模块化设计

模块化设计是一种设计理论和实践，它将系统细分为称为模块的较小部分，可以在不同系统之间独立创建、修改、替换或交换它们。

模块化设计的特征是可以将功能划分为离散的可扩展和可重复使用的模块，严格使用定义明确的模块化接口，以及使用接口的行业标准。在这种情况下，模块化是在组件级别，并且具有一个单一的维度，即组件可扩展性。具有这种有限模块化的模块化系统通常称为使用模块化组件的平台系统。例如汽车平台或计算机工程平台中的USB端口。

在设计理论上，这不同于具有更高尺寸模块化和自由度的模块化系统。模块化系统设计没有明显的使用寿命，并且在至少三个维度上显示出灵活性。在这方面，模块化系统在市场上非常罕见。就市场上的硬质产品而言，Mero建筑系统是最接近模块化系统的示例。武器平台，特别是在航空航天中的武器平台，往往是模块化系统。其中，机身设计为在其生命周期内可以进行多次升级，而无需购买全新的系统。模块化xxx由所影响的尺寸或形式，成本或操作的自由度来定义。

模块化提供了诸如降低成本（定制可以限于系统的一部分，而不需要对整个系统进行检修），降低互操作性、缩短学习时间、设计灵活性，不受世代约束的扩充或更新（添加）等优点。只需插入一个新模块即可获得新的解决方案）和排除。平台系统的模块化可为按比例回报利润，降低产品开发成本，降低运维成本和缩短上市时间带来好处。平台系统使系统设计在市场上得到了广泛使用，并使产品公司能够将产品周期的速率与研发路径分开。模块化系统的xxx缺点是设计人员或工程师。大多数设计师在系统分析方面的培训不足，而大多数工程师在设计方面的培训不足。模块化系统的设计复杂度明显高于平台系统，并且在系统开发的概念阶段需要设计和产品策略方面的专家。该阶段必须预见系统中交付模块化优势所必需的灵活性的方向和级别。模块化系统可以看作是更完整或整体的设计，而平台系统则更具简化性，从而限制了组件的模块化。完整或整体的模块化设计比更常见的平台系统需要更高水平的设计技能和复杂性。模块化系统的设计复杂度明显高于平台系统，并且在系统开发的概念阶段需要设计和产品策略方面的专家。该阶段必须预见系统中交付模块化优势所必需的灵活性的方向和级别。模块化系统可以看作是更完整或整体的设计，而平台系统则更具简化性，从而限制了组件的模块化。完整或整体的模块化设计比更常见的平台系统需要更高水平的设计技能和复杂性。模块化系统的设计复杂度明显高于平台系统，并且在系统开发的概念阶段需要设计和产品策略方面的专家。该阶段必须预见系统中交付模块化优势所必需的灵活性的方向和级别。模块化系统可以看作是更完整或整体的设计，而平台系统则更具简化性，从而限制了组件的模块化。完整或整体的模块化设计比更常见的平台系统需要更高水平的设计技能和复杂性。模块化系统可以看作是更完整或整体的设计，而平台系统则更具简化性，从而限制了组件的模块化。完整或整体的模块化设计比更常见的平台系统需要更高水平的设计技能和复杂性。模块化系统可以看作是更完整或整体的设计，而平台系统则更具简化性，从而限制了组件的模块化。完整或整体的模块化设计比更常见的平台系统需要更高水平的设计技能和复杂性。

汽车、计算机、处理系统、太阳能电池板、风力涡轮机、电梯、家具、织机、铁路信号系统、电话交换机、管风琴、合成器、配电系统和模块化建筑物是使用各种级别的组件模块化的平台系统的示例。例如，几年后就无法像现有模块化系统那样，用现有的太阳能组件组装太阳能立方体，也不能轻易地将卡车上的发动机更换或将模块化的外壳单元重新布置成另一种配置。当今市场上模块化系统的xxx现存示例是一些软件系统，已从版本控制转变为完全网络化的范例。

模块化设计固有地结合了标准化的批量生产优势，因为如果没有某种程度的标准化，模块化就无法实现（大批量生产通常等于低制造成本），而定制化则无法实现。模块化程度从规模上决定了可能的定制程度。例如，太阳能电池板系统具有二维模块性，该模块允许在x和y维度上调整阵列。通过使面板本身及其辅助系统模块化，可以引入更多的模块化尺寸。模块化系统中的尺寸定义为影响的参数例如形状，成本或生命周期。Mero系统具有4维模块化，x，y，z和结构负载能力。在任何现代会议空间中都可以看到，空间框架额外的两个维度的模块化使形式和功能上的灵活性xxx超过了太阳能的二维模块化。如果在设计策略中正确定义和构思了模块化，那么模块化系统可以在市场上创造巨大的竞争优势。真正的模块化系统无需依赖产品周期即可使其功能适应当前的市场状况。正确设计的模块化系统还会带来不携带无用容量的经济优势，从而提高容量利用率以及对成本和定价灵活性的影响。

可以在汽车或其他车辆中看到模块化设计的各个方面，以至于在不改变汽车其余部分的情况下，可以增加或移除汽车的某些部件。

汽车模块化设计的一个简单例子是，尽管许多汽车是基本模型，但支付额外费用将允许“抢购”升级，例如更强大的发动机或季节性轮胎。这些不需要改变汽车的其他部件，例如底盘、转向、电动机或电池系统。

在某些建筑物中可以看到模块化设计。模块化建筑物（以及模块化房屋）通常由通用零件（或模块）组成，这些通用零件（或模块）在工厂制造，然后运送到建筑工地，在那里将它们组装成各种布置。

可以通过添加或删除某些组件来增加或减小模块化建筑物的大小。无需更改建筑物的较大部分即可完成此操作。模块化建筑物还可以使用添加或删除组件的相同过程来进行功能更改。

例如，可以使用诸如墙壁、框架、门、天花板和窗户的模块化部件来建造办公楼。然后可以用更多的墙壁分隔（或分隔）内部，并配备书桌，计算机以及可正常运行的工作空间所需的其他任何东西。如果需要扩展或重新布置办公室以容纳员工，则可以添加或重新定位模块化组件（例如墙板）以进行必要的更改，而无需更改整个建筑物。后来，可以分解并重新布置同一办公室，以形成零售空间，会议厅或其他类型的建筑物，使用与最初形成办公楼相同的模块化组件。然后可以对新建筑物进行装修，以执行其所需功能所需的任何物品。

像Allied Modular这样的公司提供的其他类型的模块化建筑包括警卫室、机器机柜、新闻发布室、会议室、两层建筑、无尘室以及更多应用。

人们对模块化建筑抱有许多误解。实际上，对于快速周转和快速成长的公司而言，模块化施工是一种可行的施工方法。从中受益的行业包括医疗保健、商业、零售、军事以及多户/学生住房。

摩托罗拉在1963年推出了xxx款矩形彩色显像管，并在1967年推出了模块化Quasar品牌。1964年，在摩西盆地（Moses Basin）的管理下，该公司在美国境外开设了xxx家研发部门。1974年，摩托罗拉将其电视业务出售给了总部位于日本的松下的母公司松下。

计算机硬件中的模块化设计与其他事物（例如汽车、冰箱和家具）相同。这个想法是用易于使用的标准化标准接口更换零件的计算机。此技术使用户可以轻松升级计算机的某些方面，而不必完全购买另一台计算机。这个想法也在Project Ara中得到了实施，该项目为制造商提供了一个平台，可以为智能手机创建模块，然后可以由最终用户对其进行定制。

计算机是模块化设计的最佳示例之一。典型的模块包括电源设备、处理器、主板、图形卡、硬盘驱动器和光盘驱动器。只要用户使用支持相同标准接口的部件，所有这些部件都应易于互换。与计算机的模块化相似，还开发了其他工具以利用模块化设计，例如littleBits Electronics，该工具与可互操作的模块结合在一起以创建电路。

一些作者观察到，模块化设计在汽车工业中产生了重量随时间不断增加的趋势。Trancossi提出了一个假设，即模块化设计可以与构造法则推导的一些优化标准相结合。实际上，构造定律就其性质而言是模块化的，可以在工程简单系统中得到有趣的结果。它适用于典型的自下而上的优化方案：

• 使用树模型可以将系统分为子系统（基本部分）；
• 任何复杂的系统都可以以模块化的方式表示，并且有可能描述不同的物理量如何流过系统；
• 分析不同的流路，可以确定影响系统性能的关键组件；
• 通过优化这些组件并用性能更高的组件替代它们，可以改善系统的性能。

在MAAT EU FP7项目期间，已经产生了更好的配方。提出了一种新的设计方法，该方法将上述自下而上的优化与系统级的自上而下的初步设计相结合。考虑到结构设计和模块化设计并未涉及设计过程中要达到的任何目标，因此激发了两步设计过程。最近的一篇论文提供了一种理论表述，并将其成功地应用于小型飞机的设计中；创新型通勤飞机的概念​​设计；新的熵墙的设计，以及旨在提高能效的创新型越野车。