機械設(shè)計中模塊化理念的應(yīng)用分析

莫塵

摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)代機械設(shè)計也發(fā)生了一定的轉(zhuǎn)變，科學(xué)性、技術(shù)性等均有了顯著提升。模塊化設(shè)計是目前較為通用的機械設(shè)計模式，可以很好的規(guī)避傳統(tǒng)機械設(shè)計存在的弊端，同時提升設(shè)計效益。故本文就模塊化設(shè)計理念及其應(yīng)用展開討論，希望對有關(guān)單位有所幫助。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;模塊化;理念

0 ?引言

我國是世界上著名的工業(yè)制造大國，因此國內(nèi)機械化行業(yè)發(fā)展尤為迅速。近些年，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的工業(yè)得到了進一步的發(fā)展，工業(yè)完整度也得到了進一步的完善，用戶群體也由以往的集中式轉(zhuǎn)變?yōu)閭€體式。而這也就要求機械設(shè)計制造單位進一步的削減經(jīng)營成本，提升經(jīng)營效率與質(zhì)量。由此，傳統(tǒng)的機械設(shè)計模式已然無法滿足當(dāng)下需求，需要更多的使用模塊化等實際理念。模塊化的實際方式主要基于劃分與組合的方式實現(xiàn)，由此可以大大的縮短整個機械設(shè)計與制造周期，從而降低成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

1 ?模塊化設(shè)計理念概述

模塊化的機械設(shè)計主要是指基于特定的模塊在規(guī)定的范疇中，組合為不同品類以及功效的產(chǎn)品。在進行模塊化機械設(shè)計時，需要強調(diào)以下幾層內(nèi)涵，第一，縱向設(shè)計;第二，全系設(shè)計;第三，橫向設(shè)計，在確保各個參數(shù)的前提下利用不同模塊之間的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)產(chǎn)品的各種變換。模塊的劃分原則以及可互換性等均決定了最終模塊設(shè)計能否達成。在進行劃分過程中不單單需要考量機械制造過程中的可行性，同時還需要考量在后期的組合過程中能否簡單、輕易的達成。故而在進行模塊化設(shè)計期間，務(wù)必注重各個模塊的劃分選擇。在模塊的劃分期間，還應(yīng)當(dāng)考量各個模塊的可互換性，確保各個模塊獨立的同時也能夠?qū)崿F(xiàn)各自的有效結(jié)合。基于模塊化的機械設(shè)計，應(yīng)當(dāng)注重各個模塊的組合，尤其注重對模塊結(jié)合面的設(shè)計。為了可以確保各個模塊的可互換性，需要在設(shè)計過程中做到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化以及規(guī)格化。

2 ?模塊化設(shè)計理念的特點

2.1 維修便利性

采用模塊化設(shè)計時，因為模塊均具有可互換性，因此如若機械設(shè)計使用過程中存在問題，只需將特定的存在問題的模塊進行更換便可。這樣的設(shè)計理念，一方面可以大大提升維修的便利性，另一方面也有助于節(jié)約企業(yè)成本，增創(chuàng)更多效益空間。

2.2 簡化機械設(shè)計

以往的機械設(shè)計中，設(shè)計人員往往需要綜合考量產(chǎn)品的功用以及特點等從而進行針對性的設(shè)計，實際的產(chǎn)品或者包裝往往可適用范圍不廣，且擴展性等方面也有待提升?；谀K化的設(shè)計，可以實現(xiàn)全系列的覆蓋，如若客戶需要提貨，則只要對其進行模塊化的更換即可。傳統(tǒng)的機械設(shè)計往往需要對每一個的零部件進行仔細(xì)的考量與分析，需要設(shè)計人員具備更為全面的以及專業(yè)的知識素養(yǎng)，同時整個的設(shè)計周期以及實際投入也會更大，產(chǎn)品的生產(chǎn)制造周期也會被進一步的拉長。而基于模塊化的設(shè)計理念，設(shè)計人員將從傳統(tǒng)設(shè)計模式中進行解放，無需單獨的著重的考量全部的機械零部件的設(shè)計，而只需要注重對當(dāng)前模塊的設(shè)計與優(yōu)化即可。

2.3 成本更低

基于模塊化理念的機械設(shè)計可以依據(jù)各個模塊的特性進行。此外，也可以依據(jù)對各個模塊的研究，從而不斷的提升產(chǎn)品的性能與品質(zhì)，并提升模塊化產(chǎn)品的數(shù)目。這樣可以選擇更少的模塊組合從而實現(xiàn)更為豐富機械設(shè)計。在設(shè)計的過程中也可以大大降低成本投入。

3 ?模塊化設(shè)計理念應(yīng)用

此次以數(shù)控立式車床的模塊化設(shè)計為例，依照不同的功能單元以及結(jié)構(gòu)模塊，進行合理的劃分。模塊劃分的合理與否直接關(guān)系到整個模塊化設(shè)計的成功與否。

3.1 劃分原則分析

依據(jù)已有的一些立式車床的結(jié)構(gòu)形態(tài)與模塊化設(shè)計需要，模塊劃分的原則主要歸納為以下幾方面，首先，以單獨的功能作為劃分單元，即對劃分完成后的各個結(jié)構(gòu)具有功能上的獨立性。這樣的設(shè)計模式一方面有利于后期組裝拼接完成，另一方面則可以組成為多個類型的產(chǎn)品;其次，以部件作為模塊，這樣的設(shè)計使得各個模塊具有一定的完整性，且組合裝配時的質(zhì)量也能得到更好的保障;另外，基于組件作為模塊，將各個功能進行細(xì)分后，還需要對各個部件中的組件進行劃分，從而基于更換以及取舍零配件的方式，使得部件具備不用的功用與性能。這樣的更換方式無疑比整個的進行更換更具經(jīng)濟效益，且靈活性更高。除此之外，在進行模塊化的劃分期間，還應(yīng)當(dāng)注重對大件的模塊化設(shè)計，大件的組合應(yīng)當(dāng)規(guī)范且利于組合與拆分，但在設(shè)計過程中需要考量各個模塊的拓展空間，從而利于新型技術(shù)等的擴展不會對當(dāng)前模塊產(chǎn)生影響。

3.2 數(shù)控立式車床功能劃分

在進行模塊化設(shè)計時，務(wù)必從整個數(shù)控立式車床的整個的使用用途處罰，將其劃分成不同的相對獨立的功能模塊，并依據(jù)不同的功能等再次進行分解直至無法再度分解為模塊單元。在進行總體的功能的劃分過程中，應(yīng)當(dāng)綜合分析客戶的使用需求，以及整個的功能的實現(xiàn)所必須具備的各個子功能。而實際不同客戶的使用需求不同，因此數(shù)控立式機床的規(guī)格以及產(chǎn)品參數(shù)也各不相同，產(chǎn)品各個模塊的組成也具有鮮明的差異。針對單柱數(shù)控立式車床而言，車削是其最為關(guān)鍵以及主要的功能，可以進行外圓柱、內(nèi)圓柱以及平面、螺紋等各種車削，同時還應(yīng)當(dāng)具備一定的銑鏜功用。這些功用可以依據(jù)傳動模塊、執(zhí)行模塊、支撐模塊以及檢測、輔助模塊等進行劃分。

3.3 模塊劃分

基于對數(shù)控立式車床的總的需要實現(xiàn)的功能的劃分，不難發(fā)現(xiàn)，某個或者多個功能的實現(xiàn)與另外一個或者多個功能模塊之間存在一定的對應(yīng)關(guān)聯(lián)性。即一個模塊對應(yīng)實現(xiàn)一個功能或者對應(yīng)實現(xiàn)多個功能。正是這種功能與模塊的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)合數(shù)控立式車床產(chǎn)品的特點以及結(jié)構(gòu)形態(tài)，利用模塊化機械設(shè)計理念，可以將數(shù)控立式車床劃分為多個通用的模塊組成。例如，可以將整個的數(shù)控立式車床劃分為傳動、支撐、輔助、施行、監(jiān)測以及輔助等幾個模塊單元，并對各個模塊單元進行進一步的深入細(xì)分為更小的功能單元?；趯ν粋€功能模塊的分析，因為用途以及結(jié)構(gòu)等的不同，可以實現(xiàn)應(yīng)用互換且接口一致的結(jié)構(gòu)模塊，通過各個不同結(jié)構(gòu)模塊的組裝拼接得到不同使用功用的數(shù)控立式車床。

4 ?模塊化設(shè)計與其他技術(shù)的結(jié)合

第一，與計算機技術(shù)的結(jié)合。將先進的計算機技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)與模塊化設(shè)計相結(jié)合，一定情況下可以幫助設(shè)計人員實現(xiàn)以往所無法達成的復(fù)雜的、重復(fù)性的工作，且整個的設(shè)計的穩(wěn)定性、條理性以及一致性等各個方面均得到了較好的提升;另一方面，利用模塊化的設(shè)計方式也可以將復(fù)雜的設(shè)計系統(tǒng)劃分為多個相對簡易的子模塊，從而對各個子模塊進行計算機分析，可以大大提升計算機的應(yīng)用功能;第二，與柔性制造技術(shù)的集合。柔性制造技術(shù)講究多樣性、高效性等目標(biāo)，尤其強調(diào)整個系統(tǒng)對生產(chǎn)反應(yīng)的靈活應(yīng)對以及可變性。模塊化的設(shè)計方式恰好可以滿足柔性設(shè)計這一訴求，利用模塊化設(shè)計理念在解決了數(shù)控機床等總體共性問題，也可以集中精力處理個性化的問題，并可以實現(xiàn)以最有效的模塊組合投入來實現(xiàn)最多的機床應(yīng)用。一機多用、一模多用是模塊化設(shè)計的主要特點，無疑可以很好的滿足柔性設(shè)計需要。模塊化設(shè)計理念的應(yīng)用，無疑可以就硬件層面達成系統(tǒng)的柔性，是未來機械設(shè)計與制造的重要趨勢之一。

5 ?結(jié)束語

隨著新型技術(shù)的發(fā)展，對于機械產(chǎn)品的設(shè)計與制造提出了更高的要求。而傳統(tǒng)的設(shè)計理念已然無法滿足當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計需要，不利于企業(yè)經(jīng)營發(fā)展效益最大化，故有必要探討新型機械設(shè)計理念，以推動行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。模塊化的設(shè)計理念，講求對產(chǎn)品的功能模塊化劃分，再通過組裝拼接等方式實現(xiàn)最終產(chǎn)品。對于設(shè)計人員的要求更低、技術(shù)難度也得到了有效降低，且更符合當(dāng)下行業(yè)發(fā)展需要。因此相關(guān)企業(yè)務(wù)必重視模塊化的機械設(shè)計理念，并將其應(yīng)用于企業(yè)經(jīng)營日常。但在實施模塊化設(shè)計時也應(yīng)當(dāng)注意一些問題，首先應(yīng)當(dāng)明確客戶的主要訴求即產(chǎn)品的主要功用，隨后應(yīng)當(dāng)對產(chǎn)品的總體功用進行功用細(xì)分，在對各個細(xì)分了的功用進行再次的單元劃分，直至整個單個的無法在劃分的模塊。在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)注意各個模塊的客觀性，模塊之間接口的標(biāo)準(zhǔn)性與規(guī)范性，以便于后期產(chǎn)品的維護與保養(yǎng)?？偠灾?，模塊化的機械設(shè)計理念，維修更為便利、設(shè)計成本投入更低且機械設(shè)計難度更低，因此適用范圍廣，符合現(xiàn)代機械設(shè)計要求，應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)代機械設(shè)計中鼓勵該理念的應(yīng)用與推廣。

參考文獻：

[1]蔡業(yè)彬.模塊化設(shè)計方法及其在機械設(shè)計中的應(yīng)用[J].機械設(shè)計與制造，2005（8）：154-156.

[2]賀兵，劉揚，等.模塊化設(shè)計在包裝機械設(shè)計中的應(yīng)用[J].包裝工程，2008，29（10）：140-142.

[3]蔡燕華.分析模塊化設(shè)計方法及其在機械設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 科技傳播，2014（4）：10.

[4]魏長玲，李明.組件及模塊化機械設(shè)計在自動化技術(shù)中的實際運用研究[J].黑龍江科技信息，2015（35）：1.

[5]王森.模塊化設(shè)計方法及其在機械設(shè)計中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（4）：12.

[6]毛志宏，李大奇，閆天紅，梁港達.模塊化機械加工工件運移裝置設(shè)計[J].內(nèi)燃機與配件，2019（09）：187-188.