商用车挡泥板模块化设计

魏莉薇

（东风汽车有限公司 东风商用车技术中心，武汉 430056）

模块化是一种新的标准化形式，也是一种现代设计方法。当今市场瞬息万变，用户对商用车挡泥板功能及结构的要求也各有不同，为了满足用户多样化的需求和适应激烈的市场竞争，实现最佳效益，对某型商用车挡泥板应用了模块化设计。本文首先给出模块化及产品模块化设计的概念，然后论述了模块化设计原则、方法及原理和模块划分原则，最后阐述了模块化设计在商用车挡泥板上的实际应用以及取得的巨大经济效益。

1 模块化及产品模块化设计

根据童时中一书给出的定义：所谓模块化，就是为了取得最佳经济效益，从系统观点出发，研究产品（或系统）的构成形式，用分解和组合的方法，建立模块体系，并运用模块组合成产品（或系统）的全过程。

产品模块化设计是指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功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过功能模块优化、选择及组合，构成不同的产品，以满足用户提出的不同要求。

模块化设计的出现和形成，并不是偶然和孤立的，它经历了互换性设计、组合化设计和积木化设计三个阶段才逐步建立起来，其发展和完善更有利于产品的系列化、通用化和标准化。

2 模块化设计原则

根据模块化及产品模块化设计的定义，模块化设计的原则是力求以少数模块组成尽可能的产品，并在满足要求的基础上，使产品精度高、性能稳定、机构简单成本低廉，且模块结构尽量简单、规范，模块间的联系尽可能简单。

3 模块化设计方法

产品的模块化设计方法，不同的专家学者从不同的角度都进行了一定的研究。总的可以归纳为两大类：

一是侧重功能划分的模块化设计方法，这种模块化设计的方法主要是从系统的观点出发，将整个产品系统划分为各个相对独立的功能单元，通过对模块的不同选择和组合来构成满足顾客需求的不同产品。在这种方法中，对于模块内部的结构没有作为重点来考虑。

另外一种方法侧重于产品或零部件的形状结构的分类。该方法侧重零部件形状结构的分析，对于产品构成简单，但某个零部件形状结构较复杂的单件、小批量的产品，则显得比上面提到的以功能划分为主的设计方法具有优势。

4 模块化设计原理

模块创建的关键是要能满足：①应尽可能具有一定的通用性；②有连接关系的两模块应具有对应的接口特征；③可互换的模块应具有相同的功能和接口特征。此外，考虑到产品总体布局设计的特点，在模块创建时还应考虑模块之间的运动关系和位置关系。因此，模块化设计原理可以表示为：

新产品（系统）=通用模块（不变部分）+专用部分（变动部分）

5 模块划分原则

如何科学、有节制地划分模块是模块化设计中很重要的一项工作，既要使制造管理方便，具有较大的灵活性，避免组合时产生混乱，又要考虑到该模块系列将来的扩展和向专用、变型产品的辐射，因此模块划分的合理性对模块化产品的性能、外观以及模块的通用程度和成本均有很大的影响。

模块的合理划分是模块设计的基础，模块划分太细，虽然可能组合成较多的变型产品，但模块的综合过程却相当困难，反之，模块划分过粗，虽然模块综合过程容易，但易导致产品性能上的不合理和柔性太差。

将产品按复杂程度分为两种：一种是结构简单，零部件种类较少的产品；一种是结构比较复杂，零部件种类繁多的产品。

对于结构简单的产品，进行模块划分时要重点考虑以下原则：

1）保持功能和结构方面有一定的独立性和完整性。

2）模块标准化原则。

3）模块划分粒度要适中。

对于结构比较复杂，零部件种类繁多的产品还应重点考虑模块划分的层次问题。一般来说，模块划分可以从产品的任意层次上进行，从而得到不同级别的模块。模块划分具有层次性，这是由产品自身的特点所决定的。从结构上看，产品通常由一些大的部件组成，而这些部件又由零件或较小的部件组成，从而表现为产品结构的树状形式。因此，在以模块来描述产品组成时，也应体现出这种层次关系，如图1所示。

图1中的产品由若干一级模块（如模块1、模块2等）直接组合而成，而一个一级模块又可能由若干个二级模块组成（如模块2就是由模块21、模块22等组成）。模块的层次和级别越低，模块数越多，模块就越简单，通用化程度就越高，有可能组成更多的产品品种。但随着模块数目的增加，产品的制造、装配和管理也越复杂。模块划分越粗，模块数越少，模块越复杂，模块本身的设计工作量就越大，导致模块组合生产的柔性降低。

所以模块划分最重要的问题是分解的层次与规模，在设计时应该避免模块数量的不足或超量，要合理确定模块划分层次和减少接口复杂性，使设计总成本最小。对于系列化程度较高、生产批量较大的产品，往往这些产品组成结构也比较复杂，因此应使模块划分层次降低，以提高模块的通用程度，满足大批量定制的要求；对于非系列化或系列化程度较低的产品，其产品构成比较简单，且多为单件小批量生产，则应使模块划分层次提高，以降低系统管理成本。

模块划分的数量与成本和工作量的关系可用图2表示。从图2中可以看出，模块划分的过粗或过细都会导致成本和工作量的增加，当模块划分数量为M时，产品开发的总成本最小。

6 挡泥板模块化设计

挡泥板总成的功能是减少运动中汽车轮胎溅起的水雾、泥沙等，并将捕集到的水雾、泥沙等飞溅物导向地面。挡泥板可整体或部分集成在车体上或车辆的其他部件上。

在挡泥板模块化设计中，首先应注重挡泥板的功能分析，特别强调功能的独立性。而且，功能单元不是单一的零件或部件，而是可以互换的功能模块，从而使所组成的产品在结构上和性能上更为协调合理。其次，尽量使功能单元成为较小型的标准模块，并使模块之间的连接形式及其结构要素标准化，以利于装配和互换。

6.1 挡泥板模块化设计流程

根据模块化设计方法可分为二个阶段：

第一个阶段是根据企业开发计划及未来发展方向，综合市场需求，对整个系列模块化设计，本质上是系列产品研制过程。

第二个阶段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过程。

具体内容见图3。

6.2 产品开发平台系列及市场调研分析

挡泥板模块化设计的程序是由上而下的，它首先着眼于产品系统的规划，这就与整车的未来发展方向以及长远战略发展规划有关，同时也必须结合市场调查分析，即市场对同一类产品的需求量、市场对同类产品基型和各种变型的需求比例，分析来自用户的要求，分析模块化设计的可行性等。根据产品开发平台系列的各类车型的驱动型式、轴距和轮胎规格等来确定模块化系统设计方案。

6.3 国家、欧盟法规动态跟踪分析

挡泥板模块化设计必须满足国家、欧盟相关法规的要求，对相关法规进行动态跟踪并解读分析，做出实施方案。与挡泥板相对应的法规是91/226/EEC，《机动车和挂车飞溅抑制系统指令》，它规定了基础件挡泥板的形状、结构及距地面、距轮胎的横向和纵向距离的要求等。不同的国家对挡泥板的要求也有细微的差别，特别是出口车辆，首先要解读当地的法规，找出与91/226/EEC的不同之处或新增之处，在产品功能分析中就考虑进去并作为模块化系统设计的依据之一，避免不满足当地法规的现象发生。同时，模块要随着法规的动态变化而变化。

6.4 挡泥板产品功能分析

挡泥板模块化设计采用的是侧重功能分解的设计方法，基于市场和顾客的需求分析，建立我们的整车开发战略平台，将这些需求配置到不同的整车平台中去。挡泥板产品功能需求分析是实施挡泥板模块化设计的依据，为进一步创建合理的模块系统，必须针对性地收集、分析市场需求对全部产品集的基本功能要求，完成从功能需求域到模块功能域的映射，然后在考虑模块性能（如尺寸、重量等）基础上完成从模块功能域到模块结构域的映射，并将模块功能域的功能分为基本功能（不变部分）、专用功能（变动部分）和附加功能，相应地将模块结构定义为基本模块、专用模块和附加模块。

6.5 挡泥板模块化系统设计

传统设计是面向某一具体产品，从产品的具体功能、具体结构入手设计，而模块化设计则是面向某一类产品系统或有相似功能的相邻产品。

挡泥板模块化系统设计是根据系统的目标和目的，在特定的环境条件下，运用一定的原理和方法来确定一个合乎需要的系统。挡泥板模块化系统设计的任务是进行模块化系统的总体策划，通过对整个系统的分析和综合，形成系统的宏模型。 根据产品开发平台和产品开发系列定义参数将挡泥板系统的标准配置定义为：4×2牵引车挡泥板；6×2牵引车挡泥板；6×4牵引车挡泥板规格分别按最大轮胎、最小轴距设计，见图 4、图 5、图 6。

对市场需求量很少而又需要付出很多的设计与制造花费的产品，不应在模块化系统设计中体现。

以单个轮胎看，定义图6的配置为一段式，图4的配置为二段式，图5（左）的配置为三段式。三段式挡泥板属于中、高档配置，通过结构的不同组合，可生成二段式或一段式，满足用户不同的需求。

6.6 挡泥板模块系列设计

模块化系统设计只是论证系统的必要性、可行性，指出系统的轮廓、框架和总体技术要求，并提供系统的宏模型，只进行了系统的概要设计。而模块系列设计的目的则是将系统设计所确认下来的模块化系统具体化，使之成为看得见、摸得着、可实际应用的一个模块系列实体。即进行模块化系统的详细设计。

模块系列设计是模块化设计中承上启下的环节：将模块化系统具体化，形成可应用的模块系列实体，建立模块化系统的微模型。

6.6.1 某大吨位商用车车型上挡泥板模块系列设计

根据某大吨位商用车挡泥板的功能分析以及模块化系统设计，按照模块划分原则，生成四种基本型挡泥板，见图7、图8。

在这四种基本型挡泥板的基础上可派生出挡泥板总成13种，通过对13种总成的重组，可组合成不同的模块组合系列，与各种不同驱动型式的整车底盘相匹配。

6.6.2 某小吨位商用车车型挡泥板模块系列设计

不同的车型平台，挡泥板模块系列设计也不相同，根据平台的开发原则，某小吨位商用车挡泥板采用了简易型，这样成本合理经济，按照该平台车型的轮胎规格，设计简易挡泥板基本模块见图9。

6.7 挡泥板模块组合系列

通过模块的组合配置，就可以创建不同需求的产品，满足客户的定制需求。挡泥板模块组合系列见图10。

用户可以根据上述组合系列选择配置在整个平台系列中的车型上。同时还有一些独立功能的附加模块，如挡雨板、防飞溅等附加功能的模块可供选择。

7 结论

通过应用模块化设计这一先进的现代设计方法，使挡泥板总成数量大为减少；同时基本模具数量也相应减少；滚塑成型工艺改为注塑成型，减轻了挡泥板的重量，大大提高了生产效率，减少了厂家的生产和管理成本。同时挡泥板由整体式改为三段式，使挡泥板布置更合理美观，该挡泥板在商用车上大量应用，不仅提高了挡泥板的设计水平和制造质量，而且改善了整车的外观品质，获得了巨大的经济效益。

模块化设计在挡泥板上的成功应用为在其他产品上应用推广打下了良好的基础。

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