商用車擋泥板模塊化設計

魏莉薇

（東風汽車有限公司 東風商用車技術中心，武漢 430056）

模塊化是一種新的標準化形式，也是一種現代設計方法。當今市場瞬息萬變，用戶對商用車擋泥板功能及結構的要求也各有不同，為了滿足用戶多樣化的需求和適應激烈的市場競爭，實現最佳效益，對某型商用車擋泥板應用了模塊化設計。本文首先給出模塊化及產品模塊化設計的概念，然后論述了模塊化設計原則、方法及原理和模塊劃分原則，最后闡述了模塊化設計在商用車擋泥板上的實際應用以及取得的巨大經濟效益。

1 模塊化及產品模塊化設計

根據童時中一書給出的定義：所謂模塊化，就是為了取得最佳經濟效益，從系統(tǒng)觀點出發(fā)，研究產品（或系統(tǒng)）的構成形式，用分解和組合的方法，建立模塊體系，并運用模塊組合成產品（或系統(tǒng)）的全過程。

產品模塊化設計是指在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過功能模塊優(yōu)化、選擇及組合，構成不同的產品，以滿足用戶提出的不同要求。

模塊化設計的出現和形成，并不是偶然和孤立的，它經歷了互換性設計、組合化設計和積木化設計三個階段才逐步建立起來，其發(fā)展和完善更有利于產品的系列化、通用化和標準化。

2 模塊化設計原則

根據模塊化及產品模塊化設計的定義，模塊化設計的原則是力求以少數模塊組成盡可能的產品，并在滿足要求的基礎上，使產品精度高、性能穩(wěn)定、機構簡單成本低廉，且模塊結構盡量簡單、規(guī)范，模塊間的聯系盡可能簡單。

3 模塊化設計方法

產品的模塊化設計方法，不同的專家學者從不同的角度都進行了一定的研究?？偟目梢詺w納為兩大類：

一是側重功能劃分的模塊化設計方法，這種模塊化設計的方法主要是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，將整個產品系統(tǒng)劃分為各個相對獨立的功能單元，通過對模塊的不同選擇和組合來構成滿足顧客需求的不同產品。在這種方法中，對于模塊內部的結構沒有作為重點來考慮。

另外一種方法側重于產品或零部件的形狀結構的分類。該方法側重零部件形狀結構的分析，對于產品構成簡單，但某個零部件形狀結構較復雜的單件、小批量的產品，則顯得比上面提到的以功能劃分為主的設計方法具有優(yōu)勢。

4 模塊化設計原理

模塊創(chuàng)建的關鍵是要能滿足：①應盡可能具有一定的通用性；②有連接關系的兩模塊應具有對應的接口特征；③可互換的模塊應具有相同的功能和接口特征。此外，考慮到產品總體布局設計的特點，在模塊創(chuàng)建時還應考慮模塊之間的運動關系和位置關系。因此，模塊化設計原理可以表示為：

新產品（系統(tǒng)）=通用模塊（不變部分）+專用部分（變動部分）

5 模塊劃分原則

如何科學、有節(jié)制地劃分模塊是模塊化設計中很重要的一項工作，既要使制造管理方便，具有較大的靈活性，避免組合時產生混亂，又要考慮到該模塊系列將來的擴展和向專用、變型產品的輻射，因此模塊劃分的合理性對模塊化產品的性能、外觀以及模塊的通用程度和成本均有很大的影響。

模塊的合理劃分是模塊設計的基礎，模塊劃分太細，雖然可能組合成較多的變型產品，但模塊的綜合過程卻相當困難，反之，模塊劃分過粗，雖然模塊綜合過程容易，但易導致產品性能上的不合理和柔性太差。

將產品按復雜程度分為兩種：一種是結構簡單，零部件種類較少的產品；一種是結構比較復雜，零部件種類繁多的產品。

對于結構簡單的產品，進行模塊劃分時要重點考慮以下原則：

1）保持功能和結構方面有一定的獨立性和完整性。

2）模塊標準化原則。

3）模塊劃分粒度要適中。

對于結構比較復雜，零部件種類繁多的產品還應重點考慮模塊劃分的層次問題。一般來說，模塊劃分可以從產品的任意層次上進行，從而得到不同級別的模塊。模塊劃分具有層次性，這是由產品自身的特點所決定的。從結構上看，產品通常由一些大的部件組成，而這些部件又由零件或較小的部件組成，從而表現為產品結構的樹狀形式。因此，在以模塊來描述產品組成時，也應體現出這種層次關系，如圖1所示。

圖1中的產品由若干一級模塊（如模塊1、模塊2等）直接組合而成，而一個一級模塊又可能由若干個二級模塊組成（如模塊2就是由模塊21、模塊22等組成）。模塊的層次和級別越低，模塊數越多，模塊就越簡單，通用化程度就越高，有可能組成更多的產品品種。但隨著模塊數目的增加，產品的制造、裝配和管理也越復雜。模塊劃分越粗，模塊數越少，模塊越復雜，模塊本身的設計工作量就越大，導致模塊組合生產的柔性降低。

所以模塊劃分最重要的問題是分解的層次與規(guī)模，在設計時應該避免模塊數量的不足或超量，要合理確定模塊劃分層次和減少接口復雜性，使設計總成本最小。對于系列化程度較高、生產批量較大的產品，往往這些產品組成結構也比較復雜，因此應使模塊劃分層次降低，以提高模塊的通用程度，滿足大批量定制的要求；對于非系列化或系列化程度較低的產品，其產品構成比較簡單，且多為單件小批量生產，則應使模塊劃分層次提高，以降低系統(tǒng)管理成本。

模塊劃分的數量與成本和工作量的關系可用圖2表示。從圖2中可以看出，模塊劃分的過粗或過細都會導致成本和工作量的增加，當模塊劃分數量為M時，產品開發(fā)的總成本最小。

6 擋泥板模塊化設計

擋泥板總成的功能是減少運動中汽車輪胎濺起的水霧、泥沙等，并將捕集到的水霧、泥沙等飛濺物導向地面。擋泥板可整體或部分集成在車體上或車輛的其他部件上。

在擋泥板模塊化設計中，首先應注重擋泥板的功能分析，特別強調功能的獨立性。而且，功能單元不是單一的零件或部件，而是可以互換的功能模塊，從而使所組成的產品在結構上和性能上更為協調合理。其次，盡量使功能單元成為較小型的標準模塊，并使模塊之間的連接形式及其結構要素標準化，以利于裝配和互換。

6.1 擋泥板模塊化設計流程

根據模塊化設計方法可分為二個階段：

第一個階段是根據企業(yè)開發(fā)計劃及未來發(fā)展方向，綜合市場需求，對整個系列模塊化設計，本質上是系列產品研制過程。

第二個階段是單個產品的模塊化設計，需要根據用戶的具體要求對模塊進行選擇和組合，并加以必要的設計計算和校核計算，本質上是選擇及組合過程。

具體內容見圖3。

6.2 產品開發(fā)平臺系列及市場調研分析

擋泥板模塊化設計的程序是由上而下的，它首先著眼于產品系統(tǒng)的規(guī)劃，這就與整車的未來發(fā)展方向以及長遠戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃有關，同時也必須結合市場調查分析，即市場對同一類產品的需求量、市場對同類產品基型和各種變型的需求比例，分析來自用戶的要求，分析模塊化設計的可行性等。根據產品開發(fā)平臺系列的各類車型的驅動型式、軸距和輪胎規(guī)格等來確定模塊化系統(tǒng)設計方案。

6.3 國家、歐盟法規(guī)動態(tài)跟蹤分析

擋泥板模塊化設計必須滿足國家、歐盟相關法規(guī)的要求，對相關法規(guī)進行動態(tài)跟蹤并解讀分析，做出實施方案。與擋泥板相對應的法規(guī)是91/226/EEC，《機動車和掛車飛濺抑制系統(tǒng)指令》，它規(guī)定了基礎件擋泥板的形狀、結構及距地面、距輪胎的橫向和縱向距離的要求等。不同的國家對擋泥板的要求也有細微的差別，特別是出口車輛，首先要解讀當地的法規(guī)，找出與91/226/EEC的不同之處或新增之處，在產品功能分析中就考慮進去并作為模塊化系統(tǒng)設計的依據之一，避免不滿足當地法規(guī)的現象發(fā)生。同時，模塊要隨著法規(guī)的動態(tài)變化而變化。

6.4 擋泥板產品功能分析

擋泥板模塊化設計采用的是側重功能分解的設計方法，基于市場和顧客的需求分析，建立我們的整車開發(fā)戰(zhàn)略平臺，將這些需求配置到不同的整車平臺中去。擋泥板產品功能需求分析是實施擋泥板模塊化設計的依據，為進一步創(chuàng)建合理的模塊系統(tǒng)，必須針對性地收集、分析市場需求對全部產品集的基本功能要求，完成從功能需求域到模塊功能域的映射，然后在考慮模塊性能（如尺寸、重量等）基礎上完成從模塊功能域到模塊結構域的映射，并將模塊功能域的功能分為基本功能（不變部分）、專用功能（變動部分）和附加功能，相應地將模塊結構定義為基本模塊、專用模塊和附加模塊。

6.5 擋泥板模塊化系統(tǒng)設計

傳統(tǒng)設計是面向某一具體產品，從產品的具體功能、具體結構入手設計，而模塊化設計則是面向某一類產品系統(tǒng)或有相似功能的相鄰產品。

擋泥板模塊化系統(tǒng)設計是根據系統(tǒng)的目標和目的，在特定的環(huán)境條件下，運用一定的原理和方法來確定一個合乎需要的系統(tǒng)。擋泥板模塊化系統(tǒng)設計的任務是進行模塊化系統(tǒng)的總體策劃，通過對整個系統(tǒng)的分析和綜合，形成系統(tǒng)的宏模型。 根據產品開發(fā)平臺和產品開發(fā)系列定義參數將擋泥板系統(tǒng)的標準配置定義為：4×2牽引車擋泥板；6×2牽引車擋泥板；6×4牽引車擋泥板規(guī)格分別按最大輪胎、最小軸距設計，見圖 4、圖 5、圖 6。

對市場需求量很少而又需要付出很多的設計與制造花費的產品，不應在模塊化系統(tǒng)設計中體現。

以單個輪胎看，定義圖6的配置為一段式，圖4的配置為二段式，圖5（左）的配置為三段式。三段式擋泥板屬于中、高檔配置，通過結構的不同組合，可生成二段式或一段式，滿足用戶不同的需求。

6.6 擋泥板模塊系列設計

模塊化系統(tǒng)設計只是論證系統(tǒng)的必要性、可行性，指出系統(tǒng)的輪廓、框架和總體技術要求，并提供系統(tǒng)的宏模型，只進行了系統(tǒng)的概要設計。而模塊系列設計的目的則是將系統(tǒng)設計所確認下來的模塊化系統(tǒng)具體化，使之成為看得見、摸得著、可實際應用的一個模塊系列實體。即進行模塊化系統(tǒng)的詳細設計。

模塊系列設計是模塊化設計中承上啟下的環(huán)節(jié)：將模塊化系統(tǒng)具體化，形成可應用的模塊系列實體，建立模塊化系統(tǒng)的微模型。

6.6.1 某大噸位商用車車型上擋泥板模塊系列設計

根據某大噸位商用車擋泥板的功能分析以及模塊化系統(tǒng)設計，按照模塊劃分原則，生成四種基本型擋泥板，見圖7、圖8。

在這四種基本型擋泥板的基礎上可派生出擋泥板總成13種，通過對13種總成的重組，可組合成不同的模塊組合系列，與各種不同驅動型式的整車底盤相匹配。

6.6.2 某小噸位商用車車型擋泥板模塊系列設計

不同的車型平臺，擋泥板模塊系列設計也不相同，根據平臺的開發(fā)原則，某小噸位商用車擋泥板采用了簡易型，這樣成本合理經濟，按照該平臺車型的輪胎規(guī)格，設計簡易擋泥板基本模塊見圖9。

6.7 擋泥板模塊組合系列

通過模塊的組合配置，就可以創(chuàng)建不同需求的產品，滿足客戶的定制需求。擋泥板模塊組合系列見圖10。

用戶可以根據上述組合系列選擇配置在整個平臺系列中的車型上。同時還有一些獨立功能的附加模塊，如擋雨板、防飛濺等附加功能的模塊可供選擇。

7 結論

通過應用模塊化設計這一先進的現代設計方法，使擋泥板總成數量大為減少；同時基本模具數量也相應減少；滾塑成型工藝改為注塑成型，減輕了擋泥板的重量，大大提高了生產效率，減少了廠家的生產和管理成本。同時擋泥板由整體式改為三段式，使擋泥板布置更合理美觀，該擋泥板在商用車上大量應用，不僅提高了擋泥板的設計水平和制造質量，而且改善了整車的外觀品質，獲得了巨大的經濟效益。

模塊化設計在擋泥板上的成功應用為在其他產品上應用推廣打下了良好的基礎。

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