钻修机模块化设计.docVIP

摘要

模块化设计的核心思想是将产品进行模块划分后，通过对某些模块进行重

新设计或变异设计得到新的产品，以满足客户对产品个性化的需求，随着产品

个性化和大规模定制的兴起，模块化设计已成为关键使能技术，越来越受到青

睐。

本文在深入研究、综述模块化设计原理与方法的根底上，建立了集成式的

模块化设计的总体流程;同时深入研究分析了各种模块划分的方法，并以此为

根底，提出了一种柔性化的模块划分方法。论文主要研究内容和创新成果如下:

(1)研究分析了现有模块化设计方法，在对其进行分析比拟的根底上，本

文提出了机械产品模块化集成方法，其主要特点是:①在开始进行模块化工作

之前进行了可行性分析，在一定程度上防止了模块化工作的盲目性;②对模块

化工作的对象进行分类，使模块化设计更具针对性、可操作性。

(2)阐述分析了几种代表性的模块划分原那么，包括:火炮划分原那么、功能

模块划分原那么以及基于功能流的模块划分原那么等等;在此根底上归纳给出了评

价划分原那么的四个指标:通用性、可操作性、模块继承性和面向产品全生命周

期性。并采用上述四个指标，分析比拟了现有模块划分原那么的缺乏，提出了一

种基于三维的模块划分原那么，该原那么较强地符合了四个评价指标的要求，具有

很好的理论价值和实用价值。

(3)在分析现有模块划分方法根底上，总结归纳了两类模块划分方法:面

向产品全生命周期的模块划分方法和基于用户需求的模块划分方法。针对两类

方法的优缺点，提出了一种柔性化模块划分方法，该方法突出了模块划分的对

象分类，在提高划分方法柔性的同时，也更具可操作性;并着重研究分析了“面

向已有产品模块化改造”范畴的模块划分分组方法，并明确了相应的谱系聚类

数学方法，该方法较强地适应了当前企业的设计需求，具有较强的实践意义。

(4)上述方法结合本研究室承当的课题进行了一定程度的验证。

关键词:模块化钻机修井机

当今市场变化迅速，企业必须不断应用新技术以快速适应时时变化的市场

环境。不断变化的环境归因于新一代的用户，他们可以在全球范围内购置产品。

而另一方面，传统的大批量生产方式造成了企业经常每几年才推出新产品，且

大局部产品仅能提供有限的几种功能特性。在这种情况下，能够快速生产使顾

客满意的低价位、高质量产品成了企业能否成功的关键所在。

面对如此紧迫的形势，企业为了在快速开展的全球市场中占有一席之地，

必须采取相应的应对措施和手段:有的企业开展新方法、新技术，以期能够快

速回应产品和市场趋势开展变化的需求;有的企业通过采用先进的生产制造方

式(如精益生产、敏捷制造、大批量定制等)来缩短产品的开发周期，快速迎

合用户和市场的需求;有的企业通过开展变型设计来快速推出不断变化的新产

品，使企业获得更多的经济竟争优势……

模块化设计通过产品结构、设计过程的重组，以大规模生产的本钱实现了

用户化产品的批量化生产及大规模生产条件下的个性化，允许企业通过改良产

品的某些零件来快速形成新型产品。因此，有必要对模块化设计进行深入可行

的研究。下面首先对模块化和模块化设计进行分析综述。

1模块化概念的沿革

模块化思想自古有之。模块化或模块化设计这一术语，虽然在20世纪中期

才被提出，但它不是偶然出现的，而是在总结前人的经验，总结产品设计和制

造的规律，分析市场需求的情况下提出的。应该说，远在模块化这一术语提出

之前，模块化的思想的萌芽就早己出现。例如，人们发现，300多年前欧洲城

砖的长、宽、高分别为104cm,52cm和35cm。这一组尺寸不是随意确定的，砖

长尺寸相当于两倍的砖宽或三倍的砖高，通过长、宽、高的不同组合可以构成

各种尺寸或形状的墙，因此，这种砖就是一种构成城墙的根本模块。

对我们周围的事物和技术领域进行一番观察和分析之后，就会发现，许多

东西都或多或少地表达出模块化这一特征。例如，中文系统是由不同的根本模

块汉字构成，而汉字又是由几种根本单元构成，有人用部首、偏旁表示;有人

用横、竖、撇、捺、折等不同笔画表示，最终都能构成不同的汉字。有限个音

符的不同组合和排列可以谱成不同的乐曲;10个阿拉伯数字字符可以表达任意

数字;用砖、瓦、木料可以盖成不同样式和大小的房屋……

由模块所构成的系统称为模块系统，又称组合系统。模块系统的概念是受

到儿童积木的启发而得出的。一套儿童积木由形状、大小及颜色相同或不同的

一定数量的积木块构成，用这些积木块进行不同的搭配、组合就能构成不同的

玩具造型，例如，不同形状或风格的房屋、桥梁、汽车及家具等等，既可以按

照给定的图样组合，又可以根据兴趣创造。但无论怎样千变万化，其根本单元

还是那一套数量有限的积木块，这些积木块是构成儿童积