家用豆?jié){機(jī)中模塊化設(shè)計(jì)方法研究

（深圳市鑫匯科股份有限公司，廣東 深圳 518000）

為了應(yīng)對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)的產(chǎn)品需要滿足多樣化需求，產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)可以為定制化生產(chǎn)創(chuàng)造條件。模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的并行開發(fā)，使復(fù)雜的設(shè)計(jì)便于管理，可以更好地適應(yīng)產(chǎn)品的不確定性要求。模塊化設(shè)計(jì)適用于不同層級(jí)產(chǎn)品的開發(fā)，對(duì)于保證設(shè)計(jì)質(zhì)量、控制成本、縮短開發(fā)周期以及提升用戶滿意度等具有優(yōu)勢(shì)。該文以家用豆?jié){機(jī)設(shè)計(jì)為例，提出了針對(duì)小家電產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)方法，以保證產(chǎn)品可以快速推向市場(chǎng)，滿足市場(chǎng)對(duì)小家電產(chǎn)品多樣化的需求。

1 模塊化設(shè)計(jì)的概念

有別于傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，模塊化設(shè)計(jì)更適用于批量生產(chǎn)。在產(chǎn)品開發(fā)階段，針對(duì)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)與現(xiàn)有的技術(shù)條件，結(jié)合用戶需求分析，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品開發(fā)與實(shí)物設(shè)計(jì)分開進(jìn)行的目標(biāo)。產(chǎn)品可以分為多個(gè)不同的模塊，在產(chǎn)品的模塊設(shè)計(jì)中，可以依據(jù)產(chǎn)品需要對(duì)模塊進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，不同的模塊最后組成產(chǎn)品。產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計(jì)，可以結(jié)合市場(chǎng)需要或客戶的要求快速完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，產(chǎn)品因此具有系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)[1]。

2 模塊化設(shè)計(jì)分析

2.1分析產(chǎn)品的需求特點(diǎn)

家用豆?jié){機(jī)設(shè)計(jì)是結(jié)合消費(fèi)者對(duì)豆?jié){機(jī)的功能需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)前，進(jìn)行市場(chǎng)需求分析。主要是調(diào)查現(xiàn)有客戶與銷售商的市場(chǎng)需求信息，一方面分析客戶的潛在需求，另一方面通過銷售商了解哪一類產(chǎn)品更容易被消費(fèi)者認(rèn)可。獲取信息后，要對(duì)信息加以提取，明確產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方向。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要結(jié)合外形、成本、功能、可靠性等。另外，對(duì)消費(fèi)者的需求要進(jìn)行提煉，識(shí)別共性需求，為構(gòu)建模塊化平臺(tái)創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。

2.2 產(chǎn)品零部件的分類

依據(jù)零部件的特性，可分為A、B、C三類。分類可以為模塊化產(chǎn)品平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造基礎(chǔ)條件，保證零部件的通用性。借助ABC 分類，有利于實(shí)現(xiàn)零部件的模塊化，減少零部件的類型與數(shù)量。A類零部件多為標(biāo)準(zhǔn)件，此類零部件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、尺寸已經(jīng)統(tǒng)一，如螺釘、軸承、彈簧等。A類零部件應(yīng)用范圍廣，由于容易批量化生產(chǎn)，成本會(huì)很低；B類零部件會(huì)對(duì)產(chǎn)品性能發(fā)揮關(guān)鍵作用，易實(shí)現(xiàn)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、可變型設(shè)計(jì)等功能，例如電機(jī)、溫控器、加熱管等；C類零部件會(huì)決定特定功能，或體現(xiàn)外觀差異。該類零件通用化低，生產(chǎn)基于特定需求，因此成本較高[2]。

2.3 產(chǎn)品的系列化

2.3.1 確定產(chǎn)品型譜

為了提高產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率，要考慮到產(chǎn)品的型譜設(shè)計(jì)。產(chǎn)品型譜的要素是產(chǎn)品主參數(shù)分布與銷售分布的對(duì)應(yīng)關(guān)系，產(chǎn)品借助型譜實(shí)現(xiàn)系列化與標(biāo)準(zhǔn)化。產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)與型譜有關(guān)，型譜也表明了開發(fā)能力，能夠體現(xiàn)最新品種開發(fā)在適應(yīng)市場(chǎng)方面的能力。

2.3.2 模塊的系列化

要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的不同功能，就要對(duì)應(yīng)不同功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，需要結(jié)合零部件ABC分類和產(chǎn)品的功能，按照特定的原則，借助功能模塊實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品參數(shù)的系列化。產(chǎn)品系列化的規(guī)劃．首先要考慮功能主參數(shù)，按照使用需要?jiǎng)澐止δ芟盗校源_保參數(shù)系列的合理性，并且使產(chǎn)品可以滿足市場(chǎng)需求。比如針對(duì)家用豆?jié){機(jī)的功能模塊設(shè)計(jì)，基本功能是實(shí)現(xiàn)粉碎、加熱、控制等，對(duì)應(yīng)的功能組件包括驅(qū)動(dòng)裝置、加熱體、杯體、控制面板等。家用豆?jié){機(jī)的杯體容量表明了制漿能力，對(duì)應(yīng)的參數(shù)是加熱功率，因此可以將杯體容量作為功能主參數(shù)，結(jié)合加熱功率，形成系列化的產(chǎn)品。

表1 家用豆?jié){機(jī)杯體容量的產(chǎn)品系列化

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的模塊化

模塊是組合成系統(tǒng)的獨(dú)立單元，具有通用性、功能系列化、接口結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)。要想實(shí)施模塊化設(shè)計(jì)，就要使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)結(jié)合產(chǎn)品功能，依據(jù)相似性原則，實(shí)現(xiàn)不同模塊的相對(duì)獨(dú)立。設(shè)計(jì)原則是用盡可能少的模塊實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的更多功能，豐富產(chǎn)品種類。合理的模塊劃分可以為選型設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、倉儲(chǔ)等創(chuàng)造有利條件。比如家用豆?jié){機(jī)可以劃分為結(jié)構(gòu)模塊、粉碎模塊、加熱模塊和控制模塊等。

3 構(gòu)建模塊設(shè)計(jì)平臺(tái)

3.1 產(chǎn)品編碼與名稱體系的建立

3.1.1 建立編碼體系

產(chǎn)品的編碼體系可以分為隸屬體系、識(shí)別體系、復(fù)合體系和平行體系等。在家用豆?jié){機(jī)的設(shè)計(jì)中，結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)與消費(fèi)者的需求，將模塊進(jìn)行分類編碼。產(chǎn)品零部件以驅(qū)動(dòng)裝置、杯體裝置、控制裝置、加熱裝置進(jìn)行分類編碼。家用豆?jié){機(jī)結(jié)合模塊分類可以采用平行編碼體系，以保證產(chǎn)品的可擴(kuò)展性。部件及零件代碼表明類別，分類碼表明功能和結(jié)構(gòu)；識(shí)別碼表明產(chǎn)品模塊化標(biāo)識(shí)，產(chǎn)品的編碼能夠自動(dòng)生成，具有唯一性[3]。

3.1.2 零部件的命名

模塊化設(shè)計(jì)要對(duì)零部件加以命名，命名是對(duì)零部件特征加以描述，以體現(xiàn)功能或結(jié)構(gòu)，名稱要力求簡(jiǎn)單、直觀。借助零部件命名可以對(duì)零部件的名稱進(jìn)行規(guī)范化處理，保證零部件識(shí)別的信息化，借助零部件命名有利于分組。規(guī)范零部件的名稱要結(jié)合現(xiàn)有零部件的使用特點(diǎn)，制定命名規(guī)則，對(duì)零部件加以分類。命名要考慮到使用頻次高低，名稱要符合使用習(xí)慣。零部件命名還要依據(jù)通用原則，例如豆?jié){機(jī)的下蓋、底蓋可以統(tǒng)稱為蓋。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)模塊的設(shè)計(jì)

作為基本模塊，在設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合零件幾何形狀，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)的特點(diǎn)，依據(jù)功能參數(shù)和工藝參數(shù)加以分類，區(qū)別固化參數(shù)與可變參數(shù)，再結(jié)合參數(shù)的關(guān)聯(lián)性，挖掘產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、功能、工藝方面的相似性，通用幾何模型實(shí)現(xiàn)了功能設(shè)計(jì)要求和約束要求，可以滿足不同產(chǎn)品的變型需要，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)，還可以降低零部件種類，要選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)化模塊以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)。利用通用性模塊，滿足產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)要求。圖1 為豆?jié){機(jī)下蓋的結(jié)構(gòu)參數(shù)。改變下蓋的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)。

圖1 豆?jié){機(jī)下蓋的結(jié)構(gòu)參數(shù)

3.3 模塊化產(chǎn)品平臺(tái)的構(gòu)建

建立模塊化產(chǎn)品平臺(tái)要結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的系列化。模塊化產(chǎn)品平臺(tái)表明了產(chǎn)品不同模塊實(shí)例的關(guān)系，在設(shè)計(jì)時(shí)，借助平臺(tái)選擇相應(yīng)的產(chǎn)品模塊。產(chǎn)品模塊設(shè)計(jì)平臺(tái)可以保證設(shè)計(jì)的規(guī)范化。產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)是根據(jù)產(chǎn)品原理形成的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)樹形式，產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)選配不同的模塊，以構(gòu)成特定的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。通過產(chǎn)品參數(shù)分析確定其功能參數(shù)、性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)等，形成系列化產(chǎn)品。因此模塊化產(chǎn)品平臺(tái)的建立不僅可以保證產(chǎn)品的系列化，還可以減少不同模塊的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)規(guī)格的統(tǒng)一化[4]。

4 家用豆?jié){機(jī)引入模塊化設(shè)計(jì)

4.1 配置設(shè)計(jì)

產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，首先要考慮到功能配置，設(shè)計(jì)要結(jié)合預(yù)定義的數(shù)據(jù)確定零部件集和不同零部件的約束關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)要實(shí)現(xiàn)合理組合，以滿足消費(fèi)者的個(gè)性化要求。要針對(duì)豆?jié){機(jī)的配置要求，根據(jù)不同的使用人群進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，在保證豆?jié){機(jī)可靠性的基礎(chǔ)上，對(duì)豆?jié){機(jī)性能、功能進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)以主結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，選配模塊加以組合，以開發(fā)出可以滿足不同需求的產(chǎn)品。

4.2 變型設(shè)計(jì)

產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)可以理解為對(duì)產(chǎn)品的升級(jí)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)在原有基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合功能需要，再對(duì)產(chǎn)品的部分零部件或部分外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的換代升級(jí)，以此來滿足消費(fèi)者的新需求。變型設(shè)計(jì)要借助模塊化的更換，實(shí)現(xiàn)變型設(shè)計(jì)。變型設(shè)計(jì)體現(xiàn)為參數(shù)化設(shè)計(jì)，參數(shù)化設(shè)計(jì)不改變產(chǎn)品的功能參數(shù)，而是針對(duì)結(jié)構(gòu)配置重新設(shè)計(jì)，對(duì)部分尺寸加以改動(dòng)，對(duì)局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)加以優(yōu)化。

5 結(jié)語

產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)可以使產(chǎn)品更好地適合市場(chǎng)的需求，有利于提升產(chǎn)品開發(fā)效率，降低產(chǎn)品成本。模塊化設(shè)計(jì)使產(chǎn)品模塊化，分為不同的結(jié)構(gòu)模塊，借助模塊化設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)配置設(shè)計(jì)和變型設(shè)計(jì)，以保證設(shè)計(jì)的靈活性與適用性。