對(duì)產(chǎn)品模塊化與系列化設(shè)計(jì)的探討課件

1、對(duì)產(chǎn)品模塊化與系列化設(shè)計(jì)的 探討 徐信志 2008-2第1頁(yè)，共20頁(yè)。一、快速設(shè)計(jì)技術(shù)1、快速設(shè)計(jì)技術(shù) 快速設(shè)計(jì)(Rapid Design :RD)也稱(chēng)快速響應(yīng)設(shè)計(jì)(Rapid Response Design : RRD)、敏捷設(shè)計(jì)(Agile Design)。目前國(guó)際上針對(duì)快速設(shè)計(jì)的并行設(shè)計(jì)技術(shù)、快速原型技術(shù)、系列化模塊化技術(shù)和虛擬制造技術(shù)等發(fā)展較為迅速。 產(chǎn)品多樣化、瞬變性 21世紀(jì)更加個(gè)性化的市場(chǎng)趨勢(shì) 產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間 第2頁(yè)，共20頁(yè)。目的：縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，以及提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)能力。應(yīng)用：現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化前沿“模塊化”研究報(bào)告 20世紀(jì)末美國(guó)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的復(fù)

2、興、日本產(chǎn)業(yè)停滯等現(xiàn)象，大部分都可以從這個(gè)角度來(lái)解釋。他們又認(rèn)為，“在信息技術(shù)革命的背景下，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正在發(fā)生根本性的變化，經(jīng)濟(jì)學(xué)和經(jīng)營(yíng)學(xué)領(lǐng)域里找到了更深層次的原因模塊化，是模塊化推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)生了結(jié)構(gòu)性變化。第3頁(yè)，共20頁(yè)。電腦產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天這樣的產(chǎn)業(yè)集群，其根源在于電腦設(shè)計(jì)的模塊化。廣泛采用模塊設(shè)計(jì)的方法，戲劇性地提高了創(chuàng)新的速度。依據(jù)產(chǎn)品架構(gòu)理論(模塊化是一種產(chǎn)品架構(gòu)形式)尋求構(gòu)筑新的企業(yè)制勝模式。電腦產(chǎn)品由整體(一體化)架構(gòu)轉(zhuǎn)向模塊化架構(gòu)。這個(gè)模塊化架構(gòu)一經(jīng)出現(xiàn)，便推動(dòng)著美國(guó)信息產(chǎn)業(yè)快速持續(xù)增長(zhǎng)并且形成了較為合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。 模塊化設(shè)計(jì)方法已經(jīng)在機(jī)械如數(shù)控機(jī)床、模具、減速箱、工業(yè)汽輪

3、機(jī)和電工電子如微機(jī)、通信設(shè)備、電動(dòng)控制儀表以及船舶、建筑、電力、武器裝備如方艙、雷達(dá)、航空電子設(shè)備等行業(yè)中得到廣泛運(yùn)用 。 第4頁(yè)，共20頁(yè)。美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司PTC：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)的全球領(lǐng)先者PTC，成立于1985年，總部設(shè)在美國(guó)馬薩諸塞(麻省)的沃爾瑟姆 。今天，有50,000多家客戶(hù)使用PTC的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、內(nèi)容管理和動(dòng)態(tài)出版解決方案。被公認(rèn)為是幫助離散型制造商優(yōu)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)績(jī)效的全球領(lǐng)先者。中國(guó)兵器裝備研究院 通過(guò)引進(jìn)和應(yīng)用PTC 公司的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)體系，利用PTC產(chǎn)品開(kāi)發(fā)體系的專(zhuān)用工具，靈活地實(shí)現(xiàn)自頂向下的裝備新產(chǎn)品模塊化、系列化設(shè)計(jì)工作。三一重工攜手PTC公司CAX/PDM項(xiàng)目啟動(dòng) 以實(shí)現(xiàn)集團(tuán)產(chǎn)

4、品設(shè)計(jì)、聯(lián)手PTC強(qiáng)強(qiáng)合作打造重工行業(yè)標(biāo)志性企業(yè)。第5頁(yè)，共20頁(yè)。2、機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的內(nèi)容快速設(shè)計(jì)從內(nèi)容上包含以下幾個(gè)方面： 機(jī)械產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)規(guī)劃利用模塊化設(shè)計(jì)方法對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)變形及規(guī)格系列進(jìn)行規(guī)劃，建立系列化的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)； 四大產(chǎn)品系列及多種規(guī)格系列產(chǎn)品 產(chǎn)品系統(tǒng)配置表、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖構(gòu)造模塊系統(tǒng)并利用參數(shù)化、變量化方法建立產(chǎn)品庫(kù)、模快庫(kù)； CP、 HP 、AD、COT、DEV第6頁(yè)，共20頁(yè)。利用知識(shí)化方法建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)象及其設(shè)計(jì)過(guò)程知識(shí)庫(kù)。 標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù) 外購(gòu)件庫(kù) 特征庫(kù) 管路庫(kù) 管線(xiàn)庫(kù) 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的快速生成根據(jù)用戶(hù)需求，利用知識(shí)化方法和變量化方法，匹配并定制特定產(chǎn)品所需模塊；通過(guò)模塊綜

5、合，生成滿(mǎn)足用戶(hù)需求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的快速評(píng)價(jià)與仿真對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行裝配、運(yùn)動(dòng)仿真和動(dòng)、靜態(tài)性能分析，評(píng)價(jià)方案的可行性及設(shè)計(jì)需求滿(mǎn)足程度；對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化并對(duì)影響產(chǎn)品性能的薄弱模塊環(huán)節(jié)進(jìn)行修改。 第7頁(yè)，共20頁(yè)。3、機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架模型基于快速設(shè)計(jì)技術(shù)原理研究，可建立機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)框架體系。該體系分為方法層，工具層與應(yīng)用層。 機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的技術(shù)構(gòu)成模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)（核心和基礎(chǔ)技術(shù)） 包括模塊化產(chǎn)品族規(guī)劃、模塊化 產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模和管理、模塊化產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)、方案評(píng)價(jià)技術(shù)等；智能化設(shè)計(jì)技術(shù) （提高速度和質(zhì)量的重要手段） 包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的采 集、整理、表達(dá)

6、、建模以及基于知識(shí)的推理求解技術(shù)等；各種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（快速設(shè)計(jì)的重要工具） 包括各種 CAD、SolidWorks工具。 第8頁(yè)，共20頁(yè)。 快速設(shè)計(jì)軟件工具系統(tǒng)的構(gòu)成 現(xiàn)有的、發(fā)展成熟的方法和工具，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)面向具體應(yīng)用、解決具體設(shè)計(jì)問(wèn)題的計(jì)算 機(jī)軟件系統(tǒng)。 快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)集成平臺(tái)（作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面）將快速設(shè)計(jì)使能工具集和各種支撐工具有機(jī)集成在統(tǒng)一的框架內(nèi)，使之能夠?yàn)榫唧w的產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)提供快速設(shè)計(jì)支持；提供對(duì)并行協(xié)同設(shè)計(jì)模式的支持，使各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)之間能夠進(jìn)行有效的分工與合作。 第9頁(yè)，共20頁(yè)。二、產(chǎn)品模塊化與系列化設(shè)計(jì)1、電子設(shè)備模塊化及標(biāo)準(zhǔn)化模塊是具有相對(duì)獨(dú)立功能和通用接口的單元實(shí)現(xiàn)電子

7、設(shè)備模塊化的基礎(chǔ) 以“電路為先導(dǎo)，結(jié)構(gòu)為先行”的模式組裝出定制的產(chǎn)品 電路模塊 功能差異 多變因素 受限制 結(jié)構(gòu)模塊 電路的載體 變化因素少，尺寸互換性 工藝、工裝通用化 縮短產(chǎn)品制造周期和降低成本 結(jié)論：結(jié)構(gòu)模塊可以獨(dú)立先行，以結(jié)構(gòu)模塊去制約電路模塊；沒(méi)有模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化就沒(méi)有大規(guī)模定制。第10頁(yè)，共20頁(yè)。電子設(shè)備模塊化的發(fā)展 模數(shù)數(shù)列將元器件、零部件、整機(jī)的形狀及其間組裝關(guān)系，置于一個(gè)兩維或三維的坐標(biāo)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中來(lái)考慮，即各種元器件、零部件定位于坐標(biāo)網(wǎng)格的固定點(diǎn)上，并且它們的外形尺寸占有整數(shù)倍的網(wǎng)格格距。如將格距稱(chēng)之為“模數(shù)”，則元器件、零部件的尺寸及其安裝間距應(yīng)是模數(shù)的倍數(shù)。解決模塊化產(chǎn)品

8、結(jié)構(gòu)的互換、兼容和空間損失最小等問(wèn)題的有效辦法數(shù)系 0.5mm、2.5mm、25mm三種格距重要接口 外接口 房屋建筑與房間設(shè)施，如：門(mén)、電梯、地面等； 包裝和運(yùn)輸，如：汽車(chē)、船舶和空運(yùn)的托盤(pán)和集裝箱； 各類(lèi)設(shè)備的集成，如：開(kāi)關(guān)和傳動(dòng)設(shè)備、電源、工業(yè)過(guò)程設(shè)備。 第11頁(yè)，共20頁(yè)。 內(nèi)接口 印制電路板，連接器和機(jī)電元件； 半導(dǎo)體元件； 電纜和布線(xiàn)； 功能單元，如AC/DC轉(zhuǎn)換器，測(cè)量、控制功能單元和熔斷器等。 電子設(shè)備典型結(jié)構(gòu)各類(lèi)不同的模塊化典型結(jié)構(gòu)模式的出現(xiàn) 如：電子設(shè)備殼體逐步形成了盒、箱、柜（包括屏）、臺(tái)四大類(lèi)型基本結(jié)構(gòu)模式，逐步形成了一些典型結(jié)構(gòu)。具有普遍意義的結(jié)構(gòu)模式有： 1）嵌套式

9、層次結(jié)構(gòu)（內(nèi)插式結(jié)構(gòu)）：主要是指由IEC297和IEC917系列標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的模式，它是一種插件插箱機(jī)柜系統(tǒng)。是目前標(biāo)準(zhǔn)化程度最高、也是應(yīng)用最廣的一種模塊化結(jié)構(gòu)模式。 2）外插式結(jié)構(gòu)：其基本單元是盒式插件模塊，將具有獨(dú)立功能的模塊，并列地直接從外部進(jìn)行機(jī)械和電氣互連，從而構(gòu)成一套新的裝置。 3）層疊式結(jié)構(gòu)：由具有相對(duì)獨(dú)立功能的機(jī)箱模塊逐層疊裝而成，加上電氣互連就可構(gòu)成一套功能齊全的整機(jī)。 第12頁(yè)，共20頁(yè)。4）套裝式結(jié)構(gòu)：幾種模塊套裝于機(jī)箱模塊內(nèi)構(gòu)成整機(jī)，主要用于箱式的儀器。5）裝架（屏）式結(jié)構(gòu)：將各種具有規(guī)定尺寸的功能模塊集裝于標(biāo)準(zhǔn)的安裝架上構(gòu)成電子設(shè)備。 6）拼裝式結(jié)構(gòu)：將若干種不同結(jié)構(gòu)形

10、式的模塊，按規(guī)定的模式組裝成一臺(tái)整機(jī)。通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)，幾種有限的模塊可組裝出多種形態(tài)各異的裝置，如各種形式的控制臺(tái)。7）單元組合式結(jié)構(gòu)：由若干風(fēng)格統(tǒng)一、但結(jié)構(gòu)各異、有獨(dú)立功能的單元組合成成套裝置。 電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)體系整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系由四大部分組成，即：IEC917族模數(shù)尺寸數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)；IEC297族（19in）機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)準(zhǔn)； 與設(shè)備環(huán)境特性有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及其試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；其它與電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。第13頁(yè)，共20頁(yè)。2、產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì) 系列化是對(duì)同一產(chǎn)品中的各組產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的一種形式。針對(duì)這一目標(biāo)采取的項(xiàng)目進(jìn)程是：通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)的研究，建立模塊分類(lèi)及庫(kù)管理，確立模塊接口的特征匹配，使

11、零部件模塊能夠按照功能要求實(shí)現(xiàn)通用化、組合化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化。產(chǎn)品系列化，一般可分為：制定產(chǎn)品參數(shù)系列、編制系列型譜和開(kāi)展系列化設(shè)計(jì)。 系列設(shè)計(jì)的方法在系列內(nèi)選擇基型 KS-C200 最具代表性 規(guī)格適中 用量較大 結(jié)構(gòu)較先進(jìn) 使用性能可靠 有發(fā)展前途基型產(chǎn)品技術(shù)設(shè)計(jì) 第14頁(yè)，共20頁(yè)。向橫的方向擴(kuò)展（在基型產(chǎn)品基礎(chǔ)上擴(kuò)展外部的變型產(chǎn)品系列） KS-C300 KS-S200 KS-L200 KS-M100 集束型 星 型 直線(xiàn)型 獨(dú)立式 圖樣中表示的產(chǎn)品代號(hào)向縱的方向擴(kuò)展（主要零部件可通用的幾種規(guī)格裝產(chǎn)品形成一個(gè)族產(chǎn)品系列） 變型系列或族產(chǎn)品系列 C12A0 C12C0 C12D0 C

12、12A1 C12C1 C12D1 C12A2 C12C2 C12D2 第15頁(yè)，共20頁(yè)。三、關(guān)于解決方案的建議 1、認(rèn)識(shí)公司產(chǎn)品的特點(diǎn)及現(xiàn)狀公司引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，采用國(guó)際通行的工藝集成模塊系統(tǒng)，形成了國(guó)產(chǎn)化的生產(chǎn)秩序和系列化多品種的規(guī)模。 系統(tǒng)消化吸收 單元模塊創(chuàng)新 產(chǎn)品投入期、成長(zhǎng)期電子設(shè)備更新?lián)Q代快，應(yīng)用領(lǐng)域廣，功能、使用場(chǎng)合的差異及用戶(hù)個(gè)性化和小批量的生產(chǎn)需求。 產(chǎn)品多樣化 瞬變性 離散型產(chǎn)品 定制化 設(shè)計(jì)周期短日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求與產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力的矛盾 公司 2008年的新目標(biāo) 十一五計(jì)劃項(xiàng)目 擴(kuò)大銷(xiāo)售 降低成本 縮短周期第16頁(yè)，共20頁(yè)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)需要從源頭抓起，打好基礎(chǔ) 產(chǎn)品系統(tǒng)化設(shè)

13、計(jì)的思想和基礎(chǔ)架構(gòu)還不明晰； 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置不系統(tǒng)，裝配圖繪制不規(guī)范 ，圖紙及BOM不完整； 圖樣編號(hào)不易識(shí)別，單元結(jié)構(gòu)工藝性、可靠性不強(qiáng)，信息共享程度低，圖紙重用性低。2、幾點(diǎn)建議 學(xué)習(xí)繼承產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)及成果，認(rèn)清我們的優(yōu)勢(shì)和差距，明確當(dāng)前最迫切需要解決的問(wèn)題。 設(shè)計(jì)人員需要不斷更新知識(shí)，轉(zhuǎn)變觀(guān)念 思維決定一切 不管你的產(chǎn)品是用什么精密技術(shù)加工出來(lái)的，它終究還是一幫人群策群力想出來(lái)的，。 想清楚了再做 大部分公司預(yù)算5%用于設(shè)計(jì)，但是70%產(chǎn)品成本都是由設(shè)計(jì)產(chǎn)生的部分原因是80%的質(zhì)量問(wèn)題都是無(wú)意間被設(shè)計(jì)到產(chǎn)品之中去的。要留出30%40%的預(yù)算來(lái)檢測(cè)并修改產(chǎn)品真是馬后炮。第17頁(yè)，共20頁(yè)。 多好才算夠好 6 西格瑪是我們追求的完美水平。 6 西格瑪管理哲學(xué)就是99%還不夠好。換句話(huà)說(shuō)，要達(dá)到99.99966%的成功率。 而我們現(xiàn)在也就能達(dá)到2西格瑪多一點(diǎn)（安打率大約在70%上下）。 又好又快 設(shè)計(jì)進(jìn)度和設(shè)計(jì)質(zhì)量不是矛盾的 不注重質(zhì)量，只求進(jìn)度等于拔苗助長(zhǎng)。 產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)不僅是一個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)用問(wèn)題，而是代表著先進(jìn)的設(shè)計(jì)管理理念，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程再造 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置/編碼 軟件應(yīng)用/模板、BOM 系統(tǒng)化、模塊化、規(guī)范化、完整性 協(xié)同設(shè)計(jì)/流程整合/快速設(shè)計(jì) 選擇合適的項(xiàng)目作為實(shí)施切入點(diǎn)第18頁(yè)，共20頁(yè)。模板、BOM測(cè)試 新開(kāi)發(fā)項(xiàng)目積極參與 集思廣益 持續(xù)改