Design modular

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O design modular , ou modularidade no design, é um princípio de design que subdivide um sistema em partes menores chamadas módulos (como os skids de processo modulares ), que podem ser criados, modificados, substituídos ou trocados de forma independente com outros módulos ou entre sistemas diferentes.

Visão geral [ editar ]

Um projeto modular pode ser caracterizado por particionamento funcional em módulos discretos escaláveis ​​e reutilizáveis, uso rigoroso de interfaces modulares bem definidas e uso de padrões da indústria para interfaces. Nesse contexto, a modularidade está no nível do componente e tem uma única dimensão, a capacidade de encaixe do componente. Um sistema modular com essa modularidade limitada é geralmente conhecido como sistema de plataforma que usa componentes modulares. Exemplos são as plataformas de automóveis ou a porta USB em plataformas de engenharia informática .

Na teoria do projeto, isso é distinto de um sistema modular que possui maior modularidade dimensional e graus de liberdade. Um projeto de sistema modular não tem vida útil distinta e exibe flexibilidade em pelo menos três dimensões. A este respeito, os sistemas modulares são muito raros nos mercados. Os sistemas arquitetônicos Mero são o exemplo mais próximo de um sistema modular em termos de produtos rígidos nos mercados. As plataformas de armas, especialmente no setor aeroespacial, tendem a ser sistemas modulares, em que a estrutura da aeronave é projetada para ser atualizada várias vezes durante sua vida útil, sem a compra de um sistema completamente novo. A modularidade é melhor definida pelas dimensões efetuadas ou pelos graus de liberdade na forma, custo ou operação.

A modularidade oferece benefícios como redução de custo (a customização pode ser limitada a uma parte do sistema, em vez de precisar de uma revisão geral do sistema), interoperabilidade, menor tempo de aprendizado, flexibilidade no projeto, aumento ou atualização sem restrições de geração (adicionando nova solução simplesmente conectando um novo módulo) e exclusão. Modularidade em sistemas de plataforma, oferece benefícios no retorno de margens à escala, custo reduzido de desenvolvimento de produtos, custos reduzidos de O&M e tempo de lançamento no mercado. Os sistemas de plataforma permitiram o amplo uso do design do sistema nos mercados e a capacidade das empresas de produtos de separar a taxa do ciclo do produto dos caminhos de P&D. A maior desvantagem dos sistemas modulares é o designer ou engenheiro. A maioria dos projetistas é mal treinada em análise de sistemas e a maioria dos engenheiros é mal treinada em projeto. A complexidade do projeto de um sistema modular é significativamente maior do que a de um sistema de plataforma e requer especialistas em projeto e estratégia de produto durante a fase de concepção do desenvolvimento do sistema. Essa fase deve antecipar as direções e os níveis de flexibilidade necessários no sistema para entregar os benefícios modulares. Os sistemas modulares podem ser vistos como um projeto mais completo ou holístico, enquanto os sistemas de plataforma são mais reducionistas, limitando a modularidade aos componentes. O design modular completo ou holístico requer um nível muito mais alto de habilidade e sofisticação de design do que o sistema de plataforma mais comum. A complexidade do projeto de um sistema modular é significativamente maior do que a de um sistema de plataforma e requer especialistas em projeto e estratégia de produto durante a fase de concepção do desenvolvimento do sistema. Essa fase deve antecipar as direções e os níveis de flexibilidade necessários no sistema para entregar os benefícios modulares. Os sistemas modulares podem ser vistos como um projeto mais completo ou holístico, enquanto os sistemas de plataforma são mais reducionistas, limitando a modularidade aos componentes. O design modular completo ou holístico requer um nível muito mais alto de habilidade e sofisticação de design do que o sistema de plataforma mais comum. A complexidade do projeto de um sistema modular é significativamente maior do que a de um sistema de plataforma e requer especialistas em projeto e estratégia de produto durante a fase de concepção do desenvolvimento do sistema. Essa fase deve antecipar as direções e os níveis de flexibilidade necessários no sistema para entregar os benefícios modulares. Os sistemas modulares podem ser vistos como projetos mais completos ou holísticos, enquanto os sistemas de plataforma são mais reducionistas, limitando a modularidade aos componentes. O design modular completo ou holístico requer um nível muito mais alto de habilidade e sofisticação de design do que o sistema de plataforma mais comum. Os sistemas modulares podem ser vistos como um projeto mais completo ou holístico, enquanto os sistemas de plataforma são mais reducionistas, limitando a modularidade aos componentes. O design modular completo ou holístico requer um nível muito mais alto de habilidade e sofisticação de design do que o sistema de plataforma mais comum. Os sistemas modulares podem ser vistos como um projeto mais completo ou holístico, enquanto os sistemas de plataforma são mais reducionistas, limitando a modularidade aos componentes. O design modular completo ou holístico requer um nível muito mais alto de habilidade e sofisticação de design do que o sistema de plataforma mais comum.

Carros , computadores , sistemas de processo , painéis solares , aerogeradores , elevadores , móveis , teares , sistemas de sinalização ferroviária , centrais telefônicas , órgãos de tubos , sintetizadores , distribuição de energia elétricasistemas e edifícios modulares são exemplos de sistemas de plataforma usando vários níveis de modularidade de componentes. Por exemplo, não se pode montar um cubo solar a partir de componentes solares existentes ou substituir facilmente o motor em um caminhão ou reorganizar uma unidade de habitação modular em uma configuração diferente após alguns anos, como seria o caso de um sistema modular. Os únicos exemplos existentes de sistemas modulares no mercado atual são alguns sistemas de software que deixaram de ter versões para um paradigma completamente conectado em rede.

O design modular combina inerentemente as vantagens de produção em massa da padronização , uma vez que a modularidade é impossível sem algum nível de padronização (alto volume normalmente equivale a baixos custos de fabricação) com as de personalização . O grau de modularidade, dimensionalmente, determina o grau de customização possível. Por exemplo, os sistemas de painéis solares possuem modularidade bidimensional que permite o ajuste de uma matriz nas dimensões x e y. Outras dimensões de modularidade seriam introduzidas tornando o próprio painel e seus sistemas auxiliares modulares. As dimensões em sistemas modulares são definidas como o parâmetro efetuadocomo forma ou custo ou ciclo de vida. Os sistemas Mero têm modularidade de 4 dimensões, x, y, z e capacidade de carga estrutural. Como pode ser visto em qualquer espaço de convenção moderno, as duas dimensões extras de modularidade da estrutura espacial permitem uma flexibilidade muito maior na forma e na função do que a modularidade 2-d da solar. Se a modularidade for devidamente definida e concebida na estratégia de projeto, os sistemas modulares podem criar uma vantagem competitiva significativa nos mercados. Um verdadeiro sistema modular não precisa depender de ciclos de produtos para adaptar sua funcionalidade ao estado atual do mercado. Os sistemas modulares adequadamente projetados também apresentam a vantagem econômica de não transportar capacidade morta, aumentando a taxa de utilização da capacidade e seu efeito na flexibilidade de custos e preços.

Em veículos [ editar ]

O design modular do Unimog oferece recursos de fixação para vários implementos diferentes .

Aspectos do design modular podem ser vistos em carros ou outros veículos , na medida em que existem certas partes do carro que podem ser adicionadas ou removidas sem alterar o resto do carro.

Um exemplo simples de design modular em carros é o fato de que, embora muitos carros venham como um modelo básico, pagar mais permitirá atualizações "snap-in", como um motor mais potente ou pneus sazonais; estes não requerem qualquer alteração em outras unidades do carro, como o chassi , direção, motor elétrico ou sistemas de bateria.

Em máquinas e arquitetura [ editar ]

O design modular pode ser visto em certos edifícios. Edifícios modulares (e também casas modulares) geralmente consistem em peças universais (ou módulos) que são fabricadas em uma fábrica e depois enviadas para um local de construção onde são montadas em uma variedade de arranjos. [1]

Edifícios modulares podem ser adicionados ou reduzidos em tamanho adicionando ou removendo certos componentes. Isso pode ser feito sem alterar porções maiores do edifício. Os edifícios modulares também podem sofrer alterações na funcionalidade usando o mesmo processo de adição ou remoção de componentes.

Estações de trabalho modulares

Por exemplo, um prédio de escritórios pode ser construído usando peças modulares, como paredes, molduras, portas, tetos e janelas. O interior pode então ser dividido (ou dividido) com mais paredes e mobiliado com mesas, computadores e tudo o que for necessário para um espaço de trabalho funcional. Se o escritório precisar ser expandido ou redividido para acomodar os funcionários, componentes modulares, como painéis de parede, podem ser adicionados ou realocados para fazer as alterações necessárias sem alterar todo o edifício. Mais tarde, este mesmo escritório pode ser dividido e reorganizado para formar um espaço de varejo , sala de conferênciasou outro tipo de edifício, utilizando os mesmos componentes modulares que originalmente formavam o edifício de escritórios. O novo edifício pode então ser remodelado com quaisquer itens necessários para realizar suas funções desejadas.

Outros tipos de edifícios modulares oferecidos por uma empresa como a Allied Modular incluem uma guarita , gabinete de máquina, caixa de imprensa , sala de conferência , prédio de dois andares, sala limpa e muitas outras aplicações. [2]

Muitos equívocos são mantidos em relação aos edifícios modulares. [3] Na realidade, a construção modular é um método viável de construção para empresas de rápida recuperação e crescimento rápido. Os setores que se beneficiariam disso incluem saúde, comércio, varejo, militar e habitação multifamiliar/estudante.

Exibição em feiras comerciais e design de exibição de varejo [ editar ]

O conceito de design modular tornou-se popular com exposições de feiras e displays de promoção de varejo também. Esses tipos de displays promocionais envolvem designs personalizados criativos, mas precisam de uma estrutura temporária que possa ser reutilizável. Assim, muitas empresas estão se adaptando ao modo Modular de design de exposições. Para isso, eles podem usar sistemas modulares pré-projetados que atuam como blocos de construção para criar um design personalizado. Estes podem então ser reconfigurados para outro layout e reutilizados para um show futuro. Isso permite que o usuário reduza o custo de fabricação e mão de obra (para montagem e transporte) e é uma maneira mais sustentável de criar configurações experimentais.

Em televisores [ editar ]

Em 1963 , a Motorola lançou o primeiro tubo de imagem colorido retangular e, em 1967, introduziu a marca modular Quasar . Em 1964, abriu sua primeira filial de pesquisa e desenvolvimento fora dos Estados Unidos, em Israel, sob a gestão da Moses Basin. Em 1974 , a Motorola vendeu seu negócio de televisão para a Matsushita, com sede no Japão, empresa controladora da Panasonic .

Em hardware de computador [ editar ]

Projeto de computador modular

O design modular em hardware de computador é o mesmo que em outras coisas (por exemplo, carros, geladeiras e móveis). A idéia é construir computadores com peças facilmente substituíveis que usem interfaces padronizadas . Essa técnica permite que um usuário atualize facilmente certos aspectos do computador sem ter que comprar outro computador.

Um computador é um dos melhores exemplos de design modular. Os módulos de computador típicos incluem unidades de fonte de alimentação , processadores , placas -mãe , placas gráficas , discos rígidos e unidades ópticas . Todas essas partes devem ser facilmente intercambiáveis , desde que o usuário use peças que suportem a mesma interface padrão. Semelhante à modularidade do computador, outras ferramentas foram desenvolvidas para alavancar o design modular, como littleBits Electronics , que se encaixam em módulos interoperáveis ​​para criar circuitos. [4]

Para smartphones (veja também Smartphone modular ), essa ideia foi explorada no Projeto Ara , que forneceu uma plataforma para fabricantes criarem módulos para um smartphone que poderiam ser personalizados pelo usuário final. O Fairphone usa um princípio semelhante, onde o usuário pode comprar peças individuais para reparar ou atualizar o telefone.

Integrando o gêmeo digital no design modular [ editar ]

O gerenciamento do ciclo de vida do produto é uma estratégia para gerenciar com eficiência informações sobre um produto (e famílias de produtos, plataformas, módulos e peças) durante o ciclo de vida do produto . [5] Os pesquisadores descreveram como a integração de um gêmeo digital — uma representação digital de um produto físico — com o design modular pode melhorar o gerenciamento do ciclo de vida do produto. [6] [7]

Integrando avaliações de ciclo de vida e energia em design modular [ editar ]

Alguns autores observam que o design modular tem gerado na indústria automobilística um aumento constante de peso ao longo do tempo. Trancossi avançou a hipótese de que o projeto modular pode ser acoplado a alguns critérios de otimização derivados da lei construtal . [8] De fato, a lei construtal é modular por sua natureza e pode ser aplicada com resultados interessantes na engenharia de sistemas simples. [9] Aplica-se a um esquema típico de otimização de baixo para cima:

  • um sistema pode ser dividido em subsistemas (partes elementares) usando modelos de árvore;
  • qualquer sistema complexo pode ser representado de forma modular e é possível descrever como diferentes magnitudes físicas fluem pelo sistema;
  • analisando os diferentes caminhos de fluxo é possível identificar os componentes críticos que afetam o desempenho do sistema;
  • otimizando esses componentes e substituindo-os por outros de melhor desempenho, é possível melhorar o desempenho do sistema.

Uma formulação melhor foi produzida durante o projeto MAAT EU FP7. [10] Foi formulado um novo método de projeto que combina a otimização de baixo para cima acima com um projeto preliminar de cima para baixo em nível de sistema. [11] O processo de projeto em duas etapas foi motivado por considerar que o projeto construtivo e modular não se refere a nenhum objetivo a ser alcançado no processo de projeto. Uma formulação teórica foi fornecida em um artigo recente, [8] e aplicada com sucesso ao projeto de uma pequena aeronave, [12] ao projeto conceitual de aeronaves de passageiros inovadoras, [13] [14] ao projeto de uma nova parede entrópica , [15]e um veículo off-road inovador projetado para eficiência energética. [16]

Veja também [ editar ]

Referências [ editar ]

  1. ^ "Definição de casa modular" . Recuperado 2010-08-19 .
  2. ^ Produtos modulares aliados Modular aliado. Recuperado em 27 de março de 2012
  3. ^ "edifício modular" . Arquivado a partir do original em 17/09/2014.
  4. ^ "Como um empreendedor está trazendo o mainstream do conhecimento do fabricante de franja" . PSFK . PSFK. 26/08/2014 . Recuperado em 27 de maio de 2015 .
  5. ^ Stark, John (2015) [2005]. Gerenciamento do Ciclo de Vida do Produto (Volume 1): Paradigma do Século XXI para Realização do Produto . Engenharia de Decisão (3ª ed.). Cham: Springer-Verlag . págs. 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 (janeiro de 2017). "Moldando o gêmeo digital para engenharia de projeto e produção" (PDF) . Anais do CIRP . 66 (1): 141–144. doi : 10.1016/j.cirp.2017.04.040 .
  7. ^ Aflições, Michael; Vickers, John (2017). "Gêmeo digital: mitigando o comportamento emergente imprevisível e indesejável em sistemas complexos". Em Kahlen, Franz-Josef; Flumerfelt, Shannon; Alves, Anabela (eds.). Perspectivas transdisciplinares sobre sistemas complexos: novas descobertas e abordagens . Cham: Springer-Verlag . págs. 85-113. doi : 10.1007/978-3-319-38756-7 . ISBN 9783319387543.
  8. ^ a b Trancossi, M. Uma resposta à maturidade industrial e questões energéticas: uma possível solução baseada no direito construtal . EUR. Transp. Res. Rev. (2015) 7: 2. doi : 10.1007/s12544-014-0150-4
  9. ^ Bejan A. , e Lorente S. , "Teoria Construtal de geração de configuração na natureza e engenharia", J. Appl. Phys., 100, 2006, doi : 10.1063/1.2221896
  10. ^ "Dirigível avançado multicorpo para transporte | Projetos | FP7-TRANSPORT" .
  11. Dumas A, Madonia M, Trancossi M, Vucinic D (2013) "Propulsão de dirigíveis cruzados-alimentadores fotovoltaicos dimensionamento por projeto construtal para método de eficiência" . SAE Int J Aerosp 6(1):273–285. doi : 10.4271/2013-01-2303
  12. Trancossi, M., Bingham, C., Capuani, A., Das, S. et al., "Aeronave de reconhecimento não tripulado multifuncional para operações de baixa velocidade e STOL" , SAE Technical Paper 2015-01-2465, 2015. doi : 10.4271/2015-01-2465
  13. ^ Trancossi, M., Madonia, M., Dumas, A. et al. "Uma nova arquitetura de aeronave baseada no bocal de efeito ACHEON Coanda: modelo de voo e avaliação de energia" . EUR. Transp. Res. Rev. (2016) 8: 11. doi : 10.1007/s12544-016-0198-4
  14. Trancossi, M., Dumas, A., Madonia, M., Subhash, M. et al., "Estudo preliminar de implementação do empuxo ACHEON e propulsão elétrica vetorial em um avião utilitário leve STOL" , SAE Technical Paper 2015-01- 2422, 2015. doi : 10.4271/2015-01-2422
  15. ^ Trancossi, M., et al. "Projeto construtivo de uma parede entrópica com circulação de água no interior" . Journal of Heat Transfer , 2016, 138.8: 082801.
  16. Trancossi M., Pascoa J, "Design de um veículo híbrido off-road inovador por critérios de eficiência energética" , International Journal of Heat and Technology , 2016.

Leitura adicional [ editar ]