3、ineeringsBeijingInstituteofTechnology.Beijing100081China)Abstract:Discussesthemulti-perspectiveandhierarchicalcharacterindividingaproductintodifferentmodulesbydevelopinganapproachtodividetheproductintohierarchicalmodules.Accordingtothisapproach,theproductisfirs
4、tlydividedintoasetoffunctionalunitsthedependencymatrixbetweenthefunctionunitsarethendefined.Thefunctionunitsarethenintegratedintomodulesaccordingtotheintentionsofdifferentusersanddesigners.Thevalidityofthemethodisprovenusingacasestudyonthedivisionofa
5、latheintoitshierarchicalmodules.Keywords:modularitydesign:modulepartitionmethod;hierarchicalmodularity;dependency第23卷第5期北京理工大学学报Vol.23No.5收稿H期：2002-09-10基金项LI：国家部委预研项0（201514580）作者简介：宗鸣锚（1978）.男.硕匕生.E-mail：Mingdizong；蔡颖（1957）女.教授博士生导师.matrix为了满足日益广泛且快速变化的市场需求，产品开发者要尽可能地加快
6、产品的开发速度并提高产品的适应性.模块化设计方法的口的是以尽可能少的种类和数星的模块组成尽可能多的种类和规格的产品叮作者针对模块划分的目的性和分级性，提出一种多角度分级模块划分方法.该方法以用户需求为基础.根据具体的设计意图从多个角度出发并右侧匝的进行模块划分.划分的结果表达为一种层次结构.1模块划分的角度产品设计者对不同产品进行模块划分时，应根据具体的用户需求从不同的角度进行考虑.从产站生金周期的观点看这些不同的划分角度分别是Ihi向产品生命周期中的不同阶段匚因此可以根据模块划分所面向的生命周期中的具体阶段把模块划分归为而向设计的模块划分；而向制造的模块划分;而
8、划分屮9应重点考虑的是装卸和接口方面的问题.面向回收的模块划分中主要考虑的应该是材料和可巫用部件的问题.1.2模块划分也度的选择市场需求是选取模块划分角度的基本依据.当某类产品的市场需求种类较多或者需求的变化较快时模块划分通常侧贡于而向设计在需求出现变化进而要求对产品设计做岀修改时可以只改进或更换相应的功能模块9而保留原仃产品的其他部分这样可以充分地利川U仃的设计经验，缩短新产晶的开发周期便企业在竟争中处于有利位置.如果产甜的山场需求相对稳定而制造过程比较复杂模块划分通常侧豆于而向制造这样仃利于合理地组织加丁制造过程提高制造效率改进产品质最.如果用户需要经常对产品的某些部
10、一般的产品尤其是结构复杂的产品无论是在功能上还是结构上都具有分级的特点.因此在以模块描述产品组成时，也应体现出这种分级结构.图1屮产胡山若干髙级模块（如模块1、模块2）直接组合而成而一个高级模块乂可能由若干个低级模块组成.例如模块2就是由3个低级模块（模块21、模块22、模块23）组成.31分级榄块化示怠图Fig.1Diagramofhierarchicalmodules2.2不同级别模块划分的特点不同级别的划分角度当划分较髙级别的模块时，山于这些高级模块往往是山用户岂接进行选择和替换的通常侧豆从设计和便用的角度进行模块划分；半进行较低级别的模块划分时由干低级模
11、块与零件更接近（何些低级模块其至可能就是一个零件）所以应侧币:从制造和装配巾度进行模块划分.不同级别模块的功能-结构对应情况模块体现了产品功能和结构的某种对应关系.模块的级别越低，或者说模块划分越细在一个模块上所体现出來的功能和结构的对应关系就越简单、清晰.3多角度、分级模块划分方法31功能分解把产品的功能需求IT顶向下进行分解直至分解所得的每一项子功能都能够由一个独立的结构实现.把这样的子功能称为功能元.功能元是进行模块划分的基本单元.每一个模块都是由一个或几个功能元组成的.图2中FR代表产晶的总功能需求.它可以分解为FRj.FR,和FR33个子功能.而子功能FR2又
17、5=0时虽然功能元FR,和FR,的肖接关系并不足以使其合并到同一模块屮.但它们通过功能元FR>发生的间接关系却要求将二者划分到同一模块Z中，因此在实际划分屮把FR,和FR；划分到同一模块屮.也可以先计算"的模糊等价矩阵，再根据该矩阵进行功能元的合并.通过上述方法可以获得一级模块划分方案.设最终将产晶划分为/个模块以M,代表第i个模块.则第5期宗鸣锚等：产品模块化设计中的多角度、分级模块划分方法557M,=FRxFR2，FR,“,其中s,=n.3.4功能元的二次合并在对功能元进行了一次合并Z后，划分者可能会认为得到的模块数目过多此时可以将所得到的模块
20、两次合并Z后的结果继续进行合并，直至设计者对模块数目满意.一般來说，合并得到的放终结果应使产品包含的模块数日不多于9个.这是一般人能够同时处理的事务的极人值.通常把模块数控制在7个左右比较合理.4实例4.1模块划分以万能车床为例按前述方法先对其进行功能分解然后进行模块的划分.功能分解万能车床主要用來加工轴类零件和螺纹，还可以用来车端面和加工锥面根据用户需求结合车床的工作原理，可以对车床进行功能分解.FR：车床=FRi：工件转动-FR2：刀具进给.FR3：支；FR1：I件转动=FRn:夹紧工件.FR“带动夹紧端转动,FR13：限制自由端摆动$FR2：刀具进给=FR2
21、1:刀具横向进给.FR22：刀具普通纵向进给,FR23：刀具方向可调纵向进给：FR“带动夹紧端转动=FRI21:动力源,FRI22S减速增矩,FR123：转矩输出；FRZ1：刀具横向进给=FR2I1：把主轴电机转动转化为刀具横向直线运动,FR212:调整进给速度,FR2l3:横向导向八FR22:刀具普通纵向进给=FR轴：把主轴电机转动转化为刀具纵向直线运动.FR2I2：调整进给速度,FR223；纵向导向；FR23：刀具方向可调纵向进给=FR232把手动转动转化为刀具纵向直线运动，FR232:导向.FR233：调速导向方向速度.功能元包括：FRnFRI2I,FR1
24、MB=fr211,fr212,fr2I3,fr221,FR223；Mjn=FR23I,FR232，FR233AM0=FRs(Il)根据截矩阵77对功能元进行一次合并.得到模块划分结果如下：=FRh,=(FR12ItFRI22,FRI23=FR13,Mp=(FRjhFR213tFR22i,M.VP=!FR212,=!FR23i,FR332,FR233,M,z=fr223,=!FRJ.模块的二次合并在一次合并之后实际上模块数目己经达到要求但为了说明问题这里以一次合并屮/f)=o.4,w(M>=09w