田沁艷+王鳳珍

摘要：為了滿足人們?nèi)找嫱癸@的個性化家居需求，解決家居產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)設計、生產(chǎn)的難題，以綠色設計為指導思想，研究了模塊化設計方法和綠色設計的關系，從建筑、家具和裝飾三方面對現(xiàn)有的模塊化應用進行分類研究，提出了基于模塊化方法的家居設計步驟，重點研究了模塊劃分、模塊度評價和模塊組合3項關鍵技術。隨著新技術的發(fā)展，模塊化設計方法結合了綠色設計的思想，不僅可以互相學習、互相利用，還可以展現(xiàn)其功能特性和產(chǎn)品的環(huán)境屬性。模塊化設計在家居中必將被廣泛應用，影響人們未來的生活。

關鍵詞：模塊化；家居設計；綠色設計；裝飾

中圖分類號：J59 文獻標識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）08－0113－03

1模塊化設計方法

21世紀90年代，“模塊化設計”概念在西方國家被正式提出，并對其進行了系統(tǒng)的理論研究。模塊化設計最早是應用于室內(nèi)家具中，隨后逐步被廣泛應用到機械設計和軟件工程中。現(xiàn)階段，家居設計中的模塊化設計方法主要是研究建筑、家具和裝飾三個方面的內(nèi)容，該方法包含了標準化和集成化?！澳K化設計”的定義是：在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)品的某些要素進行組合，生成一個具有特殊功能的子系統(tǒng)。我們稱該子系統(tǒng)為一個模塊，并通過對模塊的特定組合，構成新系統(tǒng)以滿足各種功能需求的設計過程。就具體設計工作而言，產(chǎn)品中的模塊是一種通用件，通常可以認為是具有一定功能的零部件。為了實現(xiàn)多模塊之間的多種組合，模塊需要進行接口和結合要素設計。

模塊化設計作為綠色設計的實現(xiàn)方法之一，它已經(jīng)從設計理念轉化為成熟的設計方法。通過對產(chǎn)品功能進行分析，采用不同的劃分方法，設計出一系列具備各種功能的模塊，經(jīng)過細致選擇和有效組合構成不同的產(chǎn)品，從而生產(chǎn)出系列產(chǎn)品以滿足市場的需求。當然，在功能分析的過程中，針對的是一定范圍內(nèi)、具有不同性能的產(chǎn)品，或是功能相同、性能不同、規(guī)格不同的產(chǎn)品。

2模塊化設計與綠色設計

2.1模塊化特征

模塊化具備以下四方面的特征。

2.1.1功能獨立

產(chǎn)品有模塊構成，模塊的功能構成了整個產(chǎn)品的功能，其中，模塊的功能都是自我實現(xiàn)和包含的。在集成化產(chǎn)品結構中，部件和產(chǎn)品功能的關系是多對多的，這使得部分修改設計會影響產(chǎn)品的功能，導致了零部件的修改不能確定范圍。為了實現(xiàn)一個功能完善的產(chǎn)品，會導致很多部分被修改，產(chǎn)品的復雜程度和產(chǎn)品組件（比如產(chǎn)品結構管理和相關信息的再利用程度）也將變得非常困難，尤其是在產(chǎn)品系列化、生產(chǎn)批量模式的企業(yè)，非互換性相似類型的改善備件業(yè)務將會成倍增加銷售、采購、物流、制造和服務等方面的管理難度。

2.1.2標準連接、一致接口

為了實現(xiàn)同類模塊之間的互換，必須嚴格把握接口尺寸和輸入、輸出接口的定義。幾何連接接口可以是機械領域的銷、面、鍵和螺栓等，也可以是電器領域的信號、能量等。

2.1.3平臺依賴

雖然模塊的功能是自我包含、自我實現(xiàn)的，但是模塊的存在和劃分必須是以產(chǎn)品平臺的整體功能為前提的。模塊的功能和互換性是基于產(chǎn)品平臺功能和配置的變化而存在的，沒有了產(chǎn)品這個平臺和對其配置上的需求，模塊的功能就得不到實現(xiàn)。

2.1.4層次化

模塊可以包含子模塊的功能，模塊是系統(tǒng)功能的一個組成部分，而子模塊的功能應該是主模塊的基本功能之一，它可以被稱為模塊的視角。同樣，較大的模塊層級會讓管理更加困難，當模塊層次劃分太多，又出現(xiàn)了非模塊化產(chǎn)品時，它們的結構之間是沒有差異的。

2.2模塊化設計與綠色設計的關系

隨著全球對“綠色”需求的升溫和消除綠色貿(mào)易壁壘的緊迫性，越來越多的資金和研究投向綠色產(chǎn)品的開發(fā)，小到企業(yè)的生存和發(fā)展，大到地球環(huán)境和自然資源，會越來越來多地考慮產(chǎn)品的綠色程度。綠色設計將生態(tài)環(huán)境意識融入到設計理念中，在達到設計目的的同時，以降低對環(huán)境的負面影響，實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展，實現(xiàn)設計和生態(tài)的雙贏。綠色產(chǎn)品在滿足環(huán)境目標的同時，還要保證產(chǎn)品應有的基本功能和使用時間。

模塊化設計方法與綠色設計思想的結合，能夠同時滿足產(chǎn)品的功能要求和環(huán)境屬性，同時，可以大大的縮短產(chǎn)品研發(fā)和制造周期，豐富產(chǎn)品種類，保證產(chǎn)品質(zhì)量，適應市場快速變化的需求。另一方面，融入綠色設計思想的模塊化設計方法可以減少甚至消除對環(huán)境的破壞，為后期產(chǎn)品的升級、重用和維修提供了方便，而且產(chǎn)品廢棄后可以進行拆卸、回收和再利用。

3家居設計中模塊化應用分類

3.1建筑模塊化系統(tǒng)

建筑模塊化系統(tǒng)，又被稱為空間體系的模塊式裝配建筑系統(tǒng)。建筑系統(tǒng)的所有構成模塊都需要在工廠進行預制，這些模塊構建分別作為構建單元和空間單元。構建單元是指該模塊具備自己的結構，不依賴外部結構，可以獨立支撐。空間單元意味著由于功能需求的不同，將模塊內(nèi)部進行空間劃分，根據(jù)不

College Dormitory Peer Group Interaction

Yong Ting, Wang Jiayuan

Abstract: Southwest University for Nationalities 5900 students, 200 bedroom classmates investigation of samples from the bedroom to form peer groups, and between gender and age differences on the bedroom peer groups contribute to the existence of social phenomena, between members of various groups and other aspects of the interaction to explain the interaction between college dormitory peer groups.

Key words: peer groups; social fueling; social inhibition; group relations

同的要求進行設施裝配。經(jīng)過設計的模塊在工廠完成預制后，運輸?shù)焦さ剡M行吊裝、組裝，最終完成建筑的搭建。現(xiàn)今，國內(nèi)外出現(xiàn)了不少模塊化的建筑，例如美國Westchester Modular Home公司已將該技術進行商業(yè)化運營。

隨著生活水平的提高和新材料、新技術、新工藝、新設備的出現(xiàn)，人們對生活條件的要求會越來越高，他們會提出更高的標準和要求，使用新住宅、新裝飾材料和新家具設備以及新的布局方法。傳統(tǒng)的住宅樓使用的一些承重部分已與現(xiàn)有生活融為一體，更新是很困難的。此外，在建筑的模塊化設計中，由于相位使用的是分離承重部分的一部分，所以，很容易在不改變更新的承重部分的情況下只使用一部分，這是符合經(jīng)濟原則的，并適應以科技為先導，以滿足人民日益增長的物質(zhì)需求的快速發(fā)展的要求。

3.2家具模塊化系統(tǒng)

家具模塊化設計意味著實用家具在進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列的家具模塊，通過選擇功能模塊的組合構成不同的功能要求，以滿足市場對多樣化的設計需求。家具模塊化設計是將特定的模塊融入到家具的設計中，通過標準化接口的方法，將設計與通用模塊相結合。家居模塊化設計既是規(guī)范設計，也是多樣化的設計。模塊組成的系統(tǒng)都有一些共同的特點和接口獨立單元的具體結構。家具模塊可以組裝成家具產(chǎn)品，并生產(chǎn)一些有共同特點和界面結構的家具零件、部件或組件。模塊可以單獨設計家具制造業(yè)，可以預先儲備相應的內(nèi)容以滿足迫切需要，也可以規(guī)?；a(chǎn)來降低成本，甚至可以由專業(yè)工廠生產(chǎn)，商品在市場上獨立流通。模塊化是以獲得最佳效益，從系統(tǒng)角度出發(fā)來研究的產(chǎn)品或以系統(tǒng)的形式構成，用分解和方法的組合來構建模塊系統(tǒng)，采用模塊組合成一個產(chǎn)品或系統(tǒng)的過程。家具模塊化設計為某一類型的家具或具有相同功能的相鄰產(chǎn)品的設計，同時，它也有家具部件模塊的設計，家具模塊化設計方法是傳統(tǒng)家具設計方法的發(fā)展。表1是家具模塊化設計與傳統(tǒng)設計方法的比較。

表1家居模塊化與傳統(tǒng)方法對比

比較因子 家居模塊化設計 家具傳統(tǒng)方法

設計對象 模塊和家具，設計對象不是單個家具而是整個家具產(chǎn)品系統(tǒng) 單個家具

設計步驟 需求分析—建立模塊—選擇模塊—組成產(chǎn)品 設計定位—整體設計

設計本質(zhì) 通用模塊—專用模塊—接口—產(chǎn)品 零部件+零部件+接口—產(chǎn)品

設計程序 由上而下，由總而細 由上而下，由總而細

設計層次 模塊化總體設計—模塊設計—模塊化產(chǎn)品設計 結構設計、造型設計、優(yōu)化設計

設計特點 以低成本快速實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，是標準化設計、組合化設計 容易實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，但成本較高、周期較長

3.3裝飾材料模塊化系統(tǒng)

裝飾材料和裝飾元素是應用模塊化設計的基礎，對標準和通用性方面有更高的要求。例如在廚房集體設計中，需要對基礎的龍骨進行標準的模塊化，往往很多小廠家研發(fā)的龍骨在新的集成吊頂中會出現(xiàn)偏差，這樣就會影響整體集成廚房的設計。

4基于模塊化方法的家居設計

基于模塊化方法結合了綠色設計，采用自頂向下的設計思想，其設計流程見圖1所示。先根據(jù)用戶需求進行功能分析，對模塊進行功能劃分和初始化設計，并生成功能一一對應的零件序列。然后，使用零部件合并準則，使用功能準則和綠色準則進行劃分，以確保產(chǎn)品和功能實現(xiàn)綠色的程度。接下來就是對模塊集成和評估階段的一個合理測試，將模塊劃分方案細化，最終設計并進行部分模塊的接口設計，直至整個產(chǎn)品設計的最終完成。

4.1模塊劃分

在模塊化設計中，模塊劃分是非常重要的，它將影響產(chǎn)品的功能和模塊度，直接關系到產(chǎn)品的環(huán)境屬性和功能屬性，因此，模塊劃分是模塊化設計的研究重點之一。模塊劃分準則主要分為三個方面的屬性：零件合并屬性、功能屬性和綠色屬性，詳細的準則見表2.

圖1模塊化設計流程

表2模塊劃分準則

零件合并屬性 模塊劃分準則 零件合并屬性 模塊劃分準則

功能屬性 結構交互準則 綠色屬性 重用性準則

能量交互準則 升級性準則

物質(zhì)交互準則 維護性準則

信號交互準則 處理性準則

作用力交互準則 回收性準則

4.1.1零件合并準則

零件合并準則是指通過對多個零件的合并，使這些零件之間的功能、信息和物質(zhì)等交互作用進行轉化，變成零件內(nèi)部的交互作用，從而達到節(jié)約材料和方便再次利用的目的。零件合并準則包括：①使用同一材料生產(chǎn)零件或改進、升級零件；②零部件之間相互接觸，相互之間沒有運動并且是剛性聯(lián)接；③所有的模塊零件均為標準件，沒有外購配件；④對零件進行合并后，產(chǎn)品的拆卸性和組裝性沒有受到破壞。

4.1.2 功能準則

部分最初的設計是從功能實現(xiàn)的角度來考慮的，它是相應的功能要素實現(xiàn)的重要考慮因素。根據(jù)系統(tǒng)部件之間的相互作用、類型和尺寸，制訂相應功能的標準進行全面檢測。如表2所示，功能屬性準則主要包括5個準則：結構交互準則、能量交互準則、物質(zhì)交互準則、信號交互準則和作用力交互準則。在一般情況下，零件間的交互作用與模塊的劃分成正比，即交互作用越大，零件越應該劃分在一起。

4.1.3 綠色準則

綠色設計的目標包括以下三方面：有效提高產(chǎn)品的資源和能源利用率，盡量減少產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)周期成本，保證生產(chǎn)產(chǎn)品的環(huán)境污染最小化。為了實現(xiàn)這些目標，最有效的辦法就是選擇污染小的原材料，提高零部件的利用率和延長產(chǎn)品的使用期限。

為了實現(xiàn)產(chǎn)品的基本功能，并確保產(chǎn)品的最佳環(huán)保性能，提高產(chǎn)品的可重用性，易升級、易維護性和可循環(huán)再用的處理，必須依據(jù)綠色準則對部分模塊進行劃分。一般情況下，在設計過程中需要考慮以下準則：①重用性準則。零件或材料的再利用要避免廢物的產(chǎn)生，當產(chǎn)品在回收和再利用的附加值壽命達到最高預期時，就會降低產(chǎn)品的生命周期成本。②升級性準則。升級部件模塊或直接升級時更換該模塊，可以減少對環(huán)境的不利影響，在提高產(chǎn)品的市場競爭力的同時，可以減少開發(fā)時間和成本。③維護性準則。良好的保養(yǎng)可以減少廢棄物的排放，延長產(chǎn)品使用壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，最終提高產(chǎn)品的環(huán)保性能，減少對環(huán)境產(chǎn)生的負面影響。④回收性準則。在產(chǎn)品設計階段，應盡可能選擇環(huán)境協(xié)調(diào)性好、低功耗、低成本、少污染、易加工和便于回收、利用的材料，并盡量減少產(chǎn)品材料種類的使用。⑤處理性準則。不能進行不利于再利用和再循環(huán)組件的工作，要根據(jù)自然降解，比如焚燒和掩埋等不同的方法將其分為不同的模塊，這樣的方法有利于產(chǎn)品的后期加工，降低了拆卸和分揀成本。

圖2準則層次結構圖

4.2模塊度評價

從功能分析和模塊劃分與組合的角度來看，影響某一模塊

模塊化程度的因素主要有以下五點：結構交互性、作用力交互性、能量交互性、物質(zhì)交互性和信號交互性。一般認為，這五種交互性越強，就表示模塊間的相互作用越大，相互聯(lián)系越強，相應的，產(chǎn)品、模塊的零部件設計和接口設計的難度也會越大，模塊的互換性也會越差。所以，此模塊的模塊度會相應減小。對某一個模塊，可用如下方法進行模塊度評價。

4.2.1建立因素集

U={u1，u2，u3，u4，u5}. （1）

式（1）中：u1——結構交互性；

u2——作用力交互性；

u3——能量交互性；

u4——物質(zhì)交互性；

u5——信號交互性。

4.2.2建立權重集

設計者可以根據(jù)不同產(chǎn)品的特點賦予因素集中五個因素不同的權重，或按確定隸屬度的方法來加以確定，因素較多時，也可利用AHP方法建立權重集。

A={a1，a2，a3，a4，a5}. （2）

其中，Σ1≤i≤5 ai=1，0≤ai＜1.

4.2.3建立備選集

模塊度的取值區(qū)間為［0，1］，按等步長離散得出備擇集：

V={0，1/λ，2/λ，3/λ，…，（λ－1）/λ}. （3）

4.2.4建立評判矩陣

（4）

式（2）中：Ri——單因素評判集。

以各因素評判集的隸屬度為行，建立評判矩陣如下：

R=［R1，R2，R3，R4，R5］T. （5）

為了全面考慮各單因素評判結果的情況且保留全部有用信息，該模型采用M（.，＋）模型進行綜合評判，可得模糊綜合評判集：

B=（a1，a2，a3，a4，a5）?R=（b1，b2，b3，b4，b5）. （6）

4.2.5評判指標處理

為了保留全部有用信息，采用加權平均法處理評判指標，可由式（7）得出該模塊的模塊度D.M.M.：

D.M.M.=Σ1≤j≤5 bjvj / Σ1≤j≤5 bj. （7）

4.3模塊組合

模塊化產(chǎn)品不是整體式結構，而是由模塊構成的組合式結構，其組合方式主要有以下幾種。

4.3.1直接組合

在模塊化系統(tǒng)中，模塊之間的組合是直接結合而成的。對于屬于相同產(chǎn)品系列型譜的模塊化系統(tǒng)，一般可以直接組合。在一般情況下，這樣的組合是最合理、最緊湊、最經(jīng)濟的方法，它是最佳的組合。

4.3.2集裝組合

將幾種不同規(guī)格的模塊加載到一定的結構模塊中，然后插入機器。在這時，模塊結構一般需要作一些改進、改動或增加成員支持不同的模塊，也常常使用集裝方式形成一體化、大小不同的模塊，以簡化整體結構，總集成模塊的接口具有尺寸互換性，便于整機的組裝。

4.3.3改裝組合

外購的一些模塊機械結構和電氣互連的接口結構模塊不匹配，需要對接口進行修改，以更改模塊或使用本機的結構模塊。比較常見的是被修改電源，然后將其作為一個特殊的模塊進行組裝。

4.3.4間接組合

采用間接組合一般有兩種情況：①基于產(chǎn)品要求進行布局，而不是直接組合；②都不使用外包模塊，它不能直接組合成模塊系統(tǒng)的一部分。間接的模塊化設計、特殊連接件，都要遵循相應位置上各模塊的要求。

4.3.5離散組合

參與模塊的各種組合，通常都是自包含的獨立產(chǎn)品、設備的離散及其相應位置的離散，沒有直接的機械組件組合。

5小結

模塊化設計方法結合了綠色設計思想，不僅可以互相學習、互相利用，還可以實現(xiàn)產(chǎn)品的功能特性和環(huán)境屬性。利用模塊化的設計方法具有如下優(yōu)勢：①它可以縮短產(chǎn)品開發(fā)和制造周期，增加產(chǎn)品種類，提高產(chǎn)品質(zhì)量，快速響應市場的變化；②可以減少或消除對環(huán)境的不利影響，經(jīng)過回收和處理后，以方便重用、升級和維護。

參考文獻

［1］季濤頻.綠色設計詩意內(nèi)涵研究［J］.包裝工程，2012（14）：111-114.

［2］梁惠萍，蒲江，黃蜜.基于綠色設計原則的產(chǎn)品功能設計探析［J］.包裝工程，2011（16）：138-140.

［3］周斌.綠色設計思潮對產(chǎn)品包裝設計的啟示［J］.包裝工程，2011（02）：99-101.

［4］許繼峰，張寒凝.現(xiàn)代家具的綠色設計方法探析［J］.生態(tài)經(jīng)濟，2009（06）.

［5］艾飛.基于綠色設計原則的產(chǎn)品設計理念探究［D］.武漢：武漢理工大學，2012.

［6］鄢莉.模塊化設計方法在兒童家具設計中的運用［J］.包裝工程，2010（01）.

［7］鐘偉弘.基于廣義模塊化設計的產(chǎn)品重構技術研究［J］.制造技術與機床，2010（11）.

［8］耿凱陽.基于QFD的模塊化系列產(chǎn)品綠色設計方法［D］.上海：上海交通大學，2013.

［9］唐濤，劉志峰，劉光復，等.綠色模塊化設計方法研究［J］.機械工程學報，2003（11）：149-154.

［10］李方義，劉鋼，汪勁松，等.模糊AHP方法在產(chǎn)品綠色模塊化設計中的應用［J］.中國機械工程，2000（09）：46-49.

〔編輯：白潔〕

Home Design Studies Based on Modular Approach

Tian Qinyan, Wang Fengzhen

Abstract: In order to meet the growing demand for personalized home highlights, while addressing household products manufacturing enterprises design and production problems. Green design ideas as a guide, to study the relationship between the modular design approach and green design, from architecture, furniture and decorative three aspects of the existing classification of modular applications, a modular approach is proposed based on home design steps focuses on the module division, evaluation modules and module combination three key technologies. With the development of the environmental attributes of new technology, modular design approach combines green design ideas, learn from each other not only to take advantage of each other, you can also reach and product features, modular design applications in the home will be more widespread, affecting peoples future life.

Key word: modular; home design; green design