許鐵巧 陳雷彬 鄭洪權

摘 要：個性化、多樣化需求是市場發(fā)展所趨，多品種、小批量的產品模式是各個行業(yè)需要面臨的課題，工程機械行業(yè)更是如此，產品系列/群之間的差異性更大，司機室設計與其他相關系統(tǒng)關聯(lián)性比較大，存在變量比較多，且司機室為模具制造，通過模塊化設計減少（部件）種類，實現(xiàn)標準化設計，通過模塊化組合實現(xiàn)產品的快速設計，因此模塊化設計對工程機械行業(yè)司機室設計有著至關重要的意義。本文重點介紹工程機械產品司機室模塊化設計原理與方法，有助于提升工程機械行業(yè)司機室的模塊化設計水平、品質感以及市場競爭力。

關鍵詞：工程機械;模塊化設計;司機室

面對日益激烈的市場競爭，越來越快的新品上市速度，越來越低的開發(fā)成本，對于產品研發(fā)提出新的挑戰(zhàn)，要求開發(fā)過程經濟、快速、高效，才能應對甚至引領瞬息萬變的市場。模塊化設計正是通過系列化、通用化、標準化等設計來實現(xiàn)不同模塊的組合和互換，從而衍生出更多的變型產品的目的。

工程機械產品基于全球市場客戶訴求差異、全系產品布置差異、多配置等實際情況，因此存在小批量、多品種的特點，且產品更新速度快。司機室主要包括車身焊接總成、內飾件、外飾件等，大部分為專項設計開發(fā)，即不能直接利用社會資源，同時工程機械的整體市場體量不能與汽車、卡車等相比，整體體量相對較小。因此司機室的模具化設計帶來很大的挑戰(zhàn)，如何用最小的投入覆蓋更多的產品，以提高經濟性，同時保證產品的品質感。本文詳述了如何利用模塊化設計方法開展工程機械產品司機室設計的相關內容。

1 基本原理

模塊化設計：對一定范圍內不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產品在功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能和結構模塊，使這些模塊系列化和通用化，并具有標準的模塊接口：通過模塊的選擇、組合構成不同產品，以滿足市場的不同需求的設計方法。

開展模塊化設計必須做好平臺化、系列化、標準化。

平臺化：模塊的設計與組合要基于平臺定位去考慮，包括覆蓋的平臺技術、技術配置的差異性等，以保證模塊化設計結果的有效性。系列化：模塊的設計與組合要能達到系列化應用效果，前期要考慮覆蓋的產業(yè)類別（不同門類）、不同定位的產品（中、高端）等，以保證模塊化組合的系列化拓展。標準性：模塊即是成熟的、具有統(tǒng)一接口可互換的模塊，同一功能/結構模塊可以在基本型、拓展型甚至跨不同系列/類別的產品上使用。由于這一特性，產品模塊化設計可縮短設計周期、降低成本、保證產品的質量可靠性。

2 工程機械司機室模塊化設計

2.1 模塊化設計原理

模塊化設計總體思想或原理是首先對產品進行功能分析以劃分模塊，然后構建具有參數(shù)化結構尺寸/不同功能配置的模塊，然后根據(jù)不同產品的參數(shù)要求，通過模塊組合衍生產品族。

產品族/系列：產品總功能及各主要分功能相同或相似的所有產品構成的產品集合。

產品平臺：用于組成一系列衍生產品的一組通用模塊，在特定產品族中為所有族內產品所共享，是由多個功能模塊構成的集合。

專用模塊：產品族中區(qū)別于其他產品的功能和結構，以滿足不同的市場需求。

2.2 模塊化設計過程

對一類/多系列產品進行規(guī)劃，以功能分析為基礎對其進性功能模塊的劃分，并把功能模塊轉換為相應的結構模塊，在該結構模塊的基礎上進性產品平臺的模塊組合規(guī)劃，在基于產品平臺規(guī)劃進行該類/多系列產品即產品族的應用規(guī)劃，已保證模塊規(guī)劃的完整性、適應性以及覆蓋度。

（1）產品系列規(guī)劃實際是定義模塊設計開發(fā)的輸入，也是構成模塊的變型需求。司機室設計主要考慮的以下幾方面：① 用戶需求/其它系統(tǒng)需求變化：性能、參數(shù)變化，包括規(guī)格參數(shù)、關鍵尺寸等;環(huán)境適應性變化，包括適用溫度范圍、濕度、防塵性等;功能配置的需求，如功能的高低配置，特殊地區(qū)的配置需求等。② 法律法規(guī)標準：目標市場的法律法規(guī)變化或行業(yè)的相關標準的更新;市場競爭需求;③ 經濟性/成本需求：控制材料用料，不能單純?yōu)槟K化而增加原有材料;金屬制品減少所用材料規(guī)格，以及相關標準件;考慮裝配及調試效率;部件的工藝定義，保證產品品質。

（2）模塊劃分

模塊應具有功能/結構相對獨立性，因此要劃分模塊首先得建立部件的功能模型。根據(jù)產品總設計或其它相關關聯(lián)系統(tǒng)的設計輸入轉換為功能目標。

第一步：明確各相關系統(tǒng)要求。把系統(tǒng)相關要求轉化為設計輸入，包括安裝形式及尺寸、配置要求、元件布置、重量要求、成本要求等;第二步：確定系統(tǒng)總功能。對司機室進行功能分析建立完善且完整的功能模型;第三步：總功能分解。主要基于功能相關性、結構關聯(lián)性進行從系統(tǒng)到架構設計，再基于架構設計進行下一步的子模塊分解;第四步：功能模塊定義。司機室一般分為車身焊接模塊、車門系統(tǒng)模塊、外飾系統(tǒng)模塊、內飾系統(tǒng)模塊、座椅系統(tǒng)模塊、空調系統(tǒng)模塊安裝機構模塊等。各子系統(tǒng)模塊應有完整的元件構成、參數(shù)、指標定義域要求;第五步：結構模塊轉化。子模塊再通過模塊集中進行各方面測試驗證，包括司機室的各項一級指標驗證，完成后即可進入司機室模塊庫，從而完成司機室模塊化系統(tǒng)的建立。

（3）模塊系列規(guī)劃

完善的模塊系列規(guī)劃是實現(xiàn)產品模塊化設計的基礎條件。模塊系列規(guī)劃要把前期的各種輸入轉變?yōu)橛绊懸蜃踊蜃兞??；诘谝粋€元素/因子構成的部件成為基本型，隨著規(guī)格或某一因子變化而產生的部件為變型或組合型部件。司機室的子系統(tǒng)模塊的差異性即為結構尺寸、功能配置、電氣系統(tǒng)匹配等關聯(lián)系統(tǒng)的差異的映射。

（4）模塊應用規(guī)劃

完整的模塊應用規(guī)劃是實現(xiàn)產品模塊化設計落實實施的關鍵一步，也是同步驗證模塊設計以及模塊系列規(guī)劃的準確性，以及是否需要調整完善模塊規(guī)劃定義等內容，把基于產品規(guī)劃轉化為模塊在產品族的應用定義，以實現(xiàn)模塊化設計的閉環(huán)管理。

3 其它

產品模塊化設計是一項系統(tǒng)工程，設計產品開發(fā)的全周期與全流程，本文只概述在設計環(huán)節(jié)相關內容，在產品模塊化設計過程中還有以下幾點非常重要：

模塊接口設計：模塊接口是系統(tǒng)各組成部分之間可傳遞功能的共享界面，模塊接口分為機械接口（安裝尺寸）、電氣接口、軟件接口等。模塊接口是把分立的各模塊連接成系統(tǒng)并協(xié)調工作，因此模塊接口的設計非常重要，必須進行正確、合理的接口設計。模塊接口設計遵循系列化和標準化設計原則，系列化原則即模塊接口集合形狀的統(tǒng)一性原則和模塊接口尺寸的優(yōu)選性原則，且形成標準化的設計，以保證產品變型可快速進行模塊互換和組合。

模塊編碼設計：模塊通過編碼管理來實現(xiàn)產品各系統(tǒng)各層級以及產品族模塊應用管理。模塊編碼即用命名規(guī)則實現(xiàn)模塊的管理和關鍵信息的傳遞。編碼基本原則是唯一性、良好的可擴展性、盡量簡短易識別等。模塊編碼采用0～9數(shù)字編碼技術的較多，可根據(jù)各企業(yè)實際進行規(guī)則設計。

5 結論

工程機械產品模塊化設計是基于目前工程機械市場發(fā)展的必然方向，也是工程機械行業(yè)轉型升級的關鍵環(huán)節(jié)。本文基于模塊化設計原理，概述了工程機械司機室模塊化設計方法，如何從產品系列規(guī)劃形成部件級模塊系列規(guī)劃，從而支撐產品族的模塊化設計。

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