基于Solidworks的FOG邦定機(jī)模塊化設(shè)計(jì)研究

馬增剛

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)信息化程度越來(lái)越高，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量、效率要求也是越來(lái)越高，同時(shí)企業(yè)必須提供多元化的產(chǎn)品選擇以滿(mǎn)足客戶(hù)多樣化的需求，模塊化設(shè)計(jì)已逐漸被各國(guó)工程技術(shù)人員所重視，其目的在于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)程序和制造過(guò)程，縮短產(chǎn)品研制時(shí)間，降低產(chǎn)品成本，快速響應(yīng)市場(chǎng)。

FOG邦定機(jī)是液晶模組及觸摸屏生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，用于將FPC（柔性電路板）與ITO玻璃之間建立穩(wěn)定的機(jī)械和電氣連接的生產(chǎn)設(shè)備，主要功能是ACF貼附、FPC對(duì)位、預(yù)壓、本壓。由于不同用戶(hù)對(duì)該類(lèi)設(shè)備結(jié)構(gòu)要求不盡相同，造成該類(lèi)設(shè)備品種型號(hào)繁多，在FPC邦定機(jī)的設(shè)計(jì)中，利用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)可以大大減少設(shè)計(jì)人員的數(shù)量，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

1 模塊化設(shè)計(jì)

所謂模塊化設(shè)計(jì)，就是對(duì)一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能但不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過(guò)對(duì)模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿(mǎn)足市場(chǎng)的不同需求。采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)可以有效地滿(mǎn)足顧客多樣化的需求，快速響應(yīng)市場(chǎng)并降低產(chǎn)品成本。

模塊化設(shè)計(jì)可分為以下幾類(lèi)：

（1）橫系列模塊化設(shè)計(jì)。它是指在同一規(guī)格的基礎(chǔ)上在變形產(chǎn)品范圍內(nèi)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)；

（2）縱系列模塊化設(shè)計(jì)。它是指在同一類(lèi)型產(chǎn)品中，在某一規(guī)格的基型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，對(duì)不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)；

（3）跨系列模塊化設(shè)計(jì)。它是指產(chǎn)品在橫（縱）系列模塊化的基礎(chǔ)上兼顧部分縱（橫）系列模塊化的設(shè)計(jì)；

（4）全系列模塊化設(shè)計(jì)。它是指產(chǎn)品在全部縱、橫系列范圍內(nèi)的模塊化設(shè)計(jì)；

在模塊化設(shè)計(jì)中，同一功能的單元不是單一的部件，而是若干個(gè)可互換的模塊，從而使所組成的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)和性能上更為協(xié)調(diào)合理。同一功能模塊可以在基型、變型、甚至跨系列、跨類(lèi)產(chǎn)品的使用，因而它具有較大范圍內(nèi)通用化的特征。此外，盡量將功能單元設(shè)計(jì)成較小型的標(biāo)準(zhǔn)模塊，并使其和與其直接相關(guān)的模塊之間的連接型式及結(jié)構(gòu)要素一致，或使其標(biāo)準(zhǔn)化，便于裝配與互換，因此模塊化設(shè)計(jì)能較為經(jīng)濟(jì)地用于多品種小批量生產(chǎn)。模塊化設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，并融入了先進(jìn)制造技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，因而，它屬于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的范疇。

2 模塊的劃分

模塊化設(shè)計(jì)首先需將產(chǎn)品劃分為若干模塊，然后以模塊為基本單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，模塊劃分的合理性對(duì)產(chǎn)品的性能、外觀、成本和模塊的通用化程度均有很大影響，從功能、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)炔煌嵌?，模塊可以有不同的分法和層次。模塊可以不斷地分層（級(jí)），依次分層。分層愈多，模塊越簡(jiǎn)單，通用化程度愈容易提高，但產(chǎn)品制造、裝配、管理也愈復(fù)雜。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)將模塊設(shè)計(jì)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四級(jí)，產(chǎn)品——功能組成（部件）——主要功能組件——功能元件，多以部件、組件做為模塊，系列化程度高的產(chǎn)品以組件作為模塊，可擴(kuò)大模塊的通用規(guī)范，反之以部件作為模塊。模塊與部（組）件劃分的差別在于：前者以功能獨(dú)立化為前提，而后者則注重結(jié)構(gòu)的完整性。

模塊劃分是模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，如劃分不當(dāng)，會(huì)在將來(lái)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)時(shí)大大降低其使用效果，在模塊劃分時(shí)需在模塊功能性要求、經(jīng)濟(jì)性要求、外觀造型要求、工藝性要求、可維修性要求等方面加以注意，這幾個(gè)方面的要求也是相互關(guān)聯(lián)的，具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合權(quán)衡、統(tǒng)籌處理，正確處理好主與次、先與后的關(guān)系。此外模塊設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)對(duì)其功能擴(kuò)展方面的要求有一定的考慮，以使該模塊在整體產(chǎn)品系列開(kāi)發(fā)中發(fā)揮更大的作用。

3 模塊的建立

模塊建立的過(guò)程包括模塊功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，這兩個(gè)階段交替循環(huán)進(jìn)行，直到模塊創(chuàng)建成功為止。模塊創(chuàng)建過(guò)程如下：

（1）建立整機(jī)功能模型，抽象出總功能；

（2）將總功能分解成不同級(jí)別、不同層次的子功能；

（3）設(shè)計(jì)各子功能模塊，并對(duì)模塊進(jìn)行優(yōu)化、修改和標(biāo)準(zhǔn)化，形成標(biāo)準(zhǔn)模塊；

（4）建立模塊管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模塊的統(tǒng)一管理，形成標(biāo)準(zhǔn)模塊庫(kù)。

模塊建立的基礎(chǔ)是設(shè)計(jì)庫(kù)，SolidWorks提供了完美的設(shè)計(jì)庫(kù)功能，基于SolidWorks的設(shè)計(jì)庫(kù)包括：

（1）常用注釋?zhuān)夹g(shù)要求等）；

（2）特征庫(kù)（一些常用的特征）；

（3）常用外購(gòu)件庫(kù)；

（4）基礎(chǔ)件庫(kù)（典型零件的幾個(gè)最基礎(chǔ)特征的組合）；

（5）零件庫(kù)（使用率很高的系列零件，通過(guò)配置技術(shù)建模）；

（6）部件庫(kù)（使用率很高的系列部件，通過(guò)配置技術(shù)建模）。

模塊的建立需注意以下幾點(diǎn)：

（1）要充分利用三維軟件的配置設(shè)計(jì)功能；

（2）符合PDM的要求，標(biāo)準(zhǔn)將通過(guò)PDM系統(tǒng)管理和調(diào)用，一方面要符合PDM的要求，另一方面注意要發(fā)揮PDM的優(yōu)勢(shì)；

（3）建立企業(yè)系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（包括設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、工藝標(biāo)準(zhǔn)），標(biāo)準(zhǔn)化工作是模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；

（4）模塊建立的好壞關(guān)系到后續(xù)模塊化設(shè)計(jì)的實(shí)施效果，需要抽調(diào)有經(jīng)驗(yàn)的工程師來(lái)進(jìn)行。

4 FOG邦定機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)

基于設(shè)計(jì)庫(kù)的FOG邦定機(jī)模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的核心是根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)思想，在SolidWorks環(huán)境下利用SolidWorks的布局草圖技術(shù)、設(shè)計(jì)庫(kù)技術(shù)和搜索技術(shù)，實(shí)現(xiàn)FOG邦定機(jī)的快速設(shè)計(jì)。

FOG邦定機(jī)主要由結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。針對(duì)FOG邦定機(jī)的特點(diǎn)，根據(jù)其使用功能、制造合理和加工容易性等條件，模塊創(chuàng)建過(guò)程如下：

（1）認(rèn)真分析不同用戶(hù)對(duì)FOG邦定機(jī)的要求，建立基于設(shè)計(jì)庫(kù)的FOG邦定機(jī)整機(jī)功能設(shè)計(jì)模型（如圖1所示）；

（2）將FOG邦定機(jī)總功能分解成機(jī)架、ACF部件、工作臺(tái)、壓頭、圖像系統(tǒng)、輔助部件六大部件；

（3）FOG邦定機(jī)的六大部件根據(jù)不同功能要求，每部分又可分為不同的子部件。

（4）設(shè)計(jì)人員利用SolidWorks設(shè)計(jì)各部件模型，并在實(shí)踐過(guò)程在不斷對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化（如圖2所示）。

（5）建立FOG模塊管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模塊的統(tǒng)一管理，形成標(biāo)準(zhǔn)模塊庫(kù)。

圖1 FOG邦定機(jī)整機(jī)功能設(shè)計(jì)模型

圖2 FOG邦定機(jī)各部件模型

在建立FOG邦定機(jī)模塊庫(kù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)客戶(hù)需求，從模塊庫(kù)中調(diào)用所需的模塊，裝配成整機(jī)。其具體的設(shè)計(jì)流程如下：

5 總 結(jié)

現(xiàn)在由于模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越多的被設(shè)計(jì)制造行業(yè)所采用。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)為了快速響應(yīng)市場(chǎng)，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)工作，提升企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化水平，采用模塊化設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。FOG邦定機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)后，大大地提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平和開(kāi)發(fā)速度，降低了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，更快更好的滿(mǎn)足了市場(chǎng)的需要，使公司在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先的地位。

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