魏莉薇

（東風(fēng)汽車有限公司 東風(fēng)商用車技術(shù)中心，武漢 430056）

模塊化是一種新的標(biāo)準(zhǔn)化形式，也是一種現(xiàn)代設(shè)計方法。當(dāng)今市場瞬息萬變，用戶對商用車擋泥板功能及結(jié)構(gòu)的要求也各有不同，為了滿足用戶多樣化的需求和適應(yīng)激烈的市場競爭，實現(xiàn)最佳效益，對某型商用車擋泥板應(yīng)用了模塊化設(shè)計。本文首先給出模塊化及產(chǎn)品模塊化設(shè)計的概念，然后論述了模塊化設(shè)計原則、方法及原理和模塊劃分原則，最后闡述了模塊化設(shè)計在商用車擋泥板上的實際應(yīng)用以及取得的巨大經(jīng)濟效益。

1 模塊化及產(chǎn)品模塊化設(shè)計

根據(jù)童時中一書給出的定義：所謂模塊化，就是為了取得最佳經(jīng)濟效益，從系統(tǒng)觀點出發(fā)，研究產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的構(gòu)成形式，用分解和組合的方法，建立模塊體系，并運用模塊組合成產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的全過程。

產(chǎn)品模塊化設(shè)計是指在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，通過功能模塊優(yōu)化、選擇及組合，構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足用戶提出的不同要求。

模塊化設(shè)計的出現(xiàn)和形成，并不是偶然和孤立的，它經(jīng)歷了互換性設(shè)計、組合化設(shè)計和積木化設(shè)計三個階段才逐步建立起來，其發(fā)展和完善更有利于產(chǎn)品的系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。

2 模塊化設(shè)計原則

根據(jù)模塊化及產(chǎn)品模塊化設(shè)計的定義，模塊化設(shè)計的原則是力求以少數(shù)模塊組成盡可能的產(chǎn)品，并在滿足要求的基礎(chǔ)上，使產(chǎn)品精度高、性能穩(wěn)定、機構(gòu)簡單成本低廉，且模塊結(jié)構(gòu)盡量簡單、規(guī)范，模塊間的聯(lián)系盡可能簡單。

3 模塊化設(shè)計方法

產(chǎn)品的模塊化設(shè)計方法，不同的專家學(xué)者從不同的角度都進行了一定的研究。總的可以歸納為兩大類：

一是側(cè)重功能劃分的模塊化設(shè)計方法，這種模塊化設(shè)計的方法主要是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，將整個產(chǎn)品系統(tǒng)劃分為各個相對獨立的功能單元，通過對模塊的不同選擇和組合來構(gòu)成滿足顧客需求的不同產(chǎn)品。在這種方法中，對于模塊內(nèi)部的結(jié)構(gòu)沒有作為重點來考慮。

另外一種方法側(cè)重于產(chǎn)品或零部件的形狀結(jié)構(gòu)的分類。該方法側(cè)重零部件形狀結(jié)構(gòu)的分析，對于產(chǎn)品構(gòu)成簡單，但某個零部件形狀結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的單件、小批量的產(chǎn)品，則顯得比上面提到的以功能劃分為主的設(shè)計方法具有優(yōu)勢。

4 模塊化設(shè)計原理

模塊創(chuàng)建的關(guān)鍵是要能滿足：①應(yīng)盡可能具有一定的通用性；②有連接關(guān)系的兩模塊應(yīng)具有對應(yīng)的接口特征；③可互換的模塊應(yīng)具有相同的功能和接口特征。此外，考慮到產(chǎn)品總體布局設(shè)計的特點，在模塊創(chuàng)建時還應(yīng)考慮模塊之間的運動關(guān)系和位置關(guān)系。因此，模塊化設(shè)計原理可以表示為：

新產(chǎn)品（系統(tǒng)）=通用模塊（不變部分）+專用部分（變動部分）

5 模塊劃分原則

如何科學(xué)、有節(jié)制地劃分模塊是模塊化設(shè)計中很重要的一項工作，既要使制造管理方便，具有較大的靈活性，避免組合時產(chǎn)生混亂，又要考慮到該模塊系列將來的擴展和向?qū)Ｓ?、變型產(chǎn)品的輻射，因此模塊劃分的合理性對模塊化產(chǎn)品的性能、外觀以及模塊的通用程度和成本均有很大的影響。

模塊的合理劃分是模塊設(shè)計的基礎(chǔ)，模塊劃分太細，雖然可能組合成較多的變型產(chǎn)品，但模塊的綜合過程卻相當(dāng)困難，反之，模塊劃分過粗，雖然模塊綜合過程容易，但易導(dǎo)致產(chǎn)品性能上的不合理和柔性太差。

將產(chǎn)品按復(fù)雜程度分為兩種：一種是結(jié)構(gòu)簡單，零部件種類較少的產(chǎn)品；一種是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零部件種類繁多的產(chǎn)品。

對于結(jié)構(gòu)簡單的產(chǎn)品，進行模塊劃分時要重點考慮以下原則：

1）保持功能和結(jié)構(gòu)方面有一定的獨立性和完整性。

2）模塊標(biāo)準(zhǔn)化原則。

3）模塊劃分粒度要適中。

對于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零部件種類繁多的產(chǎn)品還應(yīng)重點考慮模塊劃分的層次問題。一般來說，模塊劃分可以從產(chǎn)品的任意層次上進行，從而得到不同級別的模塊。模塊劃分具有層次性，這是由產(chǎn)品自身的特點所決定的。從結(jié)構(gòu)上看，產(chǎn)品通常由一些大的部件組成，而這些部件又由零件或較小的部件組成，從而表現(xiàn)為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的樹狀形式。因此，在以模塊來描述產(chǎn)品組成時，也應(yīng)體現(xiàn)出這種層次關(guān)系，如圖1所示。

圖1中的產(chǎn)品由若干一級模塊（如模塊1、模塊2等）直接組合而成，而一個一級模塊又可能由若干個二級模塊組成（如模塊2就是由模塊21、模塊22等組成）。模塊的層次和級別越低，模塊數(shù)越多，模塊就越簡單，通用化程度就越高，有可能組成更多的產(chǎn)品品種。但隨著模塊數(shù)目的增加，產(chǎn)品的制造、裝配和管理也越復(fù)雜。模塊劃分越粗，模塊數(shù)越少，模塊越復(fù)雜，模塊本身的設(shè)計工作量就越大，導(dǎo)致模塊組合生產(chǎn)的柔性降低。

所以模塊劃分最重要的問題是分解的層次與規(guī)模，在設(shè)計時應(yīng)該避免模塊數(shù)量的不足或超量，要合理確定模塊劃分層次和減少接口復(fù)雜性，使設(shè)計總成本最小。對于系列化程度較高、生產(chǎn)批量較大的產(chǎn)品，往往這些產(chǎn)品組成結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，因此應(yīng)使模塊劃分層次降低，以提高模塊的通用程度，滿足大批量定制的要求；對于非系列化或系列化程度較低的產(chǎn)品，其產(chǎn)品構(gòu)成比較簡單，且多為單件小批量生產(chǎn)，則應(yīng)使模塊劃分層次提高，以降低系統(tǒng)管理成本。

模塊劃分的數(shù)量與成本和工作量的關(guān)系可用圖2表示。從圖2中可以看出，模塊劃分的過粗或過細都會導(dǎo)致成本和工作量的增加，當(dāng)模塊劃分?jǐn)?shù)量為M時，產(chǎn)品開發(fā)的總成本最小。

6 擋泥板模塊化設(shè)計

擋泥板總成的功能是減少運動中汽車輪胎濺起的水霧、泥沙等，并將捕集到的水霧、泥沙等飛濺物導(dǎo)向地面。擋泥板可整體或部分集成在車體上或車輛的其他部件上。

在擋泥板模塊化設(shè)計中，首先應(yīng)注重?fù)跄喟宓墓δ芊治?，特別強調(diào)功能的獨立性。而且，功能單元不是單一的零件或部件，而是可以互換的功能模塊，從而使所組成的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上和性能上更為協(xié)調(diào)合理。其次，盡量使功能單元成為較小型的標(biāo)準(zhǔn)模塊，并使模塊之間的連接形式及其結(jié)構(gòu)要素標(biāo)準(zhǔn)化，以利于裝配和互換。

6.1 擋泥板模塊化設(shè)計流程

根據(jù)模塊化設(shè)計方法可分為二個階段：

第一個階段是根據(jù)企業(yè)開發(fā)計劃及未來發(fā)展方向，綜合市場需求，對整個系列模塊化設(shè)計，本質(zhì)上是系列產(chǎn)品研制過程。

第二個階段是單個產(chǎn)品的模塊化設(shè)計，需要根據(jù)用戶的具體要求對模塊進行選擇和組合，并加以必要的設(shè)計計算和校核計算，本質(zhì)上是選擇及組合過程。

具體內(nèi)容見圖3。

6.2 產(chǎn)品開發(fā)平臺系列及市場調(diào)研分析

擋泥板模塊化設(shè)計的程序是由上而下的，它首先著眼于產(chǎn)品系統(tǒng)的規(guī)劃，這就與整車的未來發(fā)展方向以及長遠戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃有關(guān)，同時也必須結(jié)合市場調(diào)查分析，即市場對同一類產(chǎn)品的需求量、市場對同類產(chǎn)品基型和各種變型的需求比例，分析來自用戶的要求，分析模塊化設(shè)計的可行性等。根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)平臺系列的各類車型的驅(qū)動型式、軸距和輪胎規(guī)格等來確定模塊化系統(tǒng)設(shè)計方案。

6.3 國家、歐盟法規(guī)動態(tài)跟蹤分析

擋泥板模塊化設(shè)計必須滿足國家、歐盟相關(guān)法規(guī)的要求，對相關(guān)法規(guī)進行動態(tài)跟蹤并解讀分析，做出實施方案。與擋泥板相對應(yīng)的法規(guī)是91/226/EEC，《機動車和掛車飛濺抑制系統(tǒng)指令》，它規(guī)定了基礎(chǔ)件擋泥板的形狀、結(jié)構(gòu)及距地面、距輪胎的橫向和縱向距離的要求等。不同的國家對擋泥板的要求也有細微的差別，特別是出口車輛，首先要解讀當(dāng)?shù)氐姆ㄒ?guī)，找出與91/226/EEC的不同之處或新增之處，在產(chǎn)品功能分析中就考慮進去并作為模塊化系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)之一，避免不滿足當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)的現(xiàn)象發(fā)生。同時，模塊要隨著法規(guī)的動態(tài)變化而變化。

6.4 擋泥板產(chǎn)品功能分析

擋泥板模塊化設(shè)計采用的是側(cè)重功能分解的設(shè)計方法，基于市場和顧客的需求分析，建立我們的整車開發(fā)戰(zhàn)略平臺，將這些需求配置到不同的整車平臺中去。擋泥板產(chǎn)品功能需求分析是實施擋泥板模塊化設(shè)計的依據(jù)，為進一步創(chuàng)建合理的模塊系統(tǒng)，必須針對性地收集、分析市場需求對全部產(chǎn)品集的基本功能要求，完成從功能需求域到模塊功能域的映射，然后在考慮模塊性能（如尺寸、重量等）基礎(chǔ)上完成從模塊功能域到模塊結(jié)構(gòu)域的映射，并將模塊功能域的功能分為基本功能（不變部分）、專用功能（變動部分）和附加功能，相應(yīng)地將模塊結(jié)構(gòu)定義為基本模塊、專用模塊和附加模塊。

6.5 擋泥板模塊化系統(tǒng)設(shè)計

傳統(tǒng)設(shè)計是面向某一具體產(chǎn)品，從產(chǎn)品的具體功能、具體結(jié)構(gòu)入手設(shè)計，而模塊化設(shè)計則是面向某一類產(chǎn)品系統(tǒng)或有相似功能的相鄰產(chǎn)品。

擋泥板模塊化系統(tǒng)設(shè)計是根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)和目的，在特定的環(huán)境條件下，運用一定的原理和方法來確定一個合乎需要的系統(tǒng)。擋泥板模塊化系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)是進行模塊化系統(tǒng)的總體策劃，通過對整個系統(tǒng)的分析和綜合，形成系統(tǒng)的宏模型。 根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)平臺和產(chǎn)品開發(fā)系列定義參數(shù)將擋泥板系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置定義為：4×2牽引車擋泥板；6×2牽引車擋泥板；6×4牽引車擋泥板規(guī)格分別按最大輪胎、最小軸距設(shè)計，見圖 4、圖 5、圖 6。

對市場需求量很少而又需要付出很多的設(shè)計與制造花費的產(chǎn)品，不應(yīng)在模塊化系統(tǒng)設(shè)計中體現(xiàn)。

以單個輪胎看，定義圖6的配置為一段式，圖4的配置為二段式，圖5（左）的配置為三段式。三段式擋泥板屬于中、高檔配置，通過結(jié)構(gòu)的不同組合，可生成二段式或一段式，滿足用戶不同的需求。

6.6 擋泥板模塊系列設(shè)計

模塊化系統(tǒng)設(shè)計只是論證系統(tǒng)的必要性、可行性，指出系統(tǒng)的輪廓、框架和總體技術(shù)要求，并提供系統(tǒng)的宏模型，只進行了系統(tǒng)的概要設(shè)計。而模塊系列設(shè)計的目的則是將系統(tǒng)設(shè)計所確認(rèn)下來的模塊化系統(tǒng)具體化，使之成為看得見、摸得著、可實際應(yīng)用的一個模塊系列實體。即進行模塊化系統(tǒng)的詳細設(shè)計。

模塊系列設(shè)計是模塊化設(shè)計中承上啟下的環(huán)節(jié)：將模塊化系統(tǒng)具體化，形成可應(yīng)用的模塊系列實體，建立模塊化系統(tǒng)的微模型。

6.6.1 某大噸位商用車車型上擋泥板模塊系列設(shè)計

根據(jù)某大噸位商用車擋泥板的功能分析以及模塊化系統(tǒng)設(shè)計，按照模塊劃分原則，生成四種基本型擋泥板，見圖7、圖8。

在這四種基本型擋泥板的基礎(chǔ)上可派生出擋泥板總成13種，通過對13種總成的重組，可組合成不同的模塊組合系列，與各種不同驅(qū)動型式的整車底盤相匹配。

6.6.2 某小噸位商用車車型擋泥板模塊系列設(shè)計

不同的車型平臺，擋泥板模塊系列設(shè)計也不相同，根據(jù)平臺的開發(fā)原則，某小噸位商用車擋泥板采用了簡易型，這樣成本合理經(jīng)濟，按照該平臺車型的輪胎規(guī)格，設(shè)計簡易擋泥板基本模塊見圖9。

6.7 擋泥板模塊組合系列

通過模塊的組合配置，就可以創(chuàng)建不同需求的產(chǎn)品，滿足客戶的定制需求。擋泥板模塊組合系列見圖10。

用戶可以根據(jù)上述組合系列選擇配置在整個平臺系列中的車型上。同時還有一些獨立功能的附加模塊，如擋雨板、防飛濺等附加功能的模塊可供選擇。

7 結(jié)論

通過應(yīng)用模塊化設(shè)計這一先進的現(xiàn)代設(shè)計方法，使擋泥板總成數(shù)量大為減少；同時基本模具數(shù)量也相應(yīng)減少；滾塑成型工藝改為注塑成型，減輕了擋泥板的重量，大大提高了生產(chǎn)效率，減少了廠家的生產(chǎn)和管理成本。同時擋泥板由整體式改為三段式，使擋泥板布置更合理美觀，該擋泥板在商用車上大量應(yīng)用，不僅提高了擋泥板的設(shè)計水平和制造質(zhì)量，而且改善了整車的外觀品質(zhì)，獲得了巨大的經(jīng)濟效益。

模塊化設(shè)計在擋泥板上的成功應(yīng)用為在其他產(chǎn)品上應(yīng)用推廣打下了良好的基礎(chǔ)。

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