Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья посвящена дизайнерскому подходу. Для заводских конструкций, перемещаемых в модулях, см. Модульное здание .

Модульная конструкция или модульность конструкции - это принцип проектирования, который подразделяет систему на более мелкие части, называемые модулями (например, модульные технологические блоки ), которые можно независимо создавать, изменять, заменять или обменивать с другими модулями или между разными системами.

Обзор [ править ]

Модульный дизайн можно охарактеризовать функциональным разделением на дискретные масштабируемые и повторно используемые модули, строгим использованием четко определенных модульных интерфейсов и использованием отраслевых стандартов для интерфейсов. В этом контексте модульность проявляется на уровне компонентов и имеет одно измерение - возможность размещения компонентов в слое. Модульная система с такой ограниченной модульностью обычно известна как система платформы, в которой используются модульные компоненты. Примерами являются автомобильные платформы или порт USB в платформах компьютерной инженерии .

В теории дизайна это отличается от модульной системы, которая имеет модульность более высоких измерений и степени свободы. Модульная конструкция системы не имеет определенного срока службы и проявляет гибкость как минимум в трех измерениях. В этом отношении модульные системы очень редки на рынках. Архитектурные системы Mero являются наиболее близким примером модульной системы с точки зрения жестких продуктов на рынках. Платформы вооружения, особенно в аэрокосмической отрасли, как правило, представляют собой модульные системы, в которых планер рассчитан на многократную модернизацию в течение срока службы без покупки совершенно новой системы. Модульность лучше всего определяется размерами или степенями свободы формы, стоимости или работы.

Модульность предлагает такие преимущества, как снижение стоимости (настройка может быть ограничена частью системы, а не требовать капитального ремонта всей системы), функциональная совместимость, более короткое время обучения, гибкость в дизайне, расширение или обновление без ограничений поколений (добавление новое решение, просто подключив новый модуль) и исключение. Модульность в платформенных системах обеспечивает преимущества в виде возврата прибыли к масштабированию, снижения затрат на разработку продукта, снижения затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание и времени выхода на рынок. Платформенные системы сделали возможным широкое использование системного дизайна на рынках и возможность продуктовым компаниям отделять скорость цикла продукта от путей исследований и разработок. Самый большой недостаток модульных систем - проектировщик или инженер.Большинство проектировщиков плохо обучены системному анализу, а большинство инженеров плохо обучены проектированию. Сложность дизайна модульной системы значительно выше, чем у платформенной системы, и для этого требуются специалисты по дизайну и стратегии продукта на этапе концептуальной разработки системы. На этом этапе необходимо предусмотреть направления и уровни гибкости, необходимые в системе для предоставления модульных преимуществ. Модульные системы можно рассматривать как более полный или целостный дизайн, тогда как платформенные системы более редукционистские, ограничивая модульность компонентами. Полная или целостная модульная конструкция требует гораздо более высокого уровня навыков и сложности проектирования, чем более распространенная система платформ.Сложность дизайна модульной системы значительно выше, чем у платформенной системы, и для этого требуются специалисты по дизайну и стратегии продукта на этапе концептуальной разработки системы. На этом этапе необходимо предусмотреть направления и уровни гибкости, необходимые в системе для предоставления модульных преимуществ. Модульные системы можно рассматривать как более полный или целостный дизайн, тогда как платформенные системы более редукционистские, ограничивая модульность компонентами. Полная или целостная модульная конструкция требует гораздо более высокого уровня навыков и сложности проектирования, чем более распространенная система платформ.Сложность дизайна модульной системы значительно выше, чем у платформенной системы, и для этого требуются специалисты по дизайну и стратегии продукта на этапе концептуальной разработки системы. На этом этапе необходимо предусмотреть направления и уровни гибкости, необходимые в системе для предоставления модульных преимуществ. Модульные системы можно рассматривать как более полный или целостный дизайн, тогда как платформенные системы более редукционистские, ограничивая модульность компонентами. Полная или целостная модульная конструкция требует гораздо более высокого уровня навыков и сложности проектирования, чем более распространенная система платформ.Модульные системы можно рассматривать как более полный или целостный дизайн, тогда как платформенные системы более редукционистские, ограничивая модульность компонентами. Полная или целостная модульная конструкция требует гораздо более высокого уровня навыков и сложности проектирования, чем более распространенная система платформ.Модульные системы можно рассматривать как более полный или целостный дизайн, в то время как платформенные системы являются более редукционистскими, ограничивая модульность компонентами. Полная или целостная модульная конструкция требует гораздо более высокого уровня навыков и сложности проектирования, чем более распространенная система платформ.

Автомобили , компьютеры , технологические системы , солнечные панели , ветряные турбины , лифты , мебель , ткацкие станки , системы железнодорожной сигнализации , телефонные станции , трубные органы , синтезаторы , распределение электроэнергиисистемы и модульные здания являются примерами платформенных систем, использующих различные уровни модульности компонентов. Например, нельзя собрать солнечный куб из существующих солнечных компонентов или легко заменить двигатель на грузовике или перестроить модульный корпус в другую конфигурацию через несколько лет, как это было бы в случае модульной системы. Единственными сохранившимися примерами модульных систем на сегодняшнем рынке являются некоторые программные системы, которые перешли от управления версиями к полностью сетевой парадигме.

Модульный дизайн по своей сути сочетает в себе преимущества стандартизации массового производства , поскольку модульность невозможна без определенного уровня стандартизации (большие объемы обычно равны низким производственным затратам) с возможностями настройки . Степень модульности с точки зрения размеров определяет степень возможной настройки. Например, системы солнечных панелей имеют двумерную модульность, которая позволяет регулировать массив по измерениям x и y. Дополнительные размеры модульности могут быть введены путем создания модульной панели и ее вспомогательных систем. Размеры в модульных системах определяются как влияющий параметр.например форма, стоимость или жизненный цикл. Системы Mero имеют четырехмерную модульность, x, y, z и несущую способность конструкции. Как можно увидеть в любом современном конференц-пространстве, дополнительные два измерения модульности космической рамы обеспечивают гораздо большую гибкость по форме и функциям, чем двухмерная модульность Solar. Если модульность должным образом определена и продумана в стратегии проектирования, модульные системы могут создать значительное конкурентное преимущество на рынках. Настоящая модульная система не должна полагаться на циклы продуктов, чтобы адаптировать ее функциональные возможности к текущему состоянию рынка. Правильно спроектированные модульные системы также обладают экономическим преимуществом, заключающимся в том, что они не пропускают мертвую мощность, увеличивая коэффициент использования мощности и это влияет на гибкость затрат и ценообразования.

В транспортных средствах [ править ]

См. Также: Электромобиль и Wikispeed
Модульная конструкция Unimog позволяет устанавливать различные навесные орудия .

Аспекты модульной конструкции можно увидеть в автомобилях или других транспортных средствах, поскольку в них есть определенные детали, которые можно добавлять или удалять без изменения остальной части автомобиля.

Простым примером модульной конструкции в автомобилях является тот факт, что, хотя многие автомобили поставляются в базовой комплектации, доплата позволит «установить» обновления, такие как более мощный двигатель или сезонные шины; они не требуют каких-либо изменений в других частях автомобиля, таких как шасси , рулевое управление, электродвигатель или аккумуляторные системы.

В машинах и архитектуре [ править ]

Основная статья: Модульное здание

В некоторых зданиях можно увидеть модульную конструкцию. Модульные здания (а также модульные дома) обычно состоят из универсальных частей (или модулей), которые производятся на заводе, а затем отправляются на строительную площадку, где они собираются в различные конструкции. [1]

Модульные здания можно добавлять или уменьшать в размерах путем добавления или удаления определенных компонентов. Это можно сделать, не изменяя большие части здания. Модульные здания также могут претерпевать изменения в функциональности, используя тот же процесс добавления или удаления компонентов.

Модульные рабочие места

Например, офисное здание может быть построено с использованием модульных частей, таких как стены, рамы, двери, потолки и окна. Затем интерьер можно разделить (или разделить) дополнительными стенами и обставить столами, компьютерами и всем остальным, что необходимо для рабочего места. Если офис необходимо расширить или перераспределить для размещения сотрудников, можно добавить или переместить модульные компоненты, такие как стеновые панели, для внесения необходимых изменений без изменения всего здания. Позже этот же офис можно разбить и переоборудовать под торговую площадку, конференц-зал.или другой тип здания, использующий те же модульные компоненты, которые изначально составляли офисное здание. Затем новое здание можно переоборудовать, добавив все необходимое для выполнения желаемых функций.

Другие типы модульных зданий, которые предлагает такая компания, как Allied Modular, включают в себя караульное помещение , машинное отделение , пресс-бокс , конференц-зал , двухэтажное здание, чистую комнату и многие другие приложения. [2]

Относительно модульных зданий существует множество заблуждений. [3] На самом деле модульное строительство - это жизнеспособный метод строительства для быстрорастущих и быстрорастущих компаний. От этого выиграют такие отрасли, как здравоохранение, коммерция, розничная торговля, военная промышленность и многоквартирное / студенческое жилье.

В телевизорах [ править ]

В 1963 году Motorola представила первый цветной кинескоп прямоугольной формы, а в 1967 году представила модульный бренд Quasar . В 1964 году он открыл свой первый научно-исследовательский филиал за пределами Соединенных Штатов, в Израиле, под управлением Моисея Басина. В 1974 году Motorola продала свой телевизионный бизнес японской Matsushita, материнской компании Panasonic .

В компьютерном оборудовании [ править ]

Модульный компьютерный дизайн

Модульная конструкция компьютерного оборудования такая же, как и для других вещей (например, автомобилей, холодильников и мебели). Идея состоит в том, чтобы создавать компьютеры с легко заменяемыми частями, которые используют стандартизированные интерфейсы. Этот метод позволяет пользователю легко модернизировать определенные аспекты компьютера без необходимости покупать еще один компьютер. Эта идея также была реализована в Project Ara , который предоставил производителям платформу для создания модулей для смартфонов, которые затем могли быть настроены конечным пользователем.

Компьютер - один из лучших примеров модульной конструкции. Типичные модули включают блоки питания , процессоры , материнские платы , видеокарты , жесткие диски и оптические приводы . Все эти части должны быть легко взаимозаменяемыми, если пользователь использует части, поддерживающие один и тот же стандартный интерфейс. Подобно модульности компьютера, были разработаны другие инструменты, использующие модульную конструкцию, такие как littleBits Electronics , которые соединяются вместе с взаимодействующими модулями для создания схем. [4]

Интеграция цифрового двойника в модульную конструкцию [ править ]

Смотрите также: Цифровой двойник § Модульность

Управление жизненным циклом продукта - это стратегия эффективного управления информацией о продукте (и семействах продуктов, платформах, модулях и частях) в течение его жизненного цикла . [5] Исследователи описали, как интеграция цифрового двойника - цифрового представления физического продукта - с модульной конструкцией может улучшить управление жизненным циклом продукта. [6] [7]

Интеграция оценок жизненного цикла и энергопотребления в модульную конструкцию [ править ]

См. Также: Оценка жизненного цикла

Некоторые авторы отмечают, что модульная конструкция привела к постоянному увеличению веса в автомобильной промышленности. Транкосси выдвинул гипотезу о том, что модульный дизайн может быть связан с некоторыми критериями оптимизации, вытекающими из конструктивного закона . [8] Фактически, конструктивный закон является модульным по своей природе и может применяться с интересными результатами при разработке простых систем. [9] Это применимо к типичной схеме восходящей оптимизации:

  • систему можно разделить на подсистемы (элементарные части) с помощью древовидных моделей;
  • любую сложную систему можно представить в виде модулей, и можно описать, как различные физические величины проходят через систему;
  • анализируя различные пути потока, можно идентифицировать критические компоненты, которые влияют на работу системы;
  • Оптимизируя эти компоненты и заменяя их более производительными, можно улучшить производительность системы.

Лучшая формулировка была получена в ходе проекта MAAT EU FP7. [10] Был сформулирован новый метод проектирования, сочетающий вышеупомянутую оптимизацию снизу вверх с предварительным планом сверху вниз на системном уровне. [11] Двухэтапный процесс проектирования был мотивирован учетом того, что конструктивное и модульное проектирование не относится к какой-либо цели, которая должна быть достигнута в процессе проектирования. Теоретическая формулировка была дана в недавней статье [8] и успешно применена к конструкции небольшого самолета [12], концептуальному проекту инновационного пригородного самолета [13] [14], конструкции новой энтропийной стены. , [15]и инновационный внедорожник, разработанный с учетом энергоэффективности. [16]

См. Также [ править ]

  • 3D печать
  • Клеточный автомат
  • Дизайн конфигурации
  • Холархия
  • Холизм
  • Kraftei
  • Модульное здание
  • Модульные строительные системы
  • Развертывание модульных функций (MFD)
  • Модульное программирование
  • Модульный смартфон
  • Модульная система вооружения
  • Модульность
  • Движение открытого дизайна
  • Оборудование с открытым исходным кодом
  • OpenStructures
  • Язык шаблонов
  • Реконфигурируемая производственная система
  • Разделение проблем
  • Системный дизайн
  • Системная инженерия
  • Системная интеграция

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Модульное определение дома" . Проверено 19 августа 2010 .
  2. ^ Модульные продукты Allied Modular. Проверено 27 марта 2012 г.
  3. ^ «Модульное здание» . Архивировано из оригинала на 2014-09-17.
  4. ^ "Как один предприниматель приносит основной поток знаний о создании границ" . ПСФК . ПСФК. 2014-08-26 . Проверено 27 мая 2015 года .
  5. ^ Старк, Джон (2015) [2005]. Управление жизненным циклом продукта (том 1): парадигма 21 века для реализации продукта . Разработка решений (3-е изд.). Cham: Springer-Verlag . С. 1–20. DOI : 10.1007 / 978-3-319-17440-2 . ISBN 978-3-319-17439-6. OCLC  907289028 .
  6. ^ Шлейх, Бенджамин; Анвер, Набиль; Матьё, Люк; Варцак, Сандро (январь 2017 г.). «Формирование цифрового двойника для проектирования и производства» (PDF) . CIRP Анналы . 66 (1): 141–144. DOI : 10.1016 / j.cirp.2017.04.040 .
  7. ^ Скорбит, Майкл; Викерс, Джон (2017). «Цифровой двойник: смягчение непредсказуемого, нежелательного поведения в сложных системах». В Калене Франц-Иосиф; Флумерфельт, Шеннон; Алвес, Анабела (ред.). Трансдисциплинарные перспективы сложных систем: новые открытия и подходы . Cham: Springer-Verlag . С. 85–113. DOI : 10.1007 / 978-3-319-38756-7 . ISBN 9783319387543.
  8. ^ a b Транкосси, М. Ответ на промышленную зрелость и энергетические проблемы: возможное решение, основанное на законах строительства . Евро. Трансп. Res. Ред. (2015) 7: 2. Doi : 10.1007 / s12544-014-0150-4
  9. ^ Бежан А. , Лоренте С. , «Конструктивная теория генерации конфигурации в природе и инженерии», J. Appl. Phys, 100, 2006, DOI : 10,1063 / 1,2221896
  10. ^ «Многоцелевой продвинутый дирижабль для транспорта | Проекты | FP7-TRANSPORT» .
  11. ^ Dumas A, Madonia M, Trancossi M, Vucinic D (2013) "Движение фотоэлектрических крейсерских дирижаблей с фидером, рассчитанное по конструктивным решениям для метода эффективности" . SAE Int J Aerosp 6 (1): 273–285. DOI : 10,4271 / 2013-01-2303
  12. ^ Транкосси, М., Бингхэм, К., Капуани, А., Дас, С. и др., «Многофункциональный беспилотный разведывательный самолет для низкоскоростных операций и операций по взлому » , Технический документ SAE 2015-01-2465, 2015. doi : 10.4271 / 2015-01-2465
  13. ^ Транкосси, М., Мадония, М., Дюма, А. и др. «Новая архитектура самолета на основе сопла с эффектом Коанда ACHEON: модель полета и оценка энергии» . Евро. Трансп. Res. Rev. (2016) 8: 11. DOI : 10.1007 / s12544-016-0198-4
  14. ^ Транкосси, М., Дюма, А., Мадония, М., Субхаш, М. и др., «Предварительное исследование реализации тяги ACHEON и векторной электрической тяги на легком самолете общего назначения с коротким взлетом посадки » , Технический документ SAE 2015-01- 2422, 2015. DOI : 10,4271 / 2015-01-2422
  15. ^ Транкосси, М., и др. «Конструктивный дизайн энтропийной стены с циркулирующей водой внутри» . Журнал теплопередачи , 2016, 138.8: 082801.
  16. ^ Транкосси М., Паскоа Дж., «Дизайн инновационного внедорожного гибридного автомобиля по критериям энергоэффективности» , Международный журнал тепла и технологий , 2016.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Шиллинг, Массачусетс, "К общей теории модульных систем и ее применению к межфирменной модульности продукта", Academy of Management Review, 2000, Vol 25 (2): 312-334. [1]
  • Эриксон, О.Г. и Эрикссон, А., « Управление вариантами проектирования », США: Общество инженеров-производителей, 1999 [2] ISBN 0-87263-514-7 [3] 
  • Кларк, К.Б. и Болдуин, С.Ю., « Правила проектирования. Том 1: Сила модульности » Кембридж, Массачусетс: MIT Press 2000 ISBN 0-262-02466-7 
  • Болдуин, С.Ю., Кларк, КБ, « Дополнительное значение модульности в дизайне », Гарвардская школа бизнеса, 2002 г. [4]
  • Левин, Марк Ш. « Проектирование и оценка модульных систем ». Спрингер, 2015.
  • Модульность в дизайне Формальное моделирование и автоматизированный анализ
  • «Модульность: переход на архитектуру дизайна следующего поколения» , интервью