摘要：鑒于產(chǎn)品模塊化是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制的主要方法，產(chǎn)品模塊化率評(píng)估可幫助企業(yè)了解產(chǎn)品模塊化的目標(biāo)、方向和水平，對(duì)產(chǎn)晶模塊分解、模塊通用化和標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)晶配置和變型設(shè)計(jì)3個(gè)階段的產(chǎn)品模塊化率評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行了分析。提出了包括模塊獨(dú)立性和通用性指標(biāo)的模塊化率評(píng)估指標(biāo)體系，給出了產(chǎn)晶模塊化率評(píng)估指標(biāo)計(jì)算方法。以家用豆?jié){機(jī)為例對(duì)產(chǎn)晶模塊化率評(píng)估指標(biāo)和方法進(jìn)行了可行性驗(yàn)證。

　　關(guān)鍵詞：產(chǎn)品設(shè)計(jì);模塊分解;模塊化;模塊化率評(píng)估;家用豆?jié){機(jī)

　　機(jī)械方向論文范文：機(jī)械工程自動(dòng)化技術(shù)存在的問(wèn)題及對(duì)策探析

　　摘要：隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械工程之中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用隨之加強(qiáng)，不僅提升了機(jī)械制造的效率，而且還促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化、智能化發(fā)展。但是，我國(guó)機(jī)械工程自動(dòng)化技術(shù)在應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題，迫切需要提出解決對(duì)策，從而保障機(jī)械工程自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用。

　　已經(jīng)到來(lái)的新一輪工業(yè)革命，在德國(guó)叫“工業(yè)4。0”、在美國(guó)被稱(chēng)為“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”。其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制，即：產(chǎn)品是多樣化和個(gè)性化的，但其制造成本、效率和速度與大批量生產(chǎn)相差無(wú)幾•實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制的方法主要是智能制造和大范圍的專(zhuān)業(yè)化分工•對(duì)于許多產(chǎn)品，如機(jī)械類(lèi)、家電類(lèi)、家具類(lèi)、建筑類(lèi)等產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制的有效方法之一是對(duì)多樣化和個(gè)性化產(chǎn)品中的零部件進(jìn)行模塊化，目標(biāo)是提高零部件通用化和標(biāo)準(zhǔn)化程度，有效支持深度的專(zhuān)業(yè)化分工,形成較大的零部件成組批量，以便采用面向大批量生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)化自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行加工;少數(shù)的專(zhuān)用零部件可采用智能制造方法進(jìn)行加工，從而達(dá)到大規(guī)模定制的目的。

　　模塊化設(shè)計(jì)作為一種設(shè)計(jì)方法，近幾年日益受到人們的重視，隨著模塊化技術(shù)逐漸成熟，其應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，已經(jīng)在許多行業(yè)的應(yīng)用中取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。模塊化是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制的主要方法，也是新一輪工業(yè)革命的基礎(chǔ)之一模塊化在新一輪科技革命中依然具有重要價(jià)值•模塊化設(shè)計(jì)的直接目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化(它可以用模塊化率指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估)其最終目標(biāo)是提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境友好性。產(chǎn)品模塊化的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境友好性評(píng)估已經(jīng)在文獻(xiàn)[1]中進(jìn)行討論。本文主要討論產(chǎn)品模塊化率的評(píng)估指標(biāo)和方法。

　　模塊化率通常與產(chǎn)品模塊化的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境友好性正相關(guān)•模塊化率又稱(chēng)模塊化程度。模塊化率評(píng)估的需求主要體現(xiàn)在：①在模塊化立項(xiàng)階段,需要了解模塊化可能會(huì)優(yōu)化到什么深度;②在模塊化實(shí)施階段，需要考慮如何提高產(chǎn)品的模塊化率;③在模塊化設(shè)計(jì)完成階段，需要評(píng)估產(chǎn)品的模塊化率•模塊化率評(píng)估是模塊化設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，有助于減少模塊化的盲目性•一個(gè)全面科學(xué)合理的模塊化率評(píng)估指標(biāo)體系可以有效支持企業(yè)的模塊化工作決策•模塊化率評(píng)估結(jié)果的反饋，使得模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程成為一個(gè)閉環(huán)，有利于不斷提高企業(yè)模塊化產(chǎn)品的質(zhì)量和用戶(hù)滿(mǎn)意度。國(guó)內(nèi)外學(xué)者曾對(duì)模塊化率評(píng)估進(jìn)行過(guò)研究•劉夫云等采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)產(chǎn)品模塊化率進(jìn)行了比較分析，但所導(dǎo)出的模塊化率評(píng)估參數(shù)還不夠直觀,工程應(yīng)用較難⑵。

　　吳煥民等采用模塊獨(dú)立性指標(biāo)，基于模糊聚類(lèi)方法進(jìn)行產(chǎn)品模塊分解，但其評(píng)估指標(biāo)比較單一，不能全面反映模塊化情況⑷。WEI等提出一種支持產(chǎn)品平臺(tái)設(shè)計(jì)的多準(zhǔn)則模塊分解方法⑷•這里的模塊化評(píng)估準(zhǔn)則主要是模塊獨(dú)立性和可靠性•劉麗萍從模塊化設(shè)計(jì)思想出發(fā)，對(duì)模塊的標(biāo)準(zhǔn)化程度評(píng)估方法進(jìn)行探討，研究了模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品繼承性的分析方法安苗苗基于情感化設(shè)計(jì)，選定本能、行為、反思層的不同指標(biāo)，通過(guò)模糊層次分析法得到了手機(jī)模塊化率評(píng)估結(jié)果，并對(duì)手機(jī)模塊化設(shè)計(jì)體系進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)估⑷•其中存在大量專(zhuān)家打分情況，評(píng)估結(jié)論的主觀程度偏大•王玉豪分析模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)估指標(biāo)后建立層次評(píng)估模型,對(duì)模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的個(gè)性化程度進(jìn)行評(píng)估，在多個(gè)設(shè)計(jì)方案中選出了最優(yōu)的模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案⑺•該方法需要在模塊化設(shè)計(jì)前期收集大量用戶(hù)需求數(shù)據(jù)，同時(shí)其降低了設(shè)計(jì)人員意見(jiàn)所占權(quán)重，導(dǎo)致模塊化設(shè)計(jì)工作的難度加大•

　　單泉等以產(chǎn)品定制度和用戶(hù)滿(mǎn)意度為準(zhǔn)則，對(duì)定制產(chǎn)品的模塊化進(jìn)行評(píng)估,其評(píng)估指標(biāo)較為單一，缺乏綜合性評(píng)估⑷•張雪等從縮短制造周期、降本增效的角度出發(fā),對(duì)國(guó)內(nèi)外船舶模塊化建造方法進(jìn)行評(píng)估⑷•其評(píng)估方法專(zhuān)門(mén)針對(duì)船舶制造領(lǐng)域，對(duì)其他機(jī)械模塊化率評(píng)估的通用性不足。STANKIEWICZ等提出的基于單獨(dú)區(qū)分網(wǎng)絡(luò)元素的模塊建模評(píng)估方法，側(cè)重于對(duì)模塊建模方法的評(píng)估「詞。GRIMMELIUS通過(guò)模塊化空調(diào)器的早期故障評(píng)估信息反饋來(lái)減少設(shè)計(jì)失誤，而缺乏對(duì)模塊化空調(diào)器生命周期的整體評(píng)估本文基于相關(guān)文獻(xiàn)，擬提出模塊化率評(píng)估指標(biāo)體系，并針對(duì)其中各指標(biāo)提出具體的計(jì)算方法，以期實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模塊化率的定量評(píng)估。1模塊化過(guò)程與模塊化率評(píng)估模塊化率評(píng)估是圍繞模塊化過(guò)程展開(kāi)的。模塊化過(guò)程包括模塊化設(shè)計(jì)、制造、裝配、維護(hù)和回收等產(chǎn)品生命周期各環(huán)節(jié)，其中模塊化設(shè)計(jì)是模塊化的關(guān)鍵。模塊化設(shè)計(jì)主要包括：①對(duì)產(chǎn)品中的模塊進(jìn)行分解;②對(duì)產(chǎn)品通用模塊和配置方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,并建立模塊化平臺(tái);③針對(duì)個(gè)性化訂單，開(kāi)展基于模塊化平臺(tái)的配置設(shè)計(jì)和變型設(shè)計(jì)。模塊化率評(píng)估指標(biāo)與模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化目標(biāo)直接相關(guān)。

　　1.1模塊分解階段的模塊化率評(píng)估

　　產(chǎn)品的模塊分解，首先需要開(kāi)展市場(chǎng)調(diào)研，收集并預(yù)測(cè)客戶(hù)需求,然后提出產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)要求，再將產(chǎn)品劃分為若干功能和結(jié)構(gòu)單元，確定模塊分解方案⑴〕。通常采用先整體后局部，先主要后次要，先功能后結(jié)構(gòu)的分解順序，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模塊分解•首先分解核心模塊,然后再劃分其他次要的模塊，最后處理那些輔助性模塊。圖1所示為產(chǎn)品模塊樹(shù)型結(jié)構(gòu)分解示意圖。例如,最初的計(jì)算機(jī)是整體式架構(gòu)，其設(shè)計(jì)和維護(hù)難度很大。

　　在20世紀(jì)60年代，IBM公司實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)模塊化。其模塊可分別開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，使計(jì)算機(jī)技術(shù)得到迅速發(fā)展。同時(shí)，計(jì)算機(jī)的模塊化導(dǎo)致硅谷的誕生，出現(xiàn)了許許多多有能力開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)不同模塊的創(chuàng)新型小企業(yè)模塊分解的優(yōu)化目標(biāo)是:模塊間的關(guān)聯(lián)度(又稱(chēng)聚合度)要盡可能小，模塊內(nèi)各零部件的關(guān)聯(lián)度要盡可能大。因此，在產(chǎn)品模塊分解階段，模塊化率的評(píng)估指標(biāo)是模塊獨(dú)立性和模塊封裝性。

　　1.2模塊通用化和標(biāo)準(zhǔn)化階段的模塊化率評(píng)估

　　在模塊通用化和標(biāo)準(zhǔn)化階段，需要對(duì)不同產(chǎn)品的相似模塊進(jìn)行建模，使盡可能多的模塊實(shí)現(xiàn)通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，以提高模塊批量•這里，建模的主要工作包括:首先識(shí)別不同產(chǎn)品中的模塊相似性，確定模塊的少量主參數(shù)(主參數(shù)少則容易控制);然后通過(guò)主參數(shù)控制其他模塊參數(shù)的變化，建立模塊主模型(包括模塊主圖和事物特性表)，將模塊接口標(biāo)準(zhǔn)化,設(shè)計(jì)支持模塊配置的產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)等;最終構(gòu)成模塊化設(shè)計(jì)平臺(tái)。產(chǎn)品模塊通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)化目標(biāo)是：提高模塊的通用化程度，盡可能將專(zhuān)用模塊轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄓ媚�塊，而將通用模塊轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)模塊，以降低生產(chǎn)成本•該階段的模塊化率評(píng)估指標(biāo)為模塊的通用性。

　　1.3產(chǎn)品配置和變型設(shè)計(jì)階段的模塊化率評(píng)估

　　在建立模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，可根據(jù)用戶(hù)個(gè)性化需求，在用戶(hù)訂單到達(dá)后快速進(jìn)行基于產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)和基于產(chǎn)品主模型的變型設(shè)計(jì)基于產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)是:用盡可能少的通用模塊配置盡可能多的產(chǎn)品變型•基于產(chǎn)品主模型的產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)是:產(chǎn)品模塊的變化在盡可能小的范圍內(nèi)，滿(mǎn)足用戶(hù)盡可能多的個(gè)性化需求。因此，在產(chǎn)品配置和變型設(shè)計(jì)階段，模塊化率評(píng)估指標(biāo)為：所配置和變型的不同產(chǎn)品數(shù)量的增加率、所配置和變型產(chǎn)品中不同模塊數(shù)量的減少率等。

　　1.4模塊化率評(píng)估指標(biāo)體系

　　將上述3個(gè)階段的模塊化率評(píng)估指標(biāo)集中在一起,可得圖5所示的產(chǎn)品模塊化率評(píng)估指標(biāo)。對(duì)于企業(yè)，5個(gè)指標(biāo)還是偏多。對(duì)指標(biāo)間的相關(guān)性分析可知,模塊獨(dú)立性和模塊封裝性這兩個(gè)指標(biāo)高度相關(guān);而模塊通用性直接影響所配置和變型的不同產(chǎn)品數(shù)量的增加率、所配置和變型產(chǎn)品中不同模塊的減少率這兩個(gè)指標(biāo)•因此，產(chǎn)品模塊化率評(píng)估指標(biāo)可最終選取模塊獨(dú)立性和模塊通用性這兩個(gè)評(píng)估指標(biāo)。

　　2模塊化率評(píng)估指標(biāo)計(jì)算方法

　　2.1模塊獨(dú)立性評(píng)估算法模塊的獨(dú)立性是指模塊功能提高對(duì)產(chǎn)品其他模塊的影響度•模塊獨(dú)立性越強(qiáng),模塊功能改善對(duì)產(chǎn)品其他模塊的影響越小。

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　本文建立了產(chǎn)品模塊化率評(píng)估指標(biāo)體系參考模型，在綜合考慮評(píng)估指標(biāo)相對(duì)獨(dú)立性、普遍適用性、綜合性的前提下，提出基于模塊獨(dú)立性、通用性、封裝性、產(chǎn)品種類(lèi)的增加率、新增零件數(shù)減少率等5個(gè)指標(biāo)的模塊化率評(píng)估方法,并在此基礎(chǔ)上，將5個(gè)指標(biāo)壓縮為模塊獨(dú)立性和通用性?xún)蓚�(gè)指標(biāo)，對(duì)產(chǎn)品模塊化率進(jìn)行綜合評(píng)估。最后以家用豆?jié){機(jī)為例，對(duì)產(chǎn)品模塊化率評(píng)估指標(biāo)及評(píng)估方法進(jìn)行了可行性驗(yàn)證。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]田楚楚，石浩，顧復(fù)，等。機(jī)械產(chǎn)品模塊化效益評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用。成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化,2018,35(2):1-8,48。

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