機械設(shè)計中的模塊化設(shè)計分析

吳財林

摘 要：目前，伴隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展與時代的不斷進步，我國工業(yè)化進程不斷加快，諸多先進的制造技術(shù)與設(shè)計技術(shù)被應用到工業(yè)生產(chǎn)中，使得工業(yè)化生產(chǎn)效率得到明顯的提高。在機械類產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，機械設(shè)備階段會對機械制造過程產(chǎn)生很大的影響，因此，怎樣使用合理的設(shè)計方法來開展機械設(shè)計成為工程制造業(yè)面臨的重要問題。對此，本文就機械設(shè)計中的模塊化設(shè)計展開了科學的分析與研究。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;模塊化;設(shè)計方法

模塊化設(shè)計主要是指把具有不同性能或功能的要素進行有機結(jié)合，從而形成整體模塊，然后從模塊角度出發(fā)，和其他模塊進行有效的組合，以形成新型的系統(tǒng)，以此為基礎(chǔ)，會產(chǎn)生不同性能或功能的工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計方法。如今，模塊化已然從以往單純的設(shè)計理念逐步向具有可視化技術(shù)設(shè)備角度轉(zhuǎn)變，其在機械制造領(lǐng)域得到廣泛的應用。

一、模塊化設(shè)計的基本概念、方法與特點

1、基本概念

在機械設(shè)計過程中，模塊化設(shè)計屬于一種十分關(guān)鍵的方法，其在機械設(shè)備中把原本的東西進行有效的整理和概括，并將插入到模塊中其，可以讓人們對該模塊產(chǎn)生不同的認知。與此同時，我們應對這些模塊進行合理的劃分與規(guī)劃，確保能夠知曉各個模塊的具體功能，還要了解各模塊連接到一起所發(fā)揮的作用。此外，還要確保每塊模塊都能夠獨立使用，并且在組合前可以實現(xiàn)互換還不會產(chǎn)生一定的副作用，基于此，才能實現(xiàn)系統(tǒng)升級[1]。模塊化設(shè)計屬于一種不同于以往機械設(shè)計方法的新型觀念。

2、方法

模塊化設(shè)計方法主要表現(xiàn)為以下四個層面：其一，橫向式模塊化設(shè)計。此種設(shè)計方法是比較容易操作的，也是比較容易推廣的，其主要是在原本產(chǎn)品條件下結(jié)合模塊化設(shè)計所產(chǎn)生的產(chǎn)品進行有效的推廣。其二，縱向式模塊化設(shè)計。此種設(shè)計方法就是在不改變原本產(chǎn)品的條件下對同一種形式不同類型產(chǎn)品進行合理的設(shè)計。其三，橫向式和跨向式綜合模塊化設(shè)計。此種設(shè)計方法主要是橫向式設(shè)計基礎(chǔ)上對某一模塊的設(shè)計進行更改，讓原產(chǎn)品發(fā)生不同程度的改變[2]。其四，全種系類模塊化設(shè)計是橫向與縱向形式，其主要是在此基礎(chǔ)上制造出跨系列的產(chǎn)品設(shè)計。

3、特點

1）便于維修

模塊化設(shè)計會讓整個維護工作變得方便而快捷，也能讓人們通過簡單的數(shù)據(jù)即可獲取大量的數(shù)據(jù)，僅需投入較少成本即可獲得較高的利潤。此種方式能夠滿足當今社會的發(fā)展需求，由于模塊化設(shè)計中各個模塊間能實現(xiàn)互相替代，若出現(xiàn)某一故障，可采取排查方式予以控制，從而提高資源利用率。

2）節(jié)約成本

模塊化設(shè)計能夠簡化包裝費用，從而減少成本輸出，而一些傳統(tǒng)的制造商在包裝方面僅僅是通過自身機械產(chǎn)品的理解來進行包裝，此種方式相對刻板，無法靈活運用，僅僅適用于某種特定模式，在此種狀態(tài)下，就需要研發(fā)新式包裝。而模塊化設(shè)計可運用較低的成本、使用很少的資源來完成新型包裝，包裝形式多種多樣，能大大節(jié)省時間、成本與物資[3]。因此，將模塊化設(shè)計應用到機械設(shè)計之中能有效提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，這對于企業(yè)的發(fā)展意義重大。

二、模塊化設(shè)計的基本步驟

模塊化設(shè)計主要涉及到模塊化產(chǎn)品的研制與單品的模塊化設(shè)計兩個方面。系統(tǒng)模塊化產(chǎn)品研制步驟是：市場調(diào)查→分析產(chǎn)品功能→擬定產(chǎn)品的型譜→確定參數(shù)范圍與技術(shù)參數(shù)→劃分模塊→模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計→構(gòu)建模塊庫→編寫技術(shù)[4]。而單品模塊化設(shè)計步驟是：科學整理用戶的實際需求→確定好技術(shù)參數(shù)→確定好型譜→選擇模塊→組裝模塊→分析與計算。

三、機械設(shè)計中的模塊化設(shè)計方法

為分析模塊化設(shè)計在機械設(shè)計中的應用效果，我們簡單的闡述了模塊化設(shè)計的幾個流程，分別對模塊化設(shè)計各個環(huán)節(jié)的內(nèi)容予以闡述，以便為后續(xù)的模塊化設(shè)計方法的應用提供一些建設(shè)性的意見。具體的模塊化設(shè)計方法展示如下：

1、產(chǎn)品模塊劃分

把模塊化設(shè)計應用到機械設(shè)計方面，要先對機械產(chǎn)品的各個模塊進行合理的劃分，其是整個設(shè)計體系的關(guān)鍵。結(jié)合市場與用戶需求的調(diào)查結(jié)果，我們應對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與功能進行詳細的分析，以完成功能劃分。以數(shù)控立式車床為例，在開展機械設(shè)計時，要根據(jù)其生產(chǎn)作業(yè)特點與具體的生產(chǎn)要求，設(shè)備模塊主要為支承模塊、傳動模塊、執(zhí)行模塊與監(jiān)測模塊四個模塊，且不同的模塊間關(guān)聯(lián)性應降至最小，要求各模塊間要實現(xiàn)個性化功能設(shè)計，從而真正的發(fā)揮出機械設(shè)備的功能。

2、確定好模塊的功能

等到對產(chǎn)品功能模塊劃分之后，要及時確定好模塊的基本功能。盡管模塊的功能相對單一，但是，也有一些模塊的功能呈現(xiàn)復雜多樣的特點。例如，刀具監(jiān)測是刀具監(jiān)測裝置對應的功能模塊，工件檢測設(shè)備所對應的功能模塊，都是單一的功能模塊[5]。然而，也存在著多模塊具有共同的功能。例如，卡爪模塊與工作臺模塊都具備一定的定位功能，而著變速箱、卡爪與工作臺模塊也具備移動的工件旋轉(zhuǎn)功能。此外，還有些模塊兼具多種功能。例如，刀具模塊具備刀具松開、定位與夾緊等功能。因此，在模塊化設(shè)計時，既要確定好模塊功能，還要確定模塊的功能任務，以保證模塊組織得以實現(xiàn)。

3、功能模塊的組裝

加強對產(chǎn)品各個功能模塊的合理組裝，能夠保證機械設(shè)計整個階段不同模塊配置的規(guī)范化與合理性。同時，在實際操作過程中，作業(yè)人員應保證模塊組裝的規(guī)范性與完整度，應處理好模塊的結(jié)合面，以增強整體布局的規(guī)范性。此外，不同的模塊間還具備一定的更換功能，若在后期工業(yè)生產(chǎn)過程中某一個模塊發(fā)生故障，能夠及時更換，也不會對其他模塊的功能效果產(chǎn)生干擾，能夠確保生產(chǎn)作業(yè)正常開展。在模塊組裝時，應嚴格按照一定的標準與專業(yè)規(guī)范進行操作，加強對細節(jié)的把控，特別是接口位置處理要合理，從而獲得理想的組裝效果。

4、產(chǎn)品的設(shè)計任務

模塊化設(shè)計在機械設(shè)計中的應用，等到完成模塊劃分與組裝后，即可對產(chǎn)品設(shè)備開展科學的設(shè)計。從上文可知，數(shù)控立式車撞主要設(shè)置了支承模塊、傳動模塊、執(zhí)行模塊與監(jiān)測模塊，傳動模塊又劃分為水平進給箱、垂直進給箱、橫梁升降箱與主傳動軸。在生產(chǎn)過程中，可通過工作臺和刀架組合來功能完成操作。

5、設(shè)計的應用效果

將模塊化設(shè)計應用到機械設(shè)計中，要在考慮設(shè)計任務的基礎(chǔ)上對產(chǎn)品模塊實施功能劃分，能有效降低模塊間的關(guān)聯(lián)程度，旨在發(fā)揮出其良好的應用功能，防止模塊故障對其他的模塊產(chǎn)生諸多的不良影響，以提高機械設(shè)備效果。等到完成相關(guān)的設(shè)計任務后，還要對產(chǎn)品實施質(zhì)量檢驗和驗收，保證設(shè)計參數(shù)和功能指標均能達到實際的設(shè)計要求，保證產(chǎn)品可以滿足具體的應用要求，從而滿足市場與用戶的實際需求。模塊化設(shè)計在機械設(shè)計中的應用，可在提高設(shè)備運行效率的基礎(chǔ)上，更大程度上降低設(shè)計成本，從而獲得最為理想的設(shè)計效果。

結(jié)束語：

綜上所述，伴隨著信息化與工業(yè)化的逐步融合，機電設(shè)備已然逐步向集成化、智能化與自動化方向發(fā)展，模塊化設(shè)計在機械設(shè)計領(lǐng)域的應用范圍十分廣泛，其所產(chǎn)生的應用價值很高，其在機械設(shè)計制造方面的應用具有重要意義。模塊化設(shè)計的應用，大大降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，也大大提高了我國機械自動化技術(shù)，從而推動了我國經(jīng)濟的高速發(fā)展。

參考問題：

[1]莫塵.機械設(shè)計中模塊化理念的應用分析[J].內(nèi)燃機與配件，2020（01）：225-226.

[2]張寬.模塊化設(shè)計方法在機械設(shè)計中的應用探討[J].世界有色金屬，2019（15）：213-214.

[3]辛鵬.模塊化設(shè)計方法在機械設(shè)計中的應用分析[J].湖北農(nóng)機化，2019（16）：51.

[4]夏凡.模塊化設(shè)計方法在機械設(shè)計中的運用探討[J].中國設(shè)備工程，2019（16）：220-222.

[5]慶燕飛.試論模塊化設(shè)計方法及其在機械設(shè)計中的運用[J].南方農(nóng)機，2019，50（15）：121.