建筑设计的模块化研究

建筑设计的模块化研究（精选十篇）

建筑设计的模块化研究 篇1

随着全球经济的迅速发展, 市场竞争日益激烈, 传统的制造观念及设计方法已经无法满足客户不断变化的个性化需求, 企业为提高自身的竞争力, 除了必须增强产品创新功能、降低生产成本、保证产品质量之外, 还须缩短产品设计周期, 以快速设计并生产出满足用户需求的多品种、小批量定制化产品。

模块化设计作为快速设计与可适应设计的重要设计方法和核心技术, 通过功能模块的不同组合实现产品的用户化和定制化设计, 被视为实现产品多样化的主要途径及大规模定制化的基本方法[1,2]。

模块化设计始于20世纪初, 欧洲一些国家将其用于家具行业, 直到20世纪50年代, 欧美一些国家正式提出了模块化设计的概念, 随后模块化设计便受到了越来越广泛的关注和研究。国外学者[3～5]在模块化设计的概念定义、模块的划分技术以及模块的组合技术上都做了诸多研究;国内学者[1,2,6]针对传统模块化设计的不足与局限性, 将参数化设计与变量化分析技术引入模块化设计, 提出了广义模块化设计的概念与设计方法, 对其基本原理、广义模块划分、模块组合进行了系统论述, 并将其应用到大型液压机等产品的设计开发中, 拓展了模块化设计的应用领域。

基于实例推理 (Case-Based Reasoning, CBR) 是一种通过重用或修改以往解决相似问题的方案来解决现有问题的推理模式, 已被广泛应用于多个领域, 如智能诊断、图像识别, 尤其是产品的设计与开发领域。在所有的产品设计活动中, 约有75%的产品设计都是基于实例推理的设计[7]。

压机作为制造业重要的基础设备之一, 其广泛应用于国民生产的各个领域。由于用途的不同, 压机的主机结构形式多样, 差异很大, 其生产多以小批量、定制化为主, 工况较复杂, 载荷大, 结构需要满足一定的强度与刚度要求。本文以某企业自主设计的300T磁材压机为研究对象, 以模块化设计方法为基础, 结合基于实例推理的产品设计技术, 详细介绍基于实例推理的磁材压机模块化设计流程及其关键技术。

1 基于实例推理的模块化设计

1.1 模块化设计

模块化设计是现代产品设计的一种重要方法, 通过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, 划分并设计出一系列的功能模块, 再由不同模块的选择和组合构成不同的产品, 以满足市场与用户不同需求[8]。

模块化设计有传统模块化设计与广义模块化设计之分。传统的模块化设计多以固定尺寸系列划分的刚性模块为基础, 强调模块的通用化、标准化和系列化, 这就使得其在产品模块划分的过程中, 可能出现模块系列划分不当的情况, 不是模块划分太过细致, 就是模块划分太过粗略, 直接导致设计的产品要么功能不足, 要么功能冗余, 与用户的个性化需求相冲突。为解决传统模块化设计的不足与局限性, 广义模块化设计[2]将参数化设计与变量分析技术融入模块化设计中, 通过对一系列产品进行功能分析并结合在设计、制造、维护中的特点, 划分并构造出具有更强适应性的广义模块, 通过广义模块的组合实现产品的快速设计, 使其既适用于系列分级特性比较明显的产品及其产品族的开发, 也适用于工况复杂、大载荷、对结构需要进行强度与刚度设计、系列分级特性不明显的产品设计。

1.2 基于实例推理

基于实例推理 (Case-Based Reasoning CBR) 是近年来人工智能领域内研究的热点, 同时也被广泛应用于产品的设计开发, 其设计原理是将以往解决问题的经验 (知识或具体实例) 按一定的组织方式存储于实例库中, 当面临新的问题时, 通过检索实例库, 寻找与当前问题相同或相似的历史实例, 并对其重用或者修改后重用, 来解决当前问题。故基于实例推理的设计方法一般包含四个基本过程:实例检索、实例重用、实例修改和实例存储。图1为基于实例推理解决问题的一般流程图。

当一个待解决的新问题出现时, 首先将其转变为检索信息在实例库中进行检索, 然后根据新问题和实例库中已有方案进行相似性评估, 检索并获取最相似的解决问题的初步方案, 若初步方案能解决新的问题则直接利用, 但通常情况下, 初步方案与新问题之间会存在一定的差异, 则需要对初步方案加以修改直至新问题得到解决为止, 并将修改后的方案作为新的实例存入实例库中, 扩展实例库内容, 以备以后新的检索使用[9]。

1.3 基于实例推理的磁材压机模块化设计流程

对模块化设计与基于实例推理设计进行研究, 不难发现两者在设计思路上存在着以下三点共性:1) 都是通过利用过去的经验或已有的实例来解决新的问题;2) 实例检索时相似度的计算都是二者需要面对与解决的关键技术;3) 这两种设计方法都具有自我学习功能, 当新的问题解决后, 产生的新的方案和经验可以作为新的实例存入实例库中, 从而使得实例库不断更新和完善。

但二者也存在不同之处, 最大的区别在于检索对象的不同 (以机械产品设计为例) :基于实例推理的检索对象主要是某个系列的机械产品, 其检索结果为某个产品系列下与用户需求最接近的一个具体型号的产品;而模块化设计是针对具体某一系列产品下功能模块的检索与修改。

将基于实例推理的产品设计技术与模块化设计技术相结合, 不仅可以改进模块化设计过程中在产品实例检索方面存在的不足, 而且还能提高基于实例推理的产品设计过程中实例修改的能力, 二者互相补充, 从而使得机械产品的设计方法更高效、更快捷和更人性化, 所设计产品能快速响应市场和用户的需求。

相对于基于实例推理的产品设计流程而言, 基于实例推理的磁材压机模块化产品设计流程增加了几个环节, 如图2所示。

其主要过程包括:1) 分析用户需求, 对磁材压机实例库进行检索, 根据相似度理论从压机实例库中检索出与设计要求最接近的实例;2) 将检索出的实例与设计要求相对比, 找出与设计要求不符合的模块, 在模块库中检索能满足设计要求的模块, 选出相似度值最高的模块实例, 并对其做适当的修改, 若不存在这样的模块实例, 则需新设计一个模块;3) 将修改或新设计的模块更换到磁材压机整机上, 并检查其装配与干涉情况, 再对关键模块和主体结构模型进行CAE分析以检验整机的强度与刚度要求, 若发现问题则应返回相应模块做进一步修改, 满足要求后将相应模块和整机模型作为新的实例存入对应实例库。

2 基于实例推理的磁材压机模块化设计的关键技术

2.1 磁材压机模块划分技术

在模块化设计过程中, 模块划分的好坏程度直接影响到产品设计的质量与效率, 因此对模块的合理划分至关重要。模块划分时应综合考虑如下四点原则:1) 划分的模块应具有独立的功能, 完整的结构, 且模块的接口应标准化, 以便于模块的装配与拆换;2) 对于产品升级和更新过程中, 变化较大较活跃的部分应划分为独立的模块, 以利于提高产品设计效率;3) 对于用户个性化需求的功能部分应分类形成模块;4) 模块的划分应与企业自身的部件尽量保持一致, 以便于企业对其进行规范管理。

对磁材压机进行模块划分之前, 先对其做功能分析, 得到磁材压机的基型模型, 在其模块划分的过程中发现, 部分模块如电气控制模块、液压系统模块、机身外壳模块等, 其系列分级特征明显, 已经形成企业内部的标准, 且在新产品设计时不需要考虑其结构变化对强度、刚度的影响, 对于这类模块, 可以看作为刚性模块, 按传统模块划分方式划分模块。而对于立柱、上下梁、移动梁、工作台等模块, 其尺寸发生变化时必须对其进行强度和刚度设计验证, 故此类模块应采用广义模块划分的方式, 以参数化设计与变量化分析技术构建模块原型, 然后根据实际要求设计出满足条件的模块实例。因此, 磁材压机的模块划分综合应用了传统模块与广义模块两种模块划分方式, 如图3所示。

2.2 磁材压机基于实例推理技术

磁材压机的基于实例推理关键技术主要包括两个方面:1) 实例库的创建;2) 实例的检索技术, 即相似度计算方法[10]。

在创建磁材压机实例库的过程中, 应用特征建模与参数化建模技术, 通过特征参数的调用, 生成不同参数值的实例模型, 从而建立起系统的实例库, 再结合数据管理技术 (PDM) 将实例参数与实例模型分开管理, 简化实例库的检索机制, 提高实例检索效率。根据基于实例推理的压机模块化设计流程, 可将实例库分为磁材压机实例库和模块实例库两类。磁材压机实例库存放着以往历史设计的磁材压机整机方案, 其为压机产品系列的拓展设计提供相似的整体方案;根据磁材压机的结构和功能特点, 以及磁材压机模块划分方法, 可知模块实例库中存放有立柱模块、上梁模块、下梁模块、移动梁模块、工作台模块以及其他模块等。磁材压机实例库模型如图4所示。

两个实例之间如果存在某些共有特征, 则这两个实例相似, 相似程度的大小可用相似度Q表示, 其值域为0 ≤Q≤1, Q=0表示两个实例完全不相似, 即相异, Q=1则表示两实例相同。实例相似度计算与实例相似特征数量和相似特征的相似度大小密切相关, 实例检索相似度计算时必须综合考虑这两方面。设实例A、B分别有m 、 n个特征, 其中A与B相似特征数为l , q (ui) 为第i个相似特征的相似度数值, βi为第i个相似特征相似数值q (ui) 的权重系数, 则实例相似度计算表达式为:

2.3 有限元分析技术

由于磁材压机工作载荷大, 为保证安全生产, 必须对其关键模块和主机模型进行有限元分析, 以验证其强度与刚度是否满足工况要求。本文以Solidworks为软件平台, 利用其强大的三维建模技术, 对磁材压机完成了三维建模, 并充分运用Solidworks自带的Simulation有限元分析功能对磁材压机主机模型进行有限元分析, 使得磁材压机的建模与分析在同一软件环境下就能得以完成, 有效减少了产品设计时间, 提高了设计效率。

图5所示为某企业根据用户需求设计的300T磁材压机主体结构模型, 其中上梁模块用于安装主油缸, 下梁模块用于安装工作台, 移动梁用于安装油缸液压杆, 立柱模块则用于连接上梁、下梁及移动梁模块。

通过对其选择分析类型、定义材料属性、施加载荷与约束、划分网格并求解, 即可得到磁材压机的有限元分析结果如图6、7所示, 其最大应力为105MPa, 最大变形为0.69mm, 满足许用应力160MPa和许用变形1mm的使用要求。

3 结束语

本文以某企业生产的磁材压机为例, 在分析其结构特征的基础上, 给出了以传统模块划分与广义模块划分相结合的模块划分方式, 同时在其模块化设计过程中融入了基于实例推理技术, 弥补了产品设计过程中在产品实例检索方面存在的不足, 从而使得机械产品的模块化设计方法更为合理。并给出了基于实例推理的产品模块化设计流程, 对其设计过程中的模块划分、实例库创建、相似度计算、有限元分析等关键技术做了进一步研究, 为此类产品的快速设计提供了可行的理论依据, 具有一定的参考意义。

参考文献

[1]侯亮, 唐任仲, 徐燕申.产品模块化设计理论、技术与应用研究进展[J].机械工程学报, 2004, 40 (1) :56-61.

[2]高卫国, 徐燕申, 陈永亮, 章青.广义模块化设计原理及方法[J].机械工程学报, 2007, 43 (6) :48-54.

[3]ULRICH K, TUNG K, Fundamentals of product Modularity[C].ASME Design Engineering Division, 1991, 39:73-79.

[4]ERIXON G, YXKULL V A, ARNSTROM A.Modularitythe basis for product and factory reengineering[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology, 1996, 45 (1) :1-4.

[5]Tsai Yuo-Tern, Wang Kuo-Shong.The development of modular-based design in considering technology complexity[J].European Journal of Operation Research, 1999, 119 (3) :692-703.

[6]徐燕申, 侯亮, 张连洪, 李森.液压机广义模块化设计原理及其应用[J].机械设计, 2001, 7 (7) :1-3.

[7]王生发, 顾新建, 郭剑锋, 马军.面向实例推理的产品设计本体建模研究及应用[J].机械工程学报, 2007, 43 (3) :112-117.

[8]贾延林.模块化设计[M].北京:机械工业出版社, 1993.

[9]郑甲红, 郭文举, 李健, 田振亚.基于CBR的机械系列产品模块化设计[J].机械设计与制造, 2009 (3) :256-258.

飞机装配型架模块化设计技术研究 篇2

飞机装配型架模块化设计技术研究

为适应飞机装配型架快速设计的需求,该文在对型架设计知识进行模块划分和层次处理的基础上,构建了型架设计知识模板,实现了型架设计实例和规则的.综合表达,提出了飞机装配型架快速设计的CBR和RBR混合推理模型,并集成以上技术,开发了飞机装配型架设计系统.

作 者：王仲奇 韩洁 康永刚 作者单位：西北工业大学刊 名：航空科学技术英文刊名：AERONAUTICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(6)分类号：V2关键词：模块化设计 飞机装配型架 知识库系统

模块化建筑的特点及其可行性研究 篇3

关键词：模块化建筑；特点；可行性

中图分类号： TS958.1+7 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）17-71-2

0 引言

人的生活离不开衣食住行，建筑与我们的生活息息相关。但是提起施工现场，浮现在人们脑海的总是一幅“轰鸣的机器声伴随着漫天尘土，忙碌的工人汗流浃背，金属的碰撞声此起彼伏”的画面，那如果我告诉你这一切将一去不复返，工人师傅的工作环境既舒适又卫生，施工现场安静整洁，甚至看不到钢筋、水泥，你会相信吗？不需要怀疑，科技的进步让一切成为可能，它就是我们今天要讲的对象——模块化建筑。

1 模块化建筑的内容

模块化建筑就是在建筑建设时，各项环节被分成很多个不同的空间模块，这些空间模块直接在工厂中生产出来，然后运送到施工现场，施工人员像堆积木一样使各个空间模块有效的结合起来。在结构上模块化建筑采用钢骨架+结构保温一体板+装饰板的结构形式，这就意味着装修部分也可以在工厂完成，结构与装修同时完成这在传统建筑上是很难实现的。

材料科技的发展使得新型板材可以由秸秆、建筑垃圾等废弃物加工而成，减少甚至不使用化学涂料，不产生甲醛、甲苯等有害物质，与当今可持续发展的理念完美的结合，推动了建筑行业的发展。

2 模块化建筑的特点及优势

2.1 安全性

传统建筑的建设通常需要使用大量钢筋、混凝土、模板，在施工过程中，往往要长时间进行高空、高危作业，很容易发生安全事故。模块化建筑的各个组成模块在工厂生产，现场只需要拼装即可，操作简单，大大降低事故发生的概率。由于我国很多地区都是在地震常发地带，这就要求建筑的抗震能力非常强，模块化结构具有良好的整体性能，在地震发生时也能保持良好的稳定性，经过科学技术的发展，目前模块化建筑最高可以进行9级地震的防护工作。所以，模块化建筑具有很高的安全性能。

2.2 施工周期短、用工省

模块化建筑实现了建筑工程的工厂化生产，高度模块化的建筑90%以上的工作可以在工厂完成，这是现场施工无法比拟的。传统施工传统建筑各道工序均需要在现场完成，工期受工人熟练度、天气等原因影响明显，每层都要重复绑筋、支模、浇注混凝土且要等到混凝土强度达标后才能进行下一楼层施工，耗时耗力。模块化建筑有效的解决以上问题，厂内生产作业不受天气影响；流水化施工，分工明确，简单培训即可上岗；各模块生产互不影响可同时施工，大大缩短工期；同一模具可重复利用；机械化生产，减少人工量的同时大大提高生产效率；装修工作在工厂流水线上完成比现场装修节省大量时间；现场吊装工作量小安全快捷。因此说，模块化建筑具有施工周期短、用工省的特点。

2.3 节能环保性

模块化建筑的各个模块在工厂内生产完成，减少了灰尘、噪音的污染。同时，与传统建筑相比模块化建筑用材省自重轻，具有很高的空间结构特点，能有效利用建筑空间，大量的节约了建筑用地。建设过程中所使用的板材具有良好的保温隔热性能，可以使建筑室内冬暖夏凉，降低了空调、风扇以及暖气等设备的使用，减少氟利昂、二氧化碳等气体排放，对自然环境起到了保护作用。板材生产过程中不使用水泥、沙及石子等不可再生资源，不使用含有甲醛、甲苯等有害物质的化工产品，而是用农作物秸秆、建筑垃圾等经特殊工艺制作而成，无毒无害，装完即住。另外模块化建筑大部分材料可以实现回收再利用，不仅减少了生活垃圾的产生，还能回收一些经济效益，使模块化建筑满足当今社会中可持续发展的理念。

2.4 可移动性

传统的钢筋混凝土结构建造的建筑物，往往都是固定在某个地点，不能对其进行移动，而模块化建筑就很好的改变了这样的一种模式，它的安装由连接件将模块与地面、模块与模块间链接，想要改变位置时也只需要将连接件拆除就可以自由选择安放地点了，真正的将“不动产”变为“可动产”。在对其进行拆卸时，不需要很繁琐的程序以及大规模的拆卸，在运输中也只需要很小的空间，再次安装时也不需要很复杂的程序，只要像堆积木一样按照图纸就可以很快的把建筑建立起来，使用起来十分的便捷。同时，模块化结构本身就存在封闭的特点，使其对环境的要求也很低，只需要一块平整的土地就可以完成。

3 模块化建筑的可行性

随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们的生活理念也逐渐地发生着变化，对建筑物也提出了新的、更高的要求，模块化建筑在此条件下应运而生。虽然我国模块化建筑产业发展的还不够成熟，还没有大规模应用于工程实际的案例，但就从国家对绿色建筑的重视、模块化建筑技术的飞速发展以及模块化建筑在工程实践中的优势来看，模块化建筑势必会掀起一股新浪潮。

3.1 国家对绿色建筑的重视

在改革开放政策的春风下，我国的经济水平得到了巨大的提升，但是，在经济水平提升的同时，对环境造成了严重的破坏，环境污染所带来的负面影响日益突出，越来越严重地威胁到人们的身体健康，在此情况下，国家的环保意识开始增强，并于2013年颁布了《绿色建筑行动方案》，方案中规定：在进行建筑工作时，要尽可能的达到节能减排的要求；对建筑行业技术进行创新，使其满足绿色发展的科学理念；加强对新材料的创新，创造出更加环保的建筑材料；共同推动建筑市场的发展。这一方案的颁布，对建筑产业节能减排标准提出了更高的要求，表明国家发展绿色建筑的决心。而模块化建筑节能减排、废物利用等特点恰恰符合绿色建筑的要求，因此，我们有理由相信模块化建筑产业在国家政策的指引下将会得到迅速发展。

3.2 模块化建筑技术的飞速发展

几年前，即便是对于建筑行业从业者而言，模块化建筑也是一个陌生的名字，然而经过短短几年的研发与实践，我们已经将一个设想变成了现实，这一切无不得益于科学技术的迅猛发展。科学技术是第一生产力，我国一直注重科技方面的投入，越来越多的新科技、新发明涌现出来，自身发展的同时又不忘与世界接轨在与国外进行技术交流时，逐渐的学习到了对方的先进技术，为我国模块化建筑事业的发展提供了有力的技术保障。模块化建筑虽然是一种新型的建筑体系，有许多技术难题面临解决，但是依靠国内外先进技术的支持，政府政策的倾斜，加上从业人员的不懈攻关努力，模块化建筑技术的发展速度相当可观，目前我们已经可以做到在现场3小时内拼装完一栋两层的精装别墅。当前，模块化产业从业队伍不断壮大，研发建设资金不断增多，为模块化建筑技术的发展提供又一道保障。

3.3 模块化建筑在工程实践中的优势

与传统建筑相比，模块化建筑采用工厂预制生产方式，不受气候条件、环境条件限制，可以24小时作业，大大缩短建设周期建设周期，只需要传统建筑的三分之一甚至更少。机械化生产可大大节省用工量，节省人工成本。现场作业避免了传统建筑单件性、离散性、密集型劳动作业特点，大大降低安全事故发生概率。模块化建筑结构体系用材省自重轻，不仅节约材料成本还能有效增加实际使用面积。各构配件预制生产，不需要二次加工，降低材料损耗率，减少加工费及材料费用。模块化建筑具备可移动性特点，根据需要可随时改变安放位置，这是传统建筑无法企及的。综上所述，模块化结构能有效的增加建筑企业的经济效益，使其在市场经济中占有更加重要的地位。

4 总结

模块化建筑是时代发展的产物，它的出现是人们对高质量生活水平的需求以及国家节能减排发展绿色建筑政策共同作用的结果。加强模块化建筑产业的发展能有效的推动我国社会经济的发展，能有效满足当今社会的需求。模块化建筑虽然取得了初步的成果，但是全面推广建设的道路依然艰辛漫长，仍然有许多未知的困难等待着我们去克服，因此，需要各行各业一起努力，加快对模块化建筑研发建设进程，使其发挥出更大的作用。

参 考 文 献

[1] 李海洋.J公司模块化建筑项目的可行性研究[D].山东大学，2014.

建筑设计的模块化研究 篇4

近年来,全球能源紧张,环境污染日益严重,人类的生存环境受到极大的威胁。各国都积极践行低碳化、绿色化的可持续性发展战略,建设低能、低碳、环保的制造工程。在北美,卡特彼勒公司已践行实现再制造策略,该公司对已使用的工程机械进行全部回收和再制造,在多国建立再制造工厂以及完善物流体系。2011年,该公司的再制造废旧发动机达两百万台,其中占总重量85%的零部件可以被再制造,该公司节省金属已超6万吨。国内,政府大力开展绿色制造工程,研究产品的整个生命周期,发展绿色工艺技术设备,研发应用再制造设计,建立完善绿色再制造体系,提高再制造能力,提高产品的节能环保低碳水平,促进经济资源循环利用[1]。

学者响应政府推行绿色制造工程的号召,探索产品的整个生命周期,得到基于再制造的模块化设计方法。但这只是整个再制造工程中的一部分,需统筹考虑绿色工艺技术,废旧产品的回收体系等每一个环节。本研究通过基于再制造的模块化设计方法及再制造产品的设计开发流程,建立基于再制造的产品能模块化设计流程,完善体系,便于更高效地开展绿色制造工程。

1传统的再制造设计

再制造是让旧的机器产品再次焕发生命活力,是产品从概念设计到详细设计、从样机制造及检测到生产销售及使用维修、从回收再制造到再次上市销售使用等的过程[2],如图1。

该产品的设计流程周期较长,每个环节的开始必须在上一环节结束之后。且各部门分工明确,会导致信息流通慢,在设计过程中出现状况,需按流程返工,增加了时间成本。各个部门的工作重点明确,关注度单一,导致工作人员思考不全面,不能高效高质量地完成再制造的设计工作,降低产品的竞争力。

再者,传统再制造注重的是废旧产品,在产品的生命周期末端进行对产品工艺改进,设计的前期无任何作为。这对废旧产品进行拆卸、回收的过程中,会导致拆卸不成功,零部件直接报废的不良后果,大大降低了产品的再制造性,未更好地达到节能低耗、减排降污的绿色目的。

针对废旧产品在拆卸、回收过程中,融入模块化设计,将零部件标准化、通用化、系列化,可提高产品的拆卸性能和装配性能,能得到更多可再制造的零部件。结合再制造设计与模块化设计方法,提出了基于再制造的模块化设计方法,作用在产品生命周期的每个部分,提高产品的再制造度,达到能源、环保可持续发展的目标。

2基于再制造的模块化设计方法的特点

2.1容易拆卸与装配

无损零部件进行再制造工艺的前提,废旧产品的拆卸需尽可能地获得无损零部件。采用模块化设计方法,使组成产品的零部件间尽量用可拆卸的连接方式,并将其连接件标准化,通用化、系列化,以减少连接件的数量和类型,使得产品不管是在第一次的装配使用、废旧时的拆卸,还是在再制造后的装配使用,都能提高产品的可拆卸性和可装配性,可实现拆卸后降低零部件的损坏程度等问题,增加产品的再制造度,并很大程度上缩短了拆卸与装配的时间,缩短了产品的设计开发周期。

2.2容易分类回收

产品成型材料的选择处于产品全生命周期之始,当所用材料满足其基本功能的前提下,综合考虑材料的性能,是否易于后期回收处理,或是否对环境污染过大等问题,尽量最大程度地减小环境污染和资源消耗。功能相近的零部件可选用再制造工艺相近的材料,废旧产品拆卸后更易分类,可减少整个产品再制造工艺的复杂程度,缩短再制造加工时间。

2.3易于修复

再制造是用先进制造技术对废旧产品实施修复和性能改进,用废旧产品的零部件作为毛坯,用先进的制造工艺和技术进行加工,得到性能不亚于原来产品的再制造产品。作为关键技术支撑,先进的制造工艺和技术是再制造工程不可缺少的环节。在废弃产品拆卸后某零部件不可修复时,可通过模块化设计的标准零部件直接更换实现零部件的修复或者性能升级。

2.4实现低碳环保

将废旧产品零部件拆卸、再分类回收,进行再制造加工,可以很大程度上地节约原材料,降低废气污染物的排放,提高节能环保水平,实现能源的循环利用。

3基于再制造的模块化设计流程

针对传统再制造设计流程存在的问题,融入模块化设计方法,研究基于再制造的模块化设计流程,提高产品的再制造度,适应大环境的可持续发展需求[3]。为使前期产品设计开发和后期再制造加工布局更科学,为缩减产品的研发时间,可同时考虑产品设计和相应的制造技术汇总,构建一个基于再制造的模块化设计与制造技术储备同时进行的设计流程,如图2。

绿色再制造企业在进行新产品研发时,建立一个包含设计流程所涉及到的每一阶段工作人员的项目组,从设计人员到销售人员,产品回收分类管理人,从再制造设计人员到技术设计人员,售后服务等都必须了解新产品的整个开发过程,加强信息交流,避免出现因信息不畅通导致的各类延时问题。

在产品开发阶段具体设计要与市场需求、细部设计等统一,缩短信息传递时间,相互沟通,降低资源使用,在短时间内保质保量完成产品设计开发工作。

制造技术设计作为储备技术与产品开发设计同时进行,使产品在制造加工中能得到最快最高效的技术支持。并且,制造技术与再制造技术同时储备,便于废旧产品再制造阶段能更快地调用技术方案。

4结语

产品设计与市场销售保持良好的沟通状态,使得市场的反馈可以及时送到设计阶段,为后期升级再制造产品提供有力的市场依据。制造技术与再制造技术同时储备,并与开发设计同时进行,便于后期的新品制造,利于废旧产品对再制造技术的调用。新品与再制造产品同等质保和售后,更好地推广再制造产品,这样才能真正地实现生产再制造产品的意义。

摘要：再制造工程作用于产品生命周期的全部过程,是漫长而复杂的工作。运用模块化设计的优点,科学合理地布局基于再制造的产品模块化设计流程,再制造工程才能更有序更高效地开展。围绕再制造设计流程和基于再制造的模块划分准则展开探索,研究基于再制造的产品模块化设计流程,以提高产品设计开发的合理性,达到低成本、节能降耗,减排降污等绿色环保的目的。

关键词：再制造,模块化,设计流程,绿色环保

参考文献

[1]国务院.《中国制造2025》.国发〔2015〕28号.

[2]吴小艳.《绿色再制造设计流程的优化研究》[J].经济研究导刊.2013.20:231-233.

建筑设计的模块化研究 篇5

启示

厦门市基础教育课程改革实验第二批市级重点教育科研课题《高中化学新课程模块教学设计及教学实施的研究》于2006年6月立项启动，在厦门市各试点校展开，以试验校2006年秋季入学的高一学生为对象进行跟踪试验，历经三年。共有16所试验学校的40多位教师参与了5项子课题的研究与试验工作。

该课题是在高中课程改革的背景下，针对高中化学模块课程结构的特点提出的。2006年秋季厦门市高中进入新课程实施阶段，面对与以往完全不同的课程结构，教师的教学活动都面临着巨大的挑战。重要而紧迫的任务是促使化学教师尽快适应新的教学情景，迅速转换角色，探索出模块化课程的教学规律，有效地实现教学目标，从而提高实施化学新课程的能力。

教学设计是课堂教学活动的重要部分，是连接教学思想和教学行为的关键环节。课题研究的要点是通过教学设计这个环节，落实新课程的教学理念，找到有效实施新课程的突破口。课题研究的重心落在针对模块课程的教学设计上，课题对教学实施中的模块教学设计、教学行为、学生学习方式、课堂教学与组织等关键问题进行专题研究，对高中新课程教学设计及实施中可能出现的问题和矛盾提出相应的解决方案。

三年的课题试验和探索，完成了各子课题和项目的研究，取得了一批研究成果。成果汇编成集，其中有研究报告、教学论文、典型案例、教学设计、实验探究、教学感悟、课堂教学实录等，这些成果充分展示了课题研究者的新理念、新思路、新方法，为新课程模块化教学设计和实施提供了有价值的参考。

一、课题研究的收获与启示

课题研究取得的成果对高中新课程的教学有直接的指导意义，通过课题研究，教师们对新课程实施中的关键问题和突出矛盾找到了行之有效的解决办法，探索出富有创新的新思路，对今后更好地实施高中化学新课程都有十分重要的价值和启发。

具体有以下几个方面：

1.深入研究模块课程结构与特点，在理论层面上进行了富有启发的探索

通过对高中化学新课程模块教材的功能与价值的研究，促进了教师深入研究模块课程的结构与特点，准确理解和把握课程标准。模块的教学既要围绕一定的“主题”组织相对独立的教学活动，又要保证与相关模块的逻辑联系和学科内在的系统性；要从学生的生活经验出发，关注学生的“关注点”，并着力提升学生原有的生活经验和生活体验；要注意围绕模块内容，及时将最新的相关成就（新知识）通过科学的改造而进入到教学中来；强调对每一模块内容的教学都进行整体的考虑与设计，提出相匹配的整体的教与学的构想。

子课题研究报告《高中化学新课程模块的特点与价值的研究》分别从①课程形成新的知识建构体系；②必修模块的基础性和在培养学生基本的化学素养方面的作用；③选修模块在各自的领域揭示不同的规律和研究方法等三个层面对模块化课程的特点和功能做了详尽的剖析，在理论层面上进行了富有启发的探索。

2.优化的教学设计，提高了课堂教学效率和质量

在课程实施中，新理念处处渗透在教学活动中。优化的教学设计、科学的教学过程，提高了课堂教学的有效性。有效重组教学内容、恰当调整教学顺序、活化课程教材成为课题实施中浓墨重彩的一笔。参与研究的教师在教学设计中融入了现代教学设计的新理念、新方法。

具体体现在：①突出为学而设计，强调以学为中心，把学习时空留给学生，为学生的主动发挥创设条件；②重视创设真实的情境并引导学生进入情境，让学生体验学习过程，理解知识产生、发展和运用的过程；③强调学生进行意义建构，注重提供多种资源，引导学生自主学习和进行问题的探究。在新理念和新方法的指引下，教师们制定了许多精彩纷呈，充满魅力的好设计，体现出了教师的创造性和个性。

3.教与学情境创设在教学设计中普遍受到重视

教师在教学实践中将教学内容放在一个真实的生活情境中，努力让学生在真实的生活情境中去完成知识的建构过程。创设有效的学习和教学情境成为新课程实施中的又一个亮点。创设教与学情境，要从课程目标出发，依据学习内容的特点，学生认知心理和智能倾向选择素材，运用适当的表现方式，才能收到满意的效果。

教师们在情境创设中普遍关注到了以下三层面：①新课程中什么场合应当创设情境；②有效的学习情境具有哪些特征；③如何在新课程教学设计中创设有效的学习和教学情境。

《高中新课程化学教学情景设计的探索》中探讨了新课程化学教学情景设计的原则、方法。认为好的教学情景设计应有一些共同特点，教学情景设计遵循的原则是：①诱发性原则；②真实性原则；③适宜性原则。并探索了高中化学新课程化学教学情景设计的几种方法：①结合“化学史实”创设教学情景；②结合化学实验创设教学情景；③结合生产生活中的事例创设教学情景；④结合媒体报道中的有关化学事例创设教学情景；⑤结合人文地理典故中的化学知识来创设教学情景。这些创设教学情景的做法，目的是利用情景来打动学生，改变学习方式，“用情景来感染学生，用问题解决来引导学生”。

4.多样化的教与学方式呈现于课堂，新课程中教与学方式发生了实质性的变化

教师们普遍意识到改变教与学方式的重要性。新课程的课堂不再是教师的满堂灌，课堂上学生被动接受、大运动量反复操练的学习方式逐步被主动的、探究的、合作的学习活动所替代。学生独立思考的空间大了，批判性思维多了，机械记忆少了，人性化的学习多了。

《我们拿什么来“激活课堂”》对如何激活课堂进行了深入的富有见地的思考，指出激活课堂的目的是让学生表现课堂、体验课堂、感悟课堂、享受课堂，成为课堂的主人。提出“新课程，没有统一的模式，但必须有统一的理念――让学生成为课堂的主人”，做到“目标让学生清楚、过程让学生经历、结论让学生得出、规律让学生发现、收获让学生交流。”

5.教学角色的转换和课堂格局的变化，营造了课堂教学的新生态

教学角色的成功转换是新课程课堂上的一个重要的标志。在课堂上教师把自己摆在组织者、支持者、参与者的立场上，倾听学生的见解，相互交流，促进学生主动地、富有个性地发展。

《新课程中教师的角色――有感于一次“化学反应速率”的平行课》一文通过对三位教师同上“化学反应速率”课题的课堂观察，阐述了新课程中教师应该是学生学习过程的引导者和教学环境的设计者，是学生学习过程的促进者和合作者，是学生学习过程的组织者和课程的开发者。

《位置》一文提出课堂教学活动是学生、教师和教学资源（包括教学环境）三者间的互动，把学生放在什么位置？把传授学科知识放在什么位置？教师把自己放在什么位置？三者的正确定位尤为重要。该文观点新颖、视角独特，促进了教师对课堂角色定位的思考。

《我们离研究型教师到底有多远？》、《新课程条件下教师的角色转换》分析了新课程背景下教学角色转换的重要性。在汇集的教学设计和课堂教学实录中都充分展示了角色转换的思想和由此带来的新课程背景下课堂教学的新生态。

6.积极尝试不同教学理论指导下的多样化的教学研究模式

参与研究的教师开拓思路，积极尝试不同教学理论下的多样化的教学研究模式。探索中不拘一格，百花齐放，各具特色，与新课程改革多元化的教与学方式不谋而合。教师在新课程实施中真正做到了领会课改精神，殊途同归。许多教师综合运用了现代教育学心理学和统计科学的新方法新观点，在研究中表现出较高的理论层次和水平。他们的课题项目无论涉及到的内容、角度、方法还是形式，都有自己的独到之处。

在《“沉淀―溶解平衡概念应用”教学中新手教师课堂教学行为的比较》中对两位新手教师的课堂教学行为进行了比较。通过对课堂语言结构、教师倾向或风格、教师与学生情感气氛、行为曲线及教学片段的比较分析，发现新手课堂教学行为本质特征相似，但由于具有不同的培训经历，导致他们的课堂教学行为存在差异。研究提出，新手教师的成长不但决定于自身的努力，且培训的体制和成长的环境也非常重要，提出了缩短新教师成长周期的相关策略。研究也从另一个角度关注了教师的专业成长。

《课堂教学控制论》一文，运用控制论的理论，探索了课堂教学系统优化的规律，从课堂教学系统的构成及信息传递过程分析；对课堂教学中学生学习过程的再认识；如何实现教学系统的控制，优化课堂教学过程三个层面探索了课堂教学的成功机制和有效策略。研究成果具有较强的理论性和实用性。

7.教师批判和反思的意识增强了，教科研能力得到提升

课题试验为教师展示才华搭设了一个很好的舞台，涌现了一批锐意改革、大胆创新的教师，锻炼和培养了一批具有较强教科研能力的人才，教师队伍的素质得到提升。特别值得一提的是,教师与新课程一同成长,在新课程实施的探索中提升自己的专业素养,从每一节课后的反思,到对各个教学环节的新思考,再到对整个课程改革的思索,我们看到了教师可贵的反思意识和批判精神。从风格各异的课堂氛围到方法多样的研究思路,充分表达了新课程新理念对教师教学思想的触动，感受到了课改对教师教学行为转变的成效。

许多教师对目前的教学现状作了细致的分析，在所汇编的教学论文和教学感悟中《感受高一化学新课程教学》、《高中新课程化学选修模块教学的几点思考》、《以课标为依据对教材进行有效的处理》等文从不同侧面对新课程实施中的困境和出路作了理性的思考。

二、课题研究引发的思考

在本课题的研究中，解决的是模块教学设计和实施这个特定层面的教学问题，但在探索过程中，也面临了教学改革中普遍存在的问题，涉及到更深层次和复杂的困难。对这些问题的深入思考，有助于我们从全局的角度看待改革进程，辩证分析改革中的得与失、立与破，从而理性地探索改革前进的道路。

1．要理性的看待课程实施过程中出现的问题和困难

要意识到长期以来形成的应试教育观念还在左右着教与学，现有的教育教学观念是我们几十年的教学体制所形成的，它的改变是有巨大惯性的。不要片面追求眼前立竿见影的成效，应本着求真务实的精神和科学的态度来看待各种现象。

2.课题研究要针对新课程的现实问题，避免脱离实际的研究和陈述

要深入研究新课程对教学提出了什么新要求，这些要求与传统的教学有什么不同，不要简单地从增加课时去解决矛盾，要从转变教学方式和学生学习方式方面寻找出路。

3．模块化课程结构是新课程最大的特点，要继续深入研究模块课程的特点、功能和价值

模块化课程结构的变化不是简单的知识重组，新课程的实施是要建立在对课程标准深入研究的前提下进行的。没有对课程标准的深入解读，就不可能形成对模块课程的准确理解，也就难有对教学的创新，转变教与学的行为将会落空。

4．课堂教学中如何有效地引导学生主动的、探究的、合作的多元学习方式是转变教师教学方式和学生学习方式的切入点

在本轮的教与学方式的研究中，我们努力做到避免形式主义的做法和貌合神离的探究和自主学习。

5．课题研究要建立在教学理论的基础上

通过理论学习与研究，提高对现实教学问题和现象的把握与理解，要从理论上研究解决问题的出路。

研究中要努力做到继承传统教学中的合理部分,改革与新课程理念不相适应的内容，充分发挥教师的创造性，避免走入教学的程式化和模式化的歧途。

6．以点带面，通过课题试验，建立一支高水平的教科研人才队伍，这样才能形成持续的发展动力

课改试验是一个最好的舞台，可以发现和培养一批锐意改革、具有创新意识和良好教科研素质的优秀教师。

7.需要建立一个促进教师参与改革的评价机制

教师能够从自己的探索成效中得到激励和驱动，能够激励更多的人参与到这项工作中来，从中获得成就，能够使课改试验进入一种良性的循环。

8.试验中我们发现教师的教科研水平是制约试验改革深化的一个瓶颈

随着改革的深入，各种问题和矛盾暴露出来，解决问题更需要智慧和理性。新课程要求教师应该是教学研究者，教师在教学过程中要有研究者的心态，以研究者的眼光，分析教学实践中的各种问题，创造性地开展教学活动。这是促进教师自身专业发展的需要，更是新课程对每一位教师提出的要求。

三年的课题试验和探索表明：高中化学新课程模块教学设计及教学实施的研究试验是一个综合的实验改革项目,它涉及了新课程课堂教学的各个方面。在新课程的实施过程中,越是科学合理的教学设计,就越能有效地实现教学目标。在这次的试验中，我们看到了转变教学行为和学习方式带来的课堂格局的变化，看到了新的学习方式对学生的深刻影响，我们还看到一线教师对课程改革的热情和参与意识。更可喜的是一线教师对实施新课程孜孜不倦的追求和理性的思考,课程改革困难重重，挑战不断,但教师们在困境中不断探索走向成功的道路,一批年轻教师在课程改革中表现出的大胆创新令人欣慰。新课程的实施促进了一批教师迅速成长,成为探索课程改革道路上的先行者。我们希望每一位教师都能以研究者的身份融入到课程改革的潮流中去，在研究和实践中与时俱进、真正提高驾驭新课程的能力。

小学语文“导学案”设计模块的研究 篇6

“导学案”承载着教学改革

“导学案”与传统的教案不同。传统的教案是从教师的“教”出发，重在解决“教什么”“怎样教”的问题，强调的只是传授的结果而非学生“学”的过程。而“导学案”的制定是基于学生的“学”，而非教师的“教”，所解决的重点问题是“学什么”“学到什么程度”，力求把学生放到主体地位上来。学案是师生共同参与、良好互动的载体。

“导学案”是学生学习的路线图、指南针，是学生学习的起点，也代表着需要“达到”的目的地。“导学案”集中体现以“生”为本，以“学”为出发点。一份好的”导学案”既能承载学生的学习目标，又能强化知识之间的紧密联系，是一个学科知识的循环系统。它能保证学生通过自主学习掌握知识，并逐步升华为一种学习能力。

因此，对“导学案”设计模块的研究无疑将会改革传统的教学模式，从而探索出新的创新课堂教学模式，实现教学合一，把学习的主动权交给学生，把自主实践还给学生，培养学生的创新精神和实践能力。促进教师观念的更新和教学方式的转变，提供了一个互相学习，共同提高的平台。

“导学案”是实践积累的结晶

“导学案”是一种新的尝试。面对这一新模式，笔者翻阅了大量的资料，借鉴了有限的范本，但更多的是，开始了自己的思考和研究，如何让“导学案”把课堂变成学生学习，老师教学的左右臂，通过一节节探讨课，笔者由最初的迷惑，到现在已经有一些成绩，经历了很多个日日夜夜的思考。

笔者以《一夜的工作》为例，先后有三四位老师以阶梯式的无私，传递着交接棒，笔者站在前一位老师的肩膀上，将“导学案”的研究和运用进行下去——

第一节课告诉笔者，“导学案”不同于前置性作业，不是简单的预习；第二节课，笔者知道了“导学案”，导在前，是学生课堂学习的引路人，更是学生课堂学习的同伴，是学生学有所得的呈现；第三节课，笔者又知道了，“导学案”诸多问题和环节模块的设计，要紧密结合学生对学习内容的兴趣点，结合过程的可操作性，完成的实际有效性，要求更加务实，去掉那些繁琐的、华丽的雕琢，呈现一个本色的语文课堂……随后便又有了《猴王出世》《和田的维吾尔人》《卖火柴的小女孩》等日渐成熟的“导学案”设计。

可以说“导学案”的试用，让语文课堂的教学更加有条理，更加有效，用最短的时间，促成学生最大程度知识的积累，能力的锻炼和形成，它的作用是显而易见的。而这些作用的获得肯定离不开一份好的“导学案”的设计，这需要设计者仔细钻研教材，积极扩充课外知识储备，观察学生学习的兴趣点，明确当堂的学习重点，科学严谨的教学设计，这些才是后续工作的重点和难点。

一般“导学案”要包括学习目标、重难点预设、学法指导或知识链接、自主学习、合作探究、测评反馈、课后反思几个环节构成。本着一课一案的要求，笔者力求每个“导学案”的分量适宜，既不能过简，也不能过繁，要合乎实际操作，有实效。通过一节节研究课的实施开展，我们不断地从课堂中发现问题，从学生的学习反馈中去寻求解决问题的办法，经过一次又一次的易稿、改稿再改稿的反复实践，我们最终确立了以“课前预习——课堂交流——当堂反馈——课后拓展”四环节为主的导学模块，同时辅以“我的学习我做主”“我的问题我解答”“学习成效我知道” “我的积累齐分享”的个性化副标题，使学生由被动的“我听”，变为积极的“我学”。

为了给学生提供适当的学习方法和学习策略的指导，还尝试在“导学案”中设计“方法小贴士”“温馨提示”“特别推荐”等栏目，以帮助学生产生高质量、高效率的学习效能，体现“主体张扬”“兴趣持续”“交往真实”“思考质量”“生成能力”。

“导学案”为语文教学带来活力

有了这样的“导学案”模块编写模式，在实际的教学中，它能被学生接受以及提高语文学习素养吗？为了科学地把握学生在这一实验期间变化，我们采用分层取样的方法选取了实验对象，并设计了用来检测实验结果的检测项目：兴趣、储存量，“导学案”展评，学科成绩等，其检测的工具有调查问卷、检测表，测试题，“导学案”展评，形成性试题。检测的方法包括调查记录和阶段测试。

俗话说：台上一分钟，台下十年功。“导学案”，需要的是老师本着一切为了学生的宗旨，不怕苦，不怕累的钻研精神，才能取得今天的成果。

随着教育教学改革的不断深入，“以生为本”的教学理念在课堂教学中已广泛实施和运用，它独有的优势为传统的语文教学带来了新鲜活力，同时，也不能忽略传统语文教学为我们所留下的宝贵财富。在“师”与“生”的交互作用里，处理好两者之间的“导”与“学”，才能使语文课堂成为学生爱学、想学的课堂。一切都在发展，语文教学也不例外。语文教学的领域是广阔的，教师只有不断地去探索，使学生们为它博大精深、奥妙无穷地魅力所吸引，诱发其说与写的热情，培养其感知美的能力，才能使语文教学内容与形式不断更新。

建筑设计的模块化研究 篇7

1 船舶舾装模块化设计

本文以瑞典KCS公司推出的Tribon软件为基础, 研究了基于现代造船模式的船舶舾装模块化设计。Tribon软件包括的模块有很多, 例如船体模块、设备模块、电缆模块、生产设备模块、内装模块等等。

Tribon系统主要应用统一的产品信息模型, 在船舶舾装设计的各个阶段都能实现信息的共享, 这就有效的降低了不同专业的协调成本与具体设计制造的修改工作量, 对提高设计效率有着重要的意义。

在船舶舾装模块化设计中, 用到的基础数据有symbol、component、equipment。这些数据模块主要用来建立、储存和维护整个船舶舾装系统的部件信息[1]。例如:船舶舾装系统的各个子系统模块都是建立在component基础上的。

(1) 管系设计。管系设计共分为管系原理设计模块、管路建模模块和生产信息提取模块: (1) 管系原理设计模块:Tribon采用单一数据库进行管理, 因此在关系原理设计的过程中, 管材、设备、阀门等在与附件信息建立联系的同时也会与管系三维模型建立联系, 这样就可以利用管系原理设计图来检验管系三维放样设计前后的一致性; (2) 管路建模模块:管系设计中管路的综合布置就是由管路建模模块完成的, 在并行原则下, 各个专业建立的模型装配定位。设计人员可以直接在三维界面布放管线, 增加了直观性, 这样就能够有效的减少设计图纸, 缩短了设计周期; (3) 生产信息模块:生产信息模块包括生产信息的生成和输出模块, 利用生产信息模块能够统计生产信息和制作管路图, 在管路建模之后, 则进行管路制作图的生成程序, 制作好的管路制作图存放到数据库中, 设计人员可以随时查看编辑, 此外管路生产信息提取程序还可以生成各种统计信息的BOM表。

(2) 电缆设计模块。电缆设计模块包括电缆放样模块和电缆原理图设计模块。与关系原理图设计类似, 电缆原理图设计中, 系统能够自动导出电缆布放的原理图和相关的清单列表。在三维图形环境中, 可以进行电缆放样, 调入船体分段、电气设备、管路及支架布置, 就能够构成电缆的具体路径及托架, 电缆放样模块能够检查电缆路径的连接状况以及真实敷设及贯通的具体情况[2]。

(3) 舱室布置设计。通过计算机实现舱室设计出图和具体清单, 以此来辅助专业人员的藏式布置。将船体结构作为舱室布置设计的甲板, 在舱室布置设计模块下, 能够输出任意区域的视图, 例如卫生单元视图等等。同时设计中将每一个房间作为一个单位, 通过舱室设计模块等够实现各个房间单位的拷贝、修改以及删除工作, 并且能够为设计人员提供房间内各个要素的具体参数, 例如门窗参数、壁板参数、甲板敷料参数等等。

(4) 铁舾装件设计模块。铁舾装件设计模块独立存在于模型库之中, 其能够实现与其他专业的模型信息共享, 铁舾装件设计模块的主要设计内容有铁舾装件、扶梯以及支架等等。

2 船舶舾装模块化设计应用实施

(1) 系统模块化设计。船舶设计过程中, 很多都是对原有船型或原有系统进行改进, 将这些原有的系统进行模块化设计, 之后将模块进行存档, 这样就可以实现各个系统的快速更改, 减小了对后续设计及施工订货的影响。

系统模块数据的存档主要受限于设计图纸CAD/CAM的形式, 主要以专业项下存档涉及到的单元及图纸。单元、模块设计能够增加通用图纸、减少工程用图纸, 这就能够有效的缩短生产设计实践, 提升产品设计质量, 实现图纸从档案文件中的检索获取。

(2) 全宽式单元模块化设计。船舶机舱区域的设计难度较大, 其中涉及到大量的管子以及机电设备的安装和布置。一旦布置出现问题, 则会对整个船舶舾装间的预装完整性造成影响。其具体设计内容如下: (1) 机舱底层有5个独立的小单元, 其他总组阶段安装也会有散装的管件, 将二者结合成一个全宽型单元, 就可以进行整体的制作和分块吊装。全宽型单元包含设备、基座、管子、梯子、栏杆等所有的元素; (2) 原总组阶段, 泵舱底层的管子为100多根散装的管件, 将这些管件改装为一个综合性的整体单元; (3) 将若干管附件以及管子组成具有专有功能的单元体, 这些单元体形成组合件单元, 例如蒸汽减压阀以及压缩空气减压阀, 温度调节阀等组成的单元体就可以形成组合件单元; (4) 对于需要货仓特涂处理的船舶, 可以对主甲板单元支架以及舾装件垫块等进行预焊处理; (5) 将设计单元的大小及重量进行仔细控制, 保证其在舾装能力范围内, 例如低温淡水泵单元长控制在3.9m, 宽控制在2.1m, 重量控制在2.7t。

(3) 集控室单元模块化设计。 (1) 集控室顶部就是机舱甲板的顶部, 为了保证隔离舱的形成, 在集控室分段顶部增设甲板, 这样就能够形成一个独立的空间作为隔离舱, 集控室单元就不会受到上一层甲板施工影响, 若为落地式集控室, 则集控室底部抬高, 加一层集控室底; (2) 集控室单元中的管系、风管的管码布置在隔离舱顶部; (3) 完整的布置室内的管系; (4) 主配电板、控制台等应从底部进入敷设; (5) 将整个项目进行逐级分解, 划分为五大托盘:管系托盘、铁舾件托盘、设备托盘、电气系统托盘、内装托盘。

3 结论

模块化造船是船舶建设的发展趋势, 现代造船模式下, 船舶舾装模块化设计的开发会引起船舶建造的未来变革, 对船舶建造业的发展有着重要的推动作用, 本文简要研究了船舶舾装模块化设计, 并对其具体的应用实施做了简要探讨, 旨在推进现代造船模式下, 船舶舾装模块化设计的发展。

摘要：现代造船模式不断发展, 模块化设计理念在船舶领域得到了广泛的应用, 船舶舾装是船舶的重要组成部分, 本文简要介绍了船舶舾装, 研究了船舶舾装的模块设计, 探讨了船舶舾装模块化设计的应用实施, 旨在为现代船舶行业的发展做出贡献。

关键词：现代造船模式,船舶舾装,模块化设计

参考文献

[1]李永旺, 姚寿广, 陈宁.船舶模块化设计与制造的现状及发展方向[J].江苏船舶, 2005 (03) :5-7+13-4.

建筑设计的模块化研究 篇8

多品种批量定制生产模式是以大批量生产的效益进行定制产品的生产。多品种批量定制是即将到来的革命,如同二十世纪初的大规模生产方式一样,将对制造业产生巨大的变革。一些工业发达国家把以大批量生产的效益实现小批量乃至单件定制生产作为其制造业的战略目标,把多品种批量定制的思想和方法作为实现其战略的重要方法。面向多品种批量定制的设计(design for mass customization,DFMC)是多品种批量定制生产模式最为关键的环节。

模块化设计和变型设计是多品种批量定制生产模式的关键设计方法。但是当多品种批量定制的产品存在同时发生横向变型(产品族的功能、组成和结构不变,零部件尺寸变化)和纵向变型(产品族的功能不变,组成和结构发生变化)时,单纯靠模块化设计或变型设计的方法难以完成设计任务,本文就此提出了基于模块化的变型设计方法,并在汽车座椅滑道生产设备的设计、生产上得以应用。

1 模块化设计

模块化设计(modulization design)是面向整个产品族系统的,是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,根据用户的需要,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。

模块化的产品设计技术可以有效地提高设计资源利用率,降低产品族的装配和管理成本,并且在产品全生命周期中易于管理和维修,还能够简化设计过程和促进产品更新,是大规模定制生产方式成功的关键因素之一,但由于模块化设计要考虑模块的互换性和适应性,常使系统比较复杂,结构外形不够协调,各部分配合不是最佳。

产品族模型一般由以下三个部分组成[3]:1)功能模型:描述产品对象所具有的功能、功能组成和性能等。2)原理模型:描述了由功能模型获得结构模型而进行的设计过程所使用的方案,以及体现该方案的各种设计约束、分析计算关系和对设计过程的控制等设计知识。3)结构模型:结构模型描述了产品族的装配层次关系及所有可能的组成模块的结构。

参照产品族模型的组成,很容易完成产品族从功能模块到结构模块的映射,实现对产品的模块化划分。

2 变型设计

变型设计(variant design)是在保持原理不变和结构相似、相同的情况下,适应设计需求的不同,对部分结构和/或设计参数作适当调整。目前绝大多数设计工作属于变型设计,只有很少一部分才是新颖设计[2]。在创新设计中,已有的设计虽然不能被直接重用,但产品间存在的相似性和已有的一些零部件可以给设计人员以启发,大约也有40%是重用过去的零部件设计,约40%是对已有的设计稍作修改,而只有大约20%是完全新的设计。产品变型设计是实现产品多品种批量定制实施的关键设计方法之一,主要适用于纵向产品族的多品种批量定制。

基于实例设计CBD(Case-Based Design)是变型设计常用的方法之一[4~7],它是人工智能技术CBR(Case Based Reasoning,基于实例推理技术)在CAD领域内的应用,是具有一定智能化程度的设计方法,更能体现变型设计的通用化、过程化和产品的个性化特点。CBR技术主要包括如下步骤:提出问题、检索和提取实例、评价修改实例、存储实例[6]。据此CBD是按照用户的个性需求,从以往的产品实例库中提取功能相似的实例,然后对提取的实例进行结构和参数分析,如能满足当前设计的要求,则可作为目标方案完成设计,如果只能部分满足设计要求,则应对其进行修改,直至满足所有要求为止。

3 基于模块化的变型设计

为了满足多品种批量定制产品族的设计过程中产品存在的横向和纵向的变型,将模块化设计和变型设计结合起来,提出基于模块化的变型设计思想,并用于产品的设计。基于模块化的变型设计流程如图1所示。

模块化变型设计实际上是模块化设计思想在变型设计中的应用,既克服了模块化设计的刚性又具有变型设计的灵活性,可以使产品的设计、制造周期大大缩短、降低成本且提高产品质量,并可使产品具有很大的灵活性和适应性;能快速响应用户对多品种、小批量的需求,使产品具有很强的竞争力。

4 实例

随着我国汽车工业的发展,以及人们对汽车产品个性化的需求,汽车座椅的品种越来越多(不同的汽车座椅可以实现2、4、6、8维的运动,不同座椅的固定方式也不一样),但是汽车座椅的共性明显(滑道是汽车座椅的基础部件),因而汽车座椅生产线设备的组成具有很大的相似性。目前而言汽车座椅滑道生产线属于单线订制的产品,独立的进行设计和制造。

汽车座椅滑道主要由滑道上槽、滑道下槽、前后罗拉组成如图2所示)。安装时滑道下槽固定于汽车上,滑道上槽可以相对于滑道下槽前后运动。罗拉是由滚珠和滚珠支架组成,被压装在滑道上下槽之间,用滚动来实现滑道上下槽的相对运动。压装时滑道上槽、滑道下槽、罗拉属于过盈配合,在测试座椅滑道相对运动的座动力时,要先进行推松,使其运动灵活,再进行座动力大小的测量。

座椅滑道推松、测试设备就是用于实现上述功能的设备,是汽车座椅滑道生产线中的关键设备。图3为汽车座椅滑道推松、测试设备的示意图。

通过对汽车座椅滑道和滑道推松、测试设备功能需求的市场调查和分析,根据设备组成部件间的功能划分了相应的模块,图4为设备功能-结构模块映射图。其中加载模块的作用是:模拟滑道的真实使用情况,对滑道施加垂直载荷。解锁模块的作用是:有些滑道的上下槽间具有相对运动的锁止机构,滑道上下槽相对运动时需要解锁。图中的基础模块和辅助模块组成了设备的原型,特殊模块、附加模块扩展了设备的功能。

归纳起来,各模块主要构成形式有:

定位模块:定位销定位、限位块定位;

解锁模块:顶式解锁、压式解锁;

夹紧模块:滑道横向夹紧、滑道轴向夹紧;

推松模块:带动式推松、推动式推松、拉动式推松;

加载模块:单独式加载、推松加载一体式;

测试模块、数据显示、数据存储是共用通用性的模块。

以上模块的分类基本包含了现有座椅滑道的各种类型。进行模块划分时,对模块进行了分类编码,建立相应的模块数据库(表1即为数据库现有对应滑道型号的模块)。在完成新的定制要求时,先针对新设备要求得到各模块的编号,然后按CBD原则搜寻数据库,若有能满足要求的实例模块,则直接使用;若实例不能满足要求,则找出相似的实例,作为雏形,对其进行变型设计,直至满足用户新的定制要求,并将新的模块结构添加到数据库中。

5 结论

通过使用模块化变型设计方法,顺利地完成了表一中不同的汽车座椅滑道的推松、测试设备的设计需求,建立了一个比较完备的数据库,基本能满足现有座椅滑道类型的推松、测试设备的定制要求。同时数据库具有扩展和完善的功能。此做法和经验可以在其他多品种、小批量的大规模定制生产模式的产品中进行推广和应用。

在变型设计过程中需要进行大量的分析评价,一方面分析评价变型设计的结果,另一方面为变型设计修改提供依据,另外,分析评价也是知识获取的重要手段。评价指标体系的建立、分析评价模型的快速生成、分析评价方法等是今后研究的重点。

摘要：多品种批量定制生产模式是以大批量生产的效益进行定制产品的生产,将成为二十一世纪的主流生产模式。面向多品种批量定制的设计是多品种批量定制生产模式最为关键的环节,文章结合模块化设计和变型设计的优点,提出了基于模块的变型设计思想。利用该思想结合模块编码、数据库、基于实例变型设计和机械CAD等方法,应用于汽车座椅滑道推松、测试设备的定制设计中,顺利地完成了一系列座椅滑道推松、测试设备的设计任务。

关键词：多品种批量定制,模块化设计,变型设计,模块化变型设计

参考文献

[1]DOBRESCU G,REICH Y,Progressive sharing of modules among product variants[J].Computer-Aided Design,2003.3(9):791-806.

[2]钟廷修.快速响应设计的理论和方法[J].液压气动与密封,2000.

[3]曾芬芳,等.大规模定制环境下产品族建模技术的研究[J].计算机与数字工程,2004.

[4]江力,等.智能化产品变型设计支持系统模型及其应用[J].工程设计,1997.

[5]罗海玉.机械产品快速变型设计策略[J].机械研究与应用,2001.

[6]赵继云,等.CBD系统应用于产品变型设计的关键技术研究[J].机械设计与研究,1999.

建筑设计的模块化研究 篇9

关键词：PLM,模块化设计,数据管理,信息化

0 引言

随着经济的快速发展, 市场竞争越来越激烈, 机械制造业迫切要求降低成本以获得更大的发展空间, 与此同时, 用户要求也变得更加多样化、个性化。如何能够在满足大批量生产的同时满足用户的个性化需求, 同时达到到降低成本和满足用户的目的, 模块化设计就是答案。模块化设计通过模块的划分和组合, 可以同时满足以上两种要求。所以, 模块化设计在中国机械制造业中发展迅猛。但是, 模块化设计这种理念需要很多技术性的支持。在模块化设计数据的管理中, 采用传统的数据管理方法存在着数据管理不规范、难保证正确、更改难控制、不方便查找等诸多不便, 不利于模块化设计的顺利开展。PLM的基本功能是对研发数据和过程进行管理, 以保证产品数据的完整性、一致性和正确性, 同时也能够方便设计研发人员及相关人员在权限范围内查找到所需数据, 实现企业内部的知识共享, 提高知识的重用, 避免重复劳动, 缩短设计研发周期, 提高设计研发质量。

本文基于SIMP/PLM研究PLM实现模块化设计中零部件数据管理的科学解决方案, 为PLM进一步对模块化设计整个流程进行管理打下基础。

1 PLM与模块化设计概述

1.1 PLM概念和作用

动态产品全生命周期管理系统根据业界权威的CIMDATA的定义, PLM是一种应用于在单一地点的企业内部、分散在多个地点的企业内部, 以及在产品研发领域具有协作关系的企业之间的, 支持产品全生命周期的信息的创建、管理、分发和应用的一系列应用解决方案, 它能够集成与产品相关的人力资源、流程、应用系统和信息[1]。PLM的概念提出于20世纪末, 提出后迅速成为全球制造业的关注焦点, 因为PLM结合电子商务技术与协同技术, 能够将产品的开发流程与SCM、CRM、ERP等系统进行集成, 将孤岛式流程管理转变为集成化的一体管理, 从而实现从概念设计、产品设计、产品生产、产品维护到管理信息的全面数字化。

PLM的主要作用体验在它可以将企业的产品知识进行科学的管理和积累, 并能够对产品设计开发流程和业务流程进行优化管理, 从而全方面地提高企业生产效率, 降低产品生命周期成本, 以提升企业的市场竞争力。PLM更是一种理念, 即对产品从创建到使用, 到最终报废等全生命周期的产品数据信息进行管理的理念[2]。PLM还有第三个概念, 那就是PLM软件, 它能够部分的覆盖第一个定义中PLM所包含的功能, 即可以应用在产品研发过程的数据管理, 同时还包括产品数据在采购、生产、营销、服务、售后等方面的应用。

1.2 模块化设计的定义和作用

已知底对于模块化设计, 目前还没有统一的定义, 比较通行的定义如下:

定义1:模块是一组同时具有相同功能和相同结合要素 (指联接部位的形状、尺寸和联接件之间的配合或接触参数等) , 而具有不同性能或用途甚至不同结构特征, 但能互换的单元 (零件、组件、部件或系统) 。

定义2:模块化产品是指其部分或者全部由一组特定的模块在一定范围内组合而成的产品。

定义3:模块化设计是基于模块的思想, 将一般产品设计任务设计成模块化产品方案的设计方法。它包括两方面内容:一是根据新设计要求进行功能分析, 合理创建出一组模块, 即模块创建;二是根据设计要求将一组存在的特定模块合理组合成模块化产品方案, 即模块综合。它有两种设计形式:一是基型设计, 另一是变型设计。基型设计明显包含上述两方面内容, 而变型设计一般只包含第二方面内容, 但当互换模块不存在时, 也须包含第一方面内容。

因为产品的设计是基于模块, 可以有效地重用已经设计过的模块, 生产中也可以对模块进行批量生产, 所以模块化设计有着研发效率高、生产周期短、降低产品开发成本、易于保养维修等诸多优点。当今世界制造业市场竞争日益激烈, 企业间都在想法设法的降低成本, 并且不断满足客户的个性化需求, 以提高自己的市场份额。而模块化设计的巨大优点就是能够满足大批量定制生产的要求, 所以模块化设计的发展趋势十分良好。

1.3 在模块化设计研发数据管理中引入PLM的必要性

由于模块化设计的能够满足大批量定制生产的要求, 能够显著提高研发和生产效率、降低产品成本、提高产品市场竞争力。国内使用模块化设计理念进行产品开发的企业越来越多。但是国内企业大多数还是采用服务器共享的方式来进行研发数据管理。这种数据管理方式本身就相当落后, 具有很多缺点, 如: (1) 数据准确性难保证; (2) 继承性差, 不易追溯; (3) 变更管理难, 很容易出现正式数据和车间或者其他部门不一致的现象; (4) 数据查找不方便。而采用PLM进行研发数据管理可以有效消除以上不便。而对于模块化设计, 其数据管理因其自身的特点必然更复杂, 因此十分有必要在模块化设计中引入PLM的数据管理。模块化设计是系统的科学的设计理念, PLM是先进的信息化企业管理解决方案, 两者目前在国内发展都十分迅猛, 其结合的趋势也是必然的。但是目前, PLM在解决模块化设计模块数据的处理上还不成熟。本文根据NT公司的具体要求给出模块数据的管理解决方案, 从而在这方面做出了新鲜的尝试。

2 基于SIMP/PLM对NT公司零部件管理的典型解决方案

2.1 NT公司零部件数据管理现状

NT公司是大型数控机床制造企业, 其应用模块化设计理念进行设计研发也是刚刚起步不久, 公司目前对模块数据的管理现状和要求主要有以下几点:

1) 公司所有零部件都以“图号”作为唯一识别标志。

2) 模块也是作为一种特殊的零部件进行在PLM中进行管理的。

3) 几个可替换同类模块的“图号”是相同的, 原先通过“图号”加“描述”进行区分。

4) 零部件按设计类型可以区分为标准件、通用件、普通件。

5) 公司近几年需要上ERP系统。

6) 在系统中查找调用模块要快捷简便。

7) 需要提供一定的零部件分析、评价工具。

2.2 针对NT公司现状SIPM/PLM提供的解决方案

2.2.1 SIPM/PLM零部件数据属性定义解决方案

根据NT公司具体现状, 基于SIPM/PLM得到如表1所示零部件属性定义。

2.2.2 快捷调用模块的解决方案

在SIPM/PLM系统中快速查找出一组模块, 有较多解决方案。根据此企业模块化设计推行不久的特点, 本文给出一种简洁便于操作的解决方案。

如图, 增加一个管理页签“可选配置”, 该页签是查询页性质, 查询条件是: (1) 查询对象是零部件; (2) 代号和查询到的零部件“@”左边内容相同。这样就可以方便的调用同类型模块。如图1所示。

注意:“物料编码”“图号”都是唯一性标识, 需要通过一定的技术手段保证其一一对应, 否则就会一物多码, 一码多物的现象, 此不属本篇讨论范围, 在此不过多讨论.

2.2.3 零部件分析评价工具

通过系统对标准件、通用件、专用件进行引用次数的统计, 得到图表。应用得出的结果, 设计者可以考虑对将引用较多的零部件设计成模块。还可以利用系统的报表功能按一定规则生成报表。如图2所示。

2.2.4 对典型解决方案的总结

通过以上解决方案, 解决了PLM系统管理模块化设计零部件所面对的基本问题。总结下来, 就是要注意以下几点:

1) 要解决模块在系统中存储的唯一性问题。当企业后续要上ERP系统时, 要在属性中加入物料编码, 并且解决物料编码和唯一性标识如何配合的问题。

2) 要根据企业的实际情况提供快速调用模块的方式, 如NT公司模块化设计还处在初级阶段, 可以采用本文的方式进行调用。对于模块化设计比较成熟的公司还可以采用参数化或者编程按用户的要求进行复杂条件的调用, 使模块调用更加智能快捷。

3) 在实施模块化设计的企业中, 要注意添加实现零部件统计的功能, 使设计者对零部件间的使用情况做快捷的统计, 方便模块化设计的后续工作。

3 结语

本文创新性地使用SIPM/PLM软件来优化模块化设计过程, 并就模块化设计理念和PLM系统的结合做了最初步的研究, 即模块化设计零部件如何在PLM系统中进行有效管理, 通过SIPM/PLM数据管理功能对模块化设计零部件数据提供了有效的解决方案, 并对PLM系统如何管理模块化零部件数据做了概括性的总结。为基于PLM的大型装备制造业进行模块化设计做好基础工作。

参考文献

[1]李海庆.协同产品开发的可视化技术与信息管理系统研究[D].四川大学, 2007.

建筑设计的模块化研究 篇10

长期以来, 车辆电气柜的电气布线均是现车布线, 即在车上进行电气设备安装的同时人工进行布线配线, 最后进行电气连接, 这种传统布线方式存在很多不足, 主要表现在:①车上空间狭小, 不易操作;②占用台位时间太长, 严重影响工作效率;③布线不规范, 质量难以保证;④维护检修不方便;⑤部件互换性与系统可靠性差;⑥人为不确定因素多, 质量控制难。

模块化设计理论最早出现于20世纪50年代, 经过不断的探索和实践, 其理论和应用技术日益完善, 模块化设计已成为一种应用广泛的现代化的设计方法。众多的轨道交通制造商如阿尔斯通、庞巴迪、西门子等也逐步开始应用模块化设计, 南车南京浦镇车辆有限公司 (以下简称浦镇公司) 在孟买地铁一号线的设计中也采用了模块化设计的思路。采取模块化设计的电气柜可以在车下安装设备并进行布线, 不占用车上狭小的空间, 最后整体吊装上车。仅需要把柜体和车体进行几处必要的机械连接、连接器对插即可。这样做的优点是:

(1) 柜体模块化生产, 柜体内设备安装、布线、线束的检测都在车下完成, 不占用整车台位时间;

(2) 柜体的对外接口采用连接器, 上车后与司机室、客室及其他电气柜的线束直接使用连接器对插连接;

(3) 并行处理, 大大提高工作效率和生产效益;

(4) 易于更换受损模块。如设备损坏需要更换时, 只需将其拆下, 更换另一个全新模块即可, 大大缩短了维修时间。

2 模块化电气柜模型的建立

杭州地铁一号线车辆客室ATC (列车自动控制) 电气柜采用整体框架焊接形式, 并多采用折弯形式以增加柜体的强度。通过挠曲量计算以及有限元分析可以得出折弯件折弯之后强度的变化, 对比分析钣金件折弯前后的受力情况:

以柜体及需要安装的设备重量为依据, 考虑到柜体采用焊接框架的因素, 在模型两端施加全约束, 中部施加100 N作用力进行分析。建立挠曲模型如图1所示。

分析结果表明, 普通钣金件在上述模型下的最大应力值为104.5 MPa;最小应力值为0.6528 MPa (见图2) 。折弯后的钣金件最大应力值为20.08 MPa;最小应力值为0.09610 MPa (见图3) , 也即折弯件可以整体提高钣金件的承载强度。因此模块化设计的电气柜在有大设备安装时多采用折弯形式来增加柜体的强度。

因此, 柜体的设计采用这种折弯结构可以加强柜体强度、保证设备安装的稳定性, 尤其是重量达80kg以上的大型OBCU (车载控制单元) 组匣设备, 更需要强有力的支撑。以此为依据构建出电气柜整体模块化框架模型。

这种模块化设计柜体的特点是采用焊接结构, 结构强度大, 设备安装采用“推入式”。最显著的优点是对列车进行维护时只需将安装紧固件与防脱支架取下, 便可以方便地将设备取出进行维修或更换, 如图4所示。

3 线束敷设

3.1 线束敷设原则

机车的线束敷设以“机车车辆布线规则” (TB/T3153-2007) 为依据, 对安装在机车车辆上的电气柜内部线束进行敷设设计。不论是在外部还是在线槽内敷设的电缆, 均需要采用机械固定附件或紧固件固定来确保安全可靠。

(1)

电力电缆、多芯电缆和束合电缆水平敷设时需要每300mm有一处机械固定, 垂直敷设时每500 mm有一处机械固定;

(2)

低压电源用单芯电缆, 单独敷设时每150mm有一处机械固定。电缆固定附件不安装在经常移动或者更换的部件上且与机械设备的固定件相互独立。线束经过的附近区域、各等级的线槽、支架的断面等处应用胶皮保护防止线束割伤。

线束敷设时将电路按等级划分为6类:

第1级:音频和视频模拟电路、高频发射、接收电路;

第2级:数字、传感器电路;

第3级:半导体燃烧控制电路;

第4级:蓄电池基准电路、装置电源输入、蓄电池充电器输出, 含DC110V和24V电路;

第5级:电源电路、高电压电缆、牵引电机电缆、辅助电源电路, DC750V及AC380V线路;

第6级:专用电路。

不同等级的线束之间需要隔离, 第1级的音频和高频信号之间隔离距离应不小于3cm;1、2、3、6级的各级之间隔离距离应不小于3～6cm;第4级与之前的等级隔离距离应不小于10cm;第5级与其他等级的隔离距离应不小于15～20cm。

柜内的电气设备需要引出接地线, 接地可通过连接器外壳接地、短接汇流排接地、屏蔽层引出接地。所有接地和屏蔽接地跨接线和跨接带都按照电压降不超过25V的故障电流和雷闪放电电流进行选择。

电线、电缆的弯曲半径应符合TB1484/TB1507-93的规定:车辆内各电缆的最小弯曲半径要大于电缆制造商设定的最小值, 垂向张紧力要保证导体和支架之间有足够的间隙, 而不会对导体造成压力。当电缆直径不大于20mm时, 弯曲半径应不小于电缆外径的3倍;当电缆直径大于20mm时, 弯曲半径应不小于电缆外径的5倍。网络电缆的最小弯曲半径应不大于75 mm, 在车辆之间布线的最小弯曲半径应不大于100 mm。

3.2 电磁兼容

电缆在敷设时除了考虑对不同载流量或功率等级电缆的不同需要外, 还要考虑电磁兼容及屏蔽问题。电磁干扰的耦合方式有电场耦合、磁感应耦合等, 需采取合理的布线以抑制干扰, 提高电缆自身的抗干扰性同时要减小对外部环境的电磁干扰。依据安全原因电缆划分为以下3类:①高电压或大功率, 主要有电源、牵引电动机与制动电阻电缆;②中电压或中功率, 主要有辅助供电电缆, 包括蓄电池回路;③低电压或低功率, 主要有控制与信号电缆, 包括蓄电池回路电缆。

电缆间距要满足D﹥2d, D﹥0.1m的要求, 式中, D为不同电缆间距, d为一束电缆外径, 如图5所示。柜体侧面由于空间有限不能留有间距, 因此采用隔板隔离以防止电磁干扰。最佳的电缆布线是:左边为三相系统, 右边为不同流向的直流系统, 或者当不同类型电缆交叉时, 尽量布置成垂直交叉, 使供电电缆与电气设备组成的环路最小化 (见图6) 。

3.3 电气柜三维布线

法国达索公司开发的产品三维设计和模拟软件CATIA可以在虚拟3D环境下进行电气装置电气属性设置及线束排布、展平。电气设计从机械设计环境开始, 然后与线束铺设二者统一达到完整的集成。设计思路是首先建立三维电气设备物理模型, 再在电气设计模块赋予设备电气特性和相关的物理配线 (建立电气库) , 之后进行相关的电缆分布 (电气布线) , 根据实际需要对3D产品线束展平 (电气展平) , 随后导出布线清单, 得出各等级线束的长度, 车间便可以根据电气展平图制作柜体布线模板, 完成模块化设计的线束设计及制作, 如图7所示。

首先在Electrical assembly design模块加载IGE导出的XML文件, 将电气设备移动到合适的位置, 把设备与安装板配合好, 再转换到Electrical assembly design模块, 确保调入的设备和XML文件对应。再通过Electrical Harness Installation进行线束的铺设, 铺设完成后在Electrical Wire Routing模块完成线束电气铺设。最后通过CATIA生成的XML文件把电线的属性信息返回给IGE软件, 由IGE软件统一输出明细表格。

同时可以利用CATIA环境中External Harness Flattening 模块对铺设的线束进行展平 (见图8) , 制作柜体线束铺设模板工程图, 指导车间布线模板的制作及生产。

4 柜内设备布置

电气柜内所有装置、子系统、元件都分级并隔离成不同的区, 且定义了它们的布置和接口, 从而保证不同等级电缆的隔离。整个柜体自下至上依据功能的不同划分为:①底架引上线束盘线区;②大设备安装区、小设备安装区;③侧面线束线槽走线区;④柜体顶部及底部的连接器安装区。

工艺上柜体的总成方式是:客室、司机室以及其他电器柜的线束通过上部连接器对接引入, 同时根据展平图制作的线束先整体制作成束, 并在分线处将各设备的连接器压接好, 之后整体安装在侧面柜体线槽中, 不占用柜体的框架搭接台位, 再通过线槽走线, 并根据不同的出线需求在不同的位置分向各个设备区域, 与设备进行连接器对接。

设备引出的线束通过下部引上线孔走向车下设备, 并在引上线孔中安装夹块以达到密封的效果。整体柜体实现了设备的安装、线束的铺设与固定、输入输出所需要的连接器的安装功能。最后将设备排布好、线束铺设好的柜体整体吊装上车, 与车体地板及侧墙固定, 连接器对接便完成了整个模块化电器柜的安装。这种安装模式将大大减少总装车间的生产周期。

5 应用情况与展望