趙金木

（福水智聯(lián)技術(shù)有限公司，福建 福州 350000）

隨著科技的快速發(fā)展，我國(guó)在制造業(yè)領(lǐng)域不斷地開(kāi)始采用系列化模塊化設(shè)計(jì)的理念，結(jié)合當(dāng)代的社會(huì)發(fā)展需求，在機(jī)柜機(jī)箱產(chǎn)品的機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)引入系列化模塊化設(shè)計(jì)的理念，這有利于行業(yè)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化推廣及使用，有利于后期產(chǎn)品的維護(hù)與升級(jí)，消除和減少貿(mào)易技術(shù)壁壘，促進(jìn)各單位技術(shù)共同合作。

1 系列化模塊化設(shè)計(jì)理念

系列化模塊化設(shè)計(jì)理念屬于一種標(biāo)準(zhǔn)化的體系范疇。模塊化設(shè)計(jì)就是將一個(gè)系統(tǒng)分割成幾個(gè)相互獨(dú)立的部分，即是幾個(gè)模塊，每個(gè)模塊都是具有獨(dú)立的功能，具有相同或相近的幾何尺寸和安裝方式，具有一致的輸入、輸出接口，各模塊在功能結(jié)構(gòu)方面保持獨(dú)立性和完整性。模塊化是標(biāo)準(zhǔn)化的高級(jí)形式，是標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，用相同或不同模塊可組合成新的系統(tǒng)，也便于從系統(tǒng)中拆卸更換。模塊具有通用性、互換性、典型性、兼容性。標(biāo)準(zhǔn)化通用化只是在零件級(jí)別進(jìn)行通用互換，模塊化則是在部件級(jí)別，甚至子系統(tǒng)級(jí)別進(jìn)行互換通用，從而實(shí)現(xiàn)更高層次的簡(jiǎn)化。系列化模塊化設(shè)計(jì)，可以使整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、物流、生產(chǎn)制造、升級(jí)和維護(hù)簡(jiǎn)化。系列化模塊化設(shè)計(jì)即考慮產(chǎn)品的通用性和互通性，必須引入系列化模塊化設(shè)計(jì)理念，跟進(jìn)與改進(jìn)社會(huì)形成的模塊化和系列化的發(fā)展趨勢(shì)。

2 機(jī)柜機(jī)箱的模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 模塊化設(shè)計(jì)的主要作用

機(jī)柜機(jī)箱在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)起著很重要的作用，不同系統(tǒng)的使用功能和使用環(huán)境對(duì)于機(jī)柜機(jī)箱的要求也是不一樣的，因此設(shè)計(jì)出一款具有通用性的產(chǎn)品是不太現(xiàn)實(shí)的，但是可以引入系列化模塊化設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)出一種具有不同的側(cè)重點(diǎn)的模塊化的系統(tǒng)，針對(duì)不同的使用情況進(jìn)行靈活的組合和變化，這樣可以縮短產(chǎn)品的研制周期，避免了各種產(chǎn)品的生產(chǎn)效率的降低，可以避免重復(fù)設(shè)計(jì)，提高了整體設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域。用戶可根據(jù)自己的需求選用機(jī)柜產(chǎn)品，再選用滿足需求的機(jī)箱產(chǎn)品。模塊化設(shè)計(jì)的另一個(gè)主要用途是使機(jī)箱機(jī)柜在各個(gè)領(lǐng)域之間的適用性更加方便，加強(qiáng)機(jī)箱機(jī)柜的靈活性，模塊化設(shè)計(jì)不光可以提高機(jī)箱機(jī)柜的生產(chǎn)效率和縮短機(jī)箱機(jī)柜的生產(chǎn)周期，也可以提高機(jī)箱機(jī)柜滿足不同客戶不同需求的能力。

2.2 機(jī)柜模塊化的設(shè)計(jì)

在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，機(jī)柜模塊化設(shè)計(jì)主要是考慮機(jī)柜本身各部分的拼裝及安裝不同的機(jī)箱和機(jī)箱的數(shù)量，還需考慮線纜走線、散熱模塊、電源模塊等的安裝。機(jī)柜分為控制臺(tái)機(jī)柜、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、服務(wù)器機(jī)柜，機(jī)柜的深度、寬度均有要求，一般用U 來(lái)表示機(jī)柜尺寸的單位（1U=44.45mm），目前使用較廣的是19′機(jī)柜，19′機(jī)柜是指機(jī)柜內(nèi)安裝機(jī)箱的法蘭最外側(cè)的寬度（482.6mm=19′），以U 為基本單位來(lái)區(qū)分機(jī)柜的系列，比如5U、8U、10U…系列機(jī)柜。5U機(jī)柜是指內(nèi)部空間可安裝一個(gè)5U 機(jī)箱的機(jī)柜，也可以安裝5 個(gè)1U 的機(jī)箱。機(jī)柜內(nèi)的機(jī)架上有固定機(jī)箱及各功能模塊單元的孔位，孔位的間距和大小是標(biāo)準(zhǔn)化的以滿足不同規(guī)格機(jī)箱的安裝要求。

圖1 19‘機(jī)柜的基本安裝尺寸

圖2 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱的基本安裝尺寸

如圖1 所示，1U 機(jī)箱在機(jī)柜內(nèi)占用44.45mm 的高度空間，在寬度方向的固定孔距是確定的（即465mm）。這樣，按照系列化模塊化來(lái)設(shè)計(jì)的機(jī)柜，可以安裝不同規(guī)格的機(jī)箱，可滿足用戶的各種需求。機(jī)柜主要是機(jī)箱的載體，機(jī)柜的尺寸和形式主要是由機(jī)箱來(lái)決定的，設(shè)計(jì)機(jī)柜時(shí)先考慮安裝機(jī)箱的樣式及個(gè)數(shù)，同時(shí)預(yù)留一定的空間給將來(lái)擴(kuò)展使用，未安裝機(jī)箱的位置用盲板封蓋??；考慮到機(jī)箱模塊單元的散熱需求，通過(guò)計(jì)算確定散熱模塊的安裝數(shù)量，同時(shí)留有一定的余量。機(jī)柜的材料主要是鋼板，通過(guò)數(shù)控彎折、沖壓成型，再經(jīng)過(guò)一系列的后處理后做成成品。

2.3 機(jī)箱模塊化的設(shè)計(jì)

機(jī)箱的種類(lèi)有很多種，不同使用環(huán)境和使用條件對(duì)機(jī)箱的要求是不同的。這里主要講述19′機(jī)柜安裝用的機(jī)箱。設(shè)計(jì)機(jī)箱時(shí)必需考慮機(jī)箱內(nèi)部元、器件相互間的電磁干擾和散熱；必需考慮機(jī)箱的強(qiáng)度、剛度問(wèn)題；必需考慮實(shí)際工作環(huán)境和使用條件，采取相應(yīng)的措施以提高機(jī)箱的可靠性和使用壽命，保證產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。機(jī)箱尺寸是根據(jù)在機(jī)柜所占用的高度及機(jī)箱內(nèi)元器件的大小確定，外形尺寸選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，也可以先選定標(biāo)準(zhǔn)的外形尺寸，再配合硬件工程師的工作，進(jìn)行機(jī)箱內(nèi)元器件的布局分配。一般也是用U 來(lái)表示機(jī)箱尺寸的單位（1U=44.45mm），1U機(jī)箱即指高度占用19′機(jī)柜內(nèi)1U 空間的機(jī)箱，2U 機(jī)箱即指高度占用19′機(jī)柜內(nèi)2U 空間的機(jī)箱，以此類(lèi)推。根據(jù)不同的需求，設(shè)計(jì)系列化的產(chǎn)品1U、2U、3U......。單個(gè)機(jī)箱內(nèi)則是考慮模塊化的安裝方案，機(jī)箱內(nèi)有一系列固定面板模塊單元的孔位，孔位的間距和大小是標(biāo)準(zhǔn)化的以滿足不同規(guī)格面板的安裝要求，一般是用Te 來(lái)表示孔位的間距和面板高度尺寸的單位（1Te=5.08mm），面板高度一般是Te 的整數(shù)倍減去必需的間隙,通常為20(4Te)、40(8Te)、60(12Te)、80(16Te).....,根據(jù)不同的需求確定面板的高度。

如圖2，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱在寬度方向的固定孔距是確定的（即465mm），最外側(cè)的尺寸（482.6mm）也是確定的。機(jī)箱的高度H 是根據(jù)機(jī)箱的類(lèi)型（1U、2U......）來(lái)確定,高度方向的固定孔距h1 及其位置要根據(jù)機(jī)柜上的預(yù)留孔位確定。機(jī)箱內(nèi)面板單元的安裝也是模塊化的設(shè)計(jì)，用戶可根據(jù)自己的需求選用合適的模塊，未安裝面板的空間可用盲板封蓋。

3 機(jī)箱機(jī)柜機(jī)械設(shè)計(jì)理念的特點(diǎn)

3.1 整體設(shè)計(jì)產(chǎn)品完整化

在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)對(duì)市場(chǎng)相關(guān)的產(chǎn)品的功能進(jìn)行調(diào)查，規(guī)劃出一個(gè)科學(xué)有效的方案，通過(guò)進(jìn)行模塊化的有效組合，從而產(chǎn)生特定的產(chǎn)品。此外，還可根據(jù)不同的使用環(huán)境和用戶需求，產(chǎn)生不同的組合，從而形成一個(gè)全新的產(chǎn)品，使得產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上和功能上都能夠滿足相應(yīng)的需求，繼而進(jìn)一步提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)收益。

3.2 減少產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期

在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，為滿足不同用戶的需求，可通過(guò)系列化模塊化設(shè)計(jì)，將產(chǎn)品進(jìn)行內(nèi)部模塊化分工設(shè)計(jì)，各部分設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，依據(jù)要求定義幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模塊，這樣機(jī)械設(shè)計(jì)的周期可以縮短，同時(shí)各種部品的種類(lèi)減少了，在模具開(kāi)發(fā)上可以節(jié)省成本及縮短生產(chǎn)周期，制品的采購(gòu)、生產(chǎn)周期也縮短。通過(guò)利用模塊化設(shè)計(jì)，可以很好地提高現(xiàn)在機(jī)箱機(jī)柜設(shè)計(jì)的效率，從而縮短整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。

3.3 實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)的知識(shí)管理和集成管理

在具體的模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程中，要對(duì)整個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行一個(gè)實(shí)際性的規(guī)范調(diào)研和學(xué)習(xí)，查詢行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，充分了解標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于各部分結(jié)構(gòu)尺寸的規(guī)定。前期對(duì)產(chǎn)品知識(shí)進(jìn)行各種科學(xué)合理的規(guī)劃，為各模塊的設(shè)計(jì)人員提供一定的便捷方式。實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)的知識(shí)管理和集成管理，可以提高管理層的效率，加強(qiáng)在管理層內(nèi)部人員的使用,合理分配技術(shù)人員的工作。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)箱機(jī)柜作為系統(tǒng)的最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)體系，對(duì)其內(nèi)部的電子元器件都可以起到很好的保護(hù)作用，對(duì)電路的功能的實(shí)現(xiàn)起到相當(dāng)重要的作用。在整個(gè)系統(tǒng)中具有很高的地位。因此，機(jī)箱機(jī)柜行業(yè)采取系列化模塊化設(shè)計(jì)理念，有利于向標(biāo)準(zhǔn)化、通用化發(fā)展，有利于產(chǎn)品在各領(lǐng)域的推廣使用，降低生產(chǎn)成本提高生產(chǎn)效率，提高整個(gè)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。