模塊化設計方法及其在機械設計中的應用

郝寅生

摘要：為了有效地推動機械工程的發展，在機械設計方面需要進行不斷的優化。在機械設計的過程當中，人們應該要結合實際需求，有效的將模塊化設計方法在機械設計中得以應用，以此來使得實際機械設計工作獲得有效的推開，并且使得人工成本得到全方位的減少，最終使得實際工作效率得到提升。

關鍵詞：模塊化設計;機械設計;應用

1模塊化設計方法

模塊化設計即以滿足市場實際需求為目的，分析一定范圍內不同功能或相同功能不同性能、不同規格產品的功能性，然后基于結果對其進行功能模塊的劃分，最后通過對不同模塊的選擇與組合，形成不同產品。面對市場需求不斷變化的情況，將模塊化設計方法應用到機械設計中，可以對指定范圍的模塊進行選擇，然后組成功能各異的機械產品，可縮短機械制作周期，以更少的成本來獲得最大利潤。可以將模塊化設計分為縱向設計與橫向設計2種模式，在不改變參數的情況下，通過對模塊的相互轉換，來獲得全新的功能各異的產品。其中，將縱向設計與橫向設計組合應用，可達到全系列設計的效果。

1模塊化設計特點

1.1縮短設計周期

將市場和客戶需求作為基礎，選擇合適的模塊來對產品進行優化設計，爭取通過更少的投入來獲得最大效益，尤其是在小規模生產制造廠家中效果更為顯著。在設計前需要對市場相關需求進行整合，并判斷產品功能，然后進行科學設計，利用模塊之間的有效組合來形成特定的產品。在此過程中可以根據需求隨時對模塊體系進行調整，從技術層面來提供創新模塊體系，對模塊設計理念進行更新，產生結構及功能性更完整的產品。

1.2產品性能穩定

通過模塊化設計得到的產品，前期均進行了詳細的需求分析及功能篩選，模塊的組合方式更為嚴謹和科學，使其更貼合市場與客戶的需求，因此具有更高的使用率。基于此機械制造技術的應用效率提高，使得產品的功能也更為穩定。同時，模塊化設計的產品功能性更為明確，使其內部多樣化大幅度降低，可以在更高程度上滿足用戶個性化需求。并且后期維修便捷，整體生產成本更低。

1.3知識管理集成

模塊化設計為一個循序漸進的過程，具有很強的系統性，是對產品結構設計的規范過程，構建模塊結構與產品知識信息，為模塊規劃得以實現的基本要求。模塊化設計方法的實現，需要落實到產品設計以及管理的整個過程中，對產品知識進行科學管理，來為設計人員提供便捷，促使模塊不斷優化和改進，使得生產時效性得以完善。

2模塊化設計方法在機械設計中的應用

2.1模塊化設計方法在數控車床中的應用

以模塊化設計方法在數控車床中的應用為例，在模塊劃分中，必須從數控車床的一般功能出發，將總功能分解為一個相對獨立的功能。當函數繼續分解直到函數不合適時，函數元素由函數元素組成。函數元素是整個函數或函數的最基本單元，通常對應于某一冪函數模塊。當總功能被分解時，應該考慮用戶的需求和實現總功能所需的功能。由于用戶條件的不同，機床的規格和性能會有所不同，而且模塊的組成也會有很大的差異。

對于CK系列單柱數控車床，它的總功能是車削，它可以轉動內外缸、內外錐體、溝槽、平面、螺紋和各種旋轉面。對于CK系列單柱數控車銑加工中心，除了銑削、鏜銑功能外，這些功能可以按傳動功能。

2.2對模塊進行合理的劃分，明確模塊分工

通過對總功能進行分解，可以看出，一個或多個函數對應于實現一個或多個功能的模塊。有一個模塊來實現某一功能，即一對一對應;一個函數由多個模塊來實現，即單對多的關系;某些多個功能由一個模塊來實現，即多對單的關系。

根據功能和模塊的映射關系，考慮了整個數控車床系列的特點和結構類型，并利用模塊劃分原理得到數控車床較為通用的模塊。數控車床分為傳動模塊、執行模塊、支撐模塊、輔助模塊、監控模塊，并繼續細分為功能模塊。通過對同一功能模塊的分析，由于使用的不同和結構的不同，可以得到可交換的、具有相同接口的結構模塊。根據結構模塊的組合，可以得到不同用途和性能的數控車床。

在對數控車床開展有效設計的環節是，人們首先需要進行實際的科學規劃和操作工作，該項工作的開展并不能夠單獨的進行，在大多數情況下要考慮實際的生產工藝，從全方位的角度進行規劃工作的開展。模塊化設計方式需要建立起一個比較有效的結構，在科學隔離構造和分析的操作條件之下，完成基礎性的環節建設，同時需要結合實際的情況，制定合理的科學規劃，付諸于實踐的過程當中。對生產環節結構進行全方位的有效劃分，最終使得整體的生產效率得到提升。

2.3數控車床模塊劃分原則

根據現有車床的結構和模塊化要求，模塊劃分的原則可以概括如下：（1）將獨立的功能單元用作模塊，即分解的功能單元在結構中盡可能獨立。這樣的模塊易于組裝和配置，從而易于形成各種變形產品。（2）以部件作為模塊，這樣的模塊具有完整性，容易保證裝配質量。（3）將該組件用作模塊。在對功能分解進行細化之后，可以進一步對組件中的一些組件進行模塊化。通過更換或占用零件或部件，這些部件可以有不同的用途和性能。它比改變整個部件更經濟。在模塊劃分過程中，還應注意機床的大部件和基本部件的模塊化，大零件的結合件應規范化，便于連接和分離。同時，應該考慮模塊中有發展的空間，這樣新技術的引入不會阻礙模塊的結構。

2.4模塊的組裝設計

為了使得設計的機械設計生產得到有效的確保，人們需要對模塊化的設計方法進行技術組裝的操作，簡而言之，就是對模塊進行有效的分配，同時在具體的組裝過程當中，對整體布局的合理性進行考慮，對各個模塊之間的功能進行有效的組合。如果機械設備在使用的過程當中遇到的問題，那么可以及時更換其中有問題的設備，同時要保障在故障模塊更換的過程當中，其他模塊依然可以正常的運行，不會因此停止工作。

在設計工作完成之后，還要對具體的參數進行科學的調整工作，同時在試運行過程當中檢驗整體的配合效果。有效的組裝式模塊化設計，非常關鍵的一個環節，每個模塊只有在有效的組裝下，自身的作用才能夠得到充分的發揮，因此也需要掌握一些科學的組裝方式，提升組裝的有效性和科學性。

結束語

伴隨著技術的發展，用戶群體在各方面的要求有所改變，這種改變最典型的體現就是原來的集中式轉變為個體戶，在這樣的要求下，節省成本成了大勢所趨。從設計到技術層面等各角度出發，模塊化技術的轉變目前已經基本完成，在劃分和組合的背景之下，可以對不同類型的機械設計進行包裝，最終使得工期得到有效的縮短，在一定程度上實現模塊化機械設計和制造。

參考文獻

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