徐晓佳

摘 要：依据模块化理论及原理，分析了模块化的原则及优点，论述了模块化设计思想在电梯领域的应用现状。通过实例论证模块化设计不仅适用于电梯产品设计、研发，而且有较好的经济效益。

关键词：模块化 电梯 部件

1.模块化设计的概述

模块化设计（Modular Design）是将模块化思想引入产品设计，着重解决产品品种、规格与设计制造周期、成本之间的制约关系的现代设计方法。在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行结构或功能分析的基础上，划分并设计出一系列模块，通过模块的选择和组合构成不同的产品[1]。

2.模块化设计在电梯领域的应用现状

目前的工业化生产已经从过去的大批量生产逐渐转变为个性化生产的阶段。哪个工厂可以更加灵活的适应不同的客户要求，哪个工厂就可以最大限度的占有市场，赚取利润。电梯行业更是如此，电梯行业的客户目前看重的不再是电梯能够载人上下而行的最基本的功能，因为这些功能在各个电梯制造厂商之间没有显著的区别，对于客户来说他们更加注重电梯的一些辅助功能，这些功能往往是电梯制造商之间竞争的焦点。而且客户对这些辅助功能的要求是没有任何规律可循的。电梯的设计不但要取决于客户的要求，还取决于电梯所处的环境制约因素，每个客户的建筑物的井道尺寸都有可能不一样，这些因素必然使得电梯需要不同的设计。在这种情况下如果工程师根据每一个客户的要求都去做专门的设计，那就很难满足交货期和设计质量。因为这需要很长的研发周期并且投入很大的人力和金钱。

在这种情况下，已有电梯的研发部门考虑对整个电梯系统进行模块化设计，也就是对每一个电梯子系统都进行多种方案的设计以达到不同的功能或客户要求。比如轿厢的装潢就可以考虑不同的客户要求推出多种设计方案，这些设计方案尽可能的不要影响其它子系统的设计。换句话说，这些设计方案应该是在满足一定的设计规则的前提条件下的。这个时候，轿厢装潢的多种设计方案对其它子系的选型不会产生影响。对于一个电梯的新产品，研发部门只要针对于每一个子系统开发出若干个不同的设计产品，而且每一个子系统的连接不存在任何问题，这样客户的选择就可以有很多种组合了，而且不需要我们花费时间和人力物力去进行整合设计 [2]。

3.电梯产品模块化设计

3.1.模块化设计的原则

模块化设计主要有以下两点原则：（1）结构可组合与重构性。模块是系统分解的产物，是系统的组成部分，用模块可以组合新系统，模块也易于从系统分离、拆卸和更换。（2）结构、功能相对独立性。模块虽然是系统的组成部分，但不是对系统任意分割的产物，是具有明确特定结构或功能的单元，其结构或功能是不依附于其它模块相对独立的存在[4]

模块化设计是一个有目标、有组织的活动过程。如果以产品功能进行模块化设计，那么图1可以形象地描述产品模块化的设计过程。

3.2.电梯的模块化设计

对电梯产品来说，可理解为由机械系统和电气系统两大部分组成。基于模块化设计的原则，因机械系统与机械结构有较强的相关性，可考虑用机械结构的特点进行模块化设计；而电气系统与不同的功能有明显的对应关系，可考虑用不同功能的特点进行模块化设计。

下面分别以电梯机械系统的轿架部件和电气系统的控制屏部件为例，进行简要的模块化设计。

（1）电梯的轿架主要用于支持整个轿厢系统，载着轿厢在曳引钢丝绳的作用下沿着电梯导轨上下运行，它要具有足够的强度，同时也要保证轿厢内乘客乘坐的舒适度。

一个典型的轿架部件，应由图2所示的模块组成。

如图2所示，轿架部件主要由8大模块组成，假如第i个模块有Ni设计方案，那么对轿架部件，针对不同设计方案，设计者需要设计的总方案数有：N1×N2×N3×N4×N5×N6×N7×N8种。

但采用扁平后模块化设计的原则，并根据轿架的结构特点进行模块化设计，则需要设计的总方案数有：

N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7+N8种。

为了更形象的说明模块化设计的优越性，可假设轿架8个模块中各个模块的设计方案数分别为N1=4，N2=6，N3=6，N4=2，N5=5，N6=7，N7=4，N8=3，那么分别采用非模块化设计与模块化设计需要的总设计方案数对比，如表1所示。

从表1可以看出采用模块化设计可以大大减少设计方案数，从而提高设计效率。

（2）控制屏一般安装在曳引机旁边，是电梯的电气装置和信号控制中心，主要功能是操作控制和驱动控制。电梯很多个性化辅助的定制功能，如并联控制、停电自救平层等都是包含在控制屏里面进行设计生产的。

假如，控制屏除了基本功能外，可提供给客户选配的辅助功能有并联控制、微动平层、地震管制、物联网功能、停电自救平层这5种，那么利用模块化设计的原则，并依据控制屏拥有不同辅助功能的特点，可将控制屏按图3划分成6大块。

如图3所示，控制屏部件主要由6大模块组成，若当前控制屏的可选配的功能有M种（M≧0，当客户只选择控制屏基本功能时，M等于0），则为应对客户的不同选择，需要设计的总方案数有：2M种。

但采用模块化设计后，需要总的设计方案数只要：M+1种。

同样为了更形象的说明模块化设计的优越性，以图3的控制屏为例，控制屏有M=5个辅助功能模块，分别采用非模块化设计与模块化设计需要的总设计方案数对比，如表2所示。

从表2同样可以看出采用模块化设计可以大大减少设计方案数，从而提高设计效率。

4.总结

模块化的宗旨是效益。模块化的意图和最终目的是为了满足人们对产品多样化的需求和适应激烈的市场竞争，在多品种的制造模式下，实现最佳的效益和质量。模块化是解决标准化与多样化矛盾的有效手段。

模块化设计的思想的应用领域越来越广阔。本文只是从其中的一个角度出发，阐述了模块化设计在电梯领域的应用。由于模块化理论体系越来越成熟健全，并且有关电梯的科学技术也在不断更新换代，相信将两者有效合理的結合在一起，肯定会对电梯未来的发展起到推波助澜的作用。

参考文献：

[1] 王一丹，模块化理论在产品创新中的应用[D]，北京化工大学，2008.

[2] 龚京忠，基于FPBS的机械系统模块化设计方法与应用研究[D]，国防科学技术大学，2008

[3] 朱昌名，张惠侨，洪致育编，电梯与自动扶梯-原理、结构、安装、测试[M]，上海，上海交通大学出版社，1995.

[4]童时光，模块化原理设计方法及应用[M]，北京，中国标准出版社，2000.

[5] 贾延林，模块化设计[M]，北京，机械工业出版社，1993.

[6] 陈家盛编，电梯结构原理及安装维修第2版[M]，北京，机械工业出版社，2001