基于Solidworks的FOG邦定機模塊化設計研究

馬增剛

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024)

隨著科學技術的發展，企業信息化程度越來越高，對產品設計的質量、效率要求也是越來越高，同時企業必須提供多元化的產品選擇以滿足客戶多樣化的需求，模塊化設計已逐漸被各國工程技術人員所重視，其目的在于簡化設計程序和制造過程，縮短產品研制時間，降低產品成本，快速響應市場。

FOG邦定機是液晶模組及觸摸屏生產中的關鍵設備，用于將FPC（柔性電路板）與ITO玻璃之間建立穩定的機械和電氣連接的生產設備，主要功能是ACF貼附、FPC對位、預壓、本壓。由于不同用戶對該類設備結構要求不盡相同，造成該類設備品種型號繁多，在FPC邦定機的設計中，利用模塊化設計技術可以大大減少設計人員的數量，提高設計效率和質量。

1 模塊化設計

所謂模塊化設計，就是對一定范圍內的不同功能或相同功能但不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過對模塊的選擇和組合可以構成不同的產品，以滿足市場的不同需求。采用模塊化設計技術可以有效地滿足顧客多樣化的需求，快速響應市場并降低產品成本。

模塊化設計可分為以下幾類：

（1）橫系列模塊化設計。它是指在同一規格的基礎上在變形產品范圍內進行模塊化設計；

（2）縱系列模塊化設計。它是指在同一類型產品中，在某一規格的基型產品的基礎上，對不同規格的產品進行模塊化設計；

（3）跨系列模塊化設計。它是指產品在橫（縱）系列模塊化的基礎上兼顧部分縱（橫）系列模塊化的設計；

（4）全系列模塊化設計。它是指產品在全部縱、橫系列范圍內的模塊化設計；

在模塊化設計中，同一功能的單元不是單一的部件，而是若干個可互換的模塊，從而使所組成的產品在結構和性能上更為協調合理。同一功能模塊可以在基型、變型、甚至跨系列、跨類產品的使用，因而它具有較大范圍內通用化的特征。此外，盡量將功能單元設計成較小型的標準模塊，并使其和與其直接相關的模塊之間的連接型式及結構要素一致，或使其標準化，便于裝配與互換，因此模塊化設計能較為經濟地用于多品種小批量生產。模塊化設計是在傳統設計基礎上發展起來的，并融入了先進制造技術和現代設計方法，因而，它屬于現代設計方法的范疇。

2 模塊的劃分

模塊化設計首先需將產品劃分為若干模塊，然后以模塊為基本單元進行設計，模塊劃分的合理性對產品的性能、外觀、成本和模塊的通用化程度均有很大影響，從功能、生產、運輸等不同角度，模塊可以有不同的分法和層次。模塊可以不斷地分層（級），依次分層。分層愈多，模塊越簡單，通用化程度愈容易提高，但產品制造、裝配、管理也愈復雜。傳統的機械設計將模塊設計的功能化產品結構分為四級，產品——功能組成（部件）——主要功能組件——功能元件，多以部件、組件做為模塊，系列化程度高的產品以組件作為模塊，可擴大模塊的通用規范，反之以部件作為模塊。模塊與部（組）件劃分的差別在于：前者以功能獨立化為前提，而后者則注重結構的完整性。

模塊劃分是模塊化設計的關鍵一步，如劃分不當，會在將來進行模塊化設計時大大降低其使用效果，在模塊劃分時需在模塊功能性要求、經濟性要求、外觀造型要求、工藝性要求、可維修性要求等方面加以注意，這幾個方面的要求也是相互關聯的，具體設計時應綜合權衡、統籌處理，正確處理好主與次、先與后的關系。此外模塊設計時還應對其功能擴展方面的要求有一定的考慮，以使該模塊在整體產品系列開發中發揮更大的作用。

3 模塊的建立

模塊建立的過程包括模塊功能設計和結構設計兩個階段，這兩個階段交替循環進行，直到模塊創建成功為止。模塊創建過程如下：

（1）建立整機功能模型，抽象出總功能；

（2）將總功能分解成不同級別、不同層次的子功能；

（3）設計各子功能模塊，并對模塊進行優化、修改和標準化，形成標準模塊；

（4）建立模塊管理系統，實現模塊的統一管理，形成標準模塊庫。

模塊建立的基礎是設計庫，SolidWorks提供了完美的設計庫功能，基于SolidWorks的設計庫包括：

（1）常用注釋（技術要求等）；

（2）特征庫（一些常用的特征）；

（3）常用外購件庫；

（4）基礎件庫（典型零件的幾個最基礎特征的組合）；

（5）零件庫（使用率很高的系列零件，通過配置技術建模）；

（6）部件庫（使用率很高的系列部件，通過配置技術建模）。

模塊的建立需注意以下幾點：

（1）要充分利用三維軟件的配置設計功能；

（2）符合PDM的要求，標準將通過PDM系統管理和調用，一方面要符合PDM的要求，另一方面注意要發揮PDM的優勢；

（3）建立企業系列技術標準（包括設計標準、工藝標準），標準化工作是模塊化設計的基礎；

（4）模塊建立的好壞關系到后續模塊化設計的實施效果，需要抽調有經驗的工程師來進行。

4 FOG邦定機的模塊化設計

基于設計庫的FOG邦定機模塊化設計技術的核心是根據模塊化設計思想，在SolidWorks環境下利用SolidWorks的布局草圖技術、設計庫技術和搜索技術，實現FOG邦定機的快速設計。

FOG邦定機主要由結構系統和電氣系統組成。針對FOG邦定機的特點，根據其使用功能、制造合理和加工容易性等條件，模塊創建過程如下：

（1）認真分析不同用戶對FOG邦定機的要求，建立基于設計庫的FOG邦定機整機功能設計模型（如圖1所示）；

（2）將FOG邦定機總功能分解成機架、ACF部件、工作臺、壓頭、圖像系統、輔助部件六大部件；

（3）FOG邦定機的六大部件根據不同功能要求，每部分又可分為不同的子部件。

（4）設計人員利用SolidWorks設計各部件模型，并在實踐過程在不斷對其進行優化（如圖2所示）。

（5）建立FOG模塊管理系統，實現模塊的統一管理，形成標準模塊庫。

圖1 FOG邦定機整機功能設計模型

圖2 FOG邦定機各部件模型

在建立FOG邦定機模塊庫的基礎上，設計人員可根據客戶需求，從模塊庫中調用所需的模塊，裝配成整機。其具體的設計流程如下：

5 總 結

現在由于模塊化設計的優勢和特點，已經越來越多的被設計制造行業所采用。在進行結構設計時為了快速響應市場，簡化開發工作，提升企業標準化水平，采用模塊化設計是產品設計的發展趨勢。FOG邦定機采用模塊化設計后，大大地提高了產品的設計水平和開發速度，降低了產品開發成本，更快更好的滿足了市場的需要，使公司在市場競爭中保持領先的地位。

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