机械产品的模块化设计始于20世纪初的1920年左右。模块化设计原理开始于机床设计，到20世纪50年代，欧美一些国家正式提出“模块化设计”概念，把模块化设计提到理论高度来研究。模块化设计与产品标准化设计、系列化设计密切相关，即所谓的“三化”。“三化”互相影响、互相制约，通常合在一起作为评定产品质量优劣的重要指标，是现代化设计的重要手段。目前，模块化设计的思想已渗透到许多领域，例如，机床、家电、计算机等。在每个领域中，模块及模块化设计都有其特定的含义，本书特指机械产品的模块化设计。

为开发具有多种功能的不同产品，不必对每种产品施以单独设计，而是精心设计出多种模块，将其经过不同方式的组合来构成不同的产品，以解决产品品种、规格与设计制造周期、成本之间的矛盾，这就是模块化设计的含义。模块是指一组具有同一功能和接合要素（指联结部位的形状、尺寸，联结件间的配合与啮合等），但性能、规格或结构不同却能互换的单元。

机床夹具、联轴器可称为模块，有些零件如插头、插座，从广义上来说也可以称为模块，但不如称为标准件好。在模块化设计中，也用到大量的标准件，但模块多指标准件之外、仍需被设计而又可以用于不同的组合、从而形成具有不同功能的设备单元。

模块化设计是指在对产品进行市场预测、功能分析的基础上，划分并设计出一系列通用的功能模块；并根据用户的要求，对这些模块进行选择组合，就可以构成不同功能或功能相同但性能不同、规格不同的产品，如图4-25所示。

图4-25计算机风扇模块化设计模块标准化是指模块结构标准化，尤其是模块接口标准化。模块化设计所依赖的是模块的组合，即连接或啮合，又称为接口。显然，为了保证不同功能模块的组合和相同功能模块的互换，模块应具有可组合性和可互换性两个特征，而这两个特征主要体现在接口上，必须提高其标准化、通用化、规格化的程度。例如，具有相同功能、不同性能的单元一定要具有相同的安装基面和相同的安装尺寸，才能保证模块的有效组合。在计算机行业中，由于采用了标准的总线结构，来自不同国家和地区厂家的模块均能组成计算机系统并协调工作，使这些厂家可以集中精神，大量生产某些特定的模块，并不断进行精心改进和研究，促使计算机技术达到空前发展。相比之下，机械行业针对模块化设计所做的标准化工作就逊色一些。机械产品中模块化设计仅应用于为数不多的行业。

模块化设计的原则是力求以少数模块组成尽可能多的产品，并在满足要求的基础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉，且模块结构应尽量简单、规范，模块间的联系尽可能简单。因此，如何科学地、有节制地划分模块，是模块化设计中具有艺术性的一项工作，既要照顾制造管理方便，具有较大的灵活性，避免组合时产生混乱，又要考虑到该模块系列将来的扩展和向专用、变形产品的辐射。模块划分的好坏直接影响到模块系列设计的成功与否。

随着计算机应用技术向各行各业的渗透及以计算机辅助设计为主体的现代设计的发展，模块化设计形成了以计算机为工具，以模块化设计为目标的各种学科交叉融合的新型技术领域，如计算机辅助模块化设计、模糊模块化设计、智能模块化设计、优化模块化设计等，这些手段反过来又促进了模块化设计思想的发展。

模块是模块化设计和制造的功能单元，具有三大特征：

1.相对独立性，可以对模块单独进行设计、制造、调试、修改和存储，这便于由不同的专业化企业分别进行生产；

2.互换性，模块接口部位的结构、尺寸和参数标准化，容易实现模块间的互换，从而使模块满足更大数量的不同产品的需要；

3.通用性，有利于实现横系列、纵系列产品间的模块的通用，实现跨系列产品间的模块的通用。

（一）模块化与系列化、组合化、通用化、标准化的关系

模块化设计技术是由产品系列化、组合化、通用化和标准化的需求而孕育的。系列化的目的在于用有限品种和规格的产品来最大限度、且较经济合理地满足需求方对产品的要求。组合化是采用一些通用系列部件与较少数量的专用部件、零件组合而成的专用产品。通用化是借用原有产品的成熟零部件，不但能缩短设计周期，降低成本，而且还增加了产品的质量可靠性。标准化零部件实际上是跨品种、跨厂家甚至跨行业的更大范围零部件通用化。由于这种高度的通用化，使得这种零部件可以由工厂的单独部门或专门的工厂去单独进行专业化制造。

（二）产品模块化、系列化设计分类与库管理

产品模块要求通用程度高，相对于产品的非模块部分生产批量大，对降低成本和减少各种投入较为有利。但在另一方面又要求模块适应产品的不同功能、性能、形态等多变的因素，因此对模块的柔性化要求就大大提高了。对于生产来说，尽可能减少模块的种类，达到一物多用的目的。对于产品的使用来说，往往又希望扩大模块的种类，以更多地增加品种。针对这一矛盾，设计时必须从产品系统的整体出发，对产品功能、性能、成本诸方面的问题进行全面综合分析，合理确定模块的划分。产品模块化设计按照自顶向下研究分类，包括系统级模块、产品级模块、部件级模块、零件级模块；再按照功能及加工和组合要求研究分类，包括基本模块、通用模块、专用模块；然后按照接口组合要求研究分类，包括内部接口模块、外部接口模块。以产品级模块化为例，就是在需求调查的基础上，对装备产品的构成进行分析，考察其中的功能互换性与几何互换性的关系，并划分基本模块、通用模块或专用模块，以模块为基础进行内部接口、外部接口设计，通过加、减、换、改相应模块以构成新的产品，并满足装备产品的功能指标的要求。

系列化是对同一类产品的结构形式和主要参数规格进行科学规划的一种标准化形式。

系列化是标准化的高级形式。系列化通过对同类产品发展规律研究，预测市场需求，将产品的型式、尺寸等做出合理的安排和规划，其目的是使某-类产品系统的结构优化，功能达到最佳。产品系列化包括制定产品参数系列标准、编制系列型谱和开展系列设计三个方面的内容。

通过对同一类产品发展规律的分析研究、国内外产品发展趋势的预测，结合本国的生产技术条件，经过全面的技术经济比较，将产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等作出的合理安排与规划。

示例：

汽车产品的系列化，简单地说，就是汽车生产厂家在一两种基本车型的基础上，采用更换一些不同部件（如发动机或车身）的办法，衍生出一系列的不同车型，从而满足不同用户的需要。例如，一种基本型的载货汽车，可以衍生出汽油车和柴油车、长头车和平头车、单排座和双排座驾驶室、短轴距和长轴距、越野车、自卸车、牵引车、厢式车以及各种各样的专用汽车。

车型可多达几十种。这些衍生出来的车型，和基本车型一起，就组成了一个车型系列。再如，一种基本型的轿车，也可衍生出二门车、三门车、四门车、五门车、旅行轿车、敞篷轿车、前轮驱动和全轮驱动车以及各种各样的专用汽车。车型也可多达几十种。

汽车发动机也可以系列化。同一种发动机，可以变型出两缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、增压等一系列型号，排量不同，功率大小不同，从而可以满足不同车型对发动机的要求。系列化对汽车厂家组织多品种生产，降低制造成本十分有利。美国通用公司就用13种车身、22种发动机组合成112种车型进行生产。

标准化的形式：

标准化的形式是由标准化的内容决定的，是标准化内容存在的方式，也是标准化过程的表现形态。每种标准化形式都表现不同的标准化内容针对不同的标准化任务，达到不同的目的。主要的标准化形式有：简化、统一化、系列化、通用化、组合化、模块化。

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