南宁市德泰电梯制造有限公司 广西壮族自治区南宁市 530011
摘要：随着社会的发展和人民生活的改善, 电梯的使用越来越普遍, 给人们的工作和生活带来极大便利。目前使用最普遍的是曳引式电梯, 这类电梯由曳引、导向、轿厢、门、配重、电力拖动、电气控制和安全保护等系统组成。电梯作为一种垂直交通设备，其安全可靠性与人民生命息息相关。因此，对电梯模块化设计方法分析，有其必要性和现实指导意义。本文分析了电梯产品研发项目模块化设计方法。
关键词：电梯产品；项目模块化；设计方法
当电梯载重量、井道结构形式、轿厢有效面积和使用场合等要求不同时, 电梯结构和尺寸就要相应调整改变, 由于电梯结构复杂, 设计人员的工作量很大。如果推广使用标准化电梯, 可以大大减轻设计负担, 提高生产管理水平。
一、电梯产品研发项目模块化设计方法
1.模块功能划分方法。模块是模块化产品的基本组成单元，模块划分是模块化产品设计的基础。模块是否被科学合理的划分、模块的层次、规模和数量能否被合理地处理都是影响模块化设计成功的至关重要的因素。
（1）产品功能的混合分解。模块划分的标准较多，但目前最常用的是按功能划分，当某类产品的市场需求种类较多或需求变化较快时，模块划分通常侧重于面向设计，主要根据产品的各个组成部分间功能上的相关程度进行模块划分，即对产品的总功能进行分解得到一系列基本的功能单元，然后按照相关性影响因素进行聚类分析，最后得到功能模块。按照模块划分的功能分解把电梯的整个系统分解为八大模块如图1所示。
（图1） （图2）
（2）混合模块化设计运算流程。目前的模块划分方法比较多，针对不同的研究对象，每个模块划分方法的侧重点也不同。混合模块划分方法是针对产品改型设计时对模块进行划分，综合按功能和零件划分方法，实现产品模块的划分，主要包括以下4 个步骤。步骤1: 确定需研制新产品的设计需求，将其映射到功能要求上，以其为基础，在现有的产品库中搜索最能满足此功能需求的产品。步骤2: 结合所搜索到的现有产品，分析新产品的功能需求，将其分为三类: 原产品具有的功能需求、需修改功能和需要添加的新功能。步骤3: 将原产品具有的功能需求直接映射到已有产品的零、部件结构，将需修改和需要添加的新功能方法按功能划分方法划分为模块，再将新功能模块映射到零部件结构。步骤4: 新产品部分的模块划分通过零件划分方法被最终确定下来，从而实现产品设计的模块划分。
2.模块化设计。一个企业大批量生产某种产品，但又根据每个用户的各自的个性化需求进行产品的变型。电梯的生产采用的基本方法是将定制产品的制造问题通过产品重组和过程重组转化为或部分转化为批量制造问题，看似提供给用户的是全新的、定制的个性化产品，而实际产品则主要由一定的模块组合而成，所以产品的模块化设计是电梯产品实现大规模定制生产的关键技术之一。电梯是由通用部件( 如曳引机、导向系统、限速器等) 与较少量的专用部件( 如轿厢、对重装置等) 零件组合而成，这些通用部件是事先经规划设计好并可成批量制造。电梯厂家和主管部门已经对电梯通用部件系列制定了统一的标准，当需要1 台新的电梯时，只需要设计和制造电梯中的专用零部件，然后与现有的或外购的电梯通用部件组装在一起即可，这样能大大缩短电梯的设计和制造周期，降低成本。从上述分析中可以总结出: 电梯产品模块化设计的基本思想是，在全面分析和研究需求的基础上，开发一些具有独立功能的电梯模块，由这些模块组成完整的电梯产品族。不同需求主要集中在适用场合、井道结构形式和轿厢有效面积以及额定载重等几个方面，因此在分析了这些需求之后，得出电梯中的专用部件主要是轿厢和配重。所以在电梯的机械系统中，电梯生产厂家一般主要设计轿厢、配重等部件，而曳引机、缓冲器、门系统中的门机等模块主要根据电梯的速度、载重量、功率等参数选配。
二、实例分析
某电梯载重量、井道结构形式、轿厢有效面积和使用场合等要求不同时, 电梯结构和尺寸就要相应调整改变, 由于电梯结构复杂, 设计人员的工作量很大，利用结构模块化与参数化方法设计产品，对于特定种类的机械产品, 由于其组成部分通常较为明确且相对稳定, 结构模块的划分比较容易, 因此适宜采用结构模块化设计方法。
1.模块的集成。在机械模块划分及独立设计完成后, 要进行模块的集成, 集成必须遵守以下规则:一是每个模块的选择必须满足设计要求;二是模块组合必须满足各模块间的配合要求。模块集成是指通过选择具有不同功能的模块,评价他们在功能融合和机构叠加上的可能性、合理性和实用性, 进而集合成具有特定功能及某些特殊功能或特性的系统或产品。本系统中当电梯的所有零部件设计完成后, 应检查装配过程中是否有干涉, 并检查各个运动部件的运动是否正确, 以及在运动中有无干涉产生。电梯轿厢结构设计系统模块集成过程如图2所示。
2.参数化设计。模块化产品设计首先就是选用模块, 并以所选取的模块为中心展开产品的总体设计和详细设计。设计者应在全面弄清待设计产品的功能要求的同时, 掌握模块系列构成和各模块的功能和接口, 对二者进行反复分析、综合, 选用合适的模块。如果有必要, 将选出的模块作为基型模块进行改型设计, 以满足用户的多样性要求。当电梯载重量、井道结构形式、轿厢有效面积和使用场合等要求不同时, 电梯结构和尺寸就要相应调整改变。因此, 在电梯轿厢结构系统中应用了参数化设计技术, 通过对设计参数的修改, 便可以实现对三维模型的修改, 因此能极大提高重复设计效率, 也能快速建立体现整个产品外形的模型。
3.电梯轿厢结构模块化及参数化设计系统的实现。本系统是基于三维软件设计的。所有模块都是全数据相关的, 设计过程中任一处的修改, 能够扩展到整个设计中, 同时自动更新所有的工程文档, 包括装配体、工程图等。二维参数化程序设计可以采用程序自动生成工程图的方式实现参数化设计。但在零件的三维设计中, 由于三维模型的创建要涉及到草图、基准、曲面和实体等各类的特征, 直接利用程序生成三维模型非常困难。参数化程序的设计繁琐且复杂。因此, 系统采用与二维参数化程序设计完全不同的另一种适合于三维参数化程序设计的方法。参数化程序针对该零件的设计参数进行编程, 实现设计参数的检索、修改和根据新的参数值生成新的三维模型的功能。设计人员可随时对轿厢的任一结构模块进行参数和尺寸的设计修改, 获得符合特定要求的轿厢结构轿厢的所有零部件设计完成后, 还应检查装配过程中是否有干涉, 并利用软件的运动仿真功能模拟轿门的运动, 检查各个运动部件的运动是否正确, 以及在运动中是否存在干涉。
企业如何适应这些需求，开发出快速、高效、可靠的产品并能满足客户的个性化、多样化需求的产品成为其生存和发展的重中之重。模块化设计方法作为一种有效地设计方法，它能以快速、经济的手段设计出高效、可靠的电梯产品，满足客户的需求。模块化的基本目的就是在异常激烈的市场竞争中和多样化、个性化、多品种的条件下，不断开发出新产品，改进产品质量和可靠性。
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［3］侯亮，唐任仲，徐燕申． 产品模块化设计理论、技术与应用研究进展［J］． 机械工程学报，2015，40(1) : 56－61．
作者简介：赵勇：（1974年12月），男，河北曲阳，本科，工程师，电梯工程。
论文作者:赵勇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/17
标签：电梯论文; 模块论文; 产品论文; 功能论文; 方法论文; 结构论文; 参数论文; 《建筑学研究前沿》2017年第8期论文;