模塊化設(shè)計方法及其在機械設(shè)計中的應(yīng)用

劉現(xiàn)偉

（廣東省佛山市瑞德軟件科技有限公司，佛山 528300）

模塊化設(shè)計方法及其在機械設(shè)計中的應(yīng)用

劉現(xiàn)偉

（廣東省佛山市瑞德軟件科技有限公司，佛山 528300）

機械設(shè)計中，應(yīng)用技術(shù)不斷更新發(fā)展，模塊化設(shè)計理念運用領(lǐng)域越來越廣泛。本文首先介紹機械產(chǎn)品模塊化基本概念，其次介紹模塊化設(shè)計方法，再次闡述機械模塊設(shè)計特點，最后提出機械設(shè)計中模塊化設(shè)計的具體運用。

塊化機械設(shè)計原則

我國經(jīng)濟發(fā)展勢頭良好，用戶群由群體逐漸向個體轉(zhuǎn)化，這就要求機械制造商要不斷降低成本。然而，傳統(tǒng)機械設(shè)計已經(jīng)無法適應(yīng)市場發(fā)展規(guī)律，急需采取新的設(shè)計技術(shù)，而模塊化設(shè)計方法很好地解決了這一問題。

1機械產(chǎn)品模塊化概念

在模塊化設(shè)計方法使用前，首先需要了解模塊化的基本概念，主要包括以下幾點。一是功能需求集。主要是以市場和客戶為主體，兩者對模塊化產(chǎn)品的功能都存在一定需求，將這些功能需求集中起來，就形成了功能需求集。產(chǎn)品的功能需求是進行模塊化處理的關(guān)鍵內(nèi)容，決定了產(chǎn)品發(fā)展方向。二是功能單元，是指模塊功能，對產(chǎn)品整個功能進行分析，并以此為基礎(chǔ)劃分功能。三是功能模塊。指的是在產(chǎn)品中，作用在功能單元的組成元素。四是結(jié)構(gòu)模塊，指功能模塊結(jié)構(gòu)，具體組成分為兩部分，即部件和子結(jié)構(gòu)模塊。五是模塊接口，屬于一種結(jié)合面，是關(guān)于結(jié)構(gòu)模塊組合時相互間的幾何與物理關(guān)系。模塊組合受模塊接口的制約，通常作為重要依據(jù)。六是基礎(chǔ)模塊。設(shè)計中的0型模塊具有很強的通用性，且結(jié)構(gòu)也相對完

整［1］。

2模塊化設(shè)計方法

2.1劃分原則

模塊化的設(shè)計理念，是指用少數(shù)模塊發(fā)揮最大能力，組成盡量多的產(chǎn)品，同時產(chǎn)品穩(wěn)定性要高，精度一定要精確，且結(jié)構(gòu)要簡單化，成本要相對低廉。因此，設(shè)計開始前，要對模塊進行處理，詳細劃分模塊。當前，還沒有任何一種標準可以作為模塊劃分原則。這里，依據(jù)不同側(cè)重點，對不同模塊進行劃分。單從模塊自身概念分析，模塊是一種典型獨立單元，可以組成系統(tǒng)，具有某種特定功能，結(jié)構(gòu)也具有特定性。對產(chǎn)品功能的結(jié)構(gòu)進行分析，要建立三個方面的聯(lián)系，即總功能、子功能和功能單元之間。以三者的聯(lián)系為基礎(chǔ)，對模塊進行劃分。

2.2注意問題

模塊化設(shè)計過程要注意以下問題：一是保持完整性和獨立性，特別是模塊功能結(jié)構(gòu)方面；二是保證模塊接口要素，在模塊化過程中便于聯(lián)系與分離；三是盡量減少各模塊間的關(guān)聯(lián)性，同時要使模塊處于強耦合狀態(tài)，以典型性和通用性為原則。

3　機械模塊設(shè)計特點

3.1利于維修

與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，模塊化設(shè)計具有很多新特點。如果在使用階段出現(xiàn)故障，維修設(shè)備非常方便，維修任務(wù)不再需要大規(guī)模、大面積進行，只需要在發(fā)生故障的局部地點進行修理，大大節(jié)省了維修所消耗的時間，同時明顯提升了維修效率。各個模塊結(jié)構(gòu)簡單，可以進行靈活拆卸。如果故障嚴重時，采用普通調(diào)試方法已經(jīng)很難解決故障，這時需要直接更換模塊，快速高效地完成維修工作。由此可見，不管是設(shè)計方面還是使用方面，模塊設(shè)計理念具有很多實用性突破，對機械設(shè)備在運行中出現(xiàn)的問題可以快速有效解決。

3.2簡化包裝設(shè)計

在過去包裝中，設(shè)計人員在進行設(shè)計時，主要根據(jù)產(chǎn)品的特點進行制定包裝操作。因此，所設(shè)計出來的包裝只能用于相同系列的產(chǎn)品，而對其他不同系列的產(chǎn)品卻不能使用同一種設(shè)計。在引入模塊化設(shè)計后，同樣是一種設(shè)計，卻能滿足不同類型不同系列的產(chǎn)品需要，方法簡單?？蛻籼嶝洉r，只需將模塊進行更換就可以達成目標。傳統(tǒng)機械包裝設(shè)計作業(yè)時，需要對每一個零件的每一種特性進行考慮。這對技術(shù)人員掌握知識的要求非常高，不僅浪費操作時間，同時也大量消耗技術(shù)人員的精力，是造成機械生產(chǎn)周期短的直接原因。引入模塊化設(shè)計后，技術(shù)人員無需過多考慮每一個零件的特性，只需不同系列產(chǎn)品更換模塊即可，大大節(jié)省了設(shè)計時間［2］。

3.3降低成本

引入模塊化設(shè)計理念，簡化了包裝流程，有效控制了成本支出。傳統(tǒng)設(shè)計理念不確定因素較多，因此預(yù)算成本不穩(wěn)定，極易發(fā)生變化。在工作任務(wù)進行中，包裝所用材料尺寸通過相關(guān)計算可以得到準確數(shù)值。對數(shù)值進行分析，可以明確不必要的支出，對資金使用嚴格把關(guān)。雖然成本支出得到控制，但是絲毫不會影響產(chǎn)品質(zhì)量。

4機械設(shè)計中模塊化設(shè)計的運用

4.1模塊化技術(shù)及成組技術(shù)

現(xiàn)代產(chǎn)品的種類越來越多。根據(jù)零件特點進行成組，利用物體之間的相似性對這些相似物體進行組合處理，相似零件要規(guī)范化處理，實現(xiàn)小批產(chǎn)品也可以進行流水作業(yè)。模塊化追求三種物品之間的效果，即小產(chǎn)品、中產(chǎn)品、大批量零件。同樣，利用相似性對零件進行劃分，最后制成模塊。共同點是能夠?qū)ο嗨屏慵M行集中處理。

4.2數(shù)控機床劃分

在數(shù)控機床設(shè)計中，利用模塊化設(shè)計方法最為關(guān)鍵的是要對功能和結(jié)構(gòu)進行分析。依據(jù)設(shè)計具體要求和需要，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的功能進行科學(xué)化、合理化劃分，這樣的劃分模式?jīng)Q定了設(shè)計效果。根據(jù)數(shù)控機床的設(shè)計以及具體工作需要，可以將數(shù)控機床模塊功能劃分成五類，即傳動模塊、執(zhí)行模塊、支撐模塊、輔助模塊和監(jiān)測模塊。每個模塊都有自身特性，有助于機械設(shè)備功能的發(fā)揮。

4.3數(shù)控機床功能分解

數(shù)控機床模塊劃分后，接下來就要確定每一個模塊的具體功能。有的模塊只具有單一的某個功能，有的模塊卻具有多種功能。例如，工件監(jiān)測裝置模塊，主要是對工件進行監(jiān)測；刀具監(jiān)測裝置模塊，主要是對刀具進行監(jiān)測；機內(nèi)對刀裝置模塊，主要進行機內(nèi)對刀工作。這些模塊中，每一種模塊對應(yīng)一種功能。同時，有些功能需要多個模塊共同完成。例如，工作臺模塊和卡爪模塊不光具有工件定位功能，還具有工件旋轉(zhuǎn)功能。有些模塊的功能很多，如刀架模塊，具有定位刀具、夾緊刀具、松開刀具功能。確定好每一模塊功能后，明確功能任務(wù)，合理組織模塊。

5結(jié)論

模塊化是機械生產(chǎn)中應(yīng)用效果最好、生產(chǎn)效率最高的方法。它改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程，使機械產(chǎn)品設(shè)計實現(xiàn)了開放化、標準化。在競爭如此激烈的市場環(huán)境中，使機械制造企業(yè)提高了競爭優(yōu)勢，同時促進我國機械化水平的發(fā)展。

［1］解寶鑫.模塊化設(shè)計方法及其在機械設(shè)計中的應(yīng)用［J］.科技與企業(yè)，2016，（2）：239-240.

［2］孔祥然.機械臂模塊化關(guān)節(jié)設(shè)計及其輸出特性研究 ［D］.北京：北京郵電大學(xué)，2015.

［3］赫崇宇.模塊化設(shè)計研究及其在機床主軸系統(tǒng)中的應(yīng)用［D］.云南：昆明理工大學(xué)，2013.

ModularDesignMethodandItsApplicationin Mechanical Design

LIU Xianwei
（Foshan City，Guangdong province Reed Software Technology Co.，Ltd.，F(xiàn)oshan 528300）

In mechanical design，the development of application technology is constantly updated，the application of modular design concept is more and more widely.This paper first introduces the basic concept of mechanical products，and then introduces the modular design method，and then expounds the characteristics of mechanical module design，and finally puts forward the specific application of modular design in mechanical design.

modularization，machinery，design，principle