模块化设计技术范文
时间：2023-11-15 18:46:30
模块化设计技术篇1
关键词：动态库
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）09-0058-03
在设计通信程序时，在其程序的实现形式上主要分为可执行应用程序和动态链接库。前者能够独立运行，通常针对某一特定需求而使用，功能完备但可移植性不强；后者不能独立运行，只是以库的形式提供相关功能的函数、类及其他数据，动态库可以为某一特定需求而定制。
利用动态库技术进行通信协议设计，按照从核心到的层次关系进行模块化组合设计，各模块动态加载，可扩展，独立编译，软件系统层次明确、内外松散耦合，便于功能组合和升级改造，提升软件质量。
1 动态库基本理论
1.1动态库分类
VC支持三种DLL，它们是：
1）Non-MFC DLL：指的是不用MFC的类库结构，直接用C语言写的DLL，其输出函数一般用的是标准C接口，并能被非MFC或MFC编写的应用程序所调用。
2）Regular DLL：和下述Extension DLL一样，是用MFC类库编写的，能够被所有支持DLL技术的语言所编写的应用程序调用。在这种动态链接库中，它必需有一个从CWinAPP继承下来的类，DLLMain函数被MFC提供，不用自己显式的写出来。
3）Extension DLL：只被用MFC类库所编写的应用程序所调用。在这种动态链接库中，用户可以从MFC继承想要的、更适于自己用的类，并把它提供给自己的应用程序。与Regular DLL不一样，它没有一个从CWinAPP继承下来的类的对象，用户必需为自己的DLLMain函数添加初始化代码和结束代码。
1.2 DLL调用方法
DLL的创建是供可执行应用程序调用的。使用了外部DLL的应用程序的创建与普通应用程序的创建完全一样。在此基础上可以对外部DLL进行显式或隐式调用。对DLL的调用分为两种，一种是显式的调用，一种是隐式的调用。所谓显示的调用，是指在应用程序中用LoadLibrary或MFC提供的AfxLoadLibrary显示地将自己所做的动态库调进来，动态链接库的文件名即是上面函数的参数，再用GetProcAddress获取想要引入的函数。自此，就可以像使用应用程序自定义的函数一样来调用此引入函数了。在应用程序退出之前，应该用FreeLibrary或MFC提供的AfxFreeLibrary释放动态链接库。
隐式的调用则需要把产生动态链接库时产生的.LIB文件加入到应用程序的工程中，想使用DLL中的函数时，只需声明一下即可，而无需调用LoadLibrary和FreeLibrary对DLL进行显示加载、卸载。
隐式调用的方法比较简单，但隐式调用的DLL在应用程序加载的同时被加载到内存中，当应用程序调用的DLL比较多时，装入的过程十分缓慢。通过延迟加载技术可以很好地解决该问题。但除了必须的.dll文件外还需要DLL的.h文件和.lib文件。这在那些只提供.dll文件的场合就无法使用了，而只能采用显式调用方式。
1.3 输入函数和输出函数
模块是Windows的基本构成单元，主要由应用程序模块和DLL模块组成。这两类模块的结构是一样的，都可以“输出”（export）函数供其他模块使用，也可以“输入”（import）其他模块的函数。输入一个函数就是在代码中创建指向该函数的动态链接，而非像在静态链接中那样实际装配该函数的代码。与DLL不同，由应用程序模块输出的函数是无法为其他应用程序模块所输入的。
MFC提供的用于输出的函数的关键字是__declspec和dllexport。在要输出的函数、类或数据的声明前使用__declspec（dllexport）表示输出。若要输出动态库中的函数mimafuwu（HWND hWnd）供应用程序输入使用则在动态库中声明该函数如下：
#define REGULARMFCDLLLIB __declspec（dllexport）
extern "C" REGULARMFCDLLLIB unsigned short mimafuwu（HWND hWnd）；
在应用程序输入声明如下，_cdecl为调用约定：
unsigned short （_cdecl *Func）（HWND）；
2 通信协议动态库设计
2.1 动态库结构
通信协议动态库一般只包含一个输出函数和由该输出函数创建的三个UI线程（用户界面线程）即主控线程、数据接收线程和数据发送线程组成。三个线程分别对应三个模块：DLL主控模块，DLL数据接收模块和DLL数据发送模块。DLL主控模块负责与调用DLL的应用程序及DLL数据收发模块交互数据和消息，同时负责按接口协议进行解析、分包、组包、超时重传等数据处理操作，DLL数据收发模块负责与外部通信端进行物理层接口（如网口、串口等）的数据收发，DLL数据收发模块相互独立不涉及信息交互。通信协议动态库结构示意图见图1。
2.2 动态库接口及协议
通信协议动态库接口设计为内部接口和外部接口。如图2所示，内部接口为动态库内部模块之间的接口，外部接口有两种，分为动态库与调用其的应用程序之间的接口和动态库与外部通信端之间的接口。
2.2.1内部接口及协议
动态库内部接口为DLL主控模块与DLL数据发送模块之间和DLL主控模块与DLL数据接收模块之间的接口。内部模块之间主要通过自定义消息方式构造协议进行数据通信。
2.2.2外部接口及协议
2.2.2.1 动态库和调用DLL的应用程序之间接口及协议
动态库和调用DLL的应用程序之间接口为DLL输出函数。两者之间主要通过自定义消息方式构造协议进行数据通信。
2.2.2.2 动态库和外部通信端之间接口及协议
动态库和外部通信端之间的接口主要为以太网口和串口、并口等通信端口等。使用的接口协议主要有：基于TCP的网络通信协议、基于UDP的网络通信协议和基于串口/并口的端口通信协议等。
2.3 动态库信息处理流程
调用DLL的A端应用程序拟制一份数据按动态库和调用DLL的应用程序之间接口协议将其提交DLL主控模块，DLL主控模块按动态库和外部通信端之间接口协议进行数据处理后再按内部接口协议将数据提交DLL发送模块，DLL发送模块将数据发送到B端。DLL接收模块接收B端数据后按内部接口协议将其提交DLL主控模块，DLL主控模块按动态库和外部通信端之间接口协议收齐数据后，再按动态库和调用DLL的应用程序之间接口协议将数据提交A端应用程序。即：
1）A端调用DLL的应用程序->DDL主控模块->DLL发送模块- >B端
2）B端 - >DLL接收模块->DLL主控模块->A端调用DLL的应用程序
3 通信协议动态库设计要点
3.1动态库中的输出函数
应用程序一启动就应加载动态库，调用动态库输出函数。动态库中一般只有一个输出函数，该函数只负责创建UI线程。输出函数参数须包含应用程序某窗口句柄，一般为主框架窗口句柄，同时输出函数将必要的变量信息如动态库创建的某个线程的线程号回传至应用程序。通过窗口句柄和线程号作为参数，以便于应用程序和动态库之间以自定义消息的方式进行通信。
3.2动态库中的超时时钟设置
动态库中超时时钟的设置与应用程序有别，不能使用ON_WM_TIMER（）消息机制，需采用自定义消息方式。具体方法如下。
自定义超时消息：
ON_MESSAGE（WM_TIMER， OnTimer）
设置超时时钟：
UNIT m_iTimer=：：SetTimer（0，0，3000，NULL）；//3000表示定时3秒
超时消息处理函数：
void OnTimer（WPARAM wparam，LPARAM lparam）
{
UINT nIDEvent =（UINT）wparam；
if（nIDEvent==m_iTimer）
{
//超时处理
}
}
关闭超时时钟：
KillTimer（0，m_iTimer）；
3.3动态库与调用DLL的应用程序之间的消息传递
如前所述，动态库与调用DLL的应用程序之间消息传递时首先需要知道应用程序窗口句柄和动态库某线程的线程号，使用的MFC消息函数如下。
动态库往应用程序发消息：
：：PostMessage（
ApphWnd，
WM_DLL_TO_APP_MSG，
WPARAM wparam，
LPARAM lparam）；
其中，参数ApphWnd为应用程序主框架窗口句柄，WM_DLL_TO_APP_MSG为自定义消息标识，wparam为消息中携带的参数一（如数据指针等），lparam为消息中携带的参数二（如数据长度等）。
应用程序往动态库发消息：
PostThreadMessage（
m_Threadid，
WM_APP_TO_DLL_MSG，
WPARAM wparam，
LPARAM lparam）；
其中，参数m_Threadid为动态库中某个线程的线程号，应用程序将消息发往该线程，WM_APP_TO_DLL_MSG为自定义的消息标识，wparam为消息中携带的参数一（如数据指针等），lparam为消息中携带的参数二（如数据长度等）。
3.4 通信参数的设置和使用
动态库对通信参数（诸如IP地址、端口号、串口配置，动态库路径、分包长度、固定包头、超时时钟值和重传次数等）的设置和使用一般有两种方式。一种为，读取第三方软件形成的通信参数配置文件的方式。另一种为，应用程序调用输出函数时将通信参数传递给动态库，动态库再进行通信参数的设置和使用。两种方式以前者为优。
4 基于UDP的通信协议动态库开发实例
结合第3节和第4节内容，本节以创建Regular DLL和显式调用DLL为例，设计一个基于UDP的通信协议动态库。为了使用该动态库，首先创建一个调用该DLL的简单应用程序。
第一步：创建应用程序
启动VC++，单击[File]->[New]菜单项，在project页中选择MFC AppWizard（exe），新建一个名为MyApp的基于单文档界面的工程。
第二步：创建DLL
1）启动VC++，单击[File]->[New]菜单项，在project页中选择MFC AppWizard（dll），新建一个名为MyLib的工程，在第一步的时候选择，创建一个动态链接MFC的规则DLL。
2）构造输出函数mimafuwu（）：
① 在MyLib工程中填加空白源文件mimafuwu.cpp和mimafuwu.h；
② 在mimafuwu.cpp文件中输入如下代码：
#include "StdAfx.h"
#include "mimafuwu.h"
//输出函数根据具体应用而定制。
extern "C" REGULARMFCDLLLIB unsigned short mimafuwu（HWND hWnd）
{
AfxMessageBox（"装载DLL模块成功！"）；
return 0；
}
③ 在mimafuwu.h文件中输入如下代码：
#define REGULARMFCDLLLIB __declspec（dllexport）
//输出函数声明，输出函数根据具体应用而定制。
extern "C" REGULARMFCDLLLIB unsigned short mimafuwu（HWND hWnd）；
3）编译后会生成库文件MyLib.dll。
第三步：应用程序加载和使用DLL
1）在创建的MyApp工程的MainFrm.cpp文件的函数
CMainFrame：：OnCreate（LPCREATESTRUCT lpCreateStruct）
return语句前添加如下代码，完成对MyLib.dll的动态链接，并完成对输出函数mimafuwu（）的调用：
//选择好MyLib.dll文件路径，装载DLL模块
HINSTANCE hDLL = ：：LoadLibrary（"MyLib.dll"）；
//输入函数声明
unsigned short （_cdecl *Func）（HWND）；
// 获取函数指针
Func = （unsigned short（_cdecl *）（HWND））：：GetProcAddress（hDLL， "mimafuwu"）；
//调用DLL中的函数mimafuwu（HWND）
//同时将应用程序主框架窗口句柄传至动态库
unsigned short nResult = Func（GetSafeHwnd（））；
在上述代码中，首先由LoadLibrary（）将DLL模块映射到进程的内存空间，对DLL模块进行动态加载。其函数原型为：
LoadLibrary（LPCTSTR lpLibFileName）；
其中，参数lpLibFileName为待加载的模块名，如不特殊指定扩展名，Windows将指定默认的扩展名为“.dll”。如果成功加载则返回HINSTANCE值，标识了文件映像映射到进程地址空间的虚拟内存地址；如果加载失败则返回NULL，可通过GetLastError（）了解进一步的信息。
接下来的GetProcAddress（）函数将在DLL模块中找到要输入符号的地址。其函数原型为：
FARPROC GetProcAddress（ HMODULE hModule， LPCSTR lpProcName）；
其中，参数hModule为通过LoadLibrary（）等函数而得到的DLL模块句柄，lpProcName为要查找的输入符号名。GetProcAddress（）在成功调用后将返回DLL的输出符号地址，否则返回空指针NULL。通过其返回得到的内存地址即可完成对输出函数的调用。
当进程中的线程不再需要DLL中的输出符号时，可以通过AfxFreeLibrary（）函数从进程的地址空间显式卸载DLL。其函数原型如下：
BOOL FreeLibrary（HMODULE hLibModule）；
其中参数hLibModule标识了要卸载的DLL模块。
2） 编译后会生成可执行文件MyApp.exe，确保文件MyLib.dll路径正确。运行后若弹出提示框，则应用程序加载和使用DLL成功。
第四步：根据具体应用定制应用程序和DLL
在前面生成的MyApp和MyLib工程的基础上进行修改。应用程序一启动就加载一个开了三个UI线程（用户界面线程）即数据接收线程、数据发送线程和主控线程的动态库，应用程序与动态库主控线程、动态库收发线程与主控线程之间通过自定义消息方式进行数据交互。在动态库库数据接收线程中创建UDP套接字，通过将IP地址设置为127.0.0.l实现应用程序对数据的自发自收。
整个信息流程为：应用程序拟制一份数据提交动态库主控线程，动态库主控线程将收到到的数据提交动态库发送线程发送，动态库接收线程收到数据后提交动态库主控线程，动态库主控线程将数据提交应用程序，即：应用程序->DLL主控->DLL发送- >DLL接收->DLL主控->应用程序。数据在各提交过程中不做任何处理，应用程序发出的数据和收到的数据内容一致。
5 结束语
编写通信协议动态链接库DLL设计说明，目的是作为规范和指导DLL形式的通信协议程序模块设计工作的技术文件。同时对DLL基本程序设计、实现DLL功能扩展和对第三方提供的DLL功能模块调用等提供编程基础。利用动态库技术，遵循从核心到的层次关系进行模块化组合设计理念，使软件系统层次明确，各模块松散耦合、独立开发、独立验证、独立升级改造，便于整个软件系统维护与功能扩展，提升软件质量。
参考文献：
[1] Roberts J W. Traffic control in the BISDN[J]. Computer Networks and ISDN Systems， 1993（25）： 1055-1064.
[2] 郎锐， 孙方. Visual C++ 网络通信程序开发基础及实例解析[M]. 2版. 北京： 机械工业出版社， 2006.
[3] Kruglinski D J. Visual C++ 技术内幕[M]. 4版. 北京： 清华大学出版社， 2009.
模块化设计技术篇2
关键词：机械设计；金属类；模块化设计
在工业发展中，机械设计是重要的组成，而促进其设计效率提升的重要手段，就是模块化设计方法。但在实际运用中，模块化设计方法还有许多缺陷存在。伴随着迅猛发展的科技，还需要不断的创新模块化设计方式，以更好的促进其程序的简化。
1模块化设计的方法与步骤
首先，在机械设计过程中，要注重科学化选择和应用模块化的设计方法。既通过综合产品要素，形成模块。在通过组合模块，而最终形成产品。有诸多功能的模块存在于具体的设计中。为满足实际的不同需求，通过对组合模块的选择，能形成多样化的产品。在设计模块化的过程中，应划分模块，通过分解功能，使模块间的耦合性有效降低，对模块功能的独立性提供保障。其次。应依据科学化的步骤，进行模块化设计。一是将加强重视系列模块设计。通过对计算机技术的有效运用，充分调查和分析市场情况，对用户需求予以明确，与功能需求相结合，对参数进行设计，旨在对产品功能进行科学化的设计。二是在实施这些基础工作之后，在切分模块，对模块结构进行科学设计。通过资料库的构建，而对模块化的整体功能进行构建，进而使机械设计的整体质量提升。在模块化设计步骤中，比较重要的内容，就是设计单产品模块化，其设计与实现，主要是以系列模块设计为基础。为此，应立足于实际需求，在设计单产品模块的过程中，明确参数，并高度重视模块的选择工作。同时，另外一项比较重要的内容，就是对模块的组装分析和计算环节。通过完善以上各项工作，对提升模块性能提供有效保障。
2机械模块化设计的作用
相关设计人员在充分的调查和分析市场产品功能的基础上，进行设计，通过组合模块，以形成特定的产品，充分发挥模块化设计的作用。可立足于实际情况变更模块化体系，也可优化模块设计理念。机械设计中的模块化设计方法能使设备运行效率提升，在使设计周期减少的同时，能对产品的性能提供保障，真正实现集成设计和知识管理的目标。对于维修工作而言，利用机械设计模块，能提供很大的便利。无需在进行大面积和大规模的维修任务，实施工作只需要在具体的部位进行。在机械模块化设计中，具有相对简单的模块结构，拆卸和安装都非常方便。在模块化的设计中，更进一步突出了包装设计的简化作用。通过引入模块化技术，不仅能提供了技术支持，还能使设计人员的工作效率进一步提升。模块化设计不单单使包装流程大大简化，还使设计成本有效降低，对于成本支出，发挥有效的促进作用。
3模块化设计方法的具体应用
首先，在机械设计过程中，应立足于实际需求，应用模块化设计方法，以真正提升生产效率。在机械设计前，应与生产工艺需求相结合，用科学化的操作方法和步骤，对模块进行划分，便于对模块的完整性和独立性提供保障。只有对模块化设计准确把握，才能使其性能进一步提升。在模块的设计规划中，为了不对其他模块的正常运行产生影响，应使更换和检修模块工作妥善完成，便于对实际应用需求给予满足。其次，机械设计过程中的模块化设计，需要合理划分各个模块。对于数控立式车床的设计，应立足于实际生产工艺需求，应用科学的方法，进行规划和设计。[1] 陈遥韵.探讨机械设计中材料的选择和应用[J]. 时代农机.2017(02).[2] 于彩敏.针对应用型本科教育的“机械设计”课程教学改革与实践[J].江苏科技信息.2017(11).[3] 张武.零件倒角在机械设计与制造中的应用[J]. 现代制造技术与装备.2017(04).[4] 王森.模块化设计方法及其在机械设计中的应用[J]. 现代制造技术与装备.2017(04).[5] 樊小丹,张丹.浅谈机械设计标准及制造质量控制[J]. 黑龙江科学.2017(06).[6] 张军,黄福敏.浅谈机械设计中材料的选择和应用[J]. 黑龙江科学.2017(06).为了进一步提升工作效率，在应用模块化设计方法时，应对构造进行合理分析，有效划分生产环节结构。生产模块的划分中，为了提高生产效率，需要进一步明确生产功能和生产工艺，通过科学调度，对更好的完善功能模块提供保障。
4模块化与科技的融合
4.1模块化与成组技术
成组技术在模块化设计方法中，具有很多共通之处，成组技术主要是通过划分，对零件及工艺的相似性提供保障，之后为实现生产目标，在标准化的处理相似的零件。在设计模块化技术的过程中，其与成组技术的应用，还存在着很多相同之处，通过结合相同类型的软件功能，形成相应的模块。由此可见，将成组技术的理念运用在模块化设计方法中，可使机械设计的效率和质量进一步提升，较好地提升了机械设计的质量和效率。
4.2柔性制造技术
因为具有灵活多变的优势，柔性制造技术实现了生产的优化。将柔性制造技术运用在模块化的设计中，不仅能使机床的共性问题得到解决，还能机床个性化问题的解决得到有效解决。在此过程中，功能设计所遵循的思想，是运用最少的模块。通过应用柔性制造技术，实现一机多用的目标。目前，在机械设计中，柔性制造技术和模块化技术已经成为的重要研究项目。
4.3模块化设计的新技术结合
为了将模块化设计的作用充分发挥出来，需要有机的结合当前的一些新技术，以真正体现模块化设计的价值。通过综合同类软件功能，以形成相应模块，使之拥有更加强大的技术。例如，有机的综合柔性制造技术和模块化设计。当前，油柔性制造技术具有非常广泛的应用，具有比较的突出的技术应用的灵活多变特征，能使机械设计中机床的个性化问题得到有效解决。同时，有机结合计算机辅助技术和将模块化设计，通过应用计算机辅助技术，能使设计实现条理性和稳定性，进而使计算机的整体效率得到真正提升。
5结语
本文重点探讨如何在机械设计中应用模块化设计方法，而将混合模块设计方式应用在机械设计中，能对不同用户的使用需求给予满足，进而使机械设计质量和效率进一步提升，为机械设计的发展，发挥很好的促进作用。
模块化设计技术篇3
[关键词]组件；模块化；机械设计；运用
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0041-01
引言：自动化技术包括多种多样的学科专业和知识，是对学科专业融合的综合体技术。在自动化技术中，计算机技术和信息化技术具有着重要的影响作用。现阶段，计算机技术和网络得到了充分的普及，这促进了自动化技术的发展，并且与机械设计技术进行融合，这就促使传统的机械设计技术有了很好的发展和进步，是机械设计制造水平得到明显提高。目前，各个行业已经不仅仅应用传统的机械设计技术，为此，对于自动化技术中对组建和模块化机械设计的应用在不断加强，这可以充分满足各个行业的需求，以便更加有效的推动自动化技术的不断发展。
一、组建及模块化机械设计在自动化中应用的意义
在自动化技术中，对于组件和模块化机械设计在不断的应用，这是具有重要的意义的。经过组建和模块化机械设计，能够使客户进行自动化控制系统的开放性需要。在现实的工作中，利用自动化控制系统，在不同的总线平台中对于数据进行处理和交换。这样一来，一些不具备较强互通性的设备就会慢慢下线，更多的用户将会选择统一控制模式系统，并对其进行良好的应用，所以，在自动化控制系统中，对于组件及模块化机械设计的应用可以有效提高控制系统的开放性，可以使用户对自动化控制系统有更好的认识和应用，不断的提高工程的经济效益。自动化系统可以通过对组建及模块化机械设计的运用实现向标准化、模块化的发展。在组合运行工艺流程时，要对于数据的传递方式进行调整，对于物理接口进行协调。不同的系统之间，进行通信协议转化的要求不具备合适的模块，就会大大增强系统的工作量。经过组件及模块化机械设计的应用，可以进行自动化系统模块化数据的简单交换，可以拥有即插即用的系统，大大提高系统的应用效率。
二、组件技术与自动化技术
1、积木模式的实现
进行组件技术的应用过程中，可以运用其组合性特点，对用户长期进行重复动作的应用软件应用需求加以实现。这种模式就是积木模式。在自动化控制系统当中，积木模式有着十分广泛的应用，并且发挥着十分重要的作用。在不同的组件供应商之间，为了实现数据自由交换，所制定的信息通信协议，必须确保良好的开放性特征。这种模块应用十分简单，只要连接合适的电源，即可实现其作用。
2、系统集成的实现
在运用组件技术的过程中，应当利用标准化总线技术加以实现，从而在组件之间，能够更加灵活地进行通信配置。基于组件技术，能够极大地扩充自动化的设备控制，并且在生产过程的基础上，实现多进程和多设备的控制模式。这种集成工作属于横向集成的一种，在其具体实现当中，不需要对编程进行应用。同时，利用TIA系统结构，对纵向集成加以实现，从而更加高效地构建高速网络系统。在构建网络的过程当中，系统采用路由作为交互节点，能够交互工艺以太网数据、现场控制总线，提升系统最大速度。另外，管理节点能够对产生和采集的信号进行直接接收，在现场接受管理层指令，也能够利用网络实现。因此，通过实现纵向集成，能够实现海量信息传递需求管理模式，从而实现一体化管控。
三、组件及模块化机械设计在自动化技术中的实际运用
1、在设计文件方面的运用
通常来说，机械设计需要大量数据资源的支持与文件的支持才能够进行。基于这一点，相关的设计人员就需要在展开机械设计的之前，准备好相关的文件和数据，并且对文件和数据进行协调配置，从而可以使得文件和数据可以更好的被收入到机械设计工作中，然而就现阶段的情况来说，很多的设计工作者只注意到了产品在开发中所存在的问题，却没有留意到组件设计以及模块设计相协调的问题。这样就使得组件在设计上有了一定的局限性，而模块在应用上也并没有发挥出其应有的效应。要想使得模块与组件可以得到优化配置，并且将两者有效的融合到自动化技术中，就需要针对设计进行模块的划分，针对每一个模块都要进行接口的设置，将接口与模块构建为一个整体，这样就可以使得相关的设计工作者能够利用组件来对各个模块进行汇总整理。另外，组件及模块化机械设计在自动化技术中进行实际运用的时候，要想使得模块化的应用效果可以得到提高，就需要针对传统理念进行详尽的分析，并在此基础上使得相关的设计工作者可以更好的对模块化进行创新和改进，这样有利于保障设计工作在开展的过程中，可以有效的将内容与实践顺利的结合在一起。设计人员在工作中，工作经验的总结通常都会通过设计文件来表示，因此，针对设计文件展开模块化改进和创新，就能够使得设计工作者能够将自身的经验水平进行提高，从而为以后设计工作奠定扎实的基础。针对设计文件进行模块化设计，从本质上说就是将设计组件进行有效的整合，从而在需要的时候，可以随时进行提取。
2、模块化的步骤
模块化机械设计在自动化技术中进行实际运用的过程中，需要严格的遵照相应的原则，并制定出具体的运用步骤，这样才能够使得模块化机械设计的运用效果得到最大限度的凸显。而具体的模块化步骤如下：第一，设计工作者要严格的依照高层模块对于地层模块所具有的依赖性进行详尽的了解，并通过抽象层对具体层的依赖进行深一层的了解，在明确相关的思路和意图的基础上，展开对模块化的设计。然而，在设计的时候，还需要注意依据设计整体思路来对模块进行划分，合理的应用相关的组件，使得模块可以与接口之间形成一个整体，然后在对所有的连接整体进行整合，从而构成一个大的组合。第二，针对模块进行有效的划分之后，就需要严格的依照模块划分的形式来展开各种设计工作，并在模块划分的基础上，针对设计工作进行有效的调整，而调整的过程一定要充分的考虑到产品能够使用的周期限制以及产品使用时对各个环节的要求，从而保障产品的生产以及应用可以实现有效的结合。同时，在将组件应用到自动化技术中时，需要合理的将组件自动化与生产进行有效的结合，这样可以使得设计成果能够被合理的运用到自动化技术中。而在将设计成果用到自动化技术中时，需要保留模块的二元性，而模块的二元性指代的就是模块的连接接口以及输入输出接口，两者有着各自独特的作用，不仅能够独立应用，也可以合作应用。总的来说，模块化的设计，对于模块零件的功能性有些较高的要求，对于系统结构的归属性也有着较高的要求，只有保障了零件的功能性以及结构的归属性，才能够使得模块化得到优化设计。
结束语
进行机械设计制造的自动化是当今社会的重要发展目标，这不仅可以提高社会的经济效益，而且还能不断增强综合国力。在现实的工作中，要想不断提上机械设计制造的自动化水平，就要不断的进行组件及模块化机械设计的应用，将组件技术与自动化控制技术进行很好的结合，实现其即能应用在组件设计中，又能应用在机械设计中。组件技术的合理应用，可以实现自动化系统的模块化设计更加简单化，也为我国相关的机械设计产品有了新的发展方向。
参考文献
[1] 基于组件模块化的数控折弯机控制系统研究[D].陈立兵.昆明理工大学2012.
[2] 机械设计制造及自动化技术研究分析[J].孙铎.黑龙江科技信息.2014（24）.
模块化设计技术篇4
[内容摘要]信息技术的发展和组织形态的演进导致了分工的发展和演变。模块化分工是在价值模块化、产品模块化和组织模块化的基础上形成的一种新型分工方式，是对传统分工方式的发展和创新。模块化技术的出现和发展、模块化设计规则的形成和应用是模块化分工形成的前提条件。模块化分工在分工经济性、组织形式、价值创造方式以及资源和能力、制度和技术、协调和整合等方面具有不同于传统分工方式的新特性，能够给组织带来新的竞争优势。
[关键词]模块化分工；模块化技术；分工经济性；竞争优势
20世纪90年代以来，随着知识经济的兴起、信息技术的发展和组织形态的演进，分工方式发生了新的变化，产业间完整的产品生产分工向产品内的部件生产分工、产品增值过程分工、产品生产环节分工和产品要素分工等复合分工方式发展，一种新型分工形式――模块化分工应运而生。本文将在简要回顾分工演进历程的基础上，提出并界定模块化分工方式，分析模块化分工不同于传统分工形式的特殊属性，以及组织基于模块化分工而获得的竞争优势。
一、分工的演进：纵向链状分工、横向平行分工与网络状模块化分工
分工可以按照不同属性进行分类：按照其发生的历史顺序可以分为自然分工和社会分工；按照分工的层次可以分为一般分工、特殊分工和个别分工；按照技术特征可以分为有机分工和混合分工；按照经济与技术的关系可以分为技术分工和经济分工；按照分工主体之间的联系可以分为横向分工、纵向分工和混合分工；按照分工与专业化的精细发展程度可以分为产业分工、产品分工、零部件分工、工艺分工和生产服务分工等。本文参考上述分类方法，根据分工与组织演进的关系将分工划分为纵向链状分工、横向平行分工和网络状模块化分工三种演进形式，并重点对模块化分工进行理论分析。
(一)纵向链状分工
纵向链状分工是指按照部件或工序先后顺序将生产过程分解为不同阶段的经济行为。纵向链状分工一般是围绕最终产品进行“后向”分工，在产业链层次上将生产纵向划分为n个阶段，每个阶段成为分工体系中的一个组分，从而衍生出一条越来越复杂的产品价值链(见图1)。在纵向链状分工中，经济系统之间的单向作用表现为下游企业对上游企业的单向制约作用，即下游生产环节规定着上游生产环节，也就是上游生产的部件或工序必须符合下游生产环节的需要。纵向链状分工是最基础的分工机制，是一种沿着产业链进行的垂直分工，按照纵向链状分工形成独立经济组织的过程可以看成是纵向一体化企业的解体，是纵向专业化过程。
纵向链状分工既可以发生在企业内部，也可以发生在企业之间。一般而言，企业内部采取的主要是纵向链状分工，形成紧密型的企业组织结构。企业之间的纵向链状分工方式与链条式的生产组织形式相对应，不同企业按照纵向链状分工参与产业链的形成，这种产业链在组织形式上往往表现为初级形态的企业集群，如江浙一带在改革开放初期发展起来的专业村、专业镇。这些专业村、专业镇主要是围绕某一种产品进行工序或部件的专业化分工，形成产业链条，中小企业(甚至包含一些家庭手工作坊)以产业链条为纽带相对集聚，形成“块状经济”。
(二)横向平行分工
横向平行分工是主要发生在不同的行业、部门和不同的区域之间的一种分工形式。与纵向链状分工不同的是，横向平行分工中经济系统组分之间的作用是相互的，组分之间通过大量的产品交换和相互采购发生联系并产生相互作用，组分与组分之间的关系相对松散。横向平行分工使各个组分相互作用构成更为复杂的经济系统，经济系统的子系统或者各个层次交叉重叠，相互关系也更加复杂(见图2)。横向平行分工的各组分之间交换的是产品，而不是(或不仅仅是)构成同一产品的部件或生产工序，因而横向平行分工是更加“宏观”层次的分工，专业化的细分程度相对粗放。
横向平行分工的各个组分之间既可能存在互补关系，也可能存在竞争关系。当各个组分相互组合才能构成最终产品(或满足最终消费)时，它们之间是互补关系；当几个组分在构成最终产品的过程中可以相互替代时，它们之间就是相互竞争关系。横向平行分工有时候也表现为区域分工的形式，各地区根据资源分布、生产传统和区位特点进行产品或产业层次的分工，然后通过市场交换互通有无。参与行业内的横向平行分工的企业与企业之间往往不存在组织上的联系，即使存在组织联系也是松散型的组织结构，参与分工的企业之间的替代性和互补性都相对较弱。
(三)网络状模块化分工
模块化分工是指将一个复杂的系统或过程按照一定的联系规则分解为可进行独立设计的半自律性子系统的经济行为。一个复杂系统可以按照模块化分工的形式分解为半自律的子系统，子系统本身还可以继续分解为更加细化的价值模块。子系统的分解方式既可以是纵向链状分工，也可以是横向平行分工，在模块系统内部构成网络状分工体系(见图3)。在模块化分工条件下，各个组分可以按照标准独立地发展，每个模块之间在设计过程和生产过程中可以互不干扰。在子系统(模块)构成更加复杂的系统时，每个组分所形成的产品(价值)模块之间是互补关系。模块化分工是一种更加细致的专业化分工，同时它也是按照成员企业的优势能力要素进行的分工，有利于突出差异化、创新及划分更细的价值取向，使参与分工的企业更好地发挥比较优势，实现网络组织内部的资源互补。模块化分工是模块化生产方式形成和发展的基础。
二、模块化技术、模块化设计与模块化分工
模块化技术的出现是模块化分工方式产生的前提条件。以电子技术为基础的信息技术的进步，特别是微电子、计算机与电信三个主要技术领域不同阶段的创新和传播，建立了新的信息技术范式――模块化技术，为模块化分工的形成和模块化生产方式的应用奠定了技术基础。模块化技术是一种“化繁为简、聚零为整”的技术，是信息技术向智能化、集成化、系统化方向发展的结果。现在，模块化技术已经成为产业发展过程中出现的、用于解决复杂系统问题的新思路、新方法、新手段。模块化技术在空间上分割了流水线技术，产品的设计开发、模块加工、产品装配、包装、销售不必集中在一个企业内完成，使得产品的模块化设计成为可能。模块化设计包括“模块分解化”和“模块集中化”两个阶段。模块化设计是模块化分工的前奏，如果将模块化设计落实到生产过程中，“模块分解化”就是模块化分工，“模块集中化”就是模块化分工后的模块整合。模块化分工后，各模块主体独立于其他模块处理个别信息和有限的系统信息，各模块发出的“看得见的”信息可能是存在差异的信息，于是就存在一个信息的优选问题。来自各个子系统的异化信息由所在于系统的“舵手”对它从“舵手”本身所处的系统环境角度加以解释后以简约形式反馈到整个系统。在由各个子系统的“舵手”联合对反馈过来的异化信息进行比较、解释、选择，通过信息
的处理、传达、交换，使单一的模块之间的联系规则不断被筛选，并得到进化发展。“舵手”通过事后对整体规则的整合，找出最合适的模块组合，形成生产系统，并在此过程中优选出相应的系统联系规则作为整个生产系统“看得见的”信息。由于模块系统区分了“看得见的设计规则”和“隐形的设计规则”，每个模块的设计和改进都可以独立于其他模块的设计和改进，每个模块的设计信息都被“浓缩化”了，保证了模块具有一定的自由度，只要符合设计规则，可采用任何方法或模块组合产品，使得最终产品成为模块的组合。
模块化设计规则的形成和应用，界面联系规则的标准化，技术变化的速度和竞争的强度，是模块化分工的主要催化力量。一个产业中的零部件越容易标准化，技术变化的速度越快，产业的竞争强度越大，就越容易导致模块化，形成产品模块。所谓产品模块，就是可组合成系统的、具有某种确定功能和接口结构的、典型的通用独立单元，包括功能模块、结构模块和单元模块三种类型。产品模块的形成为模块化设计提供了可能性。模块化设计就是有目的地、持续并严格地应用模块化技术对产品进行模块化分解和模块化集中的过程，它既是一种标准化设计，又是一种组合化设计。模块化设计分为两个不同层次，第一个层次是系列模块化产品研制过程，需要根据市场调研结果对整个系列进行模块化设计，本质上是在系列产品研制过程中寻找通用模块和专用模块；第二个层次是单个产品的模块化设计，需要根据用户的具体要求对模块进行选择和组合，并加以必要的设计计算和校核计算，本质上是选择及组合的过程。模块化设计不是面向某一个产品，而是面向整个产品系统；既需要形成特定功能的模块，也需要形成有使用功能的产品。模块化设计通过限制元件之间或任务之间交互作用的范围，可以减少设计或生产过程中发生循环的次数，缩小发生循环的范围，从而提高了复杂性的可控范围。模块化设计可以使复杂产品大型设计的不同部分同时进行，从而缩短完成特定生产过程或设计过程所需的时间，实现并行生产。
模块化分工产生于模块化技术和模块化设计的基础之上，其实模块化分工本身就是一种特殊的设计结构，其中分工的参数和任务结构在单元(模块)内是相互独立的，而在单元(模块)之间是相互联系的，体现了独立性与依赖性的辩证统一。技术变化速度越快，产品的升级换代就越快，产品的生命周期就越短，就越是需要加快产业演进的速度。建立在模块化设计基础上的模块化分工和生产能够加快产品创新步伐和产业演进速度，适应技术革新的需要。在高度竞争的环境中，企业将被迫克服组织惯性，采用与生产过程多样化和生产工序模块化相适应的分工方式和组织形式。模块化分工已经成为新经济时代分工演进的一种新趋势，是企业从“纵向一体化”走向“专注核心环节”的必然选择。随着信息技术的发展、市场需求的变化、合作生产的兴起，越来越多的企业开始实施“归核化战略”，首先将业务分解成一个个单一的能力要素，然后将能力要素进行细分，选择出核心能力要素，再将核心能力要素集中于优势生产，构建核心竞争能力，形成比较优势，并以比较优势参与网络组织的模块化分工，构成模块化网络组织，从而实现资源共享，增强组织竞争优势。
三、模块化分工的特性分析
模块化分工是专业化分工与一体化分工并存与耦合的一种新型分工形式。模块化分工过程既是复杂系统简单化的过程，也是形成网络系统与模块化结构的过程。作为“对愈加复杂的问题的解决方法”，模块化分工与传统分工之间存在着明显的区别，具有一些新的特性。
1 模块化分工具有超越传统分工方式的经济性。模块化分工是生产分工与职能分工、工序分工与知识分工、横向分工与纵向分工、劳动分工与能力分工的融合，是价值创造形式的变化与重新组合，是对传统分工方式的延伸与超越。模块化分工不是简单的劳动分工，而是一种基于企业能力要素和资源的分工。当企业按照自身的知识状况、能力特征、比较优势向专门化角度发展时，企业的核心资源就会得到充分利用，企业特殊的核心能力也将得到强化，其实企业就已经进入了能力分工过程。在自由市场经济中，某一企业之所以能够长时期地获取较高的投资回报率，是因为该企业与其他企业相比拥有无法仿制或复制的特殊核心能力。模块化分工对传统分工的超越还表现在，模块化分工能够打破空间限制，实现地理的分散性与组织接近性的统一。传统的分工往往受到空间的限制，只能局限于同一个企业内部或相对集中的同一地区内的不同企业之间。模块化分工不仅可以使产业链上的设计、生产、销售等环节实现空间分离，而且可以分解生产工序、在不同地区生产产品模块，再进行地理上的集中，完成最终产品的组装。
2 模块化分工能够创造选择价值，增加分工的净收益。传统分工是一种以专业化效率为导向、力图节约的经济行为，而模块化分工是以顾客价值为导向、允许浪费和重复建设现象存在的经济行为，尤其是在隐模块的设计和生产的竞争中，适度的浪费和重复能够创造选择价值，从而增加分工的净收益。传统分工的主要目的在于获得分工经济效应，它对于竞争程度的影响更多的是依赖于交易效率和人口规模两个因素：当法律制度所决定的、界定每个交易中的合约及有关产权的效率上升时，分工水平和人均收入会上升，而竞争程度会下降；在固定人口规模条件下，当分工水平上升时，每个专业的生产者人数会下降，竞争程度自然下降。模块化分工并不会降低竞争程度，在分工过程中和分工后，各模块研发主体只要遵循可见部分的设计规则，就可以试验完全不同的工程技术，各模块供应者具有较大的自由度，因而其信息处理和操作处理可以相互保密，从而使模块研发的多个主体同时展开研发成为可能，它们之间存在着竞争关系。这种竞争关系保证了模块化系统创新动力的充足性，激励研发主体开发出符合理想界面标准和绩效标准的模块产品；同时也增加了模块化系统的选择价值，独立的同种功能模块的研发能够预留几个选择的余地来应对未来的不确定性。
3 模块化分工是基于核心资源和能力要素而形成的分工方式。模块化分工与传统分工对企业资源和能力的要求不一样。传统分工是依据专业化效率原则进行的分工，各组分是先分工、后专业化，企业参与传统分工并不要求具有特殊的资源或能力，可以边参与分工边学习，逐渐适应专业化生产；分工演化机制关注的是，分工如何在市场自由竞争的环境中节约内生交易费用，推动分工走向深化的问题。模块化分工是依据功能原则进行的分工，是对专业化分工的整合，要求以核心能力为基础进行分工，再在分工的基础上强化核心能力。可以说模块化分工是传统分工的进一步延伸和深化。模块化分工关注的是，如何通过模块化分工充分发挥优势资源的互补效应，如何推进模块在信息封闭体制和界面标准的联动中获得创新和发展，进而增强整个组织的竞争实力问题。企业在自身核心资源和能力要素模块化的基础上参与模块化分工，可以将其生产经营活动聚焦于价值创造过程的某些环节，以使其已有的核心能力要素和经营活动中所形成的能力要素
能够得到最好的积累、培育和发挥。以核心能力要素参与模块化分工的企业或业务单位尽管其业务边界(有形边界)缩小了，但是其能力边界(无形边界)有望得到急剧的扩大，通过调用外部资源而取得快速成长和发展，实现“杠杆增长”。
4 模块化分工过程是对技术和制度进行有效整合的过程。模块化分工与传统分工对制度和技术的要求不一样。传统分工是将生产进行分解和细化的过程，在交易效率允许的前提条件下，分工越细致，专业化水平就越高，分工程度也就越高。模块化分工不仅仅是将复杂系统进行分解的问题，它还是一个有效整合的过程。模块化分工既是分工的过程，同时也是在分工的基础上进一步将各个组分按照功能原则重新聚合的过程。也就是说，模块化分工要比传统分工复杂得多、精细得多。在进行模块化分工之前，不仅要有先进的技术和高效率的制度作保障，也需要设计者对模块化的对象有充分的认识和把握，不仅要具备进行模块化分工的可能性，而且需要具备模块化分工的必要性，这样才能获得模块化分工的好处。因此，模块化分工对技术水平和制度效率的要求更高。技术水平主要指的是将复杂系统分解为具有半自律功能的子系统的模块化技术，制度效率主要是对模块化系统内部的设计规则和界面标准的要求。
5 模块化分工是集权和分权相结合的分工方式。传统分工和模块化分工所对应的组织结构的集权、分权特征和稳定性具有较大差异。由传统分工演化而来的是分层组织结构，主要包括集权和分权两种基本形式。集权式组织结构内部主要是科层等级制度，其演化动力来源于对上级或前一生产工序命令的执行，组织内存在着显著的等级差。分权式组织结构主要是指多部门化组织或M型组织，其演化动力是分工经济驱动的自发产物，其结果是形成两级(或多级)分权的组织结构。由模块化分工演化而来的是模块化组织结构，集权和分权在模块组织结构内部是完全协调一致的：看得见的设计规则是各个子模块必须遵守的共同信息，具有集权的特征；但各个子模块(隐模块)在设计上被赋予了很大的自力，具有较高的分权特征。模块化组织结构的设计规则在产生之初具有激烈的竞争性，但是，一旦成为系统的显性规则后，往往是长期保持稳定。设计规则的稳定性确保了模块化组织结构的稳定性和可预期性特征。
四、简要结论
模块化分工是指将一个复杂的系统或过程按照一定的联系规则分解为可进行独立设计的半自律性子系统的经济行为，是在价值模块化、产品模块化和组织模块化的基础上形成的一种新型分工形式。模块化分工过程既是复杂系统简单化的过程，也是形成网络系统与模块化结构的过程。模块化技术出现是模块化分工的前提条件，模块化设计理念的形成、界面联系规则的标准化、技术变化的速度和竞争的强度是模块化分工的主要催化力量。
模块化设计技术篇5
关键词：模块化；全球生产网络；产业升级；两难困境
中图分类号：F424 文献标识码：A 文章编号：1003-3890（2011）06-0058-05
一、模块化生产网络的产生及本质
技术和市场环境的发展变化导致了企业生产方式的适应性调整，从而也推进了产业组织形态的不断演变。在前钱德勒时期，市场狭小，以手工技术为主，形成了类似完全竞争的市场结构。而在钱德勒时期，技术获得了巨大的发展，市场规模大为扩张，科层组织成为主导的企业组织模式，以低成本大量生产标准产品为主要特点的大规模生产方式（Mass Production）成为占主导地位的生产方式，纵向一体化（Vertical Integration）企业逐渐成为发达国家主宰的产业组织态势。自20世纪80年代特别是90年代以来，在经济全球化和信息化的共同推动下，为适应快速多变的市场需求，全球汽车、电子信息等产业生产方式发生了重大变革，由大规模生产转向了以客户为中心、小批量、个性化的大规模定制（Mass Customization）生产方式。模块化（Modularity）生产网络作为一种开放式网络生产体系，既保持了一体化企业的规模效应，又具有灵活多变的生产特质，从而成为产业组织形态演进的一种新趋向。
近年来，学界对模块化给生产组织模式带来的影响及发展趋势极为关注。Sturgeon（2002）认为，模块化借助市场协调，特别是稳定的界面标准和设计规则，使得企业可以通过价值链外包的集聚战略获取竞争优势，并认为模块化是一种新型的美国产业组织模式；Langlois（2003）认为模块化唤醒了市场力量，模块化的不同环节主要依靠市场予以协调，垂直一体化的大企业不断剥离业务，不再充当上下游环节的协调者，大企业可见的“手”不再可见。Daft和Lewin（1993）认为，模块化组织是一种通过内部互相联系的协调和自组织的过程来实现组织柔性和学习曲线效应的新型组织范式。Schilling和Steensma（2001）也指出，在某些产业，一体化的层级组织正在被具有可渗透、内部化和模块化特性的非层级制实体（即模块化组织）所取代。许多学者甚至认为，模块化组织将是大型纵向一体化企业的未来主要组织形态（徐宏玲，2006）。青木昌彦等（2003）认为模块化乃是新产业结构的本质。
所谓模块是指半自律性的子系统，通过和其他同样的子系统按照一定的规则相互联系而构成更加复杂的系统或过程（青木昌彦等，2003）。产业模块化则是指某一行业一体化的价值链结构逐渐裂变成若干独立的价值节点，通过各价值节点的横向集中、整合以及功能的增强，形成了多个相对独立运营的价值模块制造者以及若干模块规则设计与集成者的产业动态分化、整合的过程。在产业模块化不断深入的过程中，厂商自然分化为系统集成商和模块供应商。系统集成商主要负责产品系统规则的设计、基础研发、概念设计、功能设计、系统集成与升级和营销等产业核心价值环节。而模块供应商则在遵循系统设计师所确定的明晰设计规则下，自行设计某一具体模块。模块供应商可以隐藏本模块内部的设计规则，不必考虑其他模块的设计思路。这样每一个模块都具有信息异化的特征，即除了遵循系统信息外，其内在的个别信息是隐藏的、不为外界所了解的“黑箱”。与其他组织形态相比，模块化组织具有如下优势：随着外包的发展和完善，组织可以跨越边界利用外部能力；可以与其他组织联合开发产品；可以在设计或生产方面挑选更有能力的供应商，以在给定时间内设计或制造产品部件；可以在设计部件时增加最终选择方案的预期价值；可以进行“模块革新”，通过改进和完善模块化部件的价值和功能来提升最终产品的价值；通过增强学习能力来提高专业化程度以及与竞争对手的差异化水平，并建立可持续竞争优势。
模块化在产业领域的广泛应用，促进了全球产业发展的片断化和零碎化，为发展中国家以中间贸易的途径嵌入全球价值链创造了条件。从1990―2003年亚洲部分国家零部件在总进出口贸易中的份额变化情况（见图1、图2），模块化生产网络兴起带来的中间品贸易已经成为发展中国家融入全球产业链的主导形式。然而，在“中国制造”逐渐纳入模块化全球生产网络的过程中，尽管我国在国际分工体系中的地位逐渐从大多承接生产环节到开始承担更多技术环节，但总体上仍处在产业链低端，甚至逐渐被锁定。由于缺乏核心技术，我国投入创造的大部分利润被拥有自主知识产权和技术标准的跨国企业获取。所以，从一体化框架里脱颖而出的模块化对于我国产业的转型升级带有两面性。要扬长避短，充分发挥模块化对产业升级的积极作用，必须对模块化环境下低端嵌入全球生产网络带来的产业发展问题加以研究。（见图1、图2）
二、模块化全球生产网络下中国产业升级困境
近年来，全球生产网络下发展中国家所面临的产业升级困境已引起国内外学者广泛关注。Hobday等（2005）认为，发达国家的大型企业以其核心技术与品牌为基础迅速成为全球产业链与价值链中的“系统整合者（system integrators）”，对其产业链上、下游企业的活动进行较大力度的整合与协调，从而继续维持其在价值链的顶端位置。Nolan等（2008）认为全球价值链从总体上形成了一种“瀑流效应（cascade effect）”，这对后发国家产业升级形成了阻碍。本文认为，模块化组织作为一种新型产业组织模式，为发展中国家融入全球生产网络创造了条件，但也成为发展中国家锁定于全球价值链低端的主要影响因素。
（一）核心技术模仿创新受制于跨国模块分工的知识转移
模块化生产网络中显性知识和缄默知识并存，前者表现为“看得见的设计规则”，包括建构、界面和测试标准；后者表现为“隐藏起来的信息”，是一种仅限于一个模块内部、对其他模块没有影响的决策。模块化内部的技术诀窍、经验、技能等缄默知识具有黏性而难以言说和编码，这使得技术的跨国转移带来巨大的转移成本，制约和影响着我国对发达国家高端模块技术的吸收。即使在技术提供方积极配合的前提下，模块化缄默技术的跨国转移通过简单的一种或两种途径也难以有效转移。比如，在20世纪80年代早期有一种边缘切割技术，没有一个实验室能单纯通过已出版的文字资料或现场参观掌握这项技术，在成功获得该项技术的实验室中有1/3涉及技术人员的转移，其他的则大部分派人在拥有该项技术的实验室中长期工作并和掌握该技术的工作人员交换知识（蔡声霞，2005）。模块化缄默知识成为阻碍我国通过技术模仿推进产业升级的最大绊脚石。
此外，跨国模块主导商出于提升自身产品竞争力的原因，会向发展中国家模块供应商进行垂直技术转移。当这种转移不加任何约束时，东道国模块供应商的生产成本能有效降低，产品竞争力因此提高，从而增加对上游产业中间产品的需求，扩大后向关联效应，促进东道国产业链向下游核心产业链升级。然而，随着东道国下游产业竞争的增强，跨国模块主导商会通过各种方式阻止转移给模块供应商的技术惠及东道国下游竞争企业。模块主导商的防技术扩散策略可能包括：一是内部转移策略。将先进技术和关键技术仅通过直接投资的形式，转移给独资或控股子公司，成熟技术和技术转让给非控股合资企业或外部企业。二是分级转移策略。根据各国的技术、经济条件和社会环境的不同，按照技术的生命周期以及技术梯度的规律，逐步向发展中国家转移产业模块及模块技术。三是分割转移策略。仅仅转移能保证特定模块化产品供应的部分技术而非全套技术，这样使得技术受让方在整条生产线或整个工艺设备的创新开发和模仿上受到限制，因此不会带来技术的扩散。四是产权保护策略。对于模块化的明码技术常常采用知识产权和技术标准化相结合的策略，以专利权来保护其关键技术，并将专利提升为技术标准，从而实现行业垄断。这样，从事低技术含量的模块分工使发展中国家企业被锁定在微利的俘获型网络中。
（二）企业难以适应模块化动态重构带来的市场风险
模块化分工深度与产品的生命周期有着紧密联系。当产品概念和技术刚出现时，产品应该包括哪些部件以及部件之间的互动关系尚不明朗，无法表述为明确的设计规则。产品功能不完善对创新的要求使得产品各组件之间需要显著的协调和互动。一体化组织能够以较低的交易成本处理创新过程中的协调问题，因此比模块化的市场协调机制效率更高。在产品开发初期，IBM、福特和通用等都利用了一体化的内部协调优势，为市场提供性能较好的产品。当产品结构和性能达到了较为稳定的状态，形成了较为明晰的总体设计规则，产品各组件的界面能以较低成本拆分时，为了充分发挥产业链内各环节的规模经济和创新优势，一体化的生产方式逐步转向模块化。但当从模块化要素关系所获得的结构收益达到极限时，又会产生从模块化向集成型建构回归的现象。此外，在产品市场扩张过程中，由于中低档市场对产品外形、花样等需求要高于对产品新性能的需求，导致的结果是部分核心技术环节重回大规模集成化生产以降低成本，而在外形设计等环节的模块横向分工却不断细化。因此，无论集成型还是模块型都不是产品建构的终极状态，产品建构并非单向变化，而是在集成型和模块型之间不断循环往复。
产品建构类型在集成型和模块型之间的动态转化，使得企业组织形态和发展战略要能择机做出适应性调整。在企业把握市场信息和组织调整存在惯性的情形下，企业容易陷入市场困境。由于设计师需要长期积累大量的经验才能明确部件间的所有关系，所以，在集成化和模块化的动态更迭中，产品建构从模块转向集成的间隔时间比从集成转向模块的间隔时间短得多（Chesbrough，Kusunoki，2001），模块型陷阱出现的频率和概率大大超过集成型陷阱。以我国电视机产业发展为例，在从采用模拟技术的显像管电视向采用数字技术的品牌电视转变过程中遭遇了严重考验：一是与显像管电视相比，平板电视的零件数大大减少，组装技术的重要性下降；二是关键部件在电视成本结构中的比例上升到总成本的70%以上，严重压缩了电视组装企业的利润空间。从产品构建的类型讲，从显像管电视向数字电视变化是朝模块化转变。在这一转变过程中关键部件却向集成化方向转变。在电视机的两大核心部件中，显现系统在总成本中的比重不断上升，生产难度不断加大，核心芯片也从原来的五片变为一片或两片。这意味着核心芯片这一关键部件的集成度越来越高，通过渐进革新来获得设计与生产核心芯片能力的可能性更小（宋磊，2008）。
（三）国产品牌难以抗衡国际品牌和草根企业的双重夹击
全球制造业品牌企业主要集中在电子信息、飞机、汽车等模块化分工程度较高的产业。在《财富》杂志公布的2010年世界500强的前100强企业中，模块化分工程度较高的制造业企业较为集中，汽车制造业有11家，电子信息制造业有10家，飞机制造业有1家。中国大陆虽然有东风汽车、宝钢集团、上汽集团、一汽集团、中国航空工业集团和华为技术等模块化分工较高企业入选全球500强，但没有1家进入前100强。中国企业联合会、中国企业家协会2010年公布的中国制造业企业500强年度排行榜中，企业多属于黑色冶金及延压加工业，共有88家，占总数的17．6％。而国际品牌和草根企业的双重夹击，则是国产品牌难以茁壮成长的重要原因之一。
杨格（1928）认为分工经济由分工水平决定，这包含着一种动态循环机制，它能不断地提高分工和市场容量；另一方面，这种动态循环机制意味着，市场网络大小又与分工水平相互依存，相互促进。复杂产品系统核心竞争力的形成，在一定程度上要依靠市场规模扩张过程中带来的模块分工深化，从而为企业发挥自身技术特长创造条件。在理论上，我国电子信息、汽车等产业存在巨大的市场潜力，本土企业应该有条件遵循“市场容量扩大―分工深化―创新能力提升”的路径发展。有学者就认为，中国市场的规模效应与创新的效率和成功概率是有内在关系的。中国的本土企业若能把技术创新置身于或内嵌到本土的市场规模这一重要背景中，借助于一定的条件，就有可能使创新的技术内生于自身企业，而不是简单地接受一种外源性的技术（徐康宁，冯伟，2010）。实际上，这种发展构想至少受到以下双重挑战。一是随着信息技术发展，以网络经济为特征的新经济呈现边际成本递减的特点，这导致“马太效应”（Matthews Effect）的产生，呈现强者恒强、赢者“通吃”的趋势，强化了跨国模块主导商的垄断地位。加上一般消费行为具有市场黏性，在消费者习惯于一种产品的使用后，很难再转而使用其他的相似产品，从而使消费者被锁定（lock-in）。这不仅强化了跨国企业在原有市场的地位，而且导致了向中低市场扩张的趋势。二是我国拓展的市场层次参差不齐，对于大量的低档市场而言，面对的是那些不太苛求的消费者，他们有着相对较少或不太复杂的需求，对品质、品牌的认知度相对较低，但对产品外观和价格比较敏感，从而产生了对核心技术环节的一体化和标准化，以降低对产品的价格的诉求。其结果是大量依靠国外成熟技术而兴起的“草根”企业的产生。所以低端市场需求的增加并不能增加国产品牌企业的市场份额。在跨国企业和本土“草根”企业的双重夹击下，国有品牌企业要制定技术标准并提升使模块分工的主导者难以实现，从而被处于跨国企业主导的全球价值链低端。
三、案例：模块化环境下的中国手机产业发展
近年来随着电信市场蓬勃发展，中国手机行业实现了快速扩张并逐渐成为世界手机主要的制造基地和最大的消费市场。根据工信部数据，2010年中国手机用户数量净增1.12亿户，达到8.59亿户。虽然国内手机市场在迅速增长，但国内品牌的市场份额却一路下滑。2007年，我国国产手机的市场份额由2003年的55%下降到31%，国产手机厂商纷纷陷入经营困境。在传统国产手机厂商衰落的同时，山寨手机采用基于模块组合创新的方式逐渐兴起。然而，无论国产品牌或山寨手机，都依附于跨国公司核心技术，始终处于全球价值链低端。国产手机发展历程成为模块化分工环境下中国制造业升级困境的缩影。可以分为三个阶段：
（一）第一阶段：国产品牌依靠Wavecom集成模块推出而兴旺
早期中国手机企业只能以代工的方式生存，国内的手机市场基本上为诺基亚、摩托罗拉等国外品牌所垄断，1998年国产手机市场占有率接近于零。1999年情况发生了改变。Wavecom首次推出将基频、中频和射频整合到一起的集成模块，这一将原有模块再整合后形成的新模块提供了底层物理层软件和二、三层通讯协议软件，只要再加上少量元件，再加上LCD显示屏、外壳和MMI人机界面就基本完成了手机设计。该模块的出现使手机产业的技术门槛大为降低。在这一技术支持下，国内手机厂家开始能够生产出自有品牌的手机产品。1999年国产手机市场占有率达到3%，2003年市场份额已超过国外品牌达到55%，波导、东信、夏新、TCL、科健等品牌进入销量前10名之列。
（二）第二阶段：国产品牌在与国外品牌的横向模块竞争中衰落
传统上的欧美手机企业，如诺基亚、摩托罗拉、爱立信、西门子和飞利浦等，大多都是垂直一体化，同时拥有芯片设计、软件和系统设计、硬件设计、外观/工业设计（ID/MD）、产品项目管理五种能力，只是后来纷纷分拆或者外包出芯片设计和外观/工业设计，但大多保留了软件设计能力。也就是说，传统的欧美手机产业链上，芯片厂商负责芯片设计，手机厂商专注于项目管理和软硬件研发――这是一种相对封闭的产业链，其中诺基亚、摩托罗拉这种手机厂商占主导地位。由于欧美手机厂商都有自己的软件和系统设计能力，欧美手机芯片供应商的软件和系统支持都很弱――因为他们的欧美客户没有需求，他们没有必要、也没有动力大力投入软件和系统研发。与国外手机企业相比，国产手机核心技术方面存在较大差距，主要通过与国外掌握核心技术的厂商合作解决生产中的技术难题，因此在这种转变中受到严重挑战。中国手机厂商由于市场份额小，无力承受研发成本、时间和质量风险，在追求低成本、小批量、多品种、更新快的手机平民化时代，国产手机厂商却需要6～9个月甚至1年才能做出一款手机。在国外品牌不断向二、三线城市扩张情况下，国产手机市场初见萧条。2005年，熊猫易美、南方高科、深圳科健都逐渐退出市场，存活下来的国产手机品牌公司也在苦苦支撑（潘九堂，2009）。
（三）第三阶段：山寨手机因联发科芯片集成重构而兴起
2005年，来自中国台湾的芯片厂商联发科（MTK）推出了集成多媒体娱乐功能的手机芯片平台和交钥匙（Turn-key）方案，简化下游厂商的开发工作，迎合了中国市场对低价多媒体手机的需求，山寨产业由此兴旺。联发科也成为山寨产业之王，并大量进入传统国产品牌手机厂商。由于联发科推出的“交钥匙”方案，厂家只需要在芯片的标准化接口上另行简单安装其他组件，就可以组装成一部功能强大的手机。在这个模块化的产业链中，联发科处于最上游，居于主导地位，负责最核心的技术研发与芯片制造工作，向下游提供在整个山寨体系中通用的包括芯片和操作软件在内的手机技术解决方案。这个链条上一般包括三种力量：联发科负责提供芯片和软件设计，手机方案公司则负责硬件设计和系统整合，终端厂商则负责具体的项目管理。这就意味着在主流手机厂商中的垂直一体化分工在这里变成了横向模块化分工，在这种模式下，一款新品的推出最多只需要2~3个月。这种模式使手机制造的技术门槛几乎被夷平，大大小小的社会游资都争先恐后进入手机制造业。由于手机在基本功能方向上其实都已经基本固定，手机厂商们为了打造竞争优势，拼命在一些外延功能和外观设计上下功夫。于是，大量功能齐全、外形花哨，五花八门的草根创新的手机开始大量投放于中国手机市场，这些手机多半没有品牌，但是都采用联发科芯片。在国外品牌和山寨手机的双重夹击下，国产品牌手机也开始采用上游芯片厂商的交钥匙（Turn-key）方案、研发外包和公板模式等山寨手机制造模式。当前传统国产品牌和山寨厂商之间的界线越来越模糊，共同俘获于跨国企业核心模块主导的生产网络之中。
四、结语
国产手机发展历程反映了模块化环境下中国制造业嵌入全球生产网络的两难困境。中国的制造企业只有积极地参与到跨国企业主导下的模块化分工才能获得发展契机。但是，受模块化分工的知识特性、模块化动态重构的影响，处于跨国企业核心模块技术主导下的本土企业难以开发出具有自主知识产权的品牌产品，只能随着掌握核心技术的跨国企业产业组织模式的变化而适应性地改变经营策略。在这种分工模式下，本土企业始终游离在产业核心技术外，难以在产业转型升级上取得实质性的突破。这些值得我们深思和进一步研究。
参考文献：
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Study on China's Industrial Upgrading under the Modularization Environment
Tian Zhongwei
（Information Research Institution, The Party School of Huzhou Municipal Party Committee, Huzhou 313004, China）
Abstract: With the acceleration of global economic integration, modularity is playing an increasingly important role in developing countries embedding in global production networks. However, Chinese industrial upgrading was also being affected by the technological innovation barriers from knowledge characteristics of modularization, market risk of the dynamic transforming from modularity to integration, challenge coming from both foreign brands and local grass-roots enterprises. So, we should grasp the core technology as soon as possible, change management strategy, and make a breakthrough in industrial transformation and upgrading.
Key words: modularity; global production network; industrial upgrading; dilemma
模块化设计技术篇6
关键词：医院建筑;新型设计;功能分工
中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号：
随着人民生活水平的不断提高，人们对于医疗设施包括医院建筑的设计给予了更多的关注，提出了更高的要求。适应建设现代化医院的需求。应对医疗建筑的变化，模块化设计方法是一种值得尝试的设计思路。在某妇产儿童医院的方案设计中，我们根据医疗建筑系统分级理论，将整个医院作为一个系统，通过各个功能模块的横向与竖向的有机组合， 形成功能完整的医院。其中，相同体系的单元模块，有着统一的技术参数、结构体系和构造作法，可以灵活地拼接组合，有效地增强了建筑空间对医疗技术进步的适应性。
1 项目概况
某妇产儿童医院是投资兴建的一所新型现代化民营医院。该项目基地呈东西长、南北窄的长方形，总用地面积35 826㎡。建成后的某妇产儿童医院包含门急诊综合楼、住院部，总建筑面积约77 798㎡。其中门急诊综合楼为3层（局部4层），住院部为16层，设有病床500床。
2 总体规划
2.1 模块化的整体布局
某妇产儿童医院基地呈狭长的长方形状， 这决定了建筑空间布局呈东西向延展的特征。方案总体规划结合模块化设计的理念， 充分考虑了医疗流程的科学合理和服务效率的提升，采用“一轴三区”的布局模式。一轴为由东向西延展的医疗街主轴线，即交通模块，串联整个院区的主体医疗功能。三区指三个模块分区，分别为“门（急）诊模块区”、“医技模块区”、“住院模块区”。
2.2 外部空间与外部流线组织
医院建筑功能的公共属性决定了其外部空间与城市道路空间应直接衔接，以实现大人流量的集散。某妇产儿童医院地处桃源路与锦州中路交叉处的西北象限， 在近交叉路口地带设置了开敞的广场以及大片绿地， 以此为媒介实现医院空间与城市空间的有机衔接。富有韵律的模块化布局使门诊区、医技区等形成极具趣味性的庭院空间，既解决医院的通风、采光的要求，也为患者与医疗工作者创造更加舒适的医疗环境。
2.3 医院的功能分区
在建筑设计中，我们参照“三级甲等专科、二级甲等综合”医院的设计要求，将整个医疗区具体划分为门诊区、急诊区、医技区、病房区、管理区等。门诊区设置于基地东侧， 主要包括门诊大厅、中西药房、标准门诊单元等。入口门诊大厅设计为2 层的通高大厅，结合宽敞明亮的医疗街，为患者和医护人员提供舒适宽敞的分流和等候空间。门诊模块单元的设计结合了采光中庭，使诊室可享受直接的通风采光，实现了主动节能。根据医院建设的规模，每层设置了2 个门诊模块，并串联在医疗街主轴上，模块之间通过连廊相互联通。
急诊区紧邻南侧的锦州中路并设置独立出入口， 配置急诊、急救，急诊输液，急诊手术，急诊留观等功能。急诊模块的一层急诊、急救分区明确， 设置急救绿色通道方便快捷。医技区位于基地中部偏北， 与门急诊模块以及南侧的住院模块联系紧密。医技模块主要设置了放射科、检验中心、B超科、心肺功能检查中心、病理科、手术中心等功能。病房区设置在急诊区西侧，一层为出入院结算大厅、员工餐厅、儿童游憩等。
3 医疗模块设计
1） “回”字形门诊模块
（1）基本尺寸及柱网布置
本方案中标准的“回” 字形模块长宽分别为2.4 m×32.4 m，模块面积约1 000 m2，其特点是自带一个内庭院，解决了自身的通风采光问题。“回”字形模块的基本柱网尺寸为5.4 m（8.1 m）×8.1 m，“回”字形的面宽为32.4 m，一般分为5 开间，中间天井开间为6 m；两侧诊室尺寸为：5.4 m（诊室）+2.7 m（走廊）=8.1 m（柱距）。模块中的柱网可根据实际空间需求按模数灵活设计， 共可划分成一个候诊厅和诊室约40 间。
（2）基本特征
“回”字形模块平面形式，形态简单，柱网布置灵活，适应性强。模块之间形成半开放的庭院，以及模块本身的内庭，使得医院整体上形成了一个通风采光佳、趣味性强、环境优美的人性化氛围。模块之间相对独立又有联系，串联模块的医疗街增强模块间的联系和便捷性，模块的尽端设置了连廊，用于医患分流。
2）复廊式住院模块
（1）基本尺寸及柱网布置
方案中复廊式平面模块长宽分别为78m×28.6m，模块面积约2 250㎡； 模块平面的基本柱网尺寸为7.8m×8.1m，模块面宽为78m，共10 开间。柱网设计还需考虑地下车库的布置。南北两侧可各划分房间20间。
（2）基本特征
复廊式住院模块将护士工作站设置在两条走廊之间，这种设计被证明比单廊式平面工作效率大为提高。在平面设计中体现了集中的工作核心区与一些分散的辅助功能区域相结合的设计理念。按自然层划分护理单元，一个护理单元的病床规模控制在40～50 床。
3）矩形医技模块
（1）基本尺寸及柱网布置
医技模块平面尺寸为43.2m×32.4m，模块面积约1 400㎡；医技模块的功能和设备的技术要求对空间灵活性的要求更高，大小空间的划分和组合依照医疗设备的技术要求进行。因此， 模块平面采用便于划分的8.1 m×8.1 m 柱网尺寸，南北进深长度与门诊模块一致。
（2）基本特征
矩形医技模块主要由影像部、检验中心和手术部等组成，均对空间有其各自的要求。影像部的设备不一，对房间尺寸也不尽相同，同时部分大型设备需要操控室和机房。方案中将需要操控室的大型设备用房集中布置， 并形成控制廊。检验中心内部为开放式的大空间，这样使用起来最为便利且具有较强的适应性。
3.2 模块的连接组合
由于各模块在医院系统中的功能不同， 模块之间的组合关系也各不相同。根据模块可连接的数量， 分为单向连接、双向连接和多向连接。门诊模块采用了多向连接组合方式，方便患者就诊及相关的检查等行为要求；急诊模块采用了双向连接，形成了急诊、医技、手术中心直接的“生命通道”；手术中心、医技模块因技术要求采用了单向连接，保证了该模块的管理和效率要求， 模块间的合理连接提高了整个医院的可达性、便捷性，较易实现医患分流、洁污分流。
4 结语
某妇产儿童医院的模块化设计策略使其具备了模块化医院的基本特征：（1）高效的组织方式———这是承载医疗功能模块的组织构架，医疗模块通过医疗街有序串联起来，所有的服务都可在开放空间内为患者提供服务。（2）灵活的模块组合——通过对兼容性和等效性的研究， 将各种模块细化， 组合成适用的模块， 提高了对不同规模科室的适用性。（3）可变的功能模块——在标准功能模块的基础上，可变化出适合各科室功能要求的单元模块，医院可依据“抽屉理论”轻松实现内部功能调整，适应医疗科技不断发展进步的要求。
模块化设计技术篇7
【关键词】农业机械产业模块化技术成本
美国的IBM公司首先应用了模块化的技术，开创了模块化时代，继而模块化应用在不同的行业。在我国现阶段对于模块化技术的应用还不够广泛，尤其是在农业机械中，本文对我国农业机械产业中的模块化理论和技术进行了讨论，预测了模块化在农业机械产业中的使用前途。
一、模块化在农业机械中应用的含义
模块化是指可以独立的半自律的子系统。模块化在农业中的应用包括机械产品的设计和模块化的生产制造。模块化可以划分机械产品的结构和功能，这样就会形成模块的设计标准，这样的模块通过一系列的集成后能够组装成完整的产品。依据模块化设计的要求，对生产制造系统进行配置以及布局，模块制造完后，组装成成品，这就是一个完整的生产制造模块化的过程。组织上的模块化外包就是供应商参与到制造商对模块化设计中来，按照农机产品模块化设计的要求，独自的完成模块化的内部的设计，设计的模块要达到制造商的要求。然后采购各零配件，以此来达到模块化的制造以及组装，并配送给制造商。由上面的介绍可以知道，农业机械的模块化可由一个独立的企业完成，而组织的模块化就需要许多的不同企业通过合理的分工来一起完成。
二、模块化在农业机械中的应用效果
1.模块化在农业机械的设计、质量以及成本中的应用效果
目前农业产品以及零件的设计存在着重复的现象，这样样就增加了农机的研发周期，对于技术资源是一种严重的浪费。此外，一些农业机械功能单一、单机的利用工率低、附加值也不高、技术性能较差，这些农业机械的整体安全性差、制造的质量低。
模块化的设计能够减少结构的复杂程度，使农机研发的过程减少，还可以增加研发过程的成功率，耗时减少。模块化具备产业的经济性和网络的经济性，在农业机械的改进和开发过程中，采用已有的模块能够减少不必要的设计，这样就会减少时间和费用。模块化能够很大程度的缩短开发的周期、减少研发的费、提高产品的安全性和产品的质量。同时可以降低成本，对于开发中高端农机产品起到了一定的推动作用。
2.模块化可以满足农业机械的多样性、个性化
目前的农业机械的品种少，类型业非常的单一，无法满足个性化的需要，这样就使得农户的购买意愿不高，严重的障碍了农业机械的普及。
产品化的生产具有品种的类型多、结构的复杂程度高以及专业性强的特点，这就是把产品的共性以及个性的不同部分区别开，将共性部分的零件进行批量制造，在个性部分的时候，根据客户的需求完成制造以及成品的装配，这样就会缩短周期，提高制造效率。
以产业化的制造价格低廉，提供小批量、专业化、丰富化、个性化的农业机械就可以达到不同农户的个性化、多样化的需求，有利于开发新的市场，使农业机械的普及率更加的广泛，提高农业机械的实际使用效果。
3.目前农业机械技能水平的全面提高状况包括的产业现状
我国的产业现状大多数的农用器具，至今还停留在国外20世纪八十年代的阶段，也就是说宏观看我们的技术水平还是相当落伍，创新能力薄弱也不够积极，高技术农用设施还要依靠进口。
模块化的作用效果：农机产品构造要采取模块化，因为此方案的实施有利于事后的选择，所以说模块化绝对是农用时的优先选择。不同地方的模块连结综合使用能让系统产生全新的改变，从而制造出新的体系。完成创造超前化，彻底除去旧的机械运作，模块化的隐蔽技能躲避在黑箱里，也就是允许不确定性的现存，而且具备相对的适应性。比如，在农机产品买卖场地，买主的需求理念随着时代的再进步也有所改变，农业机械上也就要求更高。从而看出农业机械市场需求变化和技能在发展上又上了一台阶，但某个地方还需改进时，可以对相关的某个部位模块采取改进策划，而且可以在复古的老产品，使用新模块取代旧模块的方法。所以一个模块是可以远离整个产品，能采取自行完善的。当然此状况的产生也引发了模块供应商间的激烈竞争，不过这倒是加快了市场模块的改进技术，而且还能直接使用经过专业人员研究后的农业机械。每个独立模块的日趋前进，加快了农机产品引进新技能的速度，也促进了产品的全面发展，比如进行智能芯片的装配，智能化农机产品，芯片的硬件和软件升级后，局部可以调换成智能防控模块，要尽早的提升农机，智能化，操作技术，不可以忽视整个农机设施。
模块化的发展前景：利用农机产品需要进行某个部位的改进，就是尽早的抓住全新技术从而加以使用，完成更新换代的理念，实现农用机械的超前发展。热卖中的农机机械配置可以根据实际需要进行选择，以满足各个层次的消费水平。供应商之间有力竞争使模块设计又得到了一次质的飞跃。
加快农业技能结构整合，与企业竞争力有密切的联系。产业实际状况分析：据统计，当今本国有机械制造企业8000多家，相关作业人员41万人，可是80~90%的企业年销售收入还不到500万元，而且中档机械产品和低档农业机械产品，成构造过多的状况，生产集中度慢，企业缺少创新观念，市场竞争意识、管理不严密、设施工艺相当落后、规模太小、效益不好、乱竞争、导致了产业内部恶性循环的形成，各个产业的发展前景受到了一定的影响。
三、结论
模块化理论与实际操作技术水平，使我国农业机械产业得到了更好的发展，采取模块化的解决方案，可使产业实际出现的问题和当前产业困难得到解决，所以要求全面发展有特色农业，原生态农业，进行农产品的跨越式发展，使农业和农村经济更上一台阶。
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模块化设计技术篇8
随着客户对于工程机械的产品性能、人机工程、安全性和环境适用性等方面的要求不断提高，工程机械制造企业必须具有满足客户群体日益增长的多样化和个性化要求的能力。针对工程机械产品品种多、批量小、交货时间短等特点，工程机械制造企业必须从设计源头入手，在现有模块化设计的基础上寻找出一条更为便捷而迅速的设计策略，努力缩短个性化定制产品的开发时间，快速响应市场需要，提高企业的市场竞争力。
本文从优化现有工程机械设计模块的角度出发，引入大规模定制的理念，分析在应用该理念进行产品设计时，模块化设计思想的新变化，提出一套工程机械模块化设计的新策略，并根据工作实践分析和验证这种新策略的应用效果。
一、工程机械大规模定制化特性
以小批量、低成本、高效率为特征的大规模定制（Mass Customization，MC）诞生于1987年，其核心目标是以大批量的生产效率以及与其对应的最短的设计周期，实现客户多样化、个性化需求与制造企业大批量生产的有机结合，即最大限度地解决客户的“产品定制”与“大规模生产”之间的矛盾，实现客户和产品制造企业的双赢。
工程机械产品大规模定制的基本思想是针对此类产品多品种、小批量的特点，通过对产品组成结构、制造过程、销售过程的优化，在充分满足客户多样化、个性化需求的基础上，实现设计和生产过程的最大批量化。大规模定制需求的源头一部分来自客户多样化、个性化市场需要的压力，另一部分来自工程机械制造企业产品设计周期、生产周期和交货期限等带来的企业之间的竞争压力。
在进行工程机械大规模定制的过程中，设计人员需要注意以下几个方面的特性需要。
（1）必须考虑产品平台化的设计思想。
产品平台化的设计思想并不是简单地对现有模块（包括系统、部件和零件等）的重用，还应该包括对一系列模块集合的共享和重用，即形成一个相对稳定的产品族的平台核心，使其具有产品族内所有产品的共性特征。以产品平台为基础，设计人员通过添加或修改不同的个体模块，就可以最大限度地满足客户对产品多样化和个性化的需求，符合大规模定制重用性和标准化、模块化、系列化等“三化”的基本要求。
（2）必须考虑客户的配置选择。
相似性是大规模定制的另一个基础特性，它包括面向客户定制需求的系统、零部件的几何相似性、结构相似性、功能相似性、性能相似性和技术相似性。相似性需求一般从市场分析和对顾客的需求调查开始，充分分析客户在各种典型工况、典型环境、典型安全性需要和典型人机工程性能下的各种需求，对其中的相似部分进行总结，形成客户相对集中的可能的配置选择，并进行技术上的归类总结，其中相当一部分需求来源于对设计历史的经验总结。
（3）必须预留客户特殊需求的接口和空间。
对于一些虽然设计历史上出现过但发生几率比较低的特殊用户的需求，一些无法预知的特殊用户的新的特殊需求，需要设计人员在设计整机产品的时候尽最大可能性预留必要的接口和空间。这些预留的接口要满足国家或行业通用的标准和技术规范的要求；这些预留的空间要尽可能地充足些，并提前制定安装形式和安装方法的预案和计划。
图1所示为工程机械产品大规模定制设计响应系统框图。首先产品定制系统对工程机械客户的需求进行分解，符合大规模定制重用性和相似性要求的技术选项（标准配置和可选择配置）进入快速生产通道进行零部件的生产和组装，不属于标准配置和可选择配置的特殊描述化配置走订单响应流程，由技术开发人员进行技术准备后走特殊订货响应通道进行零部件的生产和组装；标准配置和可选择配置的区分以及技术方面的准备由技术开发人员在产品设计期间完成，该模块化产品开发过程中的模块划分必须满足可选择配置和特殊描述化配置的基本需要，应有利于产品的大规模定制体系要求；标准配置和可选择的配置应提前以宣传资料的方式向客户进行告知，引导客户尽量不去选择或少选择特殊的描述化配置需求，以求缩短产品的交付时间，同时也降低客户的购买成本。
由于标准配置和可选择配置各模块之间可能存在复杂的排列组合或逻辑关系，如果任由客户随意选择可选择配置中的各个技术选项，可能带来技术开发的高难度和复杂性，对制造和销售也会带来极大的不便性，因此，按照高、中、低三档或多档对客户的可选择配置进行模块的组合是十分必要的。可以在客户购买工程机械时，向其宣传这种组合，尽量减少由于可选择配置之间的相关性和复杂性带来的技术、制造和销售方面的困难。
二、模块化设计策略的改进
模块化设计是对不同功能或相同功能不同性能、不同规格、不同接口的产品进行功能分析的基础上，分解出一系列的相互独立的模块，并通过模块的单独设计和有机结合，形成整机产品的新型设计方式。在大规模定制的环境下，模块化产品设计中的模块划分必须适应大规模定制的需要，必须有利于提高产品的生产率，缩短产品的开发周期和难度，方便制造和销售部门的工作，带来低成本、高质量的良好效果。由此，制订工程机械设计的模块分布策略就显得十分重要。
图2所示为大规模定制环境下的工程机械模块分布策略图，该策略图将工程机械整机产品的模块划分工作分为5层：模块分类层、模块形态层、处理方法层、设计模型存储层和定制过程层。根据大规模定制的要求，将工程机械产品的各个组成部分（模块）分为直接重用模块、间接重用模块和不可重用模块三个类型，分别对应可提供配置、可接受配置和可开发配置三种设计处理方法，分别储存在通用零部件库、定制零部件库和特殊零部件库之中。其中，直接重用模块是指产品平台或产品族核心部分模块的集合，存储在通用零件库中，属于系统可提供的标准配置，重新设计时基本不做改动。间接重用模块包括两个部分：一部分是已经技术准备完毕的可配置的选项，另一部分与可配置选项具有高相似性的近似可配置选项，它们已经或需要存储在定制零部件库中，重新设计时选择使用或简单更改后使用。不可重用模块是指那些历史上很少出现或第一次出现的特殊需要和配置要求，技术开发人员经过分析后认为其具有可开发性的，技术准备后存储在特殊零部件库中，供后期设计时参考。
在上述工程机械整机产品各个模块的分类过程中，无论是直接重用模块、间接重用模块还是不可重用模块，其模块的形态可以是传统意义上的具有相对独立性的功能系统，也可以是具有相对独立性的部件或者是零件，还可以是经常需要设计变化的功能接口等。需要进行产品定制的要点包括部件装配点、局部加工定制点等，全部归属于定制过程层。划分各个模块的基本思路和目标如下。
（1）符合大规模定制的特性要求，打破固有的独立系统即为独立模块的思想，一切以设计、制造和销售的方便性为根本目标。单独的零部件也可以作为单独模块。
（2）各个功能模块设计BOM的层次尽量保持在三层范围以内，保证设计BOM不至于太过复杂，而影响采购BOM、制造BOM等功能性BOM的运作。
（3）产品定制要点是产品模块划分的关键点，产品定制要点的确认与产品模块的划分需要同时进行。产品定制的要点可以作为一个独立的模块存在于一级BOM之中。
（4）无论是直接重用模块、间接重用模块还是不可重用模块，进行划分时要打破专业技术和管理体制上的限制，消除产品设计过程中的专业技术“保护主义”，必要时同一模块可以由来自不同专业的几个设计主体共同设计和管理。
三、案例分析
某工程机械制造企业在新型ERP和PLM系统的上线工作中，根据大规模定制的理念，将某型工程机械产品的设计模块进行了重新的优化，其优化方法包括以下几个方面：
（1）直接重用模块就是形成产品平台的基础性模块，在重新设计中基本不进行改动。
（2）间接重用模块由设计人员在产品开发的概念阶段开始就进行并行开发。
（3）不可重用模块在产品开发的过程中需要尽量预留接口和空间。
（4）子系统中的特殊配置选项需要有效地归纳成几个互相独立的选项模块组，降低设计BOM的复杂性。
（5）为提高设计工作的效率，需要将特殊配置较多的零部件从原系统中独立出来设计。
（6）尽最大可能保证设计BOM、生产BOM和采购BOM的一致性，降低生产管理的难度。
与传统的模块划分方式比较，进行大规模定制环境的模块划分以后，该型工程机械产品的客户定制响应时间缩短了20%～30%，设计、制造和销售的成本降低了15%左右，新产品设计的模块重用率增加了10%以上，新产品的交付周期平均缩短了20%左右。
综上所述，按照大规模定制特性的要求进行设计模块的重新划分以后，可以有效提高新产品的生产率，缩短产品的交付期限，降低制造企业的成本。
四、结语