模塊化設計方法在機械設計中的應用探討

張 寬

（四川精通電氣設備有限公司，四川 廣漢 618300）

伴隨國內經濟的持續、高速、穩健化發展，機械產品用戶群體從之前的集中式逐漸向個體戶轉變，如此一來，便要求機械制造商在進行制造時，盡可能的減少成本，但需要指出的是，傳統的機械包裝方法已經難以滿足當前需要；在此背景下，模塊化設計應運而生，且在機械設計領域中得到廣泛應用，有力推動著此方面的不斷更新與完善。本文結合當前實況，就模塊化設計方法在機械設計當中的具體應用作一深層探討。

1 模塊劃分與接口標準化

針對模塊劃分來講，其劃分的優劣，會對整個模塊系列設計產生直接影響。在實際劃分時，除了要將制造便捷、管理方便等因素考慮在內外，還需要防止出現組合混亂情況，最大程度提高其靈活性；還需要結合現實情況，把模塊系列未來的擴展趨勢，今后的專用產品散射趨向等內容，都需要融入在內。所以，需要對系統功能及結構展開全面、深入的分析；通常情況下，需將下列問題給解決掉：第一，基于整個系統架構，需要對模塊所起到的作用及所發揮的效能有一清晰了解，并且還需要掌握進行更換實用性及內在必要性；第二，針對相關模塊來講，無論是在結構上，還是在具體的功能上，均需確保其完整，另外，還需保持獨立；其三，各個模塊之間的接合要素需要方便分離、聯接。劃分模塊需遵循的基本原則為：①盡量用比較少的模塊組成盡量多的產品；②在具體的模塊結構上，需要盡可能做到規范化與簡單化，另外，各個模塊之間的聯系，需盡量做到簡單；③在基礎要求得以滿足的大背景下，需要提高產品的穩定性、高精度，此外，結構應做到簡單化。

2 模塊化設計的方式分析

首先，關于橫向系列的模塊化設計。在產品的各項參數不予改變的前提下，借助各種模塊，來進行所需要產品的高效研發。其次，在圍繞縱向系列對其開展嚴格的模塊化設計時，需要圍繞特定的架構，依據所給出的各種規格，來進行有目的性、計劃性的設計。最后，綜合化模塊設計。不僅要推動橫系列產品的不斷發展，而且還需要將一些模塊予以改變，從中獲得其它系列或子產品，以此來推動跨、橫向系列的充分融合，最大達到高效率模塊化設計效率。

3 模塊化系統的主要劃分及功能分析

依據產品當中不同的模塊使用量，可將模塊化系統劃分成兩種，其一為混合系統，其二是純模塊化系統，但需要指出的是，針對前者而言，其作為一種模塊化系統，主要由非模塊構成；而對于后者，主要由各種模塊所構成；需強調的是，針對機械模塊化系統，以上述類型最為常見。針對基礎功能而言，其乃是整個系統當中最基礎且做常用的功能類型，而與之相對應的模塊就是基礎模塊。而對于輔助功能而言，就是進行聯接與安裝所需要的功能，與之相對應的模塊就是輔助模塊。針對特殊功能來講，實際就是在表征系統當中若干產品所擴展的功能，其對應模塊被稱之為特殊模塊。

4 模塊化設計的具體步驟

針對模塊化設計而言，其層次有兩個，其一，以系列模塊化產品為對象的基本研制過程；其二，圍繞單個產品，以此為操作對象，開展嚴格化、全面性的模塊化設計。從根本上來考量，在整個模塊化設計架構中，仍然需要借鑒傳統設計思路，但也有明顯不同，比如前者更加的復雜，而且還具有較高的花費，使各零部件均能達成更多功能。在實際模塊化設計過程中，需要遵從的步驟為：開始→用戶需求→明確各項參數→明確系列型譜→選擇模塊→組裝模塊→分析計算→結束。

5 機械設計中模塊化設計技術的應用

所謂數控立式車床的模塊劃分，實際就是圍繞機床開展結構與功能分析，將那些具有某一功能的結構單元以一種合理方式給劃分出來。所以，模塊劃分是否合理，是整個模塊化設計能否成功的核心所在。

（1）劃分數控立式車床模塊的基本原則。依據當前的立式車床的模塊化要求及結構形式，模塊劃分的基本原則為：將處于獨立狀態的功能單元當作模塊，也就是針對那些已經被分解的功能單元，在具體結構上，盡量使其獨立化；針對此種模塊而言，不僅更容易拼組，而且搭配起來也比較方便，因而能夠為多種變形產品的構成提供便利；而如果是將部件當作模塊，那么此種模塊的完整性更為突出，因而可以更好的保障裝配質量；如果將組件當作模塊，當對功能進行分解與細化之后，還能根據現實需要，以一些組件為對象，展開有目的性的處理。這與對整個部件進行更換相比，不僅更加靈活，而且還經濟。在劃分模塊時，還需圍繞機床大件，做好對此方面的模塊化處理，需要做到規范、合理，方便分離與連接。

（2）分解數控立式車床的功能。在劃分模塊過程中，需要著眼于數控立式車床的功能體系，將功能進行分解，使之成為若干處于獨立狀態的分功能；而對于分功能來講，還可根據實際需要，繼續進行分解，直至不宜再分解，此時便構成了功能元。針對功能元來分析，不僅是粉功能的基礎單元，而且還是總功能的重要單元，經常與特定的功能模塊處于對應狀態。在分解總功能過程中，需要將用戶要求考慮在內，此外，還應將能達成總功能的各分功能考慮在內，但需要指出的是，因存在著不同的用戶條件，因此，所明確的機床功能、規格也會存在差異，另外，與之相對應的模塊構成也會存在不同。針對單柱數控立式車床來考量（CH系列），車削為其總功能，不僅能車削內外的圓柱、圓錐，而且還能車削螺紋、溝槽、平面等。而對于CX系列而言，不僅囊括上述車削，而且還具備先進的銑鏜功能；還需說明的是，此些功能能夠根據現實情況及需要，按照諸如傳動功能、支承功能、執行功能與輔助功能等分功能來分解。

（3）劃分數控立式車床的模塊。在操作過程中，通過對總功能進行嚴格化分解，可知道，在現實當中，無論是某些功能，但是單個功能，均與一些功能模塊處于對立或對應狀態。也就是說，如果借用其中的單一模塊，便可實現或達成某一功能，那么便是一一對應的關系；如果由若干模塊來達成某一功能，那么便是單對多的關系；如果由一個模塊來構成某些功能，那么便是多對單的關系。對于數控立式車床來考量與研究，可將其進行細致劃分，不僅有監測模塊、輔助模塊，而且還有支承模塊、傳動模塊及執行模塊等，另外，還能持續細分，形成龐大體系的功能模塊。還需要指出的是，通過分析同一功能模塊，因在結構及用途上存在差異，因而可從中獲得接口相同的結構模塊，依據結構模塊的不同組合，來獲取不同性能或各種用途的數控立式車床產品。

6 結語

綜上，伴隨社會經濟的持續、迅猛發展，科學技術水平的不斷提升，許多新技術、新理念在工業領域中得到廣泛應用，有力推動著工業行業的大發展、大繁榮。機械設計作為整個工業體系中的重要組成部分，其發展的好壞直接影響著工業的發展進程。模塊化設計方法作為當前的一種新型設計方法，在機械設計領域中有著廣泛化的應用價值與效能，能夠更好的推動此方面的發展與更新。