모듈러 설계

Modular design

모듈 설계 또는 설계모듈화는 시스템을 모듈이라고 불리는 작은 부분(예: 모듈러 프로세스 스키드)으로 세분화하는 설계 원칙입니다.이 모듈들은 독립적으로 생성, 수정, 교체 또는 다른 모듈 또는 다른 시스템 간에 교환할 수 있습니다.

개요

모듈러 설계는 확장 가능하고 재사용 가능한 개별 모듈로 기능 분할, 명확한 모듈러 인터페이스의 엄격한 사용 및 인터페이스에 대한 업계 표준 사용으로 특징지을 수 있습니다.이 맥락에서 모듈화는 구성요소 수준이며 단일 차원, 구성요소 슬로터빌리티를 가집니다.이러한 모듈러성이 제한된 모듈러 시스템은 일반적으로 모듈러 컴포넌트를 사용하는 플랫폼시스템으로 알려져 있습니다.를 들어 자동차 플랫폼이나 컴퓨터 엔지니어링 플랫폼의 USB 포트 등이 있습니다.

설계이론에서 이것은 더 높은 차원의 모듈화와 자유도를 가진 모듈식 시스템과 구별됩니다.모듈러형 시스템 설계는 뚜렷한 수명을 가지지 않으며 최소 3차원적인 유연성을 발휘합니다.이 점에서 모듈러 시스템은 시장에서 매우 드물다.Mero 아키텍처 시스템은 시장에서 하드 제품 측면에서 모듈식 시스템에 가장 가까운 예입니다.무기 플랫폼은, 특히 항공우주 분야에서, 완전히 새로운 시스템을 구입하지 않고, 기체가 수명 동안 여러 번 업그레이드되도록 설계된 모듈식 시스템인 경향이 있습니다.모듈성은 영향을 받는 치수 또는 형태, 비용 또는 운용의 자유도에 의해 가장 잘 정의됩니다.

모듈화는 비용 절감(시스템 전체의 오버홀이 아닌 시스템 일부에 한정될 수 있음), 상호 운용성, 짧은 학습 시간, 설계의 유연성, 세대 제약 없이 증설 또는 갱신(새로운 모듈을 연결하는 것만으로 새로운 솔루션 추가) 등의 이점을 제공합니다.클루전플랫폼 시스템의 모듈화로 마진을 확대로 되돌리는 이점, 제품 개발 비용 절감, O&M 비용 절감, 출시 기간 단축을 제공합니다.플랫폼 시스템은 시장에서의 시스템 설계의 광범위한 이용을 가능하게 하고 제품 회사가 제품 사이클의 비율을 연구개발 경로에서 분리할 수 있도록 했습니다.모듈러 시스템의 가장 큰 단점은 설계자나 엔지니어입니다.대부분의 설계자는 시스템 분석에 대한 교육을 제대로 받지 못했고 대부분의 엔지니어는 설계에 대한 교육을 제대로 받지 못했습니다.모듈식 시스템의 설계 복잡성은 플랫폼 시스템보다 훨씬 높으며 시스템 개발의 개념 단계에서 설계 및 제품 전략에 대한 전문가가 필요합니다.이 단계에서는 시스템에 필요한 유연성의 방향과 수준을 예측하여 모듈식 이점을 제공해야 합니다.모듈식 시스템은 보다 완전하거나 전체적인 설계로 간주될 수 있는 반면 플랫폼 시스템은 보다 환원주의적이기 때문에 모듈식이 구성요소로 제한됩니다.완전한 또는 전체적인 모듈러 설계를 위해서는 일반적인 플랫폼 시스템보다 훨씬 높은 수준의 설계 기술과 정교함이 필요합니다.

자동차, 컴퓨터, 프로세스 시스템, 태양 전지판, 풍력 터빈, 엘리베이터, 가구, 지붕, 철도 신호 시스템, 전화 교환기, 파이프 오르간, 신시사이저, 배전 시스템 및 모듈식 건물은 다양한 수준의 구성요소 모듈화를 사용하는 플랫폼 시스템의 예입니다.예를 들어, 기존 태양 부품에서 태양 큐브를 조립하거나 트럭의 엔진을 쉽게 교체하거나 모듈식 하우징 유닛을 모듈식 시스템처럼 몇 년 후에 다른 구성으로 재배치할 수 없습니다.현재 시장에서 모듈러 시스템의 유일한 예는 버전 관리에서 완전히 네트워크화된 패러다임으로 전환한 일부 소프트웨어 시스템입니다.

모듈러 설계는 본질적으로 표준화대량 생산의 이점을 결합합니다. 모듈러화는 어느 정도의 표준화 없이는 불가능하기 때문입니다(대부분의 대량 생산은 커스터마이즈와 제조 코스트의 삭감을 의미합니다.모듈화의 정도는 차원적으로 가능한 커스터마이즈의 정도를 결정합니다.예를 들어, 태양 전지판 시스템은 x 및 y 차원으로 어레이를 조정할 수 있는 2차원 모듈성을 가지고 있습니다.패널 자체와 보조 시스템을 모듈화함으로써 모듈화의 추가 치수가 도입될 것입니다.모듈러 시스템의 치수는 형상, 비용 또는 라이프 사이클과 같은 영향을 받는 파라미터로 정의됩니다.Mero 시스템은 4차원 모듈화, x, y, z 및 구조 부하 용량을 가지고 있습니다.현대 컨벤션 공간에서 볼 수 있듯이, 공간 프레임의 추가적인 2차원 모듈화는 태양광의 2차원 모듈화보다 형태와 기능 면에서 훨씬 더 큰 유연성을 제공합니다.설계 전략에서 모듈화를 적절히 정의하고 구상한다면 모듈식 시스템은 시장에서 상당한 경쟁 우위를 창출할 수 있습니다.진정한 모듈러 시스템은 기능을 현재 시장 상황에 맞게 조정하기 위해 제품 주기에 의존할 필요가 없습니다.적절하게 설계된 모듈식 시스템은 데드 캐퍼시티를 탑재하지 않고 용량 활용률을 높이고 비용 및 가격 유연성에 미치는 영향도 가져옵니다.

차내

Unimog의 모듈식 디자인은 다양한 구현에 대한 부착 기능을 제공합니다.

모듈러 디자인의 측면은 자동차의 나머지 부분을 변경하지 않고 추가 또는 분리할 수 있는 특정 부품이 있을 정도로 자동차나 기타 차량에서 볼 수 있습니다.

자동차의 모듈러 설계의 단순한 예로는 많은 차량이 기본 모델로 제공되지만, 추가 요금을 지불하면 보다 강력한 엔진 또는 계절용 타이어와 같은 "스냅인" 업그레이드를 수행할 수 있습니다. 이러한 업그레이드는 섀시, 스티어링, 전기 모터 또는 배터리 시스템과 같은 차량의 다른 장치를 변경할 필요가 없습니다.

기계와 아키텍처의 경우

모듈러 디자인은 특정 건물에서 볼 수 있습니다.모듈식 건물(및 모듈식 주택)은 일반적으로 공장에서 제조된 후 건설현장으로 출하되는 범용 부품(또는 모듈)으로 구성되어 있으며, 이 부품들은 다양한 방식으로 [1]조립됩니다.

모듈러 빌딩은 특정 구성요소를 추가하거나 제거함으로써 크기를 추가하거나 줄일 수 있습니다.이것은 건물의 큰 부분을 변경하지 않고도 할 수 있습니다.모듈러 빌딩에서도 컴포넌트를 추가하거나 제거하는 동일한 프로세스를 사용하여 기능이 변경될 수 있습니다.

모듈러형 워크스테이션

예를 들어 벽, 프레임, 문, 천장, 창문 등의 모듈러 부품을 사용하여 오피스 빌딩을 지을 수 있습니다.그런 다음 내부를 더 많은 벽으로 분할(또는 분할)할 수 있으며, 작업 공간에서 작동하는 데 필요한 책상, 컴퓨터 및 기타 모든 것을 구비할 수 있습니다.직원을 수용하기 위해 사무실을 확장하거나 재배치해야 할 경우, 벽 패널과 같은 모듈식 구성요소를 추가 또는 재배치하여 건물 전체를 변경하지 않고 필요한 사항을 변경할 수 있습니다.나중에 이 같은 사무실을 분해하고 재배치하여 소매 공간, 회의장 또는 다른 유형의 건물을 형성할 수 있습니다.처음 오피스 빌딩을 형성한 것과 같은 모듈러 컴포넌트를 사용합니다.그런 다음 원하는 기능을 수행하기 위해 필요한 모든 품목으로 새 건물을 다시 설치할 수 있습니다.

Allied Modular와 같은 회사에서 제공하는 다른 유형의 모듈러 건물에는 가드하우스, 기계 인클로저, 프레스 박스, 회의실, 2층 건물,[2] 클린룸 등이 있습니다.

모듈식 [3]건물에 대해 많은 오해가 있다.실제로 모듈러 건축은 빠른 회생과 급성장하는 기업을 위한 실행 가능한 건축 방법입니다.이로 인해 혜택을 받을 수 있는 산업에는 의료, 상업, 소매, 군사 및 다세대/학생 주택이 포함됩니다.

전시회 전시 및 소매 디스플레이 디자인

모듈러 디자인의 컨셉은, 무역 박람회 전시나 소매 프로모션 전시에서도 인기를 끌고 있습니다.이러한 종류의 판촉용 디스플레이는 창의적인 맞춤 디자인을 포함하지만 재사용할 수 있는 임시 구조를 필요로 합니다.따라서 많은 기업들이 모듈러 방식의 전시 디자인에 적응하고 있습니다.이를 통해 고객은 사전 엔지니어링된 모듈식 시스템을 사용하여 맞춤형 설계를 제작할 수 있습니다.그런 다음 이러한 레이아웃을 다른 레이아웃으로 재구성하여 향후 쇼를 위해 재사용할 수 있습니다.이를 통해 사용자는 제조 및 인건비(설치 및 운송용)를 절감할 수 있으며, 보다 지속 가능한 방법으로 경험적 셋업을 만들 수 있습니다.

텔레비전에서는

1963년 모토로라는 최초의 직사각형 컬러 화상관을 선보였고 1967년에는 모듈러형 Quasar 브랜드를 선보였다.1964년 이스라엘에 모세 분지의 관리 하에 미국 이외의 첫 연구 개발 지부를 개설했다.1974년 모토로라는 자사의 텔레비전 사업을 파나소닉의 모회사인 일본에 본사를 둔 마쓰시타에 매각했다.

컴퓨터 하드웨어 내

모듈러형 컴퓨터 설계

컴퓨터 하드웨어의 모듈러 설계는 다른 것(자동차, 냉장고, 가구 등)과 동일합니다.이 아이디어는 표준화된 인터페이스를 사용하는 쉽게 교체할 수 있는 부품으로 컴퓨터를 만드는 것입니다.이 기술을 통해 사용자는 다른 컴퓨터를 구입하지 않고도 컴퓨터의 특정 부분을 쉽게 업그레이드할 수 있습니다.

컴퓨터는 모듈식 설계의 가장 좋은 예 중 하나이다.일반적인 컴퓨터 모듈에는 전원 장치, 프로세서, 메인보드, 그래픽 카드, 하드 드라이브, 옵티컬(광학식) 드라이브가 포함됩니다.사용자가 동일한 표준 인터페이스를 지원하는 부품을 사용하는 한 이러한 부품은 모두 쉽게 교환할 수 있어야 합니다.컴퓨터의 모듈화와 마찬가지로, 상호 운용 가능한 모듈과 스냅하여 회로를 [4]만드는 littleBits Electronics와 같은 모듈식 설계를 활용하기 위해 다른 도구들이 개발되었습니다.

스마트폰(모듈러 스마트폰 참조)의 경우, 이 아이디어는 최종 사용자가 커스터마이즈할 수 있는 스마트폰용 모듈을 제조하는 플랫폼을 제공하는 Project Ara에서 탐구되었습니다.Fairphone은 사용자가 개별 부품을 구입하여 전화기를 수리하거나 업그레이드할 수 있는 유사한 원리를 사용합니다.

디지털 트윈을 모듈러 설계에 통합

제품 라이프 사이클 관리는 제품 라이프 [5]사이클 동안 제품(및 제품 패밀리, 플랫폼, 모듈 및 부품)에 대한 정보를 효율적으로 관리하기 위한 전략입니다.연구진은 디지털 트윈(물리 제품의 디지털 표현)을 모듈러 설계와 통합함으로써 제품 라이프 [6][7]사이클 관리를 개선하는 방법에 대해 설명했습니다.

라이프 사이클과 에너지 평가를 모듈러 설계에 통합

일부 저자들은 모듈식 설계가 시간이 지남에 따라 차량 산업에서 지속적으로 가중치를 증가시켰다고 관찰한다.Trancossi는 모듈식 설계가 구성 [8]법칙에서 도출된 최적화 기준에 의해 결합될 수 있다는 가설을 발전시켰다.사실, 구성 법칙은 그의 성격에 따라 모듈식이며 엔지니어링 단순 [9]시스템에 흥미로운 결과를 적용할 수 있습니다.이는 일반적인 상향식 최적화 스키마에 적용됩니다.

  • 시스템은 나무 모델을 사용하여 하위 시스템(수평 부품)으로 나눌 수 있다.
  • 모든 복잡한 시스템은 모듈러 방식으로 표현될 수 있으며 다양한 물리적 크기가 시스템을 통해 어떻게 흐르는지 설명할 수 있다.
  • 다양한 흐름 경로를 분석하여 시스템 성능에 영향을 미치는 중요한 구성요소를 식별할 수 있다.
  • 이러한 컴포넌트를 최적화하고 보다 성능이 뛰어난 컴포넌트로 대체함으로써 시스템의 성능을 향상시킬 수 있습니다.

MAAT EU FP7 프로젝트 [10]동안 더 나은 제형이 생산되었습니다.상기의 상향식 최적화를 예비 시스템 레벨 하향식 설계와 결합하는 새로운 설계 방법이 [11]공식화되었습니다.2단계 설계 프로세스는 구조 및 모듈식 설계가 설계 프로세스에서 도달해야 할 목표를 참조하지 않는다는 점을 고려함으로써 동기 부여되었습니다.최근 논문에서 [8]이론적인 공식이 제공되었으며, 소형 [12]항공기 설계, 혁신적인 통근 항공기의 개념 [13][14]설계, 새로운 엔트로픽 [15]벽 설계 및 에너지 효율을 [16]위해 설계된 혁신적인 오프로드 차량에 성공적으로 적용되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Modular home definition". Retrieved 2010-08-19.
  2. ^ Allied Modular Products Allied Modular.2012년 3월 27일 취득
  3. ^ "modular building". Archived from the original on 2014-09-17.
  4. ^ "How One Entrepreneur Is Bringing Fringe Maker Knowledge Mainstream". PSFK. PSFK. 2014-08-26. Retrieved 27 May 2015.
  5. ^ Stark, John (2015) [2005]. Product Lifecycle Management (Volume 1): 21st Century Paradigm for Product Realisation. Decision Engineering (3rd ed.). Cham: Springer-Verlag. pp. 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 (January 2017). "Shaping the digital twin for design and production engineering" (PDF). CIRP Annals. 66 (1): 141–144. doi:10.1016/j.cirp.2017.04.040.
  7. ^ Grieves, Michael; Vickers, John (2017). "Digital twin: mitigating unpredictable, undesirable emergent behavior in complex systems". In Kahlen, Franz-Josef; Flumerfelt, Shannon; Alves, Anabela (eds.). Transdisciplinary perspectives on complex systems: new findings and approaches. Cham: Springer-Verlag. pp. 85–113. doi:10.1007/978-3-319-38756-7. ISBN 9783319387543.
  8. ^ a b Trancossi, M. 산업 성숙도와 에너지 문제에 대한 대응: 건설법에 근거한 가능한 해결책.어. 트랜스.Res. Rev. (2015) 7: 2. doi:10.1007/s12544-014-0150-4
  9. ^ Bejan A.와 Lorente S., "자연과 공학에서 구성 생성의 구성 이론", J. Appl.Phys., 100, 2006, doi: 10.1063/1.2221896
  10. ^ "Multibody Advanced Airship for Transport Projects FP7-TRANSPORT".
  11. ^ Dumas A, Madonia M, Trancossi M, Vucinic D(2013년) "효율성을 위한 구조 설계에 의한 태양광 발전 순양전 공급기 비행선의 치수화 추진"[dead link]SAE Int J Airosp 6 (1):273–285. doi:10.4271/2013-01-2303
  12. ^ Trancossi, M., Bingham, C., Capuani, A., Das, S. 등, "저속STOL 운영을 위한 다기능 무인 정찰기",[dead link] SAE 기술 문서 2015-01-2465, 2015.do:10.4271/2015-01-2465.
  13. ^ Trancossi, M., M., M., Dumas, A. et al."ACHEON Coanda 효과 노즐을 기반으로 한 새로운 항공기 아키텍처: 비행 모델과 에너지 평가."어. 트랜스. Res. Rev. (2016) 8: 11. doi:10.1007/s12544-016-0198-4
  14. ^ Trancossi, M., Dumas, A., Madonia, M., Subhash, M. 등, "STOL 경유틸리티 항공기에 대한 ACHEON 추력벡터 전기 추진의 예비 구현 연구", SAE Technical Paper 2015-01-2422, 2015.1.i:01-27.
  15. ^ Trancossi, M."내부를 순환하는 물이 있는 엔트로픽 벽의 시공 설계"열전달 저널, 2016, 138.8: 082801.
  16. ^ Trancossi M., Pascoa J, "에너지 효율 기준에 의한 혁신적인 오프로드 하이브리드 차량 설계", International Journal of Heat and Technology, 2016.

추가 정보

  • Schilling, MA., "일반 모듈러 시스템 이론과 제품 모듈러성을 확인하기 위한 그 적용에 대하여" Academy of Management Review, 2000, Vol 25 (2): 312-334.[1]
  • Erixon, O.G. 및 E.Ericsson, A., "제어 설계 변종" 미국: Society of Manufacturing Engineers 1999 [ 2 ] ISBN 0 - 87263 - 514 - 7 [ 3 ]
  • K.B. 클락과 C.Y. 볼드윈은 "디자인 규칙"입니다. 제1권: 모듈화의 힘" 케임브리지, 매사추세츠: MIT Press 2000 ISBN 0-262-02466-7
  • Baldwin, C.Y., Clark, K.B., "디자인의 모듈성 옵션 가치" 하버드 비즈니스 스쿨, 2002년 [4]
  • Levin, Mark Sh. "모듈러 시스템 설계평가"스프링거, 2015년
  • 설계 형식 모델링 및 자동 분석 모듈화
  • "모듈러성: 차세대 설계 아키텍처로 업그레이드" 인터뷰