharacteristics模塊接口部位的結構、尺寸和參數標準化，容易實現模塊間的互換，從而使模塊滿足更大數量的不同產品的需要通用性03.模塊化三大特征Modularthreebigcharacteristics有利于實現橫系列、縱系列產品間的模塊的通用，實現跨系列產品間的模塊的通用互換性04.模塊化回顧與發展Modularreviewanddevelopment▲原始模塊化▲經典模塊化▲現代模塊化▲模塊化時代04.模塊化回顧與發展Modularreviewanddevelopment▲原始模塊化語言革命：語言是人有別于動物的關鍵環節，漢語語音（包括四聲）共有415個，經組合能表達極其復雜的內容。04.模塊化回顧與發展Modularreviewanddevelopment▲原始模塊化文字革命：每一個漢字都具有特殊的形態和特定意義，文字組合可形成表達不同思想的文件。漢字是公用的通用單元。04.模塊化回顧與發展Modularreviewanddevelopment▲原始模塊化印刷革命：活字印刷術加速了信息的傳播，極大地推進了人類社會的進步。用字模排版印刷，拆版后通用的活字可復用。04.模塊化回顧與發展Modularreviewanddevelopment▲原始模塊化中醫中藥的模塊化實質：具有特定性味（功能）的中藥（通用模塊）由醫師（設計師）據病情（需求）組配成藥方（產品）。04.模塊化回顧與發展Modularreviewanddevelopment▲原始模塊化上述所采取的方法是相同的，就是將具有獨立功能的個體，按不同需要進行新的組合。其基本構成模式都是產品＝模塊＋接口04.模塊化回顧與發展Modularreviewanddevelopment▲20世紀初▲1920年▲1923年

▲50年代▲經典模塊化建筑業出現可以自由組合的建筑單元德國等設計出塊化銑床和車床；隨后，機床設計普遍采用了模塊化模式為解決成套電子設備結構的通用互換問題，美國制定了機箱面板和機架尺寸系列標準，后升級為IEC標準，沿用至今歐美提出模塊化設計概念，擴展應用到軍用裝備、艦船等設計。例如，1956年美國推出的機載模塊化電子設備的ATR系列，后為世界各國所采用，并擴展應用與坦克等系統02.模塊化回顧與發展Modularreviewanddevelopment▲現代模塊化

——1964年IBM360模塊型電腦系統的誕生，是一個有里程碑意義的事件。它導致硅谷計算機產業群的興起。——使模塊化設計理論得以升華和普及。現代模塊化＝傳統模塊化＋設計規則04.模塊化回顧與發展Modularreviewanddevelopment▲模塊化時代

模塊化理論的深化和在更高層次上和更廣泛范圍內的運用。由經濟學家推動。處理復雜系統問題的有效方法

——由模塊化設計延伸到模塊化企業。

——模塊化原則和方法引入經濟學、管理學領域。

——產業結構的配置、調整：模塊化培育“模塊簇群”，推動產業升級，改變現存產業、企業的結構，具有十分強大的沖擊力。04.模塊化回顧與發展Modularreviewanddevelopment●社會需求的多樣化和個性化

▲生活水平和教育水準的提高，人們的愛好‘需求、審美觀、價值觀等逐漸向個性化發展，喚起了多樣化的消費心態。

▲市場的激烈競爭，促使各企業不惜標新立異，開發出品種繁多的新產品，以適應市場需求的多變和提高市場的占有率。▲原因

●經濟全球化、生產分散化和企業再造工程的興起

▲隨著經濟全球化，世界市場變得越來越開放，協作成為經濟結合的流行方式，跨國經濟將成為21世紀的主導。

▲生產的分散化和專業化：企業的生存取決于它的技術能力和應變能力，小企業經營靈活，采用先進技術，隨著技術更新的加快，大批中小企業興起，形成生產的專業化和社會化。

▲企業再造和企業重組：以增強企業競爭能力和抗風險能力。04.模塊化回顧與發展Modularreviewanddevelopment▲原因

●時間已成為成為競爭的主要因素

▲時間緊縮：技術開發時間、產品壽命周期和投資回報周期的間隔迅速縮短。▲產品的成本和質量雖然仍是競爭的重要因素，但隨著先進生產技術和設備的普遍采用，企業間的產品質量日趨接近，新產品的投放速度和交貨期已成為決定競爭勝負的最關鍵因素。04.模塊化回顧與發展Modularreviewanddevelopment▲原因

●技術集成

▲功能集成：當今隨著技術的發展，電子技術、計算機技術已滲透到各個領域，市場上任何一種產品都是一系列不同技術（功能）的集合體。

▲系統集成：現代的各種技術系統都是多種技術設備的綜合體，用戶希望一個企業不僅是提供一種主產品，而能提供相關的成套設備和系統集成服務。04.模塊化回顧與發展Modularreviewanddevelopment▲原因

05.模塊化設計案例Modulardesigncase模塊化設計案例（一）05.模塊化設計案例Modulardesigncase模塊化設計案例（一）工作臺不升降銑床的模塊化架構05.模塊化設計案例Modulardesigncase模塊化設計案例（二）拼合式結構05.模塊化設計案例Modulardesigncase機柜分解為模塊Intel計算機的模塊化組成模塊化設計案例（二）05.模塊化設計案例Modulardesigncase模塊化設計案例（三）標準元件組成不同艙室05.模塊化設計案例Modulardesigncase模塊化設計案例（四）●模塊化房屋：1－板塊安裝接頭；2－門口；3－樓梯(間)；4－內隔墻板塊；5－窗口；6－混凝土地板塊；7－外墻板塊。05.模塊化設計案例Modulardesigncase模塊化設計案例（五）●模塊化手機

▲模塊化手機，是一類允許用戶自行更換配件的智能手機，就像PC時代的DIY，用戶自己選購手機處理器、攝像頭、內存、通信模塊、無線模塊等配件，組成一臺從外觀到性能上能符合自己要求的智能手機。●谷歌ProjectAra：▲谷歌首批模塊化智能手機將最低約50美元就可以買到，即三種尺寸中體積最小，實現功能最少的那個。只有屏幕、處理器和Wi-Fi模塊的手機，保證最基本的使用。要想插卡打電話或拍照的話，還需要額外購買通信、攝像頭模塊。05.模塊化設計案例Modulardesigncase模塊化設計案例（五）▲發售的產品將包含3種樣式，下圖展示了這3種樣式的模塊排列組合，最小的那個背部為6個模塊，前方還有2個模塊（顯示屏和接收器模組），共計8個模塊。05.模塊化設計案例Modulardesigncase模塊化設計案例（五）▲未加入模塊的樣子▲加入模塊的樣子05.模塊化設計案例Modulardesigncase模塊化設計案例（五）▲在機身正面，我們可以看到顯示屏和接收器模組，而它的背部空間容納了8個模組，包括攝像頭、電池和microUSB適配器等等。▲在目前的版本當中，這些模塊最開始不過是簡單地從側面插入機身框架當中，不過現在是使用電永磁機制對它們進行固定。05.模塊化設計案例Modulardesigncase模塊化設計案例（五）▲ProjectAra在硬件上的優勢是消費者具備自主選擇權，消費者很難碰到一款完全中意的手機，經常會忍受一些小缺陷，而在ProjectAra里面，你覺得哪里不爽就可以更換掉。▲很多人有手機跌落碎屏的經歷，如果是使用模塊化手機，只需要取下破碎的屏幕，更換新的就行，這樣即節約成本還避免浪費。(手機屏幕也可以模塊化，但是邊框的存在限制了它的發展。隨著現在電子屏幕邊框的越來越窄，假以時日就能實現屏幕的模塊化，就是局部碎屏替換。)05.模塊化設計案例Modulardesigncase模塊化設計案例（五）▲不過現在這個項目還面臨兩個問題，一個是軟件上，ProjectAra雖然支持Android系統，但Android并沒有支持模塊化運行的驅動程序。不過這似乎也不是什么問題，因為這都是Google自家的事。▲真正的問題在于現在的手機外觀略尷尬，體積很大且重，電池的效率也不高。他們明白這都將成為用戶放棄使用的理由，所以還需要繼續下功夫整合硬件，解決這個問題。05.模塊化設計案例Modulardesigncase模塊化設計案例（五）●優點▲超低價格：ProjectAra的入門級型號僅為50美元，而且將允許用戶在日后對特定的部件進行升級。這同樣也適用于維修費用：從技術上講，如果一個部件出了問題，你可以將其替換掉，而不必重新購買一部新手機。▲更長壽命：如今，大多數智能手機在問世幾個月之后便已經開始顯得過時了。Ara這些模塊化手機背后的整體理念是為用戶提供一個長時間的基礎平臺，以供不斷的升級。▲超高的定制程度：Ara希望帶來完全的可定制性，如果你是硬件狂人，你可