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模块化设计技术大全11篇

时间:2023-05-23 17:21:02

模块化设计技术

模块化设计技术篇(1)

项目教学法是指将某门专业课程按生产过程的要求,将课程设计成若干个实训项目,每个实训项目都对应于一个实际的工作任务,也都有每个项目的能力目标,老师的教学就是指导学生完成实训项目,可以最大限度的发挥学生的主观能动性,提高学生的实践能力。这种方式主要使用于实践技能训练课程的教学方式。其主要特点是:(1)师生通过共同实施一个完整的“项目”工作来进行教学。(2)学生在教师的主持下,以小组合作工作的形式自行组织完成项目。(3)实践的同时,注重理论的渗透。(4)学习过程成为一个人人参与的创造实践活动,注重的不是最终的结果,而是完成项目的过程。(5)有明确的评分标准,可以对完成的项目是否达到教学目的进行评价。

二、学习目标和学情分析

(一)学习目标。对一门具体课程,衡量期望值的指标是课程标准或教学大纲。“模具制造技术一体化教学”课程期望是理论知识达到中职“模具制造工艺”课程教学大纲规定的教学目标;操作技能达到中级模具钳工国家职业标准规定的技能要求;并通过国家职业技能鉴定考核,取得相应职业资格证书。这是课程总的教学目标。

(二)学情分析。学情分析是要找出学生的背景、学习特性及先备技能,为制定教学目标、教学策略、教学媒体、教学过程以及教学评价等具体的教学设计过程提供依据,创造适合学生的课程。本教学的学习者为中职第二学年学生。相当多同学仍停留在自己是考不上高中的落伍者的心理状态中,希望得到尊重、理解、平等相待,有强烈的自主要求与成功自豪感;部分同学学习基础较差,对纯理论的课堂教学提不起兴趣。

三、学习内容分析

学习内容是为实现教学目标,要求学习者系统学习的知识、技能和行为的总和。为便于进行项目组合,这里将学习内容按模具结构各系统零件加工工艺理论和操作技能两部分分别划分为单一学习单元或单一基础技能。划分时,每个学习单元内容应尽可能保持知识体系的教学单位特征,理论知识和操作技能要便于融合成一个有机的“项目”组合体。同时,要考虑教学的时间安排,避免在同一个“项目”中包含过于冗长的理论内容或繁多的操作技能内容。

四、教学模块(项目)设计

教学模块(项目)设计的根本目的是通过对教学资源、学习过程和学习内容进行组织安排,创设有效的教学系统,以促进学习者的学习。教学模块既要具备项目教学法的特征,又要符合一体化教学的要求。

模块化设计技术篇(2)

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.

模块化设计技术篇(3)

当今世界,能源与气候问题日益突出,在全球气候变暖的大背景下,低能耗、低排放、低污染的“低碳经济”时代即将到来。低碳的循环的能源亟待发展,对于家居生活的低碳能源倡导,我们还没有投入足够的关注。低碳家居作为一个新兴理念在未来发展中将逐渐显现出其价值。本文关注这一理念,并对家居低碳概念付诸实际行动。温差作为我们日常生活中极其常见的物理现象,有着其不为大多数人所洞察的潜在能量,目前对于这块能量的利用还处于初步的阶段,我们采用半导体温度发电模块来对热源能量进行转化[1],其具有无噪音、低污染、转化率相对较高等优点,可广泛地用于对家电废热的回收及利用,所产生的电能可作为家庭辅助电力供应系统来使用。

本器件的重要组件为半导体温差发电片,其以塞贝尔效应[2]为基本原理制成。半导体温差发电是一种将温差能(热能)转化成电能的固体状态能量转化方式。事实上,温差发电片在温差较小的范围内并不能体现实际的利用价值。本文选择空调外机出风作为热源,很大程度上考虑到空调其出风口的温度相较于环境存在较为可观的温差。

在空调外机的出风口处架一与出风口大小相匹配的圆弧形罩面(其尺寸随空调设计规格的不同而调整),照面内部规则镶嵌若干温差发电片如图1(a),系统整体功能的实现是通过热风使得罩面两侧形成一定温度差,内部的温差发电片通过线路排布,整合成效率较高的转化装置,所产生的电能经由配置控制电路或储存在蓄电池或直接加载到用电器上。罩面由五个支架固定在空调外机上,罩面与出风口之间留有空隙,使热空气向侧面流通,防止外机散热受阻,引起压缩机无法工作。发电片在罩面内部的排布参照太阳能电池方阵,其主件是由温差发电片单体串并联获得[3],其扑拓结构如图1(b)。

考虑阵列中所有模块两端的温差构成矩阵 T

假设热电偶的赛贝克系数[4],模块的内阻和导热性都与温度无关。我们可以将阵列模块等效为一个电压源,其开路电压和电阻分别为和,不考虑输出电流的限制,所以可计算得:当时,输出功率取到最大:

这里是单一热电偶的塞贝克系数; 是与组件相关的导热性系数; t是组件两端的温差。从上式看出,该装置的输出功率主要受三个因素影响:发电片的规格及性能参数;模块的阵列拓扑结构;两端温差。

温差发电罩面包括铝制外壳层、温差发电片、线路排布通道、内壳层、整体电流输出线路管,温差发电片利用软性导热硅胶绝缘垫固定在散热铝槽所做外壳。软性硅胶导热材料有良好的导热能力、高强的绝缘效果、厚度可选择、柔软而富有弹性等特点,引导热量由内而外,分散热量使空间内达到均温。在散热设计中的应用是很广泛的。

我们所用的温差发电实验通过构建冷热源,模拟温差发电装置工作环境,测定温差发电装置在不同温差条件下的热电特性。实验得出TEC112706T200温差发电片发电特性如下:

表1 温差发电片测试一试验组数

实验条件说明:冷源温度恒定为30℃;热源加热至稳定20秒后读数;热源初始温度为35℃,逐渐上升。实验测试不同温度等级下的空载电动势得到变化曲线,两组全呈线性增长的变化趋势。由表知,当温度在45℃到55℃时,其发电特性接近于水平,能得到稳定电压1V。我们估计在夏季室外的温度平均可达32℃,而空调外机吹出的热风的温度可达70℃左右。这里的温差在考虑到罩面导热损耗所产生的的温差趋近因素,我们可以确定该款温差发电片能达到预定的功率输出。但是显而易见,其电压水平达不到正常用电器的工作电压,所以可以通过上述的阵列排布将多片串并联起来提高电压,并且针对这一温差发电组件,设计系统的蓄电电路,将温差发电片组件所产生的电能,经过升压,稳压进而储存到蓄电池中以备使用,该电路结构简单,体积小,成本低,而且转换效率达到了90%以上。

模块化设计技术篇(4)

中图分类号: G640 文献标识码:A 文章编号:1003-9082(2014)09-0188-02

目前,高等职业教育是以“职业技能培养”为核心,此培养模式在工科专业体现的较为突出并有较好的效果,而“技能培养”在国内高职院校艺术设计类专业中应用较少。那么,高职艺术设计类也需要结合职业教育的核心特色,大胆尝试,同样探索出以企业为依托,通过校企合作方式,或设置校外实训基地,以真实的项目驱动的教学方式,完成人才培养的任务。

而现阶段国内高职艺术设计类专业的人才培养模式仍然较为传统,各专业较为孤立,缺乏专业特色,整体结构优势不够明显。正式这种针对性、实践性和应用性不强教与学,不仅不利于激发学生的学习热忱和兴趣,在专业技能培养上也无法体现出职业技术教育的特色,最为直接的表现就是学生就业率下降,学生现有的专业技能无法满足企业的用人需求,从而影响各专业持续发展的生命力。

综上所述,高职艺术设计类专业模块化职业技能需要更为系统的串联、统筹和特色平台搭建,因此转化平台搭建设的必要性,现实可见。

一、创意中心的微型产业链项目简介

这里的平台“微型产业链项目”是以天津中德职业技术学院艺术系成立的创意中心为例,创意中心与企业对接,将承接的项目分配给各个艺术设计专业,通过项目驱动,教师指导学生完成教学内容和产品的设计成型,最终服务企业创造效益。创意中心就是这个平台,它将艺术设计类各相关专业的课程知识和校内外各种资源融合有效的串联,其目的是达到学生技能提升和校企项目开发为一体的综合性教学平台,成为面向市场、面向行业的艺术设计人才的培训基地。根据用人单位对艺术设计类岗位的知识技能和工作职责要求,构建以岗位工作能力为主线,以职业要求为标准,建立的一个类似于闭合性链条的创意中心。(如简图所示)

二、现状调研

在天津中德职业技术学院校级课题《基于创意中心的微型产业链搭建――高职艺术设计类专业模块化职业技能转化平台研究》的基础上,本人通过以访谈和问卷的形式完成了课题研究的前期调研工作,论证了高职艺术设计类专业模块化职业技能转化平台搭建的必要性。

1.学生的兴趣点调研

1.1现代社会人们更加注重对自我个性化的追求,对衣食住行等各领域的用品和环境提出了更高的要求,产品已不再是一般的实用物品,而是由里到外,通过它的结构、形态、材质、色彩等给人以美和特别感的个性标志。作为高职艺术设计类的学生更加需要有敏感的专业素养,通过个人的情感、审美和大众文化的感知和理解定义出自身的学习兴趣和后期的设计理念、技术素养,发展方向。

1.2在自己所教授的课程反馈中,发现每位学生都有自己的兴趣点,这些兴趣点也有一定的共性。如学生喜欢成型的物品,学生在学习专业的过程中就可以发现,带有项目驱动任务的教学深得学生的喜爱,如选修类的产品快速成型、陶艺等课程,这些课程能够使学生带着任务去学习相关的专业知识,因为这样学生会在个人的动手技能上得到提升,当任务完成时,有成品的出现,学生会有一种成就感,以及随之而来动力。

1.3基于创意中心的成立,学生们都兴奋不已,纷纷申请自己是否可以去体验锻炼。由此可见,现代高职学生的兴趣点与以往不同,不仅是学习知识,他们更多的是喜欢更早的进入社会实践中,不管自己是否具备一定的专业知识,技能是否能胜任企业的要求,体验创业的成就感是高职学生的普遍心理期望。通过高职艺术类专业模块转化的平台搭建,就可以满足学生的这种需求,同时可以从一定程度上激发调动学生的学习兴趣,动手能力,是抽象知识和实践体验有机结合。

现代高职艺术设计类技能人才所需具备的能力是敏锐的感知能力、分析能力、审美能力、创造能力、表达与沟通能力及市场预测能力。这些素质、技能的培养需要一个较为新颖、较为完整的体系的搭建去改进和培养,因此,这个微型产业链的搭建研究可以为学生提供提升自我能力的完整一个平台。

2.教师调研

通过对系部艺术设计类任课教师的访谈,总结反映出了现在艺术设计教学授课存在一些方面的问题。表现为,学生上课兴趣不高,学习积极主动性差,教学任务完成质量不高,教学进度不能正常推进。其次,学生的设计思路和设计创新性不突出,设计缺乏实用性,设计的是成品而非产品,最终导致没有独立完整的设计产品,同时与企业的实际技能需求相差甚远,学生就业受到了很大的影响。

从教学角度看,一般的教学大纲的教学要求过于传统,教师教案的内容设计也缺乏务实性,教师希望可以通过一些真实的与企业对接的项目让学生去主动动手,教学过程有效实施。

3.企业、市场调研

高职学校定位是“校企合作”、“产学结合”。目前,机械、电气等工科专业正在适用。那么,艺术设计类专业又如何呢?根据艺术设计类学生到企业、公司去实习后的反馈,企业需要有工作经验的设计人员,不愿意耗费精力和财力再去培养刚刚走出学校的实习生。这就表明了,我们的学生能力不能满足企业的需求。经分析,问题在于学生综合技能的培养没有实际的锻炼平台和熟练机会。

企业和学生出现的问题,对高职院校艺术设计类人才培养目标进行了预警。教师的专业教授和学生的学习需要有机统一,如何实现这一统一性,一个浓缩专业的项目平台的搭建便成了解决这一问题的关键。由此,学生可以在学校完成一个真正的项目实操,根据学校现有的教学设备、场所、因地制宜,以学生为本,以就业为导向的职业教育人才培养可以充分突显职业院校优势。

三、高职艺术设计类专业模块化职业技能转化平台搭建的必要性

1.学生学习专业只是停留于学习专业表面形式,而专业知识的融汇能力无法独立完成。所有的设计思路、理念都只是在做表面文章。因此,学生需要相关的教育教学为其搭建平台,去引导和帮助他们进入专业,规范的学习系统,完成从装腔作势的痞子青年到有技能有素养的文艺青年的蜕变。

2.学生学习专业提不起兴趣,即便有教师的精彩授课,可是传统的教学案例无法引发所有学生的兴趣,长此以往,学生便没有了学习的动力,这样没有兴趣点也就无法引发设计的激情,便没有了创作。

3.教师的教学任务无法有效推进,学生设计的产品缺乏创新理念和实用性,教师的教学科研处境尴尬。

4.进入企业后,学生发现所学的专业知识在工作中无用武之地,专业与工作无法顺利接口,对于企业而言,一个项目所涉及的专业范畴较为广泛,对人才的需要也就较为全面。所以说一个专业的学习,如果没有开放、多元性的各个专业的统筹便无法满足现代企业和市场的需求,高职学生三年的教育结果只能是未就业就先失业。

5.通过调查,在目前学校就业部门组织的大学生创业报名活动中,可以发现这样一个现象:学生对于这个活动的参与积极性十分的高涨,据不完全的数据统计,艺术设计类学生参与创业培训报名人数占人数的60%以上,而且低年级的学生也积极参与其中。可见,学生对这个平台搭建的渴望十分迫切。

模块化设计技术篇(5)

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。

模块化设计技术篇(6)

中图分类号:TM873 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)12-0366-01

行业的发展离不开现代高科技的支持,随现代科技发展,自动化技术随之不断进步,拓宽了模块化机械设计的应用空间,也就推动了模块化在自动化设计进入探究阶段。

1.在自动化技术中运用模块化技术的意义

在自动化技术中进行模块化机械设计的运用,主要有两方面的意义:一方面,进行模块化机械设计的运用,可以满足用户对自动化控制系统的开放性需求.。在利用自动化控制系统进行工作的过程中,不同的总线平台需要进行数据的交换和处理.。而在这种情况下,互通性较差的设备将被淘汰,而具有统一控制模式的系统将被用户受接受。所以,进行模块化机械设计的运用,可以使自动化控制系统具备一定的开放性,以便用户更好的进行自动化控制系统的应用,并进行工程成本效率的提高。另一方面,进行组件及模块化机械设计的运用,可以满足自动化控制系统向模块化和标准化发展的需求在进行工艺流程的组合运行时,需要对物理接口与数据传递形式间的差异进行协调。但是,由于目前尚没有模块和期间能够实现不同系统间的通信协议转换,所以导致了系统的工作量的增加而利用模块机械设计的运用,则可以进行自动化系统的模块化数据的简单交互,以便实现系统即插即用,从而提高体系的使用效率。

2.模块技术下的自动化技术

2.1 系统集成的实现

模块技术的运用,需要进行标准化总线技术的借助,以便进行模块间的灵活配置通信关系的实现。而建立在模块技术的基础之上,设备控制的自动化思路则可以得到扩展,从而进行基于生产过程的多设备、多进程控制模式的实现。而作为一种横向集成,该种集成工作的实现不需要依靠编程来实现。而纵向集成的实现,则需要进行系统结构的利用,以便进行高速网络系统的构建。

2.2 “积木”模式的实现

作为组件技术的突出特性,可组合性可以满足用户长期进行重复运作的应用软件应用的需求。而该种模式被称之为“积木”模式,被广泛应用在自动化控制系统中。为了使不同组件供应商可以进行数据的自由交换,需要进行相关的具备一定开放性的信息通信协议的制定。而模块化应用的实现用较为简便,只需要与电源相连接。

3.模块化机械设计在自动化技术中的实际运用

3.1 模块化在设计文件中的应用

回归性分析,机械设计中纳入了较多的数据与文件,这就要求设计人员需充分把握住文件与数据的协调。但实际上,设计人员过于重视产品的开发,忽视了组件设计与模块的结合,于是便制约了模块在机械设计中的应用。目前,为充分结合组件设计中的自动化与模块化,建议设计人员将设计划分为多个模块,且为每个模块设置与之相对应的接口,接口与模块间形成了组合,便于采用组件形式将这些组合整合起来,从而实现一个有机的整体,即产品的开发。值得关注的是,设计人员在实践工作中,为提高模块化的应用水平,除秉承传统理念进行作业之外,应不断自我创新,将模块化子以改造,这也体现了设计人员是否具有丰富设计经验的渠道,也是提高自我价值的实践渠道。现阶段,模块化的设计文件于设计文件中可体现其若需模拟及组合时便可达到提取的应用目的,新产品的开发及设计均需将诸多组件结合应用,因此,若能够将模块化文件加以构建为一个系统化的产品数据库,势必对产品的后续开发与设计带来基本保障。

3.2 自动化模块化设计的基本步骤

在机械模块设计中,高层模块建立于低层模块之上,且为更好地诠释抽象的层次,需以具体层次为判别依据,以上可视为最为基本的系统化设计理念及方法。通常,抽象层次包含了新产品的性能及所实物所体现的逻辑性,且也将产品设计中的宏观战略加以纳入其中。针对模块化机械设计,设计人员可选择以上宏观的抽象设计理念将产品子以模块化分割,并将分割后的各模块与组件设计上的各接口进行组合,形成一个整体,一旦用户对不同模块具有相应需求,便可通过以上组合方式达到使用目的。在此过程中,将新产品这一实物所具备的逻辑性向模块化转型,这就使得抽象的模块所携带的逻辑性经产品的零部件表达出来,这也是子系统设计的主要依据。以上统称为产品设计中前期的模块化。

根据以上对模块的分割,与设计相关的工作人员便可将已分割出来的模块视为重新分配设计工作及调整原始设计的主要依据。因产品设计涉及诸多环节,建议设计人员需加倍重视,而针对模块化设计中,设计人员应充分重视新产品的使用周期,需全面分析影响产品生命周期的潜在影响因素,采用有效手段与方法尽可能规避外部因素。例如,若将产品的模块化分割为采购部件、维修部件及工艺零件等模块,则要求设计人员将机械设计中生产、使用两流程有效的结合起来,成为一个完整的流程。目前,虽然模块设计中已分割的模块不可避免的与企业中不同领域发生冲突,但可采用有效的协调渠道解决这一问题。

4.结语

在模块技术中,自动化属于控制技术,目前,既可应用于模块设计,也可应用于机械设计。组件技术中自动化简化了模块化自动化系统的设计理念,充分应用开放式与集成式的自动化设计理念,且已广泛应用于机械设计中,为机械设计及产品开发等指明了方向。

参考文献

模块化设计技术篇(7)

一、快速设计技术是市场经济发展的必然要求

快速设计技术是当前市场在对产品多样化、瞬变性等需求的形势下提出并发展起来的。快速设也称快速响应设计、敏捷设计。快速设计技术是当前市场在对产品多样化、瞬变性等需求的形势下提出并发展起来的。当前国际市场需求快速变化的特点和21世纪更加个性化的市场趋势,使产品投放市场的时间日益成为决定产品竞争力的重要因素,促进了快速设计技术的发展。产品快速设计与制造的主要目的是缩短产品的设计周期,提高产品设计质量,以及提高企业对市场的快速响应能力。

产品快速设计与制造并没有将其解决问题的范围扩大到企业的整个生产领域,而只是将重点放在缩短产品的设计开发周期上,尤其是总体结构和工艺设计方案阶段,以提高产品一次开发成功和快速响应市场的能力。产品快速设计是先进制造技术发展的产物,是计算机辅助设计与制造技术的发展和延伸,它涉及到并行工程技术、产品数据管理(PDM)技术、专家系统、集成建模、优化技术、网络技术以及价值工程和生产工程技术等。快速设计的理论和方法主要有数字化设计、网络化协同设计、模块化设计、智能化设计和绿色设计等。

二、机械产品快速设计的内涵在于针对市场和客户需求

现代机械产品市场的发展趋势集中体现在用户需求个性化加强、产品交货期和生命周期缩短、产品功能价格比提高等方面。“质量、时间、效益”成为现代产品设计的准则,三者之间既相互矛盾而又辨证统一。机械产品快速设计技术正是解决这一矛盾的有效手段。快速设计技术的目标在于高效率地完成高质量设计,缩短产品设计开发周期,提高企业对市场的快速响应能力。一切有助于加快产品开发速度的理论、方法和手段都可以成为快速设计技术与方法的组成部分。快速设计技术与方法以现代设计理论为基础,融合并行设计、模块化设计理 论、基于知识的智能化设计技术与方法,集成各种计算机辅助技术(CAX)、网络、计算机技术、仿真技术、产品数据建模及数据管理和分享技术,构建特定产 品的设计系统,加快产品设计进度,提高设计质量,快速响应市场需求。

因此,机械产品快速设计的内涵在于针对市场和客户需求,应该充分利用各种产品设计 工具及针对具体产品的设计知识及经验,快速制定满足设计需求的可用于制造的方案,并使方案快速付诸实施。针对这一目标,快速设计从内容上应包含以下几个方面:一是机械产品族结构规划。利用模块化设计方法对产品的结构变形及规格系列进 行规划,建立系列化的产品族结构,构造模块系统并利用参数化、变量化方法建 立产品库、模块库,利用知识化方法建立产品设计对象及其设计过程知识库;二是机械产品设计方案的快速生成。根据用户需求,利用知识化方法和变量化方法,匹配并定制特定产品所需模块,通过模块综合,生成满足用户需求的产品设计方案;三是机械产品设计方案的快速评价与仿真。 对产品设计方案进行装配、运动仿真和动、静态性能分析,评价方案的可行性及设计需求满足程度,对产品设计方案进行优 化并对影响产品性能的薄弱模块环节进行修改。

三、我国机械产品快速设计的实施策略

实施机械产品快速设计是一项系统化工程。其实施策略可概括为以下几个方面。

一是要建立产品需求信息的快速捕捉和决策机制。 充分利用网络技术,快速捕捉复杂多变的市场动态信息,为产品正确地预测 和决策提供保证,并使企业和用户之间的沟通更为直接、快速。市场分析是进行 模块化产品规划的基础,准确的产品定位是模块化发挥最大效益的前提。确定市 场需求量大、前景广阔的一类产品为模块化系统的设计对象,根据用户需求分析, 确定产品的功能、性能、参数范围。

二是要建立模块化产品数据库、知识库及其管理系统。通过产品规划、模块的识别以及产品设计所需的各种知识的提取和加工,建立产品模块及产品知识管理系统。利用基于知识的模块化的产品模型及产品知识 管理系统,能最大限度地重用已有产品模块及其设计知识,使快速设计建立在科 学、正确和合理的基础之上,因而成为能支持富有竞争力的快速产品设计策略的 最有力的工具。

三是要构造机械产品的快速设计集成平台和软件工具集。以重点行业和典型产品的创新设计为背景,提出适合快速设计的软件体系结构,以支撑软件的二次开发为主要手段,利用各种接口将 CAD/CAE/CAM 的应用程序、数据库、规范与标准库连接成一个集成化系统。通过开发各种构件和专 用工具集,建立一个支持复杂信息环境下工程设计应用开发、应用集成和系统运 行的软件平台。以该平台为基础,构建适用于企业和产品特点的快速设计软件

系 统,是实现产品的快速设计有效途径。

四、我国机械产品快速设计系统框架模型

实施机械产品快速设计应以现代设计理论和方法为指导,根据市场需求,综合运用产品创新、概念设计、详细设计所需各种设计技术和设计工具,进行科学化、系统化的设计。 基于述快速设计技术原理究,可建立机械产品快速设计框架体系。该体系分为方法层,工具层与应用层。方法层建立机械产品快速设计的技术、方法体系;工具层提供应用方法层论述的设计技术和方法的工具体系;应用层利用工具层提供的快速设计工具构建面向产品快速设计系统。

1、机械产品快速设计的技术构成

机械产品快速设计基本技术和方法包括模块化设计技术,智能化设计技术和各种计算机辅助技术(CAx)。模块化设计技术是实施快速设计,构建机械产品快速设计系统的核心和基础技术,包括模块化产品族规划、模块化产品数据建模和管理、模块化产品方案设计、方案评价技术等;智能化设计技术是提高产品设计速度和质量的重要手段,主要任务包括产品设计经验和知识的采集、整理、表达、建模以及基于知识的推理求解技术等;各种计算机辅助技术是快速设计的重要工具,包括各种 CAD、CAE、CAM 工具。 企业实现产品族系列规划和客户化产品设计要以产品结构的模块化为基础。 构建模块化的产品族系统将使多数新产品设计任务可以利用对现有的产品和模 块进行变型获得初始设计方案,而无需从零开始重新设计。在进行模块化设计的过程中,引入智能化设计的手段和 CAx 工具,可提高产品设计开发的质量和效率,保障产品设计、制造的成功率。将 CAx 技术和智能化技术引入机械产品快速设计系统的重点在于智能化设计与 CAx 技术的集成,构建 KBE(Knowledge Based Engineering)系统,通过对 产品设计知识和经验加以总结、提炼,提高设计进程的智能化和自动化程度;利用 CAx 平台,建立产品数字化三维实体模型、进行产品结构动、静态性能的分 析和产品装配、运动仿真、可制造性分析,实现数字化的产品设计。

2、快速设计软件工具系统的构成

实施机械产品快速设计需要构建特定的计算机辅助快速设计(CARD)系统, 利用计算机平台来完成产品数字化的设计开发过程。快速设计需要各种计算机辅助工具的支持,一方面要充分利用现有的、发展 成熟的方法和工具,同时还要设计开发面向具体应用、解决具体设计问题的计算 机软件系统。这些都称为快速设计软件工具,根据在快速设计系统中的应用可以 划分为如图 2-5 所示的三个层次:支撑快速设计的支撑平台;实现特定方法或 特定任务的快速设计使能工具;面向具体产品的专用快速设计系统。快速设计的使能工具则是针对快速设计技术中的具体技术方法开发的软件工具,如实施模块化设计的模块划分工具、模块综合工具以及应用智能化设计的 知识建模工具、知识推理工具等。使能工具通过在快速设计支撑平台的基础上进 行二次开发等手段使 CAD、CAE 工具软件能够有效地溶入快速设计系统。专用快速设计系统是针对特定类型产品的专用设计工具。通过将快速设计使能工具集在统一的平台下集成,并针对具体产品的特点建立相应的设计知识库、 模型库、图形库,可快速地构建特定产品快速设计系统。 快速设计软件工具系统的层次性使之能够满足对一定范围内不同种类的产品进行快速设计的需求。快速设计系统使能工具集由模块化设计工具集,智能化设计工具集和 CAx 应用工具集三类构成,从快速设计系统构建和应用的角度可分为快速设计系统构建工具集和产品方案快速设计工具集。

3、快速设计系统集成平台

快速设计集成平台的作用体现在两个方面:一是将快速设计使能工具集和各种支撑工具有机集成在统一的框架内,使之能够为具体的产品设计任务提供快速设计支持;二是提供对并行协同设计模式的支持,使各个设计环节之间能够进行有效的分工与合作。

机械产品快速设计系统数据建模是基于信息理论和计算机技术建立一定的数据模式定义和描述整个生命周期中产品的数据内容、活动过程及数据联系的信息模型。构建机械产品 快速设计系统首先要解决产品建模问题,支持快速设计系统的集成和快速方案设计过程。 机械产品快速设计是以模块化设计技术为基础,面向产品族的设计开发,产品结构以模块作为基本构成单元。产品的结构构成模式为产品----模块----子模块,具有层次化的特点。其中,产品、模块与子模块是一组具有相对关系的概念,如在加工中心机床中,刀库模块对整个机床来说是模块,但对组成刀库的 子模块来说,它本身可视为一个模块化产品,拥有自己独立的模块系统。因此, 可以对产品、模块和子模块建立统一的数据模型,即模块数据模型。集成化模块数据模型的信息构成,主要包括功能信息、性能信息、、结构信息、管理信息和知识信息。

作者单位:咸宁学院信息工程学院

参考文献:

模块化设计技术篇(8)

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

模块化设计技术篇(9)

中图分类号:S611 文献标识码:A文章编号:

依据系统的功能,对其进行若干模块的分解,同时在模块不同方式的组合中,促使不同规格、品种的产品生产和制造是模块化设计的主要内容。机械产品的设计制造过程中,模块化设计同时与柔性加工技术、成组技术、计算机技术相结合,对同一功能的单元进行设计,使其成为可互换且性能不同的模块,从而形成不同规格产品的重新生产和应用,在一定意义上,促使了机械设计制造的发展和创新。

一、模块化的概念

(一)模块的划分及设计方式

对于模块系列的设计,模块的合理划分非常重要。一方面,考虑管理与制造的方便,对组合可能产生的混乱进行避免,使其具备一定的灵活特性;另一方面,还要考虑模块系列的扩展及变型产品的辐射。所以,对于整体系统的设计,必须要对结构要素和功能要素进行全面考虑,其中,划分所应注重的内容包括:整个系统中,模块的作用及更换的必要性;其功能、结构的设计必须具备完整性与独立性;便于模块接合要素的分离与联接,且模块的划分不能对系统的主要功能造成影响。划分原则为:尽量控制模块的组成数量,并促使更多产品的组成,且在满足基本功能、结构要求的基础上,形成成本低廉、性能稳定的高精度产品,同时确保模块结构的规范与模块联系的设置趋于简单化。模块化设计过程中,主要的核心内容是模块的组合,同时又称为接口。显而易见,相同功能模块的互换、不同功能模块的组合都是模块化设计的主要形式,这也就决定了模块的可互换性及可组合性两个主要特征。而这两个主要特征,通常在接口上有所体现,进一步促使模块规格化、通用化、标准化程度的提高也就具有重要意义。

(二)设计步骤

模块化产品的研制过程和设计过程是模块化设计的两个不同层次,而实质的模块化设计所遵循的设计步骤与一般技术系统类似,与一般技术系统相比只是更为复杂,所需的成本费用也比较的高,对于每个零部件的功能发挥,都不能是单一的。其主要步骤为:对市场的具体情况进行调查和分析,而这则是促使模块化设计顺利实施的基础工作;对所设计的产品功能进行分析,同时拟定产品的系列型谱;依据产品的结构和功能,对重要的参数范围及主参数进行确定;通过模块化设计类型的确定,对产品模块进行合理划分;对模块的结构进行设计,促使模块库的有效形成;对产品模块相关的技术文件进行编写。

二、模块化设计的技术研究

(一)与柔性制造技术的结合

柔性制造技术的目标是快节奏、多样化生产,系统对生产反应的多变性、可变性及灵活性是其强调的主要内容。针对柔性技术这一要求的实现,模块化正好能够对相关的重要依据进行提供。对于模块化技术而言,其通过通用模块的利用对机床共性问题进行解决,能够取得一定的效果;而对于个性问题的解决,仍能够集中精力,使最少模块组合原则实施的基础上,促使更多机床的有效形成,从而满足柔性制造技术的多样化要求。以机床为生产工具,可对其模块的特性进行合理运用,促使一机或一模多用的形成。重新对机床模块进行组合,可最大程度的满足系统的柔性要求。而依据模块化技术的运用,在硬件方面促使系统柔性特征的实现,也是机械设计制造业重要的研究方向之一。

(二)成组技术的处理特点

现代生产的多样化,在成组技术与模块化方面都有体现。其中,成组技术的理论依据是零件工艺、形状方面的相似性,对相关事物的相似性进行研究,同时对其归类成组,在规范化处理和标准化处理的基础上,对小批量产品的生产进行流水作业生产方式的改进和转化。对于模块化技术而言,类似于大批量元素、中批量子系统、小批量系统的效果实现也是其追求的重要方向,通过对机床部件相似的运用,对相关性的功能部件进行统一和简化,从而促使模块的整体化形成。两种技术对于事物的处理,存在着共同的特点,如对具有相似性的事物进行集中处理;规范化、标准化处理重复性事物;重复对信息进行使用等。同时,成组技术与计算机技术的结合也越来越普遍,工艺设计、制造方面的进展也是非常巨大,而作为模块化技术,将要发展的方向也是这一内容。

(三)计算机辅助技术

模块化技术当中,对数据库技术和计算机辅助技术进行结合,所取得的效果非常突出,一定程度上,大量的、复杂的重复性工作和计算都能够得到有效的处理和解决,与人工相比,其条理性、一致性、稳定性的超越是显著且优越的。此外,利用模块化方法,对复杂的系统进行分解,使其形成简单的子系统,同时在各子系统当中对计算机技术进行运用,其计算机功能的发挥是非常巨大的。

三、模块化设计技术的应用探究

(一)数控立式车床模块的划分

模块划分原则的确定依据是立式车床的模块化要求和结构形式,主要包含的内容为以下几点:1.独立的功能单元作为模块,在结构方面促使已分解功能单元的独立化,从而形成的模块在搭配、拼组过程中,操作非常的简便,对于多种变形产品的构成也有重要作用。2.部件作为模块,使其形成一定的完整性,装配质量的确保就能够得到实现。3.组件作为模块,分解并细化功能后,同样能够对部件中的组件进行模块化处理,在零件更换的基础上,促使部件不同性能与用途的发挥和实践。由此形成的组合方式,与整个部件的更换相比,要更为灵活。模块划分过程中,机床大件的模块化也要引起注意,规范大件的结合要素,使分离与联接更为容易。当然,模块的发展空间也非常重要,只有这样,新技术的引入才不会受到模块结构的阻碍。

(二)车床的功能分解

划分模块的过程中,要以数控立式车床的总功能为出发点,对其进行分解促使独立功能的实现,对分功能继续进行分解直至形成功能元。功能元作为基本单元,对分功能、总功能的组成非常重要,通常与功能模块为对应关系。分解总功能时,必须对总功能中分功能的实现及用户的要求进行全面考虑。而用户条件的不同使得机床规格及性能的确定也有所不同,而模块的组成产生的效用差异也是巨大的。车削是单柱数控立式车床的总功能,可对螺纹、平面、沟槽、内外圆锥及各种旋转曲面体进行车削。而单柱数控车铣加工中心除车削功能外,还具备有良好的铣镗功能,通过辅助功能、支承功能、执行功能、传动功能可对其进行细化和分解。

(三)车床的模块划分

分解总功能,其功能与实现功能的模块具有一定的对应关系。如通过单一模块促使某一功能的实现;多个模块共同促使某一功能的实现;某一个模块促使多个功能的实现;其分别为一一对应关系、单对多的关系、多对单的关系。如图1所示。

图1 功能与模块的映射关系

依据模块与功能的映射关系,对数控立式车床的结构型式及特点进行考虑,通过模块划分原则的运用,可对通用的模块进行划分。其可分为监测模块、辅助模块、支承模块、执行模块以及传动模块,同时还能够继续进行细化和分解。分析同一功能的模块,其结构与用途存在着差异而,而相同接口结构模块的形成,在结构模块的组合过程中,可以促使不同性能与用途的数控立式车床产品的设计和制造。

结束语

总而言之,模块化产品的设计应用,使产品的精度和性能稳定不断提升,形成成本低廉、结构简单的机械产品。而随着规格化、标准化、通用化程度的进一步提高,模块的互换也就变得更为可能,其机械化设计与制造水平也会得到进一步提高。

参考文献:

模块化设计技术篇(10)

基于组件技术的自动化技术

横向与纵向的集成在实现组件技术的时候,应借助标准化的总线技术,组件之间可以利用此技术实现灵活的配置通信关系。基于组件技术的自动化可以拓展到现有的基于设备控制的自动化思路上,进而实现基于生产过程的多设备、多进程的控制模式。此种控制是一种横向的集成,并不需要进行编程即可实现集成工作。利用 TIA 的系统结构,为整个控制网络提供一个高速网络系统,将路由作为整个系统的交互节点,完成现场控制总线与工业以太网的数据交互,这样就可最大限度地提高系统速度,同时采集与产生的信号也可直接传输到管理节点,而来自管理层的指令也可通过网络传递到现场。这样的垂直透明的集成可以轻松地建立起满足大量信息传递需求的管理模式,进而实现管控一体化。系统可以实现“积木”模式组件的突出特点就是其可组合性能,即满足易用且可重复的软件功能。这就是一种“积木”的思路,它已经大量应用在自动化控制系统中。因为大多数的数据交互与通信都已经建立在计算机平台上,所以组件技术可以在自动化系统中形成一种事实化的标准,即某个公司的软件成为了系统的基础。然后再按照一种既定、开放的通信协议,使得不同的软件供应商之间的组件自由实现数据交换。基于组件技术的自动化系统能够实现模块化的目标,即插即用。

模块化设计与组件设计在机械设计中的应用

模块化设计技术篇(11)

[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。