模塊化設計方法在電梯產品設計中的應用

徐曉佳

摘 要：依據模塊化理論及原理，分析了模塊化的原則及優點，論述了模塊化設計思想在電梯領域的應用現狀。通過實例論證模塊化設計不僅適用于電梯產品設計、研發，而且有較好的經濟效益。

關鍵詞：模塊化 電梯 部件

1.模塊化設計的概述

模塊化設計（Modular Design）是將模塊化思想引入產品設計，著重解決產品品種、規格與設計制造周期、成本之間的制約關系的現代設計方法。在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規格的產品進行結構或功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列模塊，通過模塊的選擇和組合構成不同的產品[1]。

2.模塊化設計在電梯領域的應用現狀

目前的工業化生產已經從過去的大批量生產逐漸轉變為個性化生產的階段。哪個工廠可以更加靈活的適應不同的客戶要求，哪個工廠就可以最大限度的占有市場，賺取利潤。電梯行業更是如此，電梯行業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，因為這些功能在各個電梯制造廠商之間沒有顯著的區別，對于客戶來說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爭的焦點。而且客戶對這些輔助功能的要求是沒有任何規律可循的。電梯的設計不但要取決于客戶的要求，還取決于電梯所處的環境制約因素，每個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計。在這種情況下如果工程師根據每一個客戶的要求都去做專門的設計，那就很難滿足交貨期和設計質量。因為這需要很長的研發周期并且投入很大的人力和金錢。

在這種情況下，已有電梯的研發部門考慮對整個電梯系統進行模塊化設計，也就是對每一個電梯子系統都進行多種方案的設計以達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計方案，這些設計方案盡可能的不要影響其它子系統的設計。換句話說，這些設計方案應該是在滿足一定的設計規則的前提條件下的。這個時候，轎廂裝潢的多種設計方案對其它子系的選型不會產生影響。對于一個電梯的新產品，研發部門只要針對于每一個子系統開發出若干個不同的設計產品，而且每一個子系統的連接不存在任何問題，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時間和人力物力去進行整合設計 [2]。

3.電梯產品模塊化設計

3.1.模塊化設計的原則

模塊化設計主要有以下兩點原則：（1）結構可組合與重構性。模塊是系統分解的產物，是系統的組成部分，用模塊可以組合新系統，模塊也易于從系統分離、拆卸和更換。（2）結構、功能相對獨立性。模塊雖然是系統的組成部分，但不是對系統任意分割的產物，是具有明確特定結構或功能的單元，其結構或功能是不依附于其它模塊相對獨立的存在[4]

模塊化設計是一個有目標、有組織的活動過程。如果以產品功能進行模塊化設計，那么圖1可以形象地描述產品模塊化的設計過程。

3.2.電梯的模塊化設計

對電梯產品來說，可理解為由機械系統和電氣系統兩大部分組成?；谀K化設計的原則，因機械系統與機械結構有較強的相關性，可考慮用機械結構的特點進行模塊化設計；而電氣系統與不同的功能有明顯的對應關系，可考慮用不同功能的特點進行模塊化設計。

下面分別以電梯機械系統的轎架部件和電氣系統的控制屏部件為例，進行簡要的模塊化設計。

（1）電梯的轎架主要用于支持整個轎廂系統，載著轎廂在曳引鋼絲繩的作用下沿著電梯導軌上下運行，它要具有足夠的強度，同時也要保證轎廂內乘客乘坐的舒適度。

一個典型的轎架部件，應由圖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個模塊有Ni設計方案，那么對轎架部件，針對不同設計方案，設計者需要設計的總方案數有：N1×N2×N3×N4×N5×N6×N7×N8種。

但采用扁平后模塊化設計的原則，并根據轎架的結構特點進行模塊化設計，則需要設計的總方案數有：

N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7+N8種。

為了更形象的說明模塊化設計的優越性，可假設轎架8個模塊中各個模塊的設計方案數分別為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計與模塊化設計需要的總設計方案數對比，如表1所示。

從表1可以看出采用模塊化設計可以大大減少設計方案數，從而提高設計效率。

（2）控制屏一般安裝在曳引機旁邊，是電梯的電氣裝置和信號控制中心，主要功能是操作控制和驅動控制。電梯很多個性化輔助的定制功能，如并聯控制、停電自救平層等都是包含在控制屏里面進行設計生產的。

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控制、微動平層、地震管制、物聯網功能、停電自救平層這5種，那么利用模塊化設計的原則，并依據控制屏擁有不同輔助功能的特點，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，若當前控制屏的可選配的功能有M種（M≧0，當客戶只選擇控制屏基本功能時，M等于0），則為應對客戶的不同選擇，需要設計的總方案數有：2M種。

但采用模塊化設計后，需要總的設計方案數只要：M+1種。

同樣為了更形象的說明模塊化設計的優越性，以圖3的控制屏為例，控制屏有M=5個輔助功能模塊，分別采用非模塊化設計與模塊化設計需要的總設計方案數對比，如表2所示。

從表2同樣可以看出采用模塊化設計可以大大減少設計方案數，從而提高設計效率。

4.總結

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產品多樣化的需求和適應激烈的市場競爭，在多品種的制造模式下，實現最佳的效益和質量。模塊化是解決標準化與多樣化矛盾的有效手段。

模塊化設計的思想的應用領域越來越廣闊。本文只是從其中的一個角度出發，闡述了模塊化設計在電梯領域的應用。由于模塊化理論體系越來越成熟健全，并且有關電梯的科學技術也在不斷更新換代，相信將兩者有效合理的結合在一起，肯定會對電梯未來的發展起到推波助瀾的作用。

參考文獻：

[1] 王一丹，模塊化理論在產品創新中的應用[D]，北京化工大學，2008.

[2] 龔京忠，基于FPBS的機械系統模塊化設計方法與應用研究[D]，國防科學技術大學，2008

[3] 朱昌名，張惠僑，洪致育編，電梯與自動扶梯-原理、結構、安裝、測試[M]，上海，上海交通大學出版社，1995.

[4]童時光，模塊化原理設計方法及應用[M]，北京，中國標準出版社，2000.

[5] 賈延林，模塊化設計[M]，北京，機械工業出版社，1993.

[6] 陳家盛編，電梯結構原理及安裝維修第2版[M]，北京，機械工業出版社，2001