Modulares Design

In diesem Artikel geht es um einen Designansatz. Für fabrikgebaute Strukturen, die in Modulen bewegt werden, siehe Modulares Gebäude.

Modulares Design, oder Modularität Im Design ist ein Designprinzip, das ein System in kleinere Teile unterteilt, die genannt werden Module (wie zum Beispiel Modularer Prozess Skids), die unabhängig voneinander erstellt, modifiziert, ersetzt oder mit anderen Modulen oder zwischen verschiedenen Systemen ausgetauscht werden können.

Überblick

Ein modulares Design kann durch funktionale Partitionierung in diskrete skalierbare und wiederverwendbare Module, die strenge Verwendung genau definierter modularer Schnittstellen und die Verwendung von Branchenstandards für Schnittstellen charakterisiert werden. In diesem Zusammenhang befindet sich die Modularität auf Komponentenebene und hat eine einzelne Dimension, Komponenten -Slottabilität. Ein modulares System mit dieser begrenzten Modularität wird allgemein als Plattformsystem bezeichnet, das modulare Komponenten verwendet. Beispiele sind Autoplattformen oder der USB Port in Technische Informatik Plattformen.

In der Designtheorie unterscheidet sich dies von einem modularen System, das eine höherdimensionale Modularität und Freiheitsgrade aufweist. Ein modulares Systemdesign hat keine unterschiedliche Lebensdauer und weist in mindestens drei Abmessungen Flexibilität auf. In dieser Hinsicht sind modulare Systeme in Märkten sehr selten. Mero -Architektursysteme sind für ein modulares System in Bezug auf harte Produkte in Märkten am nächsten. Waffenplattformen, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, sind tendenziell modulare Systeme, wobei die Flugzeugzelle ohne den Kauf eines völlig neuen Systems mehrmals aufgerüstet werden soll. Die Modularität wird am besten durch die dargestellten Abmessungen oder die Freiheitsgrade in Form, Kosten oder Betrieb definiert.

Die Modularität bietet Vorteile wie die Reduzierung der Kosten (die Anpassung kann auf einen Teil des Systems beschränkt werden, anstatt eine Überarbeitung des gesamten Systems zu benötigen), Interoperabilität, kürzere Lernzeit, Flexibilität bei der Gestaltung, nicht generationsbedingter Augmentation oder Aktualisierung (Hinzufügen Neue Lösung durch lediglich eingebautes Modul) und Ausschluss. Modularität in Plattformsystemen, bieten Vorteile bei der Rückkehr von Margen, um die Produktentwicklungskosten, reduzierte O & M -Kosten und die Marktzeit zu reduzieren. Plattformsysteme haben die breite Nutzung des Systemdesigns in Märkten und die Fähigkeit für Produktunternehmen ermöglicht, die Rate des Produktzyklus von den F & E -Pfaden zu trennen. Der größte Nachteil bei modularen Systemen ist der Designer oder Ingenieur. Die meisten Designer sind schlecht ausgebildet in Systemanalyse Und die meisten Ingenieure sind schlecht ausgebildet. Die Designkomplexität eines modularen Systems ist erheblich höher als bei einem Plattformsystem und erfordert Experten für Design und Produktstrategie während der Konzeptionsphase der Systementwicklung. Diese Phase muss die Richtungen und Flexibilitätsniveaus vorwegnehmen, die im System erforderlich sind, um die modularen Vorteile zu erzielen. Modulare Systeme können als vollständigeres oder ganzheitlicheres Design angesehen werden, während Plattformensysteme reduktionistischer sind und die Modularität auf Komponenten einschränken. Das vollständige oder ganzheitliche modulare Design erfordert ein viel höheres Maß an Designfähigkeiten und Raffinesse als das häufigere Plattformsystem.

Autos, Computers, Prozesssysteme, Solarplatten, Windräder, Aufzüge, Möbel, Webstoffe, Eisenbahnsignalisierung Systeme, Telefonbörsen, Pfeifenorgane, Synthesizer, elektrische Leistungsverteilung Systeme und modulare Gebäude sind Beispiele für Plattformsysteme unter Verwendung verschiedener Ebenen der Komponentenmodularität. Beispielsweise kann man einen Solarwürfel nicht aus vorhandenen Solarkomponenten zusammenstellen oder den Motor nach einigen Jahren in einem modularen System einfach in einer anderen Konfiguration in eine andere Konfiguration in eine andere Konfiguration neu ordnen. Die einzigen vorhandenen Beispiele für modulare Systeme auf dem heutigen Markt sind einige Softwaresysteme, die sich von der Versionierung in ein vollständig vernetztes Paradigma verwandelt haben.

Das modulare Design kombiniert von Natur aus die Massenproduktion Vorteile von Standardisierung, da die Modularität ohne ein gewisses Maß an Standardisierung unmöglich ist (hohe Volumen entspricht normalerweise niedrigen Herstellungskosten) mit denen von Anpassung. Der Grad der Modularität bestimmt den Anpassungsgrad möglich. Beispielsweise haben Solarpanelsysteme eine zweidimensionale Modularität, die die Einstellung eines Arrays in den X- und Y-Abmessungen ermöglicht. Weitere Dimensionen der Modularität würden eingeführt, indem das Panel selbst und seine Hilfssysteme modular gestaltet werden. Die Abmessungen in modularen Systemen sind wie die betroffenen Parameter wie Form oder Kosten oder Lebenszyklus. Mero-Systeme haben eine 4-dimensionale Modularität, X, Y, Z und strukturelle Belastungskapazität. Wie in jedem modernen Konventionsraum zu sehen ist, ermöglicht die zwei zusätzlichen Dimensionen der Modularität des Raumrahmens eine weitaus größere Flexibilität in Form und Funktion als die 2-D-Modularität von Solar. Wenn die Modularität in der Designstrategie ordnungsgemäß definiert und konzipiert ist, können modulare Systeme in den Märkten einen erheblichen Wettbewerbsvorteil erzielen. Ein echtes modulares System muss sich nicht auf Produktzyklen verlassen, um seine Funktionalität an den aktuellen Marktzustand anzupassen. Richtig gestaltete modulare Systeme bringen auch den wirtschaftlichen Vorteil der Nichttrage von toten Kapazitäten ein, was die Kapazitätsauslastungsrate und die Auswirkungen auf die Kosten und die Preisflexibilität erhöht.

In Fahrzeugen

Siehe auch: Elektrisches Fahrzeug und Wikispeed
Das modulare Design der Unimog Bietet Befestigungsfunktionen für verschiedene verschiedene verschiedene Geräte.

Aspekte des modularen Designs können in Autos oder anderen gesehen werden Fahrzeuge In dem Maße, in dem bestimmte Teile für das Auto sind, die hinzugefügt oder entfernt werden können, ohne den Rest des Autos zu ändern.

Ein einfaches Beispiel für modulares Design in Autos ist die Tatsache, dass viele Autos als Basismodell eingehen, aber zusätzliche Zahlungen für "SNAP -in" -Aufgrades wie einen leistungsstärkeren Motor oder saisonale Reifen ermöglichen. Diese erfordern keine Änderung anderer Einheiten des Autos wie dem Chassis, Lenkung, Elektromotor oder Batteriesysteme.

In Maschinen und Architektur

Hauptartikel: Modulares Gebäude

In bestimmten Gebäuden kann modulares Design zu sehen sein. Modulare Gebäude (und auch modulare Häuser) bestehen im Allgemeinen aus universellen Teilen (oder Modulen), die in a hergestellt werden Fabrik und dann an einen Baustellen geliefert, wo sie zu einer Vielzahl von Arrangements zusammengebaut werden.[1]

Modulare Gebäude können durch Hinzufügen oder Entfernen bestimmter Komponenten zu addiert oder reduziert werden. Dies kann getan werden, ohne größere Teile des Gebäudes zu verändern. Modulare Gebäude können auch Änderungen in der Funktionalität unter Verwendung desselben Hinzufügens oder Entfernens von Komponenten unterziehen.

Modulare Workstations

Zum Beispiel eine Büro Das Gebäude kann mit modularen Teilen wie Wänden, Frames, Türen, Decken und Fenstern gebaut werden. Das Innenraum kann dann mit mehr Wänden aufgeteilt (oder geteilt) und mit Schreibtischen, Computern und allem, was für einen funktionierenden Arbeitsbereich sonst benötigt wird, eingerichtet werden. Wenn das Büro erweitert oder neu gestaltet werden muss, um Mitarbeiter aufzunehmen, können modulare Komponenten wie Wandpaneele hinzugefügt oder verlagert werden, um die erforderlichen Änderungen vorzunehmen, ohne das gesamte Gebäude zu ändern. Später kann dasselbe Büro abgebaut und neu angeordnet werden, um a zu bilden Einzelhandel Platz, Konferenzhalle oder eine andere Art des Gebäudes unter Verwendung derselben modularen Komponenten, die ursprünglich das Bürogebäude bildeten. Das neue Gebäude kann dann mit allen Gegenständen neu gestaltet werden, um seine gewünschten Funktionen auszuführen.

Andere Arten von modularen Gebäuden, die von einem Unternehmen wie Allied Modular angeboten werden, umfassen a Wachhaus, Maschinengehäuse, Pressetribüne, Konferenzraum, zweistöckiges Gebäude, sauberes Zimmer und viele weitere Anwendungen.[2]

Viele Missverständnisse werden in Bezug auf modulare Gebäude abgehalten.[3] In der Realität ist die modulare Konstruktion eine tragfähige Bauweise für schnelle Turnaround- und schnell wachsende Unternehmen. Branchen, die davon profitieren würden, umfassen Gesundheitswesen, Handels-, Einzelhandels-, Militär- und Mehrfamilien-/Studentenwohnheim.

In Messeausstellung und Einzelhandelsdesign

Das Konzept des modularen Designs ist auch bei Messeausstellungen und Einzelhandelsförderung populär geworden. Diese Art von Werbeanzeigen beinhalten kreative benutzerdefinierte Designs, benötigen jedoch eine vorübergehende Struktur, die wiederverwendbar sein kann. Daher passen sich viele Unternehmen an die modulare Art des Ausstellungsdesigns an. Dabei können sie vorgefertigte modulare Systeme verwenden, die als Bausteine ​​dienen, um ein individuelles Design zu kreativ. Diese können dann in ein anderes Layout neu konfiguriert und für eine zukünftige Show wiederverwendet werden. Dies ermöglicht dem Benutzer, die Kosten für Herstellung und Arbeit zu senken (zum Einrichten und Transport) und ist eine nachhaltigere Methode, um experimentelle Einstellungen zu schaffen.

In Fernsehern

1963 Motorola stellte das erste rechteckige Farbbildrohr ein und führte 1967 das modulare Einsatz ein Quasar Marke. 1964 eröffnete es seine erste Forschungs- und Entwicklungsabteilung außerhalb der Vereinigten Staaten in Israel unter dem Management von Moses Basin. 1974 Motorola verkaufte sein Fernsehgeschäft an die in Japan ansässige Matsushita, die Muttergesellschaft von Panasonic.

In Computerhardware

Modulares Computerdesign

Das modulare Design in Computerhardware ist das gleiche wie in anderen Dingen (z. B. Autos, Kühlschränke und Möbel). Die Idee ist, Computer mit leicht austauschbaren Teilen zu erstellen, die standardisiert werden Schnittstellen. Diese Technik ermöglicht es einem Benutzer, bestimmte Aspekte des Computers einfach zu verbessern, ohne einen anderen Computer ganz kaufen zu müssen.

Ein Computer ist eines der besten Beispiele für modulares Design. Typisch Computermodule enthalten Stromversorgungseinheiten, Prozessoren, Mainboards, Grafikkarten, Festplatte, und optische Laufwerke. Alle diese Teile sollten leicht sein austauschbar Solange der Benutzer Teile verwendet, die dieselbe Standardschnittstelle unterstützen. Ähnlich wie bei der Modularität des Computers wurden andere Tools entwickelt, um modulares Design zu nutzen, wie z. LittleBits Elektronik, die mit interoperablen Modulen zusammenschnappen, um Schaltungen zu erstellen.[4]

Für Smartphones (siehe auch Modulares Smartphone) Diese Idee wurde in erforscht in Projekt ara, die eine Plattform für Hersteller zur Verfügung stellte, um Module für ein Smartphone zu erstellen, das dann vom Endbenutzer angepasst werden kann. Das Fairphone Verwendet ein ähnliches Prinzip, bei dem der Benutzer einzelne Teile kaufen kann, um das Telefon zu reparieren oder zu aktualisieren.

Integration des digitalen Zwillings in modulares Design

Siehe auch: Digital Twin § Modularität

Produktlebenszyklusmanagement ist eine Strategie zum effizienten Verwalten von Informationen über a Produkt (und Produktfamilien, Plattformen, Module und Teile) während seines Produktlebensdauer.[5] Forscher haben beschrieben, wie die Integration a Digital Twin- Eine digitale Darstellung eines physischen Produkts - mit modularem Design kann das Produktlebenszyklusmanagement verbessern.[6][7]

Integration von Lebenszyklus- und Energiebewertungen in modulares Design

Siehe auch: Lebenszyklusbewertung

Einige Autoren stellen fest, dass das modulare Design in der Fahrzeugindustrie im Laufe der Zeit eine konstante Steigerung des Gewichts erzeugt hat. Trancossi hat die Hypothese fortgeschritten, dass modulares Design durch einige Optimierungskriterien gekoppelt werden kann, die aus dem abgeleitet wurden Konstruktegesetz.[8] Tatsächlich ist das Konstruktegesetz modular für seine Natur und kann mit interessanten Ergebnissen in technischen Systemen angewendet werden.[9] Es gilt mit einem typischen Bottom-up-Optimierungsschema:

  • Ein System kann unter Verwendung von Baummodellen in Subsysteme (Elemententeile) unterteilt werden.
  • Jedes komplexe System kann modular dargestellt werden, und es ist möglich zu beschreiben, wie unterschiedliche physikalische Größen durch das System fließen.
  • Analyse der verschiedenen Flusswege Es ist möglich, die kritischen Komponenten zu identifizieren, die die Leistung des Systems beeinflussen.
  • Durch die Optimierung dieser Komponenten und das Ersetzen von mehr leistungsfähigeren ist es möglich, die Leistungen des Systems zu verbessern.

Während des MAAT EU FP7 -Projekts wurde eine bessere Formulierung erstellt.[10] Eine neue Entwurfsmethode, die die oben genannte Bottom-up-Optimierung mit einem vorläufigen Top-Down-Design vorläufiger Systemebene koppelt.[11] Der zweistufige Entwurfsprozess wurde motiviert, dass das Konstrukt- und modulare Design auf kein Ziel bezieht, das im Designprozess erreicht werden soll. Eine theoretische Formulierung wurde kürzlich in einem Papier bereitgestellt,[8] und mit Erfolg auf die Gestaltung eines kleinen Flugzeugs aufgetragen,[12] Das konzeptionelle Design innovativer Pendlerflugzeuge,[13][14] das Design einer neuen entropischen Wand,[15] und ein innovatives Offroad-Fahrzeug für Energieeffizienz.[16]

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "Modulare Heimdefinition". Abgerufen 2010-08-19.
  2. ^ Allied Modulare Produkte Allied Modular. Abgerufen am 27. März 2012 abgerufen
  3. ^ "Modulares Gebäude". Archiviert von das Original Am 2014-09-17.
  4. ^ "Wie ein Unternehmer das Wissen des Fringe -Herstellers in den Mainstream bringt". PSFK. PSFK. 2014-08-26. Abgerufen 27. Mai 2015.
  5. ^ Stark, John (2015) [2005]. Produktlebenszyklusmanagement (Band 1): Paradigma des 21. Jahrhunderts für die Produktrealisierung. Entscheidungstechnik (3. Aufl.). Cham: Springer-Verlag. S. 1–20. doi:10.1007/978-3-319-17440-2. ISBN 978-3-319-17439-6. OCLC 907289028.
  6. ^ Schleich, Benjamin; Anwer, Nabil; Mathieu, Luc; WARtzack, Sandro (Januar 2017). "Gestalten des digitalen Zwillings für Design und Produktionstechnik" (PDF). Cirp Annals. 66 (1): 141–144. doi:10.1016/j.cirp.2017.04.040.
  7. ^ Trauer, Michael; Vickers, John (2017). "Digital Twin: Unvorhersehbares, unerwünschtes, aufstrebendes Verhalten in komplexen Systemen mildern". In Kahlen, Franz-Josef; Flumerfelt, Shannon; Alves, Anabela (Hrsg.). Transdisziplinäre Perspektiven auf komplexe Systeme: neue Erkenntnisse und Ansätze. Cham: Springer-Verlag. S. 85–113. doi:10.1007/978-3-319-38756-7. ISBN 9783319387543.
  8. ^ a b Trancossi, M. Eine Reaktion auf industrielle Reife und energetische Probleme: eine mögliche Lösung, die auf Konstrukterechten basiert. EUR. Transport. Res. Rev. (2015) 7: 2. doi:10.1007/s12544-014-0150-4
  9. ^ Bejan A., und Lorente S., "Konstruktalentheorie der Erzeugung von Konfiguration in Natur und Engineering", J. Appl. Phys., 100, 2006, doi:10.1063/1.2221896
  10. ^ "Multibody Advanced Airship for Transport | Projekte | FP7-transport".
  11. ^ Dumas A, Madonia M, Trancossi M, Vucinic D (2013) "Antrieb von Photovoltaic Cruiser-Feeder-Luftschiff-Dimension durch Konstruktionsentwurf zur Effizienzmethode"[Dead Link]. SAE INT J ANEROSP 6 (1): 273–285. doi:10.4271/2013-01-2303
  12. ^ M. Trancossi, C. Bingham, A. Capuani, S. et al.,, "Multifunktional unbemannte Aufklärungsflugzeuge für niedrige Geschwindigkeits- und STOL-Operationen"[Dead Link], SAE Technical Paper 2015-01-2465, 2015. doi:10.4271/2015-01-2465
  13. ^ M. Trancossi, M. Madonia, A. Dumas et al. "Eine neue Flugzeugarchitektur auf der Basis der Acheon Coanda Effect Düse: Flugmodell und Energiebewertung". EUR. Transport. Res. Rev. (2016) 8: 11. doi:10.1007/s12544-016-0198-4
  14. ^ M. Trancossi, A. Dumas, M. Madonia, M. Subhash et al.,, "Vorläufige Implementierungsstudie zu Acheon -Schub und elektrischer Antrieb des Vektors an einem stoligen Lichtprogrammflugzeug", SAE Technical Paper 2015-01-2422, 2015. doi:10.4271/2015-01-2422
  15. ^ M. Trancossi et al. "Konstruktalgestaltung einer entropischen Wand mit zirkulierendem Wasser im Inneren". Journal of Wärmeübertragung, 2016, 138,8: 082801.
  16. ^ Trancossi M., Pascoa J,, "Design eines innovativen Off -Straßenhybrid -Fahrzeugs durch Energieeffizienzkriterien", Internationales Journal für Wärme und Technologie, 2016.

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