工程機械司機室模塊化設(shè)計方法

許鐵巧 陳雷彬 鄭洪權(quán)

摘 要：個性化、多樣化需求是市場發(fā)展所趨，多品種、小批量的產(chǎn)品模式是各個行業(yè)需要面臨的課題，工程機械行業(yè)更是如此，產(chǎn)品系列/群之間的差異性更大，司機室設(shè)計與其他相關(guān)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性比較大，存在變量比較多，且司機室為模具制造，通過模塊化設(shè)計減少（部件）種類，實現(xiàn)標準化設(shè)計，通過模塊化組合實現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計，因此模塊化設(shè)計對工程機械行業(yè)司機室設(shè)計有著至關(guān)重要的意義。本文重點介紹工程機械產(chǎn)品司機室模塊化設(shè)計原理與方法，有助于提升工程機械行業(yè)司機室的模塊化設(shè)計水平、品質(zhì)感以及市場競爭力。

關(guān)鍵詞：工程機械;模塊化設(shè)計;司機室

面對日益激烈的市場競爭，越來越快的新品上市速度，越來越低的開發(fā)成本，對于產(chǎn)品研發(fā)提出新的挑戰(zhàn)，要求開發(fā)過程經(jīng)濟、快速、高效，才能應(yīng)對甚至引領(lǐng)瞬息萬變的市場。模塊化設(shè)計正是通過系列化、通用化、標準化等設(shè)計來實現(xiàn)不同模塊的組合和互換，從而衍生出更多的變型產(chǎn)品的目的。

工程機械產(chǎn)品基于全球市場客戶訴求差異、全系產(chǎn)品布置差異、多配置等實際情況，因此存在小批量、多品種的特點，且產(chǎn)品更新速度快。司機室主要包括車身焊接總成、內(nèi)飾件、外飾件等，大部分為專項設(shè)計開發(fā)，即不能直接利用社會資源，同時工程機械的整體市場體量不能與汽車、卡車等相比，整體體量相對較小。因此司機室的模具化設(shè)計帶來很大的挑戰(zhàn)，如何用最小的投入覆蓋更多的產(chǎn)品，以提高經(jīng)濟性，同時保證產(chǎn)品的品質(zhì)感。本文詳述了如何利用模塊化設(shè)計方法開展工程機械產(chǎn)品司機室設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容。

1 基本原理

模塊化設(shè)計：對一定范圍內(nèi)不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品在功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能和結(jié)構(gòu)模塊，使這些模塊系列化和通用化，并具有標準的模塊接口：通過模塊的選擇、組合構(gòu)成不同產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求的設(shè)計方法。

開展模塊化設(shè)計必須做好平臺化、系列化、標準化。

平臺化：模塊的設(shè)計與組合要基于平臺定位去考慮，包括覆蓋的平臺技術(shù)、技術(shù)配置的差異性等，以保證模塊化設(shè)計結(jié)果的有效性。系列化：模塊的設(shè)計與組合要能達到系列化應(yīng)用效果，前期要考慮覆蓋的產(chǎn)業(yè)類別（不同門類）、不同定位的產(chǎn)品（中、高端）等，以保證模塊化組合的系列化拓展。標準性：模塊即是成熟的、具有統(tǒng)一接口可互換的模塊，同一功能/結(jié)構(gòu)模塊可以在基本型、拓展型甚至跨不同系列/類別的產(chǎn)品上使用。由于這一特性，產(chǎn)品模塊化設(shè)計可縮短設(shè)計周期、降低成本、保證產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。

2 工程機械司機室模塊化設(shè)計

2.1 模塊化設(shè)計原理

模塊化設(shè)計總體思想或原理是首先對產(chǎn)品進行功能分析以劃分模塊，然后構(gòu)建具有參數(shù)化結(jié)構(gòu)尺寸/不同功能配置的模塊，然后根據(jù)不同產(chǎn)品的參數(shù)要求，通過模塊組合衍生產(chǎn)品族。

產(chǎn)品族/系列：產(chǎn)品總功能及各主要分功能相同或相似的所有產(chǎn)品構(gòu)成的產(chǎn)品集合。

產(chǎn)品平臺：用于組成一系列衍生產(chǎn)品的一組通用模塊，在特定產(chǎn)品族中為所有族內(nèi)產(chǎn)品所共享，是由多個功能模塊構(gòu)成的集合。

專用模塊：產(chǎn)品族中區(qū)別于其他產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)，以滿足不同的市場需求。

2.2 模塊化設(shè)計過程

對一類/多系列產(chǎn)品進行規(guī)劃，以功能分析為基礎(chǔ)對其進性功能模塊的劃分，并把功能模塊轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模塊，在該結(jié)構(gòu)模塊的基礎(chǔ)上進性產(chǎn)品平臺的模塊組合規(guī)劃，在基于產(chǎn)品平臺規(guī)劃進行該類/多系列產(chǎn)品即產(chǎn)品族的應(yīng)用規(guī)劃，已保證模塊規(guī)劃的完整性、適應(yīng)性以及覆蓋度。

（1）產(chǎn)品系列規(guī)劃實際是定義模塊設(shè)計開發(fā)的輸入，也是構(gòu)成模塊的變型需求。司機室設(shè)計主要考慮的以下幾方面：① 用戶需求/其它系統(tǒng)需求變化：性能、參數(shù)變化，包括規(guī)格參數(shù)、關(guān)鍵尺寸等;環(huán)境適應(yīng)性變化，包括適用溫度范圍、濕度、防塵性等;功能配置的需求，如功能的高低配置，特殊地區(qū)的配置需求等。② 法律法規(guī)標準：目標市場的法律法規(guī)變化或行業(yè)的相關(guān)標準的更新;市場競爭需求;③ 經(jīng)濟性/成本需求：控制材料用料，不能單純?yōu)槟K化而增加原有材料;金屬制品減少所用材料規(guī)格，以及相關(guān)標準件;考慮裝配及調(diào)試效率;部件的工藝定義，保證產(chǎn)品品質(zhì)。

（2）模塊劃分

模塊應(yīng)具有功能/結(jié)構(gòu)相對獨立性，因此要劃分模塊首先得建立部件的功能模型。根據(jù)產(chǎn)品總設(shè)計或其它相關(guān)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)計輸入轉(zhuǎn)換為功能目標。

第一步：明確各相關(guān)系統(tǒng)要求。把系統(tǒng)相關(guān)要求轉(zhuǎn)化為設(shè)計輸入，包括安裝形式及尺寸、配置要求、元件布置、重量要求、成本要求等;第二步：確定系統(tǒng)總功能。對司機室進行功能分析建立完善且完整的功能模型;第三步：總功能分解。主要基于功能相關(guān)性、結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性進行從系統(tǒng)到架構(gòu)設(shè)計，再基于架構(gòu)設(shè)計進行下一步的子模塊分解;第四步：功能模塊定義。司機室一般分為車身焊接模塊、車門系統(tǒng)模塊、外飾系統(tǒng)模塊、內(nèi)飾系統(tǒng)模塊、座椅系統(tǒng)模塊、空調(diào)系統(tǒng)模塊安裝機構(gòu)模塊等。各子系統(tǒng)模塊應(yīng)有完整的元件構(gòu)成、參數(shù)、指標定義域要求;第五步：結(jié)構(gòu)模塊轉(zhuǎn)化。子模塊再通過模塊集中進行各方面測試驗證，包括司機室的各項一級指標驗證，完成后即可進入司機室模塊庫，從而完成司機室模塊化系統(tǒng)的建立。

（3）模塊系列規(guī)劃

完善的模塊系列規(guī)劃是實現(xiàn)產(chǎn)品模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)條件。模塊系列規(guī)劃要把前期的各種輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橛绊懸蜃踊蜃兞俊；诘谝粋€元素/因子構(gòu)成的部件成為基本型，隨著規(guī)格或某一因子變化而產(chǎn)生的部件為變型或組合型部件。司機室的子系統(tǒng)模塊的差異性即為結(jié)構(gòu)尺寸、功能配置、電氣系統(tǒng)匹配等關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的差異的映射。

（4）模塊應(yīng)用規(guī)劃

完整的模塊應(yīng)用規(guī)劃是實現(xiàn)產(chǎn)品模塊化設(shè)計落實實施的關(guān)鍵一步，也是同步驗證模塊設(shè)計以及模塊系列規(guī)劃的準確性，以及是否需要調(diào)整完善模塊規(guī)劃定義等內(nèi)容，把基于產(chǎn)品規(guī)劃轉(zhuǎn)化為模塊在產(chǎn)品族的應(yīng)用定義，以實現(xiàn)模塊化設(shè)計的閉環(huán)管理。

3 其它

產(chǎn)品模塊化設(shè)計是一項系統(tǒng)工程，設(shè)計產(chǎn)品開發(fā)的全周期與全流程，本文只概述在設(shè)計環(huán)節(jié)相關(guān)內(nèi)容，在產(chǎn)品模塊化設(shè)計過程中還有以下幾點非常重要：

模塊接口設(shè)計：模塊接口是系統(tǒng)各組成部分之間可傳遞功能的共享界面，模塊接口分為機械接口（安裝尺寸）、電氣接口、軟件接口等。模塊接口是把分立的各模塊連接成系統(tǒng)并協(xié)調(diào)工作，因此模塊接口的設(shè)計非常重要，必須進行正確、合理的接口設(shè)計。模塊接口設(shè)計遵循系列化和標準化設(shè)計原則，系列化原則即模塊接口集合形狀的統(tǒng)一性原則和模塊接口尺寸的優(yōu)選性原則，且形成標準化的設(shè)計，以保證產(chǎn)品變型可快速進行模塊互換和組合。

模塊編碼設(shè)計：模塊通過編碼管理來實現(xiàn)產(chǎn)品各系統(tǒng)各層級以及產(chǎn)品族模塊應(yīng)用管理。模塊編碼即用命名規(guī)則實現(xiàn)模塊的管理和關(guān)鍵信息的傳遞。編碼基本原則是唯一性、良好的可擴展性、盡量簡短易識別等。模塊編碼采用0～9數(shù)字編碼技術(shù)的較多，可根據(jù)各企業(yè)實際進行規(guī)則設(shè)計。

5 結(jié)論

工程機械產(chǎn)品模塊化設(shè)計是基于目前工程機械市場發(fā)展的必然方向，也是工程機械行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文基于模塊化設(shè)計原理，概述了工程機械司機室模塊化設(shè)計方法，如何從產(chǎn)品系列規(guī)劃形成部件級模塊系列規(guī)劃，從而支撐產(chǎn)品族的模塊化設(shè)計。

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