机械产品模块化设计方法研究
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机械科学研究院硕士研究生毕业论文
插 图清 单
图 １本论文结构层次图．… ，．．．．．．．．．． ．．． ． ．．．．．．．．．．．． ．．… … １ ０ 图 ２支撑模块化的 基本理论体系．．．．．．… … ， … ，． … １ ．．．．．． … ．… ５ 图 ３以 功能分解为主的 模块化设计流程 ．．．．．．．．．．． … 。 ．．．．．．．．．．… ８ １
机械科学研究院硕士研究生毕业论文
机械产品模块化设计方法研究
摘
要
、 模块 设计 核心思 是 产品 模 分 通 对某 模 进 化 的 想 将 进行 块划 后， 过 些 块 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 关键使能技术， 成为 越来越受到青
图１ ０面向产品全生命周期的模块划分流程模型 ‘… … ，．． … ，３ ． ．．… ． ９
图 图 图 图
ｎ 基于用户需求的模块划分方法流程图． … ，．．．．．… … ４ … ．．．．．． ０ １ ２模块柔性划分方法流程框架图．，… ， … ，． … ‘ ，． ，． … ．… … ，４ ３ １ 谱系聚类图．．．．．．… … ，．．．．．．… … ‘ ， ５ ．．．．．． ．．．．．．． … … ２ １ ４小车架主体功能分析图 ．．… … ‘，．．．．… … ，． ，． ．． ．．．．．． ．… ，５ ６
期性。并采用上述四个指标，分析比较了现有模块划分原则的不足，提出了一 种基于三维的模块划分原则，该原则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基础上， 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
（ Ｃｍａａｉｅ ｅｅａ ｒｐｅｅｔｔｖ ｏ ｕｅ ａ ｉｉｎ ｒｎｉ１ｓ ｅｒｓｎａｉ ｍｄｌｐ ｔｔｏ ｐｉｃｐｅ， ２ ｏｐｒｔｖ ｓｖｒ１ ） ｅ ｒ
ｉｃｕｉｇ ｔｅ ｐ ｉｃＰｅ ｆ ｈ ｉｉｉｎ ｆ ｒｉ１ｒ ， ｉｉｉｎ ｒｎｉ１ ｏ ｔｅ ｄｖｓｏ ｏ ａｔ１ｅｙ ｄｖｓｏ ｎ ｌｄｎ ： ｈ Ｐ ｉｃＰｅ ｆｆｎ ｔｏａ 啪ｄ ｌｓｅｃ ： ｔｔｅｓ ｃ ｉｎ ｌ ｕｅ ｔ． ａ ｈ ａｅｔｍ ｕ ｏｗ ｄｔｅ ｒｎ ｉｌｓｏ ｕ ｍ ｉｅＰ ｔｆｒａ ｈ ｒ ｅａｕ ｔｏ ｏ ｍ ｄ ｌ Ｐｒ ｉ ｉｎ ｒｎ ｉ１ｓ Ｂ ｓｄ ｎ ｈ ｆｕ ｎ ｉａ叮５ ｕｅ ａ ｔｔｏ Ｐ ｉｃＰｅ ．ａｅ ｏ ｔｅ ｏｒｉｄｃ ｔ ， ｖ １ａ ｉｎ ｆ ｏ ｐｅｅｔｄ ａ ｔｒ 一ｉｅｓｏａ ｏｕｅ ａ ｉｉｎ ｒｎｉ１ｓ ｈ ｅｄ口ｎｉｎ１ ｍｄｌｓ ｐ ｔｔｏ ＰｉｃＰｅ， ｔｅ ｒｓｎｅ ｈｅ ｒ Ｐ ｉｃＰ ｅ ａ ｅｉ ｉｅ ｉｈ ｈ ｒｑｉｅ ｔ ｏ ｔｅ ｖ ｌａ ｉｎｉｄｃｔｒ １ｎ ｗ ｔ ｔｅ ｅｕｒｍ ｎｓ ｆ ｈ ｅａｕ ｔｏ ｎ ｉａｏ ｓ ｒｎ ｉ１ｓ ｒ ｎ ｅ ｎ ｏｓｓｅ ｅ ａｄｐｓｅｓｄｖｒ ｏｄｔｅｒｔｃｌ即ｄＰａｔｃｌｖ ｌｅ ｙｇｏ ｈｏｅ ｉａ ｒｃ ｉａ ａ ｕ．
图 巧 小车 架分类示意图． ． ．．．．．．．． … ，．．． … ５ ． ．．．．．．．．．… ． ．．．… ７ 图 １ 小车架模块化设计流程示意图，，… ，．．．… … ，… … ，５ ６ ．． ．．．． ． ． ９ 图 １ 小车架三维模型图．… … ，．．．．．．．．．．．．． … ６ ７ ． ．．．．． ．．．．．．．… ０ 图 １ 小车架模块化设计系统界面二，， ，．… ，．．… … ‘ ，６ ８ ，… ，． ．．． … ． ０ 图 １ 生成的新的小车架三维模型． ，．．．．． ．．．．． … ６ ９ … ．． ．．．．．．．．… １
图 ４侧重形状特征的 模块化方法． ，．．．… … ， … ，。 … ２ … ．．．． … ．… 图 ５集成式模块化设计流程 ． ．．．… … ‘．．．．．．．… … ２ ．．．．． ．．．． ．．． ５ 图 ６产品模块化程度示意图 二，． ，… ，， ， ．… … ， … ２ ．… ． ．… 二，． … ８ 图 ７模块划分的 三维维系示意图… ，． … ‘… ，．．． … … ３ ．… ． ．．．． ４ 图 ８模块层次示意图，．．．… … ，． ，．．．． … ， … ，３ ．．．． ．… ．．．．… … ． ５ 图 ９模块划分层次和成本的关系．．．．．．．．… … ，．… … ３ ．．．．．．．． ．． ６
ｒ ａ ｅ ｃ ｒ ｉ ｉ ａ ｄａ ｅ ｔａ ｃ ｒ ａ ｎ ｅ ｔ ｎ ． ｅｔｆｃ ｔ ｅｔ ｉ ｘｅｔ
Ｋｙｗｒｓ ｏｕｒ ｚｔｏ， ｏｕｅｐ ｉｉｎ ｎｅｒｔｄｍｔｏ ｆ ａｉａｉｎ Ｍｄｌ ａｔｔｏ， Ｉｔｇａｅ ｅｈｄ ｏ ｅ ｏｄ ：Ｍｄｌ ｒ ｍｄｌ ｄｓｇ，Ｐｄ盯ｅ ｌｓｅｉｇ ｏｕａ ｅｉｎ ｅｉ ｅｃｕｔｒｎ． ｒ
甲 ｓａ ｚ ｐｄｔ ａ ｄｎｈ ｎ ｅｈ ｔｙ ｆｏ ｌ ｄ ｉ ｕｓＢ ｅｏｔ ｉｄｔｓｄｏｍ ｕｒｅ ｇ ｅｏ ｌｅ ｒ Ｃ · ｓ ｒｎ ｉｄ ｏ ｅ 一ｐ ｕ ｄａ ｓｎ
ＰｉｃＰｅ ｎ ｅ ｈｄ，ｅｔ ｉｈｄｔｅｏｅａ１ｉｔｇａｅ ｅｈ ｄｏ ｔｏｓ ｓａｌｓｅ ｈ ｖｒｌ ｎｅｒｔｄｍｔｏ ｆ ｒｎｉｌｓａｄｍ ｂ ｏ ｕａ ｅｉｎ Ａ ｅ ｍｄｌ ｄｓｇ ： ｈ ａｅｔｍ， ｙ配ａ ｔｔ ｓｍ ｉｅ ｂ ｎｓ成 ｉ一ｅｔ ｔｄ，ｐｅｅ ｔｄ ｒ ｎｄｐｈｓｕｙ ｒｓｎｅ ｔｅ ｓｆ ｐ ｔｔｏ ｍｔｏ．Ｔｅ贻ｊｒ ｒｓａｃ ｃｎｅｔ ａｄ ｈ ｏｔ啪ｄｌ ａ ｉｉｎ ｅｈｄ ｈ ｕｅ ｒ ｏ ｅｅｒｈ ｏｔｎ ｎ
（ ｎ１ｚｄｔｅｅｉ ｉｇｍｔ ｓｏ ｏｕｅ ａ ｉｉ ｎ ｅｈｄ ｆｍｄｌｓｐ ｔｔｏ．Ｂｓｄｏ ３ ａｙｅ ｈ ｘｓ ）Ａ ｔ ｏ ｒ ｎ ａｅ ｎ
ｓｎ ｉｇｕ ｈ ｄ ｎａｅ ｎ ｉａｖｎａｅ ｆｔｅｅ田ｔｏｓ ｄａｃｄ ａｔｇｓａｄｄｓｄａｔｇｓｏ ｈｓ ｅｈｄ，ａｖｎｅ ｕ ｎ Ｐｔｅａｖ ｕ ａｓｆ 田ｄｌ ａｔｔｏ ｅｈｄ ｈ ｍ ｈｄｌｇ １ｓｉｉｄｔｅｏｊｃｓ ｉｉｎ口ｔｏ．Ｔｅ ｔｏｏｏｙｃａｓｆｅ ｈ ｂｅｔ ｏｔ ｏｕｅｐｒ ｅ
ＴｅＲｓａｃ ｆＭｄ１ｒＤｓｇ Ｍｔｏ ｏ ｈ ｅｅ ｈｏ ｏｕａ ｅｉ ｅｈｄｆｒ ｒ ｎ
Ｍ ｃ ａ ｉａ ｒ ｄ ｃ ｓ ｅ ｈ ｎ ｃ １Ｐ ｏ ｕ ｔ
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Ｔｅ ｃｒ ｉｅｓｏ ｏｕａ ｅｉｎ ｒ ：ａｔｒｍｄｌ ａｔｔｏ， ｄｓｇ ａｅ ｆｅ ｏｕｅ Ｐｒｉｉｎ ｈ ｏｅ ｄａ ｆ口ｄｌ ｒ ｍ ｄｌｓｆｏ 印 ｒｄｃｓｔ ｅ ｔｃｓｏｅ ｅ ｄｆｒ ｒ一ｅｉｎｃｒａｎ ｏｕｅ ｒｍｎ Ｐｏｕｔ ｏｍｅ ｕｔｍｒｄｍｎ ｏ ｅｄｓｇ ｅｔ ｉ ａ
ｅｔ印ｒ ｓｓ ａｄ ａ ｈ ｅ ｓｒｎ ｐａｔｃ１ ｓｇｉｉａｃ． Ｉ ｔｅ ｅｄ ｎｅ ｉｅ ｎ ｖ ｔｏｇ ｒｃｉａ ｉｎｆｃｎｅ ｎ ｈ ｎ， 讲ｅｅｔｄｔｅｃ ｒｓｏ ｄｎ ａ ｈ帕ｔｃ ｌｍ ｈｄ ｒｅＰ ｎ ｉｇｍ ｔｅ ｉａ ｅｔｏ ｓ ｓｎｅ ｈ ｏ （ ）Ｃｍ ｉｅ ｗ ｔ ｔｅ ｏ ｉ ｏ ｏｒ ｅｅ ｈ ｅｔｒ ｔｅ ｂｖ ｍｔｏｓ ｃ ｆ ｕ Ｒｓａｃ Ｃｎｅ， ｈ ａｏｅ ｅｈｄ ４ ｏｂｎｄ ｉｈ ｈ ｔｐ ｒ
ｍｔｏ，ｗｉｈｆｃｄｔｅｃｔｇｒ ｆ尸 ｕａ ｒｎｆ皿 ｉｎｏ ｈ ａｅ ｈ ａｅｏｙｏ 助ｄｌ ｔａｓｏ ｔｏ ｆｔｅ ｅｈｄ ｈｃ ｒ ｅｉｔ ｇ ｒｄ ｔ 口 Ｔｅ ｈ ｓ ｏ ｎａ ｙ ｅｔ ｈ ｃｒｅｔ ｅｄ ｏ ｃｓ ． ｈ 配ｔ ｄ ｃ门ｅｄ ｌ ｍｅ ｔｅ ｕｒｎ ｎｅｓ ｆ ｘｓｉ ｐｏｕ ｎ ｏ 和 ｂ
向已 有产品 模块化改造，范畴的 模块划分分组方法，并明 相应的谱 确了 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担的课题进行了一定程度的验证。
关键词：模块化 模块划分 集成式模块化设计方法 谱系聚类
机械科学研究院硕士研究生毕业论文
睐。
本文在深入研究、综述模块化设计原理与方法的基础上，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 基础， 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： （ 研究分析了 ） １ 现有模块化设计方法， 在对其 进行分析比 基础上， 较的 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，在一定程度上避免了 模块化工作的盲目 ②对模块 性； 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则， 包括： 火炮划分原则、 功能 模块划分原则以及基于功能流的模块划分原则等等；在此基础上归纳给出了评 价划分原则的四个指标：通用性、可操作性、模块继承性和面向产品全生命周
ｉｎ ｖ ｔ ｏ ｓａ ｅａ ｏ ｌ ： ｓｆ ｌ叨 ５ ｎｏａ ｉｎ ｒ
（ ｎａｙｅ ｈ ｘｓｉ ．ｄｌ ｅｉ ｔｏｓ ｎｔｅｂｓｓ ｆ ｕａ ｄｓｇ ｅｈｄ，ｏ ｈ ａｉ ｏ １ ｌｚｄｔｅｅｉｔｎ ｏ ｒ ｝Ａ ｇ ｎｍ
ｔｅａａｙｉ ｆｃ Ｐｒｎ ｈ ｅｈｄ，Ｐｅｅｔｄｔｅｉｔｇａｅ ｅｈｄ ｍａｉｇｔｅｍｔｏｓ ｒｓｎｅ ｈ ｎｅｒｔｄｍ ｔｏ ｈ ｎ ｌｓｓｏ ｏ ｆｒ ｄ ｓｇ ｉｇ ｕ ａ ｅｈｎｃｌ ｒｄｃ ｓ ｈ ｍ ｉ ｈｒｃｅ ｉｔ ｃ ： ｄ １ ｍ ｃａ ｉａ Ｐｏｕｔ，ｔｅ ａｎｃａａ ｔｒｓ ｉｓ ｏ ｅ ｉｎｎ ｍ ｏ ｒ Ｆｒｔ ｅｓｂｌｔ ｎｌｓｓ－ ｙａａｙｉ 一 ｐｉｒｔ ｎｔａｉｎｏ ｏｕａ ｏｋ ｉｓ，ｆａ ｉｉｉ ｒｏ ｏｉｉｉｔｏ ｆｍｄｌｒｗｒ， ｔ ｏ ｅｔｎ，ａｏｄｄｍ ｄｌ ｏｋ ｖ ｉｅ ｏｕａ ｗｒ，ｓｂ ｉｄｅｓ Ｓｃｎ，ｔｅｔｒｅ ｏｓ眺 ｘｅｔ ｒ ｌｎｎ ｓ ； ｅｏｄ ｈ ａｇｔ ｏ ｍｄｌｒ份ｒ ｃ ｓｉｉａ ｉｎ 帕ｄ ｔｅ ｕａ ｅｉｎｏ ｍｒ ａ ｅｅ ａｓｆｃｔｏ， ｅ ｈ ｍ ｄｌｒｄｓｇ ｆ ｏｅｔ ｇｔｄ ｆ ｕａ ｏｋ ｌ ｏ ｏ ｒ ａｄｏｅａｉｉｙ wenku.baidu.com ｎ Ｐｒ ｌｔ． ｂ
６ ｍｄ１ ｐ ｔ ｉ ｔ ｉ ｏｅ ｈ １ ｉｉｉ ａ ｍｎｕｅａｉｉ ． ｎ ｔ ｎ ｏ ｍｒｖ ｔ ｆ ｘｂ１ ｙ ｄ ａｅｖｒｂｌ ｙ Ｉ ｆ ｕｅ ａ ｉ ｏ ｏ ｒ Ｐ ｅ ｅ ｔｎ ｔ
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图２ ０工程图配置界面图 ．． … … ， … ，． ， … ，．． … ６ ．． … ．… … ．．… １
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机械科学研究院 研究生毕 硕士 业论文
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图 １本论文结构层次图．… ，．．．．．．．．．． ．．． ． ．．．．．．．．．．．． ．．… … １ ０ 图 ２支撑模块化的 基本理论体系．．．．．．… … ， … ，． … １ ．．．．．． … ．… ５ 图 ３以 功能分解为主的 模块化设计流程 ．．．．．．．．．．． … 。 ．．．．．．．．．．… ８ １
机械科学研究院硕士研究生毕业论文
机械产品模块化设计方法研究
摘
要
、 模块 设计 核心思 是 产品 模 分 通 对某 模 进 化 的 想 将 进行 块划 后， 过 些 块 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 关键使能技术， 成为 越来越受到青
图１ ０面向产品全生命周期的模块划分流程模型 ‘… … ，．． … ，３ ． ．．… ． ９
图 图 图 图
ｎ 基于用户需求的模块划分方法流程图． … ，．．．．．… … ４ … ．．．．．． ０ １ ２模块柔性划分方法流程框架图．，… ， … ，． … ‘ ，． ，． … ．… … ，４ ３ １ 谱系聚类图．．．．．．… … ，．．．．．．… … ‘ ， ５ ．．．．．． ．．．．．．． … … ２ １ ４小车架主体功能分析图 ．．… … ‘，．．．．… … ，． ，． ．． ．．．．．． ．… ，５ ６
期性。并采用上述四个指标，分析比较了现有模块划分原则的不足，提出了一 种基于三维的模块划分原则，该原则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基础上， 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
（ Ｃｍａａｉｅ ｅｅａ ｒｐｅｅｔｔｖ ｏ ｕｅ ａ ｉｉｎ ｒｎｉ１ｓ ｅｒｓｎａｉ ｍｄｌｐ ｔｔｏ ｐｉｃｐｅ， ２ ｏｐｒｔｖ ｓｖｒ１ ） ｅ ｒ
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图 巧 小车 架分类示意图． ． ．．．．．．．． … ，．．． … ５ ． ．．．．．．．．．… ． ．．．… ７ 图 １ 小车架模块化设计流程示意图，，… ，．．．… … ，… … ，５ ６ ．． ．．．． ． ． ９ 图 １ 小车架三维模型图．… … ，．．．．．．．．．．．．． … ６ ７ ． ．．．．． ．．．．．．．… ０ 图 １ 小车架模块化设计系统界面二，， ，．… ，．．… … ‘ ，６ ８ ，… ，． ．．． … ． ０ 图 １ 生成的新的小车架三维模型． ，．．．．． ．．．．． … ６ ９ … ．． ．．．．．．．．… １
图 ４侧重形状特征的 模块化方法． ，．．．… … ， … ，。 … ２ … ．．．． … ．… 图 ５集成式模块化设计流程 ． ．．．… … ‘．．．．．．．… … ２ ．．．．． ．．．． ．．． ５ 图 ６产品模块化程度示意图 二，． ，… ，， ， ．… … ， … ２ ．… ． ．… 二，． … ８ 图 ７模块划分的 三维维系示意图… ，． … ‘… ，．．． … … ３ ．… ． ．．．． ４ 图 ８模块层次示意图，．．．… … ，． ，．．．． … ， … ，３ ．．．． ．… ．．．．… … ． ５ 图 ９模块划分层次和成本的关系．．．．．．．．… … ，．… … ３ ．．．．．．．． ．． ６
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向已 有产品 模块化改造，范畴的 模块划分分组方法，并明 相应的谱 确了 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担的课题进行了一定程度的验证。
关键词：模块化 模块划分 集成式模块化设计方法 谱系聚类
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睐。
本文在深入研究、综述模块化设计原理与方法的基础上，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 基础， 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： （ 研究分析了 ） １ 现有模块化设计方法， 在对其 进行分析比 基础上， 较的 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，在一定程度上避免了 模块化工作的盲目 ②对模块 性； 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则， 包括： 火炮划分原则、 功能 模块划分原则以及基于功能流的模块划分原则等等；在此基础上归纳给出了评 价划分原则的四个指标：通用性、可操作性、模块继承性和面向产品全生命周
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图２ ０工程图配置界面图 ．． … … ， … ，． ， … ，．． … ６ ．． … ．… … ．．… １
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