模塊化設(shè)計(jì)方法在電梯產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

徐曉佳

摘 要：依據(jù)模塊化理論及原理，分析了模塊化的原則及優(yōu)點(diǎn)，論述了模塊化設(shè)計(jì)思想在電梯領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。通過(guò)實(shí)例論證模塊化設(shè)計(jì)不僅適用于電梯產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)，而且有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：模塊化 電梯 部件

1.模塊化設(shè)計(jì)的概述

模塊化設(shè)計(jì)（Modular Design）是將模塊化思想引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)，著重解決產(chǎn)品品種、規(guī)格與設(shè)計(jì)制造周期、成本之間的制約關(guān)系的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。在對(duì)一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)或功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列模塊，通過(guò)模塊的選擇和組合構(gòu)成不同的產(chǎn)品[1]。

2.模塊化設(shè)計(jì)在電梯領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前的工業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)從過(guò)去的大批量生產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閭€(gè)性化生產(chǎn)的階段。哪個(gè)工廠可以更加靈活的適應(yīng)不同的客戶要求，哪個(gè)工廠就可以最大限度的占有市場(chǎng)，賺取利潤(rùn)。電梯行業(yè)更是如此，電梯行業(yè)的客戶目前看重的不再是電梯能夠載人上下而行的最基本的功能，因?yàn)檫@些功能在各個(gè)電梯制造廠商之間沒(méi)有顯著的區(qū)別，對(duì)于客戶來(lái)說(shuō)他們更加注重電梯的一些輔助功能，這些功能往往是電梯制造商之間競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。而且客戶對(duì)這些輔助功能的要求是沒(méi)有任何規(guī)律可循的。電梯的設(shè)計(jì)不但要取決于客戶的要求，還取決于電梯所處的環(huán)境制約因素，每個(gè)客戶的建筑物的井道尺寸都有可能不一樣，這些因素必然使得電梯需要不同的設(shè)計(jì)。在這種情況下如果工程師根據(jù)每一個(gè)客戶的要求都去做專門的設(shè)計(jì)，那就很難滿足交貨期和設(shè)計(jì)質(zhì)量。因?yàn)檫@需要很長(zhǎng)的研發(fā)周期并且投入很大的人力和金錢。

在這種情況下，已有電梯的研發(fā)部門考慮對(duì)整個(gè)電梯系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，也就是對(duì)每一個(gè)電梯子系統(tǒng)都進(jìn)行多種方案的設(shè)計(jì)以達(dá)到不同的功能或客戶要求。比如轎廂的裝潢就可以考慮不同的客戶要求推出多種設(shè)計(jì)方案，這些設(shè)計(jì)方案盡可能的不要影響其它子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。換句話說(shuō)，這些設(shè)計(jì)方案應(yīng)該是在滿足一定的設(shè)計(jì)規(guī)則的前提條件下的。這個(gè)時(shí)候，轎廂裝潢的多種設(shè)計(jì)方案對(duì)其它子系的選型不會(huì)產(chǎn)生影響。對(duì)于一個(gè)電梯的新產(chǎn)品，研發(fā)部門只要針對(duì)于每一個(gè)子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出若干個(gè)不同的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，而且每一個(gè)子系統(tǒng)的連接不存在任何問(wèn)題，這樣客戶的選擇就可以有很多種組合了，而且不需要我們花費(fèi)時(shí)間和人力物力去進(jìn)行整合設(shè)計(jì) [2]。

3.電梯產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)

3.1.模塊化設(shè)計(jì)的原則

模塊化設(shè)計(jì)主要有以下兩點(diǎn)原則：（1）結(jié)構(gòu)可組合與重構(gòu)性。模塊是系統(tǒng)分解的產(chǎn)物，是系統(tǒng)的組成部分，用模塊可以組合新系統(tǒng)，模塊也易于從系統(tǒng)分離、拆卸和更換。（2）結(jié)構(gòu)、功能相對(duì)獨(dú)立性。模塊雖然是系統(tǒng)的組成部分，但不是對(duì)系統(tǒng)任意分割的產(chǎn)物，是具有明確特定結(jié)構(gòu)或功能的單元，其結(jié)構(gòu)或功能是不依附于其它模塊相對(duì)獨(dú)立的存在[4]

模塊化設(shè)計(jì)是一個(gè)有目標(biāo)、有組織的活動(dòng)過(guò)程。如果以產(chǎn)品功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，那么圖1可以形象地描述產(chǎn)品模塊化的設(shè)計(jì)過(guò)程。

3.2.電梯的模塊化設(shè)計(jì)

對(duì)電梯產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，可理解為由機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)兩大部分組成。基于模塊化設(shè)計(jì)的原則，因機(jī)械系統(tǒng)與機(jī)械結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的相關(guān)性，可考慮用機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)；而電氣系統(tǒng)與不同的功能有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可考慮用不同功能的特點(diǎn)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。

下面分別以電梯機(jī)械系統(tǒng)的轎架部件和電氣系統(tǒng)的控制屏部件為例，進(jìn)行簡(jiǎn)要的模塊化設(shè)計(jì)。

（1）電梯的轎架主要用于支持整個(gè)轎廂系統(tǒng)，載著轎廂在曳引鋼絲繩的作用下沿著電梯導(dǎo)軌上下運(yùn)行，它要具有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)也要保證轎廂內(nèi)乘客乘坐的舒適度。

一個(gè)典型的轎架部件，應(yīng)由圖2所示的模塊組成。

如圖2所示，轎架部件主要由8大模塊組成，假如第i個(gè)模塊有Ni設(shè)計(jì)方案，那么對(duì)轎架部件，針對(duì)不同設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)者需要設(shè)計(jì)的總方案數(shù)有：N1×N2×N3×N4×N5×N6×N7×N8種。

但采用扁平后模塊化設(shè)計(jì)的原則，并根據(jù)轎架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，則需要設(shè)計(jì)的總方案數(shù)有：

N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7+N8種。

為了更形象的說(shuō)明模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)越性，可假設(shè)轎架8個(gè)模塊中各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案數(shù)分別為N1=4，N2=6，N3=6，N4=2，N5=5，N6=7，N7=4，N8=3，那么分別采用非模塊化設(shè)計(jì)與模塊化設(shè)計(jì)需要的總設(shè)計(jì)方案數(shù)對(duì)比，如表1所示。

從表1可以看出采用模塊化設(shè)計(jì)可以大大減少設(shè)計(jì)方案數(shù)，從而提高設(shè)計(jì)效率。

（2）控制屏一般安裝在曳引機(jī)旁邊，是電梯的電氣裝置和信號(hào)控制中心，主要功能是操作控制和驅(qū)動(dòng)控制。電梯很多個(gè)性化輔助的定制功能，如并聯(lián)控制、停電自救平層等都是包含在控制屏里面進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。

假如，控制屏除了基本功能外，可提供給客戶選配的輔助功能有并聯(lián)控制、微動(dòng)平層、地震管制、物聯(lián)網(wǎng)功能、停電自救平層這5種，那么利用模塊化設(shè)計(jì)的原則，并依據(jù)控制屏擁有不同輔助功能的特點(diǎn)，可將控制屏按圖3劃分成6大塊。

如圖3所示，控制屏部件主要由6大模塊組成，若當(dāng)前控制屏的可選配的功能有M種（M≧0，當(dāng)客戶只選擇控制屏基本功能時(shí)，M等于0），則為應(yīng)對(duì)客戶的不同選擇，需要設(shè)計(jì)的總方案數(shù)有：2M種。

但采用模塊化設(shè)計(jì)后，需要總的設(shè)計(jì)方案數(shù)只要：M+1種。

同樣為了更形象的說(shuō)明模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)越性，以圖3的控制屏為例，控制屏有M=5個(gè)輔助功能模塊，分別采用非模塊化設(shè)計(jì)與模塊化設(shè)計(jì)需要的總設(shè)計(jì)方案數(shù)對(duì)比，如表2所示。

從表2同樣可以看出采用模塊化設(shè)計(jì)可以大大減少設(shè)計(jì)方案數(shù)，從而提高設(shè)計(jì)效率。

4.總結(jié)

模塊化的宗旨是效益。模塊化的意圖和最終目的是為了滿足人們對(duì)產(chǎn)品多樣化的需求和適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，在多品種的制造模式下，實(shí)現(xiàn)最佳的效益和質(zhì)量。模塊化是解決標(biāo)準(zhǔn)化與多樣化矛盾的有效手段。

模塊化設(shè)計(jì)的思想的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣闊。本文只是從其中的一個(gè)角度出發(fā)，闡述了模塊化設(shè)計(jì)在電梯領(lǐng)域的應(yīng)用。由于模塊化理論體系越來(lái)越成熟健全，并且有關(guān)電梯的科學(xué)技術(shù)也在不斷更新?lián)Q代，相信將兩者有效合理的結(jié)合在一起，肯定會(huì)對(duì)電梯未來(lái)的發(fā)展起到推波助瀾的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王一丹，模塊化理論在產(chǎn)品創(chuàng)新中的應(yīng)用[D]，北京化工大學(xué)，2008.

[2] 龔京忠，基于FPBS的機(jī)械系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用研究[D]，國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2008

[3] 朱昌名，張惠僑，洪致育編，電梯與自動(dòng)扶梯-原理、結(jié)構(gòu)、安裝、測(cè)試[M]，上海，上海交通大學(xué)出版社，1995.

[4]童時(shí)光，模塊化原理設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用[M]，北京，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[5] 賈延林，模塊化設(shè)計(jì)[M]，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[6] 陳家盛編，電梯結(jié)構(gòu)原理及安裝維修第2版[M]，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2001