模塊化設計在點鈔機設計中的應用

林峰

【摘要】本文在簡介模塊化設計方法的基礎上，論述了模塊化設計的關鍵特點和步驟，并結合點鈔機結構組成，討論了點鈔機的模塊化設計要求，特別是傳感檢測模塊、捻鈔模塊、出鈔模塊、接鈔模塊的模塊化設計和安裝，提出盡可能采用卡扣連接完成點鈔機各個模塊的固定和安裝，為點鈔機的模塊化、標準化生產奠定基礎。

【關鍵詞】模塊化設計 點鈔機 傳感檢測模塊 卡扣連接

一、前言

點鈔機是重要的金融機具之一。近年來我國點鈔機行業穩步發展，點鈔機制造企業在100家左右，大部分在廣州、浙江、上海、遼寧等省市，而規模以上的企業不到20家，其余均為中小型企業[1]。當前，我國點鈔機市場已經逐步飽和，點鈔機制造企業存在利潤水平低，關鍵技術和核心技術缺乏，“價格戰、渠道戰”盛行等問題[1]。近期我國勞動力成本顯著上漲，作為勞動密集型行業，點鈔機制造企業生產支出也不斷上升，迫切需要采用新技術和新方法降低勞動力需求和人工成本。

另一方面，已有的點鈔機結構設計都采用傳統方法，其捻鈔機構、出鈔機構、接鈔機構都是由相對獨立的不同部件組成，并通過螺栓或螺釘與點鈔機機架連接，利用電機驅動和同步帶或繩輪實現傳動；點鈔機的各類檢測傳感器分散安裝于點鈔機不同位置，接線盒和固定安裝步驟繁瑣；不同點鈔機的零部件經常不通用，裝配位置不同，互換性差。這種結構設計和布局造成點鈔機加工裝配工作量大，難度高，對安裝工人的熟練程度和技術要求較高，而目前點鈔機制造企業普遍工人流動性大，造成點鈔機質量無法進一步提高。因此，有必要對當前點鈔機結構設計和布局進行優化，以達到提高產品可靠性、降低裝配工作量和技術要求的目標。

二、模塊化設計方法和設計步驟

“模塊化設計”是指在對一類相同功能的設備或產品進行功能分析的基礎上，給出組成改設備或產品的一系列功能模塊的劃分結果，可以通過選擇模塊或者通過模塊組合實現構成不同產品的目標，從而滿足市場和用戶的不同需求[2，3]。

基于模塊化設計的點鈔機產品是由一組特定的模塊在一定范圍內，組成多種不同功能或相同功能不同性能的點鈔機，其中模塊是指具有一定的功能的要素結合。采用模塊化方法設計點鈔機，可以使得點鈔機由一些相對獨立的標準化模塊集合而成，而不是由分散的零部件組成。這些標準化模塊具有良好互換性，從而有效簡化點鈔機的結構，在點鈔機流水線生產中實現裝配標準化和通用化，有效降低生產成本并提高點鈔機質量。

一般情況下，模塊化設計方法采用自頂向下的思路，以功能分析、模塊劃分作為關鍵，其步驟如下：

（1）市場調研和用戶需求分析；

（2）產品功能分析和確定產品系列；

（3）確定產品參數；

（4）給定產品模塊化設計類型，劃分模塊；

（5）完成產品各模塊結構設計；

（6）編寫技術文件；

（7）產品試制、模塊組裝和設計改進。

模塊化設計過程當中應當充分考慮應用成組技術，即以零件在形狀、工藝上的相似性作為依據，并把相似的問題和部件歸類成組，通過對相似零件、部件或子系統的標準化和規范化處理，使批量較小的產品也具備流水作業生產的條件。通過成組技術，使得模塊化設計的產品更加規范化和通用化，可以極大簡化生產裝配工序，降低生產作業復雜度。

三、點鈔機的模塊設計

點鈔機的模塊劃分必須注意其中的模塊要實現一定功能，明確整個產品系列的功能和相應模塊，其中臺式點鈔機類型作為示例如圖1所示。劃分模塊的依據是模塊化設計方法思想核心，其中應當考慮模塊組合變化規則。模塊劃分的正確性是點鈔機結構設計合理性的關鍵。

從臺式點鈔機的現有結構樣式和功能要求出發，遵循的模塊劃分原則是：盡可能以獨立的功能單元或者部件、組件為模塊，模塊在結構上盡可能獨立化，使得模塊本體容易制造，模塊之間盡可能方便裝配和定位或連接，從而簡化點鈔機整機的裝配和構成多種點鈔機變形產品。

在劃分臺式點鈔機的模塊的時候，應當從點鈔機總功能出發，分解成獨立的分功能。如有必要，分功能則可以進一步劃分為子功能。如圖2所示，由于點鈔機本身不是十分復雜，其模塊的劃分依據主要按照分功能進行歸類。與傳統臺式點鈔機不同是的，本文提出的模塊化點鈔機設計中的磁檢測、紅外檢測和熒光檢測等檢測功能，由統一的傳感檢測模塊完成。除體積較大的冠字號圖像傳感器之外，所有的檢測傳感器和相關處理電路均集成安裝于傳感檢測模塊內部和表面，傳感檢測模塊通過精確合理的卡位和卡扣固定在點鈔機機架上。這種設計方式可以有效簡化點鈔機生產當中的裝配工作量，降低對裝配工人的技術要求，并提高傳感器裝配位置精度，提高點鈔機產品質量。

除傳感檢測模塊之外，臺式點鈔機的其余模塊，例如電源模塊、接鈔模塊、冠字號檢測模塊、導鈔模塊、顯示按鍵模塊等，設計中也盡可能在裝配前完成模塊自身的組裝后，多利用卡接類卡扣連接，實現模塊與模塊之間或者模塊與機架之間的固定連接。目前已有的點鈔機中，卡扣連接仍然很少使用，主要還是通過螺栓螺釘連接。本文引入的卡扣連接已經成為機電產品裝配中重要連接方式，這種方式不需要增加連接零件并且具有裝配簡單等優點；卡扣連接在汽車、打印機、電腦等眾多產品中已經逐漸取代螺釘成為最主要的連接方法[4]，將來也必然成為點鈔機的主要連接方式。

四、結論

結合卡扣連接的模塊化設計是我國點鈔機制造企業產品升級的必由之路，為點鈔機設計和生產裝配的簡單化、標準化以及通用化提供保障。簡單方便的卡扣連接，以及易于裝配的組件式模塊有利于點鈔機企業提高產品產量和質量，降低人工成本，有利于我國點鈔機制造企業競爭力的提高。

參考文獻

[1]王同軸.對點鈔機行業發展的幾點思考——以蒼南為例[J].蒼南縣金融設備行業協會論壇，2013，http：//www.cfeia.cn/Association Journal View.asp SortID=27&ID=123.

[2]蔡業彬.模塊化設計方法及其在機械設計中的應用[J].機械設計與制造，2005，（8）：154-156.

[3]蔡燕華.分析模塊化設計方法及其在機械設計中的應用[J].科技傳播，2014，（2）：160，154.

[4]陳燕.塑料卡扣設計研究及CAD應用模塊開發，2006，江南大學.