PCB曝光机是印制电路板生产过程中完成印刷线路图影像信息转移的重要设备,其开发涉及到光学、电气、机械、真空和计算机等多个专业领域和专项技术,是典型的复杂机电产品。企业想取得该产品的市场竞争力,就需要设计开发能够快速变形、满足市场多样化需求的系列产品。模块化是解决复杂产品开发设计的重要方法,采用模块化方法设计的产品因制造周期短、成本低、质量好、零部件可重用率高,受到制造商和客户的共同青睐。合理有效的模块划分是产品模块化设计的关键和基础,其结果也直接影响到产品的装配、维修以及回收重用过程的复杂度。模块划分一般分为自上而下的功能分解和自下而上的结构聚类。单纯做功能分解,则功能树灵活性差,划分的人为主观性强,可能会造成底层功能与结构的分离;单纯做结构聚类,则产品复杂度随零件数量增加而激增,关联计算量惊人,计算复杂度难以控制。为此,本论文细致讨论了产品模块化设计中模块划分的多层次特性,提出了复杂机电产品的多层次模块划分方法。该方法对功能分解和结构聚类两种观点进行了有效融合,将产品的模块划分分成系统、整机、部件、零件四个层次,并在不同层次对模块划分对象、目的、方法、特点及所需达成效果等方面分别展开研究。论文将复杂机电产品的多层次模块划分方法运用到PCB曝光机产品的模块化设计中,结合PCB曝光机的产品的设计需求、市场需求和企业自身的模块化需求,制订了PCB曝光机的多层次模块划分方案,对该产品的模块划分进行分层次展开。在整机层,对PCB曝光机的功能进行读写和拆分,以基本功能、辅助功能、特殊功能和定制功能的分类框架,将曝光机划分为骨架、晒架、光源、控制、对位、上下料、遮光、散热等若干个功能部件组成的产品主功能树,并按产品配置需求将这些功能模块定义为基本模块、必选模块或可选模块,由此构建PCB曝光机的产品主结构,以达成终端整机的多样化之效果。在部件层,提出了基于最小子集的模块划分方法。以曝光机光源功能模块的零部件聚类为例,利用定性、定量手段求解零件间的几何、功能和物理相关性,引入最小子集的概念对几何、功能和物理相关性结果取交集,获得关联紧密的最小模块组,在最小模块组的基础上做关联度与聚合度计算,并根据计算结果自底向上聚类零部件。该方法的使用能够有效的控制聚类算法的计算复杂度,亦能实现对产品零件结构的合理聚类。在零件层,以曝光机的机身骨架为例,探究产品零件的模块化建模,在对相似零件几何形态、结构特征、尺寸特征分析归纳的基础上提取具有族类代表性的零件标准模型,所得标准零件模块主模型可通过参数化变形快速完成族类零件的重用设计,实现零件建模的标准化与通用化。另外,以光源模块的尺寸系列化为例,讨论在产品的主功能参数约束下的适应性零件参数设计,通过零件的组合重用,达成部件、整机和族类产品的尺寸系列化。单一的功能分解和结构聚类难以完整诠释复杂机电产品模块的多重功能、结构属性。论文所述多层次模块划分方法在多个层次上分别运用不同方法开展对PCB曝光机产品的模块划分,每单个层次的划分既有递归性又互为辅助,为企业适应市场需要、开发设计模块化系列产品提供了有力的模型依据和数据基础。