赵金木

（福水智联技术有限公司，福建 福州 350000）

随着科技的快速发展，我国在制造业领域不断地开始采用系列化模块化设计的理念，结合当代的社会发展需求，在机柜机箱产品的机械设计时引入系列化模块化设计的理念，这有利于行业产品的标准化推广及使用，有利于后期产品的维护与升级，消除和减少贸易技术壁垒，促进各单位技术共同合作。

1 系列化模块化设计理念

系列化模块化设计理念属于一种标准化的体系范畴。模块化设计就是将一个系统分割成几个相互独立的部分，即是几个模块，每个模块都是具有独立的功能，具有相同或相近的几何尺寸和安装方式，具有一致的输入、输出接口，各模块在功能结构方面保持独立性和完整性。模块化是标准化的高级形式，是标准化的发展，用相同或不同模块可组合成新的系统，也便于从系统中拆卸更换。模块具有通用性、互换性、典型性、兼容性。标准化通用化只是在零件级别进行通用互换，模块化则是在部件级别，甚至子系统级别进行互换通用，从而实现更高层次的简化。系列化模块化设计，可以使整个产品生命周期中的规划、设计、采购、物流、生产制造、升级和维护简化。系列化模块化设计即考虑产品的通用性和互通性，必须引入系列化模块化设计理念，跟进与改进社会形成的模块化和系列化的发展趋势。

2 机柜机箱的模块化设计过程

2.1 模块化设计的主要作用

机柜机箱在实际的应用过程中，对于整个系统起着很重要的作用，不同系统的使用功能和使用环境对于机柜机箱的要求也是不一样的，因此设计出一款具有通用性的产品是不太现实的，但是可以引入系列化模块化设计理念，设计出一种具有不同的侧重点的模块化的系统，针对不同的使用情况进行灵活的组合和变化，这样可以缩短产品的研制周期，避免了各种产品的生产效率的降低，可以避免重复设计，提高了整体设备的应用领域。用户可根据自己的需求选用机柜产品，再选用满足需求的机箱产品。模块化设计的另一个主要用途是使机箱机柜在各个领域之间的适用性更加方便，加强机箱机柜的灵活性，模块化设计不光可以提高机箱机柜的生产效率和缩短机箱机柜的生产周期，也可以提高机箱机柜满足不同客户不同需求的能力。

2.2 机柜模块化的设计

在实际的应用过程中，机柜模块化设计主要是考虑机柜本身各部分的拼装及安装不同的机箱和机箱的数量，还需考虑线缆走线、散热模块、电源模块等的安装。机柜分为控制台机柜、网络机柜、服务器机柜，机柜的深度、宽度均有要求，一般用U 来表示机柜尺寸的单位（1U=44.45mm），目前使用较广的是19′机柜，19′机柜是指机柜内安装机箱的法兰最外侧的宽度（482.6mm=19′），以U 为基本单位来区分机柜的系列，比如5U、8U、10U…系列机柜。5U机柜是指内部空间可安装一个5U 机箱的机柜，也可以安装5 个1U 的机箱。机柜内的机架上有固定机箱及各功能模块单元的孔位，孔位的间距和大小是标准化的以满足不同规格机箱的安装要求。

图1 19‘机柜的基本安装尺寸

图2 标准机箱的基本安装尺寸

如图1 所示，1U 机箱在机柜内占用44.45mm 的高度空间，在宽度方向的固定孔距是确定的（即465mm）。这样，按照系列化模块化来设计的机柜，可以安装不同规格的机箱，可满足用户的各种需求。机柜主要是机箱的载体，机柜的尺寸和形式主要是由机箱来决定的，设计机柜时先考虑安装机箱的样式及个数，同时预留一定的空间给将来扩展使用，未安装机箱的位置用盲板封盖住；考虑到机箱模块单元的散热需求，通过计算确定散热模块的安装数量，同时留有一定的余量。机柜的材料主要是钢板，通过数控弯折、冲压成型，再经过一系列的后处理后做成成品。

2.3 机箱模块化的设计

机箱的种类有很多种，不同使用环境和使用条件对机箱的要求是不同的。这里主要讲述19′机柜安装用的机箱。设计机箱时必需考虑机箱内部元、器件相互间的电磁干扰和散热；必需考虑机箱的强度、刚度问题；必需考虑实际工作环境和使用条件，采取相应的措施以提高机箱的可靠性和使用寿命，保证产品技术指标的实现。机箱尺寸是根据在机柜所占用的高度及机箱内元器件的大小确定，外形尺寸选用标准尺寸，也可以先选定标准的外形尺寸，再配合硬件工程师的工作，进行机箱内元器件的布局分配。一般也是用U 来表示机箱尺寸的单位（1U=44.45mm），1U机箱即指高度占用19′机柜内1U 空间的机箱，2U 机箱即指高度占用19′机柜内2U 空间的机箱，以此类推。根据不同的需求，设计系列化的产品1U、2U、3U......。单个机箱内则是考虑模块化的安装方案，机箱内有一系列固定面板模块单元的孔位，孔位的间距和大小是标准化的以满足不同规格面板的安装要求，一般是用Te 来表示孔位的间距和面板高度尺寸的单位（1Te=5.08mm），面板高度一般是Te 的整数倍减去必需的间隙,通常为20(4Te)、40(8Te)、60(12Te)、80(16Te).....,根据不同的需求确定面板的高度。

如图2，标准机箱在宽度方向的固定孔距是确定的（即465mm），最外侧的尺寸（482.6mm）也是确定的。机箱的高度H 是根据机箱的类型（1U、2U......）来确定,高度方向的固定孔距h1 及其位置要根据机柜上的预留孔位确定。机箱内面板单元的安装也是模块化的设计，用户可根据自己的需求选用合适的模块，未安装面板的空间可用盲板封盖。

3 机箱机柜机械设计理念的特点

3.1 整体设计产品完整化

在实际产品设计过程中，设计人员可以通过对市场相关的产品的功能进行调查，规划出一个科学有效的方案，通过进行模块化的有效组合，从而产生特定的产品。此外，还可根据不同的使用环境和用户需求，产生不同的组合，从而形成一个全新的产品，使得产品在结构上和功能上都能够满足相应的需求，继而进一步提高产品经济效益和社会收益。

3.2 减少产品的设计周期

在实际的设计中，为满足不同用户的需求，可通过系列化模块化设计，将产品进行内部模块化分工设计，各部分设计同步进行，依据要求定义几个标准的模块，这样机械设计的周期可以缩短，同时各种部品的种类减少了，在模具开发上可以节省成本及缩短生产周期，制品的采购、生产周期也缩短。通过利用模块化设计，可以很好地提高现在机箱机柜设计的效率，从而缩短整个产品的设计周期。

3.3 实现模块化设计的知识管理和集成管理

在具体的模块化设计过程中，要对整个产品结构设计进行一个实际性的规范调研和学习，查询行业的相关标准，充分了解标准对于各部分结构尺寸的规定。前期对产品知识进行各种科学合理的规划，为各模块的设计人员提供一定的便捷方式。实现模块化设计的知识管理和集成管理，可以提高管理层的效率，加强在管理层内部人员的使用,合理分配技术人员的工作。

4 结语

综上所述，机箱机柜作为系统的最基础的结构体系，对其内部的电子元器件都可以起到很好的保护作用，对电路的功能的实现起到相当重要的作用。在整个系统中具有很高的地位。因此，机箱机柜行业采取系列化模块化设计理念，有利于向标准化、通用化发展，有利于产品在各领域的推广使用，降低生产成本提高生产效率，提高整个产品的市场竞争力。