家用豆浆机中模块化设计方法研究

2020-04-30

中国新技术新产品 2020年3期

（深圳市鑫汇科股份有限公司，广东深圳 518000）

为了应对激烈的市场竞争，企业的产品需要满足多样化需求，产品模块化设计可以为定制化生产创造条件。模块化设计实现了产品的并行开发，使复杂的设计便于管理，可以更好地适应产品的不确定性要求。模块化设计适用于不同层级产品的开发，对于保证设计质量、控制成本、缩短开发周期以及提升用户满意度等具有优势。该文以家用豆浆机设计为例，提出了针对小家电产品的模块化设计方法，以保证产品可以快速推向市场，满足市场对小家电产品多样化的需求。

1 模块化设计的概念

有别于传统的产品设计，模块化设计更适用于批量生产。在产品开发阶段，针对市场的发展趋势与现有的技术条件，结合用户需求分析，对产品进行模块化设计，实现了产品开发与实物设计分开进行的目标。产品可以分为多个不同的模块，在产品的模块设计中，可以依据产品需要对模块进行个性化设计，不同的模块最后组成产品。产品采用模块化设计，可以结合市场需要或客户的要求快速完成产品的设计，产品因此具有系列化、通用化、标准化的特点[1]。

2 模块化设计分析

2.1分析产品的需求特点

家用豆浆机设计是结合消费者对豆浆机的功能需要进行设计的。设计前，进行市场需求分析。主要是调查现有客户与销售商的市场需求信息，一方面分析客户的潜在需求，另一方面通过销售商了解哪一类产品更容易被消费者认可。获取信息后，要对信息加以提取，明确产品的设计方向。产品的设计要结合外形、成本、功能、可靠性等。另外，对消费者的需求要进行提炼，识别共性需求，为构建模块化平台创造基础条件。

2.2 产品零部件的分类

依据零部件的特性，可分为A、B、C三类。分类可以为模块化产品平台的实现创造基础条件，保证零部件的通用性。借助ABC 分类，有利于实现零部件的模块化，减少零部件的类型与数量。A类零部件多为标准件，此类零部件已实现了标准化生产，产品结构、尺寸已经统一，如螺钉、轴承、弹簧等。A类零部件应用范围广，由于容易批量化生产，成本会很低；B类零部件会对产品性能发挥关键作用，易实现通用化、标准化、可变型设计等功能，例如电机、温控器、加热管等；C类零部件会决定特定功能，或体现外观差异。该类零件通用化低，生产基于特定需求，因此成本较高[2]。

2.3 产品的系列化

2.3.1 确定产品型谱

为了提高产品的市场占有率，要考虑到产品的型谱设计。产品型谱的要素是产品主参数分布与销售分布的对应关系，产品借助型谱实现系列化与标准化。产品模块化设计的实现与型谱有关，型谱也表明了开发能力，能够体现最新品种开发在适应市场方面的能力。

2.3.2 模块的系列化

要实现产品的不同功能，就要对应不同功能模块进行设计。因此，需要结合零部件ABC分类和产品的功能，按照特定的原则，借助功能模块实现产品参数的系列化。产品系列化的规划．首先要考虑功能主参数，按照使用需要划分功能系列，以确保参数系列的合理性，并且使产品可以满足市场需求。比如针对家用豆浆机的功能模块设计，基本功能是实现粉碎、加热、控制等，对应的功能组件包括驱动装置、加热体、杯体、控制面板等。家用豆浆机的杯体容量表明了制浆能力，对应的参数是加热功率，因此可以将杯体容量作为功能主参数，结合加热功率，形成系列化的产品。

表1 家用豆浆机杯体容量的产品系列化

2.4 结构设计的模块化

模块是组合成系统的独立单元，具有通用性、功能系列化、接口结构标准化等特点。要想实施模块化设计，就要使产品结构结合产品功能，依据相似性原则，实现不同模块的相对独立。设计原则是用尽可能少的模块实现产品的更多功能，丰富产品种类。合理的模块划分可以为选型设计、产品制造、仓储等创造有利条件。比如家用豆浆机可以划分为结构模块、粉碎模块、加热模块和控制模块等。

3 构建模块设计平台

3.1 产品编码与名称体系的建立

3.1.1 建立编码体系

产品的编码体系可以分为隶属体系、识别体系、复合体系和平行体系等。在家用豆浆机的设计中，结合产品特点与消费者的需求，将模块进行分类编码。产品零部件以驱动装置、杯体装置、控制装置、加热装置进行分类编码。家用豆浆机结合模块分类可以采用平行编码体系，以保证产品的可扩展性。部件及零件代码表明类别，分类码表明功能和结构；识别码表明产品模块化标识，产品的编码能够自动生成，具有唯一性[3]。

3.1.2 零部件的命名

模块化设计要对零部件加以命名，命名是对零部件特征加以描述，以体现功能或结构，名称要力求简单、直观。借助零部件命名可以对零部件的名称进行规范化处理，保证零部件识别的信息化，借助零部件命名有利于分组。规范零部件的名称要结合现有零部件的使用特点，制定命名规则，对零部件加以分类。命名要考虑到使用频次高低，名称要符合使用习惯。零部件命名还要依据通用原则，例如豆浆机的下盖、底盖可以统称为盖。

3.2 标准模块的设计

作为基本模块，在设计时，要结合零件几何形状，分析结构参数的特点，依据功能参数和工艺参数加以分类，区别固化参数与可变参数，再结合参数的关联性，挖掘产品在结构、功能、工艺方面的相似性，通用几何模型实现了功能设计要求和约束要求，可以满足不同产品的变型需要，易于实现产品变型设计，还可以降低零部件种类，要选择不同的标准化模块以实现对产品系列化设计。利用通用性模块，满足产品变型设计要求。图1 为豆浆机下盖的结构参数。改变下盖的参数，可以实现产品的变型设计。

图1 豆浆机下盖的结构参数

3.3 模块化产品平台的构建

建立模块化产品平台要结合产品的结构、参数，以实现产品设计的系列化。模块化产品平台表明了产品不同模块实例的关系，在设计时，借助平台选择相应的产品模块。产品模块设计平台可以保证设计的规范化。产品主结构是根据产品原理形成的标准结构树形式，产品配置设计时依据产品主结构选配不同的模块，以构成特定的产品结构。通过产品参数分析确定其功能参数、性能参数和结构参数等，形成系列化产品。因此模块化产品平台的建立不仅可以保证产品的系列化，还可以减少不同模块的数量，实现规格的统一化[4]。

4 家用豆浆机引入模块化设计

4.1 配置设计

产品的设计，首先要考虑到功能配置，设计要结合预定义的数据确定零部件集和不同零部件的约束关系。设计时要实现合理组合，以满足消费者的个性化要求。要针对豆浆机的配置要求，根据不同的使用人群进行个性化设计，在保证豆浆机可靠性的基础上，对豆浆机性能、功能进行优化。设计以主结构为基础，选配模块加以组合，以开发出可以满足不同需求的产品。

4.2 变型设计

产品的变型设计可以理解为对产品的升级。产品设计在原有基本结构的基础上，结合功能需要，再对产品的部分零部件或部分外形结构进行设计，以实现产品的换代升级，以此来满足消费者的新需求。变型设计要借助模块化的更换，实现变型设计。变型设计体现为参数化设计，参数化设计不改变产品的功能参数，而是针对结构配置重新设计，对部分尺寸加以改动，对局部拓扑结构加以优化。