标准化与模块化.ppt

标准化与模块化 产品标准化 对产品 或零件 的类型 性能 规格 质量 所用原材料 工艺装备和检验方法等规定统一标准 并使之贯彻实施的过程 标准件 标准化的零件 叫做标准件 如对各种机电产品上使用的螺栓 螺帽 螺钉 垫圈等零件 分别给予一定的符号或代号 加以统一规定 制订成各种标准 标准化后 就可以根据不同的需要 用途 按照规定的标准组织生产和使用 标准化的发展 1798年 美国E 惠特尼 1765 1825 提出零部件互换性建议 应用生产 开始了最初的标准化 1850 1900年蒸汽动力的采用和轮船 铁路运输的发展 促使西方国家商业竞争加剧 要求产品规格 质量和性能统一化 标准化工作也有了相应发展 1901年 英国成立了世界第一个国家标准团体 英国标准学会 1906年 成立了世界最早的国际性标准团体 国际电工委员会 1947年 成立了目前世界最大的国际标准化机构 国际标准化组织 中国于1978年9月加入 标准的分类及意义 标准按其适用范围可分为国际标准 国家标准 专业标准和企业标准 标准化是现代技术经济科学体系的一个重要组成部分 实行标准化能简化产品品种 加快产品设计和生产准备过程 保证和提高产品和工程质量 扩大产品零件 部件的互换性 降低产品和工程成本 促进科研成果和新技术 新工艺的推广 合理利用能源和资源 便于国际技术交流等 世界上任何产品都有它的行业标准 标准化产品关联到相关产品配套 对品质有着很大作用 标准化的生产可提高生产效率和产品品质 标准化的报价更精准 标准化的设计更人性化 标准化的安装质量更可靠 服务更有保证 标准化的厨房家具能与各种电器相配套 能够科学利用厨房空间 并有良好的视觉与实用效果 在欧洲三十年以前就已制定出厨房及厨柜的标准化 产品设计标准化是企业科研 生产活动中的重要环节 它对合理地发展产品品种 促进专业化生产 简化设计 工艺 缩短设计 试制周期 降低成本 保证产品质量 提高经济效益 都有重要作用 标准化是保证产品质量的前提以标准形式加以规定的技术和零部件是经过使用和验证过的 减少了过失的概率和质量检验的次数 标准化在产品设计中的作用 2 标准化是提高效益的普遍行动准则标准化原理之一是简化 通过设计标准化 直接或间接地简化经营要素 从而降低成本 改善经营管理 提高企业效益 标准化在产品设计中的作用 3 标准化可以有效地利用已有的技术积累产品设计本身是利用已有的技术积累 并加以继承和发展的过程 具体地说 就是对已有的技术积累进行选优 组合 变换 研制出新产品 而产品设计标准化就是有效应用现行标准和为适应新的需要不断制定新标准 修订旧标准 循环往复 以至无穷 标准化在产品设计中的作用 4 标准化是采用计算机设计的基础采用计算机进行设计和设计管理 是提高设计效率的重要手段 而要付诸实施 必须建立在标准化的基础之上 标准化在产品设计中的作用 5 标准化是集体进行设计的基础在现代科学技术条件下 产品的设计和制造技术已超出个人的知识范围 这就要求从个人自由思考进行设计转变为集体思考进行设计 而实现这种转变 要求对技术和经验加以集中 标准正是积累技术和经验并可加以利用的最好形式 标准化在产品设计中的作用 5 产品的设计过程是贯彻标准的过程一产品在设计过程中要提高产品 三化 标准化 通用化 系列化 水平 大量采用标准件 通用件 一方面可以大量节省设计土作量 提高设计效率 另一方面可以保证产品的互换性和协作配合 缩短新产品试制和生产准备周期 相反 如在设计中不贯彻有关标准 就会使设计出现反复 甚至给工艺 工装 供应 计划和生产带来困难 标准化在产品设计中的作用 标准化如何应用在产品设计中 产品设计经过初步设计 技术设计和工作图设计三个阶段 所谓设计是拟定产品必须实现的质量指标 为实现该目标而决定产品原理 结构 材料 特性及其它各项要素 之后决定零部件的构成 在这过程中 遵循标准化原则 确定设计方案 从而达到产品设计标准化 在产品设计中标准化的应用 产品质量标准化产品质量标准化 是指为保证产品的适用性 对产品的型式 尺寸 主要性能参数 质量指标等加以规定并贯彻于产品设计中 产品系列化产品系列化是指将产品的主要参数 型式 尺寸 基本结构等作出合理的安排 以协调同类产品和配套产品之间的关系 达到以最少的品种 满足最广泛的需要 根据一定的技术经济要求 按照一定的规律 对同类产品的品种 规格合理分档 分级 形成系列 叫品种规格系列化 品种规格系列化的内容 用十六个字可以基本概括 即 确定范围 合理分档 同类归并 统一设计 系列化是搞好产品设计的一个重要原则 主要内容有 制定产品参数系列标准 编制产品系列型谱 进行产品系列设计 零部件的通用化通用化就是不断地增加通用件的品种和扩大通用件的使用范围 实现通用化的方法有统一设计法和逐步积累法两种 将那些变翩素较少 而且重复使用频率较高的零部件 有计划地进行统一设计 独立编号 零部件通用化要求在互换性的基础上尽可能扩大同一产品零件 部件 构件等的使用范围 其内容包括 按零部件统一化 互换性等标准化原则 编制零部件图册 设计中优先采用标准件 通用件 以合理压缩和简化零部件的品种和规格 产品设计中的标准化工作是重要技术基础工作 是简化设计 节省设计人员 保证设计质量 提高设计效率 提高技术水平 缩短制造周期 保证和提高产品质量 继而提高经济效益的重要环节 产品设计标准化的手段及方法 实现标准化设计的方法 在设计的各个阶段要认真进行产品图样及设计文件的标准化审查 其目的是检查各种图样和设计文件是否符合各种标准的要求 对产品设计进行标审是贯彻三级标准的一项重要手段 也是保证产品在设计 研制和生产过程中 贯彻实施技术标准的一项有效措施 产品设计需经如下三个阶段 初步设计 方案设计或模拟品试制 阶段根据国家有关技术经济政策 标准规定以及产品系列化要求 参与技术任务书和方案评审 掌握设计意图 同时对产品设计提出 标准化综合要求 技术设计阶段a 按着 标准化综合要求 对新产品提出应贯彻的型式 参数 性能 精度 试验方法 检验规则以及基础 材料 寿命 能耗 安全 环保等各类标准的名称 b 提供有关标准 手册 典型图册以及各种文件的编制规定及其它资料 c 根据产品型号编制规定 向有关专业归口所申报批准新产品的型号和名称 d 对所编制的设计文件和图样进行标准化预审 工作图设计阶段a 对工作图和设计文件进行标审b 对工艺文件和工装图样进标审C 统计和计算标准化程度系数 d 对尚没有国 专 部 标准标准的产品 应组织或配合设计品标准 草案 或技术条件 产品设计之模块化设计 模块化设计是对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能 不同规格的产品进行功能分析的基础上 划分并设计出一系列功能模块 通过模块的选择和组合构成不同的顾客定制的产品 以满足市场的不同需求 模块化的概念与绿色设计 将绿色设计思想与模块化设计方法结合起来 可以同时满足产品的功能属性和环境属性 一方面可以缩短产品研发与制造周期 增加产品系列 提高产品质量 快速应对市场变化 另一方面 可以减少或消除对环境的不利影响 方便重用 升级 维修和产品废弃后的拆卸 回收和处理 模块化设计原理 模块化产品设计方法的原理是 在对一定范围内的不同功能或相同功能 不同性能 不同规格的产品进行功能分析的基础上 划分并设计出一系列功能模块 通过模块的选择和组合构成不同的顾客定制的产品 以满足市场的不同需求 这是相似性原理在产品功能和结构上的应用 是一种实现标准化与多样化的有机结合及多品种 小批量与效率的有效统一的标准化方法 模块的特征 系列产品中的模块是一种通用件 模块化与系列化已成为现今装备产品发展的一个趋势 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 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 这里的部件 一般包括分部件 组合件和零件等 模块化与系列化 组合化 通用化和标准化的关系 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 产品模块化设计分类 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 模块化设计涉及到两个基本过程 模块划分和模块组合 模块是模块化产品的基本组成单元 合理有效的模块划分是模块化设计的前提与基础 模块划分的基本思路为 依据模块划分的原则 从不同的角度将产品划分为若干基本单元 进行相关度计算 建立相关矩阵 聚类成模块 模块划分的原则 模块划分最基本的原则是以少数块组成尽可能多的产品 一般来说 并没有完全统一的模块划分的原则 因为研究对象不同 其侧重点也不同 模块划分的角度 模块的划分根据其划分角度的不同 有不同的划分方式 最终得到不同的基本单元 从产品生命周期的观点看 这些不同的划分角度分别是面向产品生命周期中的不同阶段因此 可以根据模块划分所面向的生命周期中的具体阶段 把模块划分为5个阶段 1 面向设计的模块划分当某类产品的市场需求种类较多或者需求的变化较快时 模块划分通常侧重于面向设计 主要根据产品各个组成部分之间功能上的相关程度进行模块划分 即对产品的总功能进行分解得到一系列基本的功能单元 然后按照相关性影响因素进行聚类分析 最后得到功能模块 2 面向制造的模块划分如果产品的市场需求相对稳定 而制造过程比较复杂 模块划分通常侧重于面向制造 在模块划分中应重点考虑加工方面的问题 通常模块内部越简单 其制造就越容易 3 面向使用 装配和维修的模块划分如果用户需要经常对产品的某些部分进行更换或维护时 产品模块划分通常侧重于面向装配和维修 在这一类模块划分中 应重点考虑的是装卸和接口方面的问题 面向装配的模块化设计重点从保证装配过程和装配质量的角度进行模块划分 产品划分的模块越多 接口就越多 装配中考虑的因素也越多 对装配过程和装配质量影响也越大 4 面向回收的模块划分如果市场对产品的环保性能要求较高 模块划分通常侧重于面向回收 在这类模块划分中 应重点考虑材料和可重用部件的问题 应用绿色准则 重用性 升级性 维护性 回收性和处理性 功能准则和零件合并准则来指导模块的划分 5 面向整个生命周期的模块划分前面几种模块划分针对的只是产品生命周期的某个阶段 没有从整个生命周期的角度考虑 产品的生命周期从产品的市场需求开始到回收利用结束 涉及到多个过程 多方面因素 均对模块的划分产生或多或少的影响 理想情况下 模块化产品应该同时达到生命周期各阶段的所有目标 但实际上产品生命周期涉及多目标 针对不同的目标有不同的模块划分结果 需要进行多目标的协调 模块化设计的目的 模块化产品设计的目的是以少变应多变 以尽可能少的投入生产尽可能多的产品 以最为经济的方法满足各种要求 由于模块具有不同的组合可以配置生成多样化的满足用户需求的产品的特点 同时模块又具有标准的几何连接接口和一致的输入输出接口 如果模块的划分和接口定义符合企业批量化生产中采购 物流 生产和服务的实际情况 这就意味着按照模块化模式配置出来的产品是符合批量化生产的实际情况的 从而使定制化生产和批量化生产这对矛盾得到解决 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 机械产品的模块化设计 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 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 但不如称为标准伯为好 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 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 但不如称为标准伯为好 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 机床模块化设计的主要方式有 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 这种方式是易实现 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 现代家具模块化设计 家具模块化设计 指在对家具进行功能分析的基础上 划分并设计出一系列的家具功能模块 通过功能模块的选择与组合构成不同的家具 以满足市场多样化需求的设计方法 是通用模块与专用模块通过标准化的接口组