引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),全球工業(yè)發(fā)展達(dá)到空前的高度。德國(guó)、美國(guó)和中國(guó)相繼提出"工業(yè)4.0""工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)"以及"智能制造2025"等工業(yè)前瞻發(fā)展戰(zhàn)略。機(jī)械設(shè)計(jì)作為工業(yè)不可或缺的組成部分,其地位舉足輕重。在社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程中,機(jī)械設(shè)計(jì)逐漸淘汰了一些落后的技術(shù)。為了促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)與生產(chǎn)效率的提升,滿足降低整體成本的要求,機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。

從設(shè)計(jì)、技術(shù)等層面出發(fā),風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成向模塊化設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變。通過(guò)部件重新劃分、組合,對(duì)風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),一方面可以保證縮短研發(fā)周期,加速工廠生產(chǎn)制造,迅速響應(yīng)客戶市場(chǎng)需求:另一方面,模塊化設(shè)計(jì)可以盡最大可能使機(jī)組零部件通用,以便實(shí)現(xiàn)全球采購(gòu),降低企業(yè)成本。

1模塊化設(shè)計(jì)

1.1模塊化設(shè)計(jì)概念

將機(jī)組零件或者部件劃分到一個(gè)模塊中,在該模塊內(nèi)的零件或者部件交互最大化,并且模塊間的交互最小化。組合好的模塊與機(jī)組系統(tǒng)其余模塊或者部件之間,通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)完善的標(biāo)準(zhǔn)接口來(lái)進(jìn)行連接。

機(jī)組模塊化設(shè)計(jì)定義如圖1所示。

模塊劃分時(shí)一般原則如下:

(1)以盡可能少的模塊組成更多產(chǎn)品,兼顧產(chǎn)品的通用性與多樣性。

(2)模塊結(jié)構(gòu)及功能有一定的獨(dú)立性和完整性。

(3)模塊應(yīng)具有可組合性和可互換性兩個(gè)特征。

1.2模塊化設(shè)計(jì)目的

通過(guò)模塊化設(shè)計(jì),可以大幅度降低風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。機(jī)組模塊化設(shè)計(jì)通過(guò)"即插即用"輕松添加可選功能,可以最大限度滿足市場(chǎng)客戶的差異性需求。機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,使用不同數(shù)量的模塊,這些模塊之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口連接,相互組合可以輕松擴(kuò)展產(chǎn)品系列的多樣性。同時(shí),對(duì)于模塊的采購(gòu),可以根據(jù)模塊的集成情況,整體采購(gòu),從而節(jié)約采購(gòu)成本。

1.3模塊化設(shè)計(jì)流程

機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)分為兩個(gè)不同的層次,一個(gè)是單一產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì),另一個(gè)是家族產(chǎn)品、系列化模塊設(shè)計(jì)[7-8]。

然而,無(wú)論是針對(duì)單一產(chǎn)品,還是家族系列化產(chǎn)品,一般都遵循一定的設(shè)計(jì)流程,如圖2所示。

(1)根據(jù)市場(chǎng)部提供的市場(chǎng)客戶需求,初步制定產(chǎn)品方案:

(2)分析產(chǎn)品庫(kù),擬定家族產(chǎn)品型譜:

(3)計(jì)算零部件通用性指數(shù)、產(chǎn)品族通用性指數(shù):

(4)將零部件集成組合,把機(jī)組劃分為幾個(gè)核心模塊:

(5)核心模塊之間的零部件結(jié)構(gòu)、位置等細(xì)節(jié)設(shè)計(jì):

(6)完善核心模塊庫(kù):

(7)制定并編寫研發(fā)技術(shù)文檔。

2模塊化設(shè)計(jì)方法在風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組中的應(yīng)用

2.1零部件與產(chǎn)品族通用性指數(shù)

針對(duì)風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu),在產(chǎn)品庫(kù)中有些零部件相似相通。為避免重復(fù)設(shè)計(jì),降低制造、服務(wù)成本及家族產(chǎn)品的復(fù)雜性,需對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)中的常見組件或部件的通用性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。一般根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù),統(tǒng)計(jì)計(jì)算兩個(gè)參數(shù):一個(gè)為零部件通用性指數(shù)(CCI,ComponentCommonalityIndex),一個(gè)為產(chǎn)品族通用性指數(shù)(PFCI,ProductFamilyCommonalityIndex)。

2.1.1零部件通用性指數(shù)

對(duì)于機(jī)組常見組件或部件在產(chǎn)品系列中所占的百分比,定義為零部件通用性指數(shù)。

零部件通用性指數(shù)計(jì)算公式如下:

式中,N為產(chǎn)品變量數(shù):M為組件變量的數(shù)量:L為通用子平臺(tái)數(shù)量:pi為產(chǎn)品變量i的生產(chǎn)量:xij為產(chǎn)品變量i中存在的組件變體量j的數(shù)量。

根據(jù)零部件通用性指數(shù)的數(shù)值,可以判斷出該零部件在產(chǎn)品庫(kù)中的使用情況。數(shù)值越大,表明該零部件的通用程度越高,反之越小。然后,對(duì)比模塊化設(shè)計(jì)參數(shù),適當(dāng)集成零部件,定義標(biāo)準(zhǔn)接口,組成模塊。

2.1.2產(chǎn)品族通用性指數(shù)

產(chǎn)品族通用性指數(shù)是用來(lái)衡量設(shè)計(jì)變量在所有產(chǎn)品中取值的相似程度。通過(guò)產(chǎn)品族通用性指數(shù),能夠清楚設(shè)計(jì)變量的參數(shù)趨勢(shì)、參數(shù)獲取難易程度以及可重復(fù)性等特征。評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)出發(fā),減少對(duì)權(quán)重參數(shù)的依賴。

產(chǎn)品族通用性指數(shù)計(jì)算公式如下:

式中,7為組件數(shù)量:CCI1為部件1的通用性指數(shù):C1為部件1的平均成本。

一般要求零部件通用性指數(shù)和產(chǎn)品族通用性指數(shù)均大于60%,即零部件及機(jī)組結(jié)構(gòu)具有較高程度的共性,但同時(shí)也能兼顧到產(chǎn)品的差異性。

2.2風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組模塊劃分

風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組,通過(guò)通用性計(jì)算,將其機(jī)械結(jié)構(gòu)分為八大核心模塊和六大可選模塊。

2.2.1風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組核心模塊

風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組八大核心模塊分別為底框模塊、壓縮機(jī)一油分模塊、盤管模塊、盤管風(fēng)機(jī)模塊、蒸發(fā)器模塊、風(fēng)機(jī)支撐模塊、控制器模塊以及過(guò)濾器模塊。

風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)八大核心模塊及其相關(guān)信息如表1所示。

2.2.2風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組可選模塊

風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組六大可選模塊分別定義為能耗模塊、經(jīng)濟(jì)器模塊、加熱段模塊、ERV模塊、濕度調(diào)節(jié)器模塊以及回風(fēng)模塊。

該型號(hào)機(jī)組六大可選模塊以及相關(guān)信息如表2所示。

2.3風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組的總裝設(shè)計(jì)

根據(jù)風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)核心模塊和可選模塊的劃分,建立各個(gè)模塊的三維模型,并出具二維圖紙。經(jīng)過(guò)供應(yīng)商三方比價(jià),采購(gòu)各個(gè)模塊,搭建出工程樣機(jī)以及制造樣機(jī)。

風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組的總裝設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組的總裝設(shè)計(jì)

3結(jié)語(yǔ)

本文采用模塊化設(shè)計(jì)方法,對(duì)風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)。經(jīng)過(guò)從市場(chǎng)部調(diào)研、研發(fā)中心設(shè)計(jì)論證,到建立機(jī)組三維模型,再到實(shí)驗(yàn)及工程樣機(jī)搭建,最終驗(yàn)證這種機(jī)組設(shè)計(jì)方法切實(shí)可行。機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)方法,不但提高了機(jī)組產(chǎn)品開發(fā)效率,也縮短了機(jī)組研發(fā)、制造的周期。另外,通過(guò)對(duì)模塊內(nèi)零部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,調(diào)整了全球供應(yīng)鏈,降低了企業(yè)整體的采購(gòu)成本。本文對(duì)其他風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組的模塊化設(shè)計(jì)研發(fā)具有一定的參考意義。