家用和类似用途电器的模块化设计通则

家用和类似用途电器的模块化设计通则

国家标准 GB/T34450一2017 家用和类似用途电器的模块化设计通则 Modlarizationdlesignforhouseholdandsimilareleectriealappliances Generalprinciples 2017-10-14发布 2018-05-01实施 中华人民共利国国家质量监督检验检疙总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/34450一2017 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任 本标准由轻工业联合会提出 本标准由全国家用电器标准化技术委员会(SAC/TC46)归口 本标准起草单位;家用电器研究院、海尔集团技术研发中心,四川长虹电器股份有限公司、清华 大学,无锡小天鹅股份有限公司、合肥美菱股份有限公司、松下家电研究开发(杭州)有限公司、深圳市检 验检疫科学研究院、广州威凯检测技术有限公司、宁波奥克斯空调有限公司、宁波欧琳厨房电器有限 公司 本标准主要起草人;马德军、朱焰、王滨后,向东、,潘晓勇、纪学东、自连社、贾春耕、赵爽,谢晋雄、 陈灿坤、白韦、徐静萍
GB/34450一2017 家用和类似用途电器的模块化设计通则 范围 本标准规定了家用和类似用途电器的模块化设计的术语,模块化设计的目的、原则、方法,模块化设 计流程和文档管理 本标准适用于家用和类似用途电器的模块化设计简称为模块化设计) 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB4706.1家用和类似用途电器的安全第1部分;通用要求 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 模块module 可组合成产品或系统的(系统可划分的)、具有某种确定功能和规范接口结构的,典型的通用独立 单元 注1:模块应具有如下特点;具有相对独立的功能;通过组合可完成特定的功能用途;具有标准化的接口,可实现“独 立地设计和生产”等 注2，模块分类参见附录A 3.2 模块实体moduleentity 根据模块功能设计的实际物件 模块实体既可以是结构功能实体(如机械结构),也可以是软件功 能实体(如功能电路),或者是二者的组合 注同一模块可对应多个模块实体,并实现相同的功能,具有相同的接口规则,但在性能上有所差异 3.3 模块接口moduleinmterfaee 发生关联的模块之间彼此对接交互并通过它彼此作用的部分(以下简称接口) 接口包含物理接 口、逻辑接口等形式 注:模块接口分类参见附录B. 3.4 rdtgn 模块化设计modular 根据一定范围内的市场需求和技术需求,通过功能分析划分模块并设计模块实体,再由模块实体的 组合开发单个产品或系列产品的设计方法 3.5 优选库uptimizatiihrary 在满足模块特定功能的同时,为控制零部件种类而建立的具有标准化接口的模块实体集合 注优选库中的模块实体应具体优越的性能、合理的成本,便捷的工艺等
GB/T34450一2017 3.6 产品架构prduearehteeture 基于某种具体家用电器产品的功能和性能分析,所构建的描述模块及其相互关系的、具有相对稳定 性的产品框架 注“产品架构”是在模块化流程设计初期的一个基本概念 3.7 模块系统modulesstem 具体产品架构所含模块的模块实体集合 3.8 产品平台produetplatform 基于模块化的产品架构,根据一定规则或需求形成的,可在家用电器系列产品之间通用的、具有某 种类似家电产品基本功能的共同要素(如核心技术,通用模块实体等)集合 模块化设计的目的、原则、方法 4.1目的 综合考虑市场、技术,成本、环境保护等需求,建立家用电器产品架构和模块系统,并通过模块独立 开发和制造,实现产品的功能扩展、规格扩充与产品升级 具体包括 -优化并降低产品系统设计与制造的复杂性,实现并行开发 控制成本,确保标准化功能和性能的相对稳定性; 以基本产品架构为基础,满足定制化、差异化需求 便于承载核心功能和性能的模块实现技术可升级性， 易于实现产品的组装或装配、拆卸、维修和回收; 方便引人供应商参与设计,促进产业融合 4.2原则 4.2.1模块化设计的标准化和定制化 模块标准化应满足通用性和互换性的基本条件 产品定制化应可实现不同用户群体的需求 4.2.2模块的通用性和相对独立性 模块的通用性应满足在不同的产品或系统中可选用同一模块实现相同功能的需求,以便构成产品 平台 模块的相对独立性应易于实现具有特定功能的模块的单独设计,制造、检测和验证 4.2.3模块实体的兼容性和可升级性 模块实体的兼容性应使同一模块的模块实体在满足相同或相近功能要求的条件下,具有在不同产 品或系统间的兼容能力 模块实体的可升级性应使模块实体具有功能扩展或升级的能力 4.2.4模块接口规范性 关联模块之间的接口应建立规范要求
GB/34450一2017 4.2.5安全性 模块实体和模块系统都应符合GB4706系列标准的要求 4.3方法 4.3.1家用电器产品的模块化设计应考虑产品开发中的需求调研、市场分析,功能设计、结构设计、工 艺设计等各个环节 4.3.2家用电器产品的模块化设计还应根据实际客户需求的多变性、不确定性,结合设计程序规范化 的方法进行 家用和类似用途电器的模块化设计推荐性方法参照附录C 模块化设计流程 5.1概述 家用电器的模块化设计需要考虑整个产品的生命周期,包括产品开发、生产、服务和回收等需求 其基本设计流程含以下几个基本阶段 产品架构设计; 模块实体设计; -模块配置及匹配 其具体设计过程与内容又包括: -设计需求和产品功能分析; 具体模块的设计与划分; -功能实现与接口设计; -模块配置与匹配; -模块化产品的验证评估与改进 模块化设计流程参见附录D. 5.2产品架构设计 5.2.1产品架构设计流程如图1所示 需求分析 功能分析 模块划分 市场划分与定位 功能与技术原理分解 强内聚、弱糯合原则 完成 产晶架构 客户需求分析 建立功能物理关系 逻辑关系原则 技术需求分析 建立功能逻辑关系 相同应用类型原则 图1产品架构设计流程 5.2.2需求分析 需求分析包含以下内容: 针对家用电器产品的功能特点,首先进行市场划分并确定目标市场 a b 获取客户的功能需求、外观需求服务需求等,其方式主要包括
GB/T34450一2017 1 市场调研 2 售后信息分析报告 获取产品技术需求信息,其方式主要包括 专利分析; 1 分析企业的发展战略; 2 3 行业先进技术追踪 5.2.3产品功能分析 产品功能分析包含以下内容 根据需求,结合不同家用电器产品的功能特征,进行功能与技术原理分解,形成功能层次关 a 系 -功能分解树,如图2所示 总功能 子功能1 子功能2 子功能n 技术原理1 子功能1. 子功能1.2 图2功能分解树 b)分析子功能间的物质流、能量流和信号流关系,建立功能物理关系图,如图3所示 M1 M1 M2 F1 Et F3 E2 E3 S1 S2 F5 E3 E4 M3 MR E4 F6 F5 M3 -----信号流s 能量流E 物质流M 子功能 图3功能物理关系图 分析功能实现的基本逻辑关系,即功能实现的顺序、与,或、非关系,建立功能逻辑关系图,如图4 所示
GB/34450一2017 F1 F2 F5 与关系 或关系 非关系 子功能 图4功能逻辑关系图 5.2.4模块划分 对于功能分解树中不可再分的子功能,在功能物理关系及功能逻辑关系的基础上根据以下原则划 分模块: 模块应能实现相对独立的功能 a 模块应能在产品中实现特定的应用,即标准化应用、定制化应用或技术升级应用 b 模块内部应该具有较强的物质流、能量流和/或信号流关联， c 模块的划分应符合功能逻辑关系 d 模块的划分应兼顾产品配置与型号扩展 e 模块的划分应考虑产品的升级、维修、拆卸,回收等过程 在模块的分类,遴选过程中形成优选库 g 5.3模块实体设计 5.3.1功能实现 针对模块功能选择一定的技术原理和结构,确定参数范围和主参数系列值,实现模块的特定功能和 性能 其设计原则包括: 针对模块内的子功能,确定能够实现子功能的技术原理; a b 模块的技术原理是其中包含的所有子功能的技术原理之和,并可进行综合、归并与简化; c 模块功能实现应考虑模块化应用,具体为 l)标准化模块应进行标准化,最终在行业形成统一的标准形式; 定制化模块应根据不同细分市场及需求设计实体形式,以满足差异化要求; 22 3)技术升级模块应不断改善模块的功能实现形式,以提升性能水平 d)对模块实体内的软硬件进行设计时,应优先采用经过企业认证或行业普遍采用的零部件或功 能电路等 5.3.2接口设计 接口设计旨在建立性能稳定(Robust)、结构简易(Simple),长期适用(Stableovertime)的接口规 范,应按以下准则设计 接口应能可靠地实现模块之间物质流、能量流和/或信号流的交互 接口应包含独立的几何参数与性能规格,并与模块实体的特定参数匹配 接口应考虑模块的升级; -接口应考虑产品平台内及不同平台间的通用性
GB/T34450一2017 5.3.3模块优选库的建立与完善 在模块实体设计及产品平台搭建的过程中,建立模块优选库,以实现产品功能和性能的最优状态 模块优选库的建立与完善应满足 a 根据市场的实际需求,选择功能性强、通用性好、经济性优良的模块实体建立模块优选库 b 根据市场的变化和技术的更新,赋予模块优选库动态升级的功能 5.4模块配置及匹配 5.4.1模块配置 模块配置应符合以下要求 a 应根据具体家用电器产品规划、用户需求以及市场情况,确定产品的功能与性能参数; b根据具体家用电器产品的功能和性能参数,选择适合的产品平台,添加相应的模块实体并加以 必要的验证后,形成产品或产品系列 注:在建有模块优选库的条件下,可优先从优选库中确定模块配置 5.4.2模块匹配 模块匹配应符合以下要求: 模块匹配应在一定的性能约束下进行; a b 模块匹配应同时考虑与指定性能相关的所有模块的模块实体 模块匹配包含了模块实体选择与接口匹配,其中 c -模块实体选择的目的是找到使性能最优的参数组合，一般采用实验法、计算机辅助工程 (CAE)等方法 -接口匹配应保证相邻模块实体之间物质能量、信号的传递 5.5家用电器产品的模块化设计应用 有关具体家电产品模块化设计参见附录E 6 模块化设计文档 家用电器产品的模块化设计,应建立管理文档,可包括下列内容 a 产品架构技术文档 模块及接口设计文档 b 模块匹配规则文档 c 家用电器产品模块化设计文档编制原则参见附录F
GB/34450一2017 附 录 A 资料性附录) 模块的分类 A.1概述 本附录规定了适用于家用电器模块化设计的模块分类方式,同时列出了主要家用电器模块化设计 的分类举例 A.2按功能类型分类 A.2.1基本模块 指实现某种特定家用电器产品基本功能的模块 基本功能是产品得以独立存在的基础体现着某 种电器产品的基本特征功能 A.2.2附加模块 指实现产品附加功能的模块 附加功能指在满足产品基本需求之外,能够扩展产品功用的功能,在 基本模块的基础上添加附加模块可加强产品的使用体验和差异性 A.2.3辅助模块 指实现产品辅助功能的模块 辅助功能指不直接实现产品的用途,但对于实现产品用途必不可少 的功能,辅助模块一般体现为结构件,连接件等 A.3按应用类型分类 A.3.1标准化模块 指具有标准化模块实体和接口的模块 标准化模块具有完全互换性,可通过在行业内通用,并由有 实力的制造商进行大批量生产,从而降低成本 A.3.2定制化模块 指具有多种模块实体的模块,这些不同的模块实体可采用不同的技术原理、设置系列化的特征参数 值或者具有不同的外观形式,能够满足用户的差异化、定制化需求 定制化模块的模块实体之间可以互 换,但是其接口一般由整机决定 定制化模块的设计需要紧密联系市场的需求 A.3.3技术升级模块 指影响产品主要功能及性能,具有性能提升空间的模块 技术升级模块往往对应一组性能逐步提 升的模块实体,这些模块实体的升级途径主要通过技术方法原理改进、工艺水平提升改善、模块之间匹 配优化等来实现
GB/T34450一2017 A.4模块分类举例 对于典型的家用电器产品,电冰箱,洗衣机,空调器的模块分类举例见表A.1 表A.1电冰箱、洗衣机、空调器的模块分类举例 实现功能分类 应用类型分类 产品 基本模块 附加模块 辅助模块 标准化模块 定制化模块技术升级模块 门体及密封压缩机少 频 制冷压缩机模块、制 底座支撑模块 除菌功能模块、 模块、箱内照控制模块、除 冷循环模块、温控 门锁机构模块、制冰盒模块、 电冰箱 特殊功能显示 明及控制模菌功能模块 电控模块、箱体/结 隔板防滑机构果蔬盒模块 块、制冰机控制器功能 模块 构模块 模块 模块 模块 电脑程序控 电机驱动模块、动力风扇电机模块、 专用驱动电底座及支撑 箱体悬挂及支 制模块、变频 传动模块,电气控制洗涨传感器模 机及控制模模块,洗涤剂 洗衣机 撑系统模块,动 及驱动模块 分 模块、结构及简体块、除菌功能 块、电源系统 配装置 平衡模块 水循环利用 模块 模块 模块 模块 及控制模块 燕发器模块、电机 内机模块、风扇 内机)模块、骨架模 制冷压缩机 块、面板模块、罩壳 加热模块、导风 及变频调速 模块、箱体模块、冷 结构组件模块、 导风板模块 空调器 板模块、电机 加热模块 控制模块,环 凝器组模块、压机模 底盘模块 电机模块 模块 境以人体感 块、风扇外机模 应控制模块 块、电机(外机模 块、箱体模块、电控 模块
GB/34450一2017 附录 B 资料性附录 模块接口的分类 B.1概述 本附录规定了适用于家用电器模块化设计的模块接口分类 B.2家用电器的模块化功能接口分类 家用电器的模块化功能接口大致分为如下几类 机械接口 机械接口是机械各零部件间的连接界面,通过接口结构实现静态或动态结合(传递力、运动) 22) 电气接口 电气接口是传递各种电气信息的界面,其功能除传递信息外,还要求被连接的两个电路匹配性 33 机电接口 机电接口是间接型接口,可以认为其间有机械量与电量转换的变换器,在机电接口中有能量转换和 传输的效率问题、阻抗匹配问题、信息的传输和变换问题等 4)其他物理量与电量接口 各种热敏、力敏和压敏、气敏、湿敏、化学敏、光敏,磁敏等传感器都是一种接口元件,而由传感器与 相应A/D转换器构成的设备,则构成一种将物理量变换为电量的接口设备 5 软件接口 软件接口除了计算机程序模块间的接口程序外,还包括诸如信息线描述、时序与控制规约、数据传 输协议、字符与图像传送及识别规范等
GB/T34450一2017 C 附 录 资料性附录) 家用电器模块化设计方法 概述 本附录规定了家用电器模块化设计的基本方法 C.2术语和定义 质量功能展开QualityFunctionDeployment;QFD 对某一电器的功能需求进行多层次演绎分析,转化为产品的设计要求、零部件特性、工艺要求、生产 要求的质量工程工具,用于指导产品设计和质量保证的方法 c.3家用电器模块化设计方法依据 c3.1概述 模块化设计的方法并不唯一,可根据设计过程中不同环节的具体要求,选用对应的方法 例如 在需求分析阶段可利用亲和图法获取需求并归类; 在功能分析阶段利用质量功能展开QFD)方法实现需求向产品功能、性能的映射; 或利用公理性设计中功能域和物理域交叉迭代进行功能分解 或利用聚类的方法进行功能模块之间的聚类等 C.3.2质量功能展开法(QFD 实施质量功能展开包括以下步骤: 需求分析 a 通过市场调研、竟争对手产品分析、专利分析等方式,提取产品需求内容,并用0一5的数字表 示需求权重(数字越大代表需求越强烈); 功能分析 b 逐项根据产品需求,推导产品应该具有的功能,置于“质量屋”的顶,并分析这些功能之间是 否存在冲突; 注“质量屋”,指“质量功能展开法QFD)”中“需求”与“功能”二维指标的形成关系图 需求-功能映射 c 建立产品需求与产品功能之间的关系,在产品需求与产品功能形成的矩阵中进行标注,数字 0,1,3,9分别表示无关系、微弱关系、中等关系与较强关系,将功能所在列与需求重要度权重 进行加权,得到功能重要度 例如;功能1的重要度一需求1的权重×需求1与功能1的关系 值十需求2的权重×需求2与功能2的关系值十十需求5的权重×需求5与功能1的关系 值=9×2十3X3十4×1=31; d 功能重要度计算 根据生成的产品功能,结合功能重要度进行补充或删减,最终形成某种特定产品的功能分解 10
GB/34450一2017 关系 质量功能展开法(QFD)如图C.1所示 a) 需求分析 冲突 冲突 b功能分析 产品 需求 功能1 功能2功能3 功能4 需求 权重 需求1 e需求-功能映射 需求2 需求3 黄述 功能重要度计算 d 功能重要度 15 2 图c.1质量功能展开法(QFD) c3.3“功能一方法树"分解法 该方法是一种结合具体技术原理对产品功能进行分解的方法 该方法考虑了实现功能的技术原理,使功能分解更加贴近实际并更容易操作 “功能一方法树”法的原理如图C.2所示 总功能 子功能1 子功能2 子功能" 技术原理1 子功能1.1 子功能1.2 图c.2“功能一方法树”法原理图 具体步骤如下 针对某种家用电器的总功能的集成进行分解,形成数个子功能 a 对于某子功能,当其对应的零部件可直接获得时,停止分解,否则选择能实现该功能的某技术 b 原理,此技术原理为性能、成本等因素综合下的最优结果 在该技术原理下,对子功能进行分解,形成更细一级的子功能 c 移到下一个子功能,继续b. d 11
GB/T34450一2017 附 录 D 资料性附录) 模块化设计流程 概述 D.1 本附录规定了家用电器模块化设计的基本流程 D.2家用电器模块化设计流程: 家用电器模块化设计的基本流程如图D.1所示 产品架构设计 产晶架构 需求分析 功能分析 模块划分 模块实体设计 模块系统 功能实现 接口设计 否 否 模块配置及匹配 产品平台 模块配置 模块匹配 满足产品需求 是 满足 用户体验需求 是 完成 图D.1模块化设计总体流程 12
GB/34450一2017 录 附 E 资料性附录 家用电器产品模块化设计举例 E.1概述 本附录对家用电器产品模块化设计的具体过程做了举例说明 E.2家用电器产品模块化设计程序 模块化设计分程序为两个不同的层次,如图E.1所示 第一个层次为产品平台设计,即产品研发,需要根据市场调研结果对局部模块更新甚至整个产品系 列进行模块化产品平台设计,是满足市场差异化以及开发新市场的主要方式 第二个层次为模块的配置和匹配,即产品开发,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,是产品开发迅速满足市场的重要手段 市场调查与分析 进行产品功能分析 拟定产品系统系列 用户需求 化 确定参数范围及主参数 确定参数 划分模块及模块化 产品平台确定 的产品平台建立 模块选择 模块实体/接口设计 模块配置 形成模块系统库 分析计算 编写技术文件 第二层次 a 第一层次 b 图E.1模块化设计层次 13
GB/T34450一2017 E,3模块化产品架构设计 E.3.1 市场调查与分析 开展有效的前期市场调查与分析是进行模块化设计的核心 通过开展市场调研,对同类产品的需求量、同类产品基型和各种变型的需求比例的收集整理,来具 体分析用户的潜在实际要求,分析模块化设计的可行性等 对市场需求量较少又需要投人较大设计与制造费用的家电产品,原则上不应在模块化系统设计的 总功能之中加以考虑 E.3.2产品功能分析,拟定产品系统系列,确定参数范围和主参数 根据梳理出的市场需求和总共能分析列表,以及企业战略决策,梳理企业已有的产品或重新设计的 新产品,确定合理产品系统系列每个系列所覆盖的产品范围及数量),建立初步的产品平台 根据不同的产品系列要求,给出每个产品系列相应的主参数和参数范围 主参数表示产品主要性能规格大小的,是各个产品系列的设计主要参考因子; 各个产品系列参数范围过高过宽造成浪费,过低过窄不能满足要求 E.3.3划分模块 按照各个产品系统系列功能要求,根据强内聚和弱桐合等相关模块划分原则,以及各个模块策略， 给出各个系列的初步模块化划分方案 E.4建立模块化产品平台 根据已形成的家电产品架构设计,找出其中的通用要素,搭建相应的模块化产品平台 注意;模块化产品平台的建立与模块的划分,往往是需要多次反复验证,不断优化 E.5模块实体及接口设计,形成模块系统库 家电产品模块实体接口设计,应充分考虑 -模块与用户功能需求关系 产品生产过程以及零件的生产过程 产品平台的通用化设计目标,以及 生产、加工、成本等综合因素,具体包括 应尽量采用标准化的结构 考虑模块实体间寿命相当,维修及更换方便 模块实体要设计时要考虑到一个模块实体的较多接合部位,同时应做到加工合理、装配 合理; 考虑模块的加工成本.如尽量用多工位组合机床同时加工 E.6模块配置及匹配 根据已形成的特定家电产品平台和模块系统，给出产品平台和模块(含辅助模块和附加模块)系统 列表,作为产品开发的基本依据;同时验证其对于产品功能和用户需求的满足与相应程度 14
GB/34450一2017 附录 F 资料性附录 模块化设计文档编制原则 F.1概述 本附录规定了家用电器模块化设计的文档编制原则 F.2家用电器模块化设计文档编制 F.2.1产品架构技术文档 产品架构技术文档是描述产品组成关系与构成法则的重要文件,其编制原则为 应包含产品的功能层次关系与功能物理关系 a b 应描述模块与产品子功能的对应关系; 应包含需求特征与产品功能、性能参数选配的对应关系; c 应描述模块之间的逻辑关系 d F.2.2模块实体规格文档 模块实体规格文档编制原则为 模块实体规格文档是企业标准的组成部分,应与企业标准体系相协调,符合企业标准的版式、 a 内容规定; 应注明模块实体对应的模块 b 注明模块实体的相关产品性能参数的值; d 应注明模块实体的来源,即采购或自制,采购的模块实体应注明供应商,自制的模块实体应包 含零件组成与装配工艺; 应包含模块实体的测试方法; 应注明模块实体的接口参数 F.2.3接口规格文档 接口规格文档编制原则为 接口规格文档是企业标准的组成部分,应与企业标准体系相协调符合企业标准的版式、内容 规定; 注重接口的管理与资讯维护; b 应包含接口所连接的模块,接口的类型,接口的主要参数 c d 包含接口的标准化状况及建议 F.2.4模块匹配规则文档 模块匹配规则文档是描述产品模块之间最优匹配规则的文档,其编制原则为 应包含产品性能与模块参数之间的关系; a 15
GB/T34450一2017 D)应包含产品性能与接口参数之间的关系; 应包含常见性能要求下的最优模块参数选择规则: c d 应包含常见性能要求下的最优接口参数选择规则 16