模塊化設計方法及其在機械設計中的應用

文/李明昊 葉明，沈陽慧遠自動化

社會經濟文化等各領域的飛速發展，帶來的是人們在物質生產方面的需求日益多元化，這無疑間接促進機械設計領域不斷考慮社會大眾的需求，并據此提出更多元、更高效的產品。受制于傳統方法的局限性，機械設計在滿足多元化物質生產需求方面有瓶頸。而如今科學技術革新下出現的模塊化設計方法能夠有效提升機械設計的質量與效率，對促進機械設計領域與時俱進跟上時代的發展具有重要作用。本文重點就模塊化設計方法進行深入細致的分析與闡釋。

1 模塊化設計方法的內涵及特點

（1）主要分為橫向設計和縱向設計兩種設計方式。模塊化的設計方法主要分為橫向設計和縱向設計兩種，剩下的都是一這兩種基本的設計方法為框架而展開的。對于機械產業而言，橫向的設計方法具有容易實現、成本較低和推廣簡單的優勢，它是指不改變所要設計產品的主要參數，通過建立一系列的簡單模型來進行產品的設計和變形；縱向的設計方法是指對相同類型的產品的基礎型構建進行簡單的模塊化設計之后再進行具體的操作實踐，同樣具有非常強的實用性。

（2）便于進行機械包裝的維修和管理。對于機械設計而言，模塊化設計的其中一個主要優勢便是便于維修和管理、因為其設計的基礎是建立在模塊的構造之下，屬于一種固定的設計框架，在進行具體的管理和修改、維護時，只需要對其中或部分模塊進行管理和改變即可實現目的[1]，如在機械包裝之時模塊化設計的程序出現問題，只需要對出問題的那一部分進行更換即可再一次正常運轉，而不需要對所有的模塊進行維修，節省了大量的時間和財力。

（3）簡化包裝設計從而有效降低包裝成本。通常情況下一種系列的包裝只適用于同一種系列的產品，但對于社會生產和生活而言，單一的產品結構并不能有效地滿足其要求，因此眾多無意義的重復設計成為機械產業的詬病，而模塊化設計方法有效地改善了這一問題，可以適用于變化不大的同類型的不同系列的產品包裝設計，避免了無意義勞動，節省了包裝成本。同時，通過設計模塊的不斷優化，還能不斷地減少模塊組合，用最少的成本達成最佳的目的，從原料方面也降低了生產包裝的成本。

2 模塊化設計方法及其在機械設計中的應用研究

（1）模塊化設計在數控立式車床中的應用。模塊化設計在數控立式車床中的應用主要體現在結構劃分上，具體如下：一是將具有獨立功能的單位作為模塊，以便不同模塊之間進行組合，夠拼湊出多種產品；二是以部件作為模塊進行劃分，在盡可能的保證模塊完整性的同時保證產品的質量；三是利用組件的方式進行模塊化設計，即對模塊進行分解之后，通過不斷的優化和調整重新對模塊進行設計和改造，使其能適合設計上的變化和實際工作中的需求，使模塊化設計更具有經濟效益[2]，實現更大的價值，四是在進行模塊劃分的同時，還要考慮機床中大件的劃分，保證期規范性，還要使其易于分離和結合，方便以后進行模塊化設計的改進優化和升級。

（2）模塊化設計在數控立式車床的功能分解應用。模塊化設計在數控立式車床上的應用體現便是其功能分解作用。在對模塊進行劃分的時候，必須要充分考慮到車床的整體性，再在整體性的基礎上進行分解從而實現模塊化的具體應用設計，直至將分功能繼續分解為不能在進行分解的功能元為止，如此才可以最大效率的體現模塊化設計的優勢和作用。功能分解時應從以下幾點進行考慮：一是考慮用戶需求，根據用戶的具體需求進行模塊的具體調整，使其能實現用戶所希望達成的功能目標；而是應該考慮功能的具體實現，數控車床的總功能是車削，因此在對其進行劃分時，主要應從車削的溝槽和旋轉面等方面進行；三是要考慮數控車床的執行功能和檢測功能，確保數控車床的質量和實際使用情況。

（3）模塊化設計在柔性制造中的優勢和應用。隨著生產生活節奏的不斷加快，硬性的、功能單一的設計和機械制造技術已經不適應時代和市場的需求，被逐漸淘汰，于是柔性的、快節奏的、效率高的柔性制造技術便應運而生，因此將模塊化設計方法應用在柔性制造中極其適合。首先，模塊化設計的靈活性和可變性極大程度地滿足了柔性制造技術對于設計工藝的要求，能在極少的成本投入下實現不同風格、不同系列產品之間的變換，在降低了生產設計時間的同時也能起到降低生產成本的作用[3]。此外，模塊化設計方法還可以利用通用模型解決機床共性的問題，利用模塊的特性，實現一機多用、一模多用的現實生產需求，并通過機床模塊的重新組合，達到系統的柔性要求。因此，將模塊化設計方法應用在柔性制造領域必然是現在乃至未來國內外制造業需要普遍研究和加強的一個重要方向。

3 結束語

總而言之，將模塊化設計方法應用在機械設計當中，可以極大效率的提升機械生產的效率和水平，便于快速的進行一些簡單的工藝品的制作、降低產品的包裝成本并便于維修和管理，因此對于機械產業的發展而言具有重大的促進作用，有必要加強其實踐研究。但本文更多的是從理論的角度闡述模塊化設計的應用優勢，在具體的應用實踐方面并未有過多的設計，因此任何需要更多機械設計領域的專家學者進行深入研究和挖掘。

[1]劉小鵬，張衛國，鐘毅芳.機床模塊化設計中的模塊創建及應用[J].華中理工大學學報，2000.

[2]張文橋，胡維剛，鐘毅芳.數控立式車床模塊化方案設計專家系統[J].機械與電子，1996.

[3]陳勝勇等.基于構件的軟件設計方法及其在機械CAD系統中的應用[J].機械科學與技術，1998.