模块化设计是在对产品进行市场分析、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，根据用户要求，对模块进行选择和组合，构成不同功能或功能相同性能不同、规格不同的产品。

模块化设计的划分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，且模块结构应简单规范，模块间的联系尽可能简单。划分模块既要兼顾制造管理方便，具有较大灵活性，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、变型产品的辐射。划分的优劣直接影响模块系列设计的成功与否。划分前必须对系统进行仔细、系统的功能分析和结构分析，并要注意以下各点：

1）模块在整个系统中的作用及其更换的可能性和必要性；

2）保持模块在功能及结构方面有一定的独立性和完整性；

3）模块间的接合要素应便于联接与分离；

4）模块的划分不能影响系统的主要功能。

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。

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，是现代化原理开始用于机床设计，到本世纪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。模块化设计的思想已渗透到许多领域，例如机床、减速器、家电、计算机等等。在每个领域，模块及模块化设计都有其特定的含义。

模块：一组具有同一功能和接合要素（指联接部位的形状、尺寸、联接件间的配合或啮合等），但性能、规格或结构不同却能互换的单元。床卡具、联轴器可称为模块，有些零部件如插头、插座，广而言之也可称为模块，但不如称为标准件为好。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的单元、

模块化设计：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；根据用户的要求，对这些模块进行选择和组合，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。这种设计方法称为模块化设计。 1）横系列模块化设计。不改变产品主参数，利用模块发展变形产品。这种方式易实现，应用最广。常是在基型品种上更换或添加模块，形成新的变形品种。例如，更换端面铣床的铣头，可以加装立铣头、卧铣头、转塔铣头等，形成立式铣床、卧式铣床或转塔铣床等。

2）纵系列模块化设计。在同一类型中对不同规格的基型产品进行设计。主参数不同，动力参数也往往不同，导致结构形式和尺寸不同，因此较横系列模块化设计复杂。若把与动力参数有关的零部件设计成相同的通用模块，势必造成强度或刚度的欠缺或冗余，欠缺影响功能发挥，冗余则造成结构庞大、材料浪费。因而，在与动力参数有关的模块设计时，往往合理划分区段，只在同一区段内模块通用；而对于与动力或尺寸无关的模块，则可在更大范围内通用。

3）横系列和跨系列模块化设计。除发展横系列产品之外，改变某些模块还能得到其它系列产品者，便属于横系列和跨系列模块化设计了。德国沙曼机床厂生产的模块化镗铣床，除可发展横系列的数控及各型镗铣加工中心外，更换立柱、滑座及工作台，即可将镗铣床变为跨系列的落地镗床。

4）全系列模块化设计。全系列包括纵系列和横系列。例如，德国某厂生产的工具铣，除可改变为立铣头、卧铣头、转塔铣头等形成横系列产品外，还可改变床身、横梁的高度和长度，得到三种纵系列的产品。

5）全系列和跨系列模块化设计。主要是在全系列基础上用于结构比较类似的跨产品的模块化设计上。例如，全系列的龙门铣床结构与龙门刨、龙门刨床和龙门导轨磨床相似，可以发展跨系列模块化设计。

模块化设计这一新的设计概念和设计方法迅速在各个领域得到广泛应用，它的竞争优势主要体现在两个方面：一方面解决品种、规格的多样化与生产的专业化的矛盾；另一方面也为先进的制造技术、提高设备的利用率创造必要的条件，实现以不同批量提供顾客满意度的产品，进而使企业实现产品多样化和效益统一。

模块化的宗旨是效益。它的意图和最终目的就是为了满足人们对多样化的需求和适应激烈的市场竞争，在多品种、小批量的生产方式下，实现最佳的效益和质量。模块化的对象是产品或系统的构成，模块化不是研究和解决某一个孤立的产品或系统的设计或构成的问题，而是解决某类产品或系统的最佳构成形式问题，即系统由标准化的模块组合而成。由于模块化的对象是系统，因而运用系统工程的原理和方法，是开展模块化的基本原则。模块化的主要方法是系统的分解和组合，模块化的产品或系统是由标准的模块组成的。模块如何产生，能否有效地组合成产品或系统，产品或系统的分解和组合的技巧和运用水平，是模块化的核心问题。模块化的目标是建立模块系统和对象系统。模块化活动的目标或产物有两个，即形成模块系统和模块化的产品系统。建立模块系统是实施模块化设计的前提，形成模块化产品或系统则是模块化的最终归宿。

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