模塊化設(shè)計(jì)方法及其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

文/李明昊 葉明，沈陽慧遠(yuǎn)自動化

社會經(jīng)濟(jì)文化等各領(lǐng)域的飛速發(fā)展，帶來的是人們在物質(zhì)生產(chǎn)方面的需求日益多元化，這無疑間接促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域不斷考慮社會大眾的需求，并據(jù)此提出更多元、更高效的產(chǎn)品。受制于傳統(tǒng)方法的局限性，機(jī)械設(shè)計(jì)在滿足多元化物質(zhì)生產(chǎn)需求方面有瓶頸。而如今科學(xué)技術(shù)革新下出現(xiàn)的模塊化設(shè)計(jì)方法能夠有效提升機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率，對促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域與時俱進(jìn)跟上時代的發(fā)展具有重要作用。本文重點(diǎn)就模塊化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入細(xì)致的分析與闡釋。

1 模塊化設(shè)計(jì)方法的內(nèi)涵及特點(diǎn)

（1）主要分為橫向設(shè)計(jì)和縱向設(shè)計(jì)兩種設(shè)計(jì)方式。模塊化的設(shè)計(jì)方法主要分為橫向設(shè)計(jì)和縱向設(shè)計(jì)兩種，剩下的都是一這兩種基本的設(shè)計(jì)方法為框架而展開的。對于機(jī)械產(chǎn)業(yè)而言，橫向的設(shè)計(jì)方法具有容易實(shí)現(xiàn)、成本較低和推廣簡單的優(yōu)勢，它是指不改變所要設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主要參數(shù)，通過建立一系列的簡單模型來進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和變形；縱向的設(shè)計(jì)方法是指對相同類型的產(chǎn)品的基礎(chǔ)型構(gòu)建進(jìn)行簡單的模塊化設(shè)計(jì)之后再進(jìn)行具體的操作實(shí)踐，同樣具有非常強(qiáng)的實(shí)用性。

（2）便于進(jìn)行機(jī)械包裝的維修和管理。對于機(jī)械設(shè)計(jì)而言，模塊化設(shè)計(jì)的其中一個主要優(yōu)勢便是便于維修和管理、因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是建立在模塊的構(gòu)造之下，屬于一種固定的設(shè)計(jì)框架，在進(jìn)行具體的管理和修改、維護(hù)時，只需要對其中或部分模塊進(jìn)行管理和改變即可實(shí)現(xiàn)目的[1]，如在機(jī)械包裝之時模塊化設(shè)計(jì)的程序出現(xiàn)問題，只需要對出問題的那一部分進(jìn)行更換即可再一次正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而不需要對所有的模塊進(jìn)行維修，節(jié)省了大量的時間和財(cái)力。

（3）簡化包裝設(shè)計(jì)從而有效降低包裝成本。通常情況下一種系列的包裝只適用于同一種系列的產(chǎn)品，但對于社會生產(chǎn)和生活而言，單一的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并不能有效地滿足其要求，因此眾多無意義的重復(fù)設(shè)計(jì)成為機(jī)械產(chǎn)業(yè)的詬病，而模塊化設(shè)計(jì)方法有效地改善了這一問題，可以適用于變化不大的同類型的不同系列的產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)，避免了無意義勞動，節(jié)省了包裝成本。同時，通過設(shè)計(jì)模塊的不斷優(yōu)化，還能不斷地減少模塊組合，用最少的成本達(dá)成最佳的目的，從原料方面也降低了生產(chǎn)包裝的成本。

2 模塊化設(shè)計(jì)方法及其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

（1）模塊化設(shè)計(jì)在數(shù)控立式車床中的應(yīng)用。模塊化設(shè)計(jì)在數(shù)控立式車床中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)劃分上，具體如下：一是將具有獨(dú)立功能的單位作為模塊，以便不同模塊之間進(jìn)行組合，夠拼湊出多種產(chǎn)品；二是以部件作為模塊進(jìn)行劃分，在盡可能的保證模塊完整性的同時保證產(chǎn)品的質(zhì)量；三是利用組件的方式進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，即對模塊進(jìn)行分解之后，通過不斷的優(yōu)化和調(diào)整重新對模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造，使其能適合設(shè)計(jì)上的變化和實(shí)際工作中的需求，使模塊化設(shè)計(jì)更具有經(jīng)濟(jì)效益[2]，實(shí)現(xiàn)更大的價(jià)值，四是在進(jìn)行模塊劃分的同時，還要考慮機(jī)床中大件的劃分，保證期規(guī)范性，還要使其易于分離和結(jié)合，方便以后進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的改進(jìn)優(yōu)化和升級。

（2）模塊化設(shè)計(jì)在數(shù)控立式車床的功能分解應(yīng)用。模塊化設(shè)計(jì)在數(shù)控立式車床上的應(yīng)用體現(xiàn)便是其功能分解作用。在對模塊進(jìn)行劃分的時候，必須要充分考慮到車床的整體性，再在整體性的基礎(chǔ)上進(jìn)行分解從而實(shí)現(xiàn)模塊化的具體應(yīng)用設(shè)計(jì)，直至將分功能繼續(xù)分解為不能在進(jìn)行分解的功能元為止，如此才可以最大效率的體現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢和作用。功能分解時應(yīng)從以下幾點(diǎn)進(jìn)行考慮：一是考慮用戶需求，根據(jù)用戶的具體需求進(jìn)行模塊的具體調(diào)整，使其能實(shí)現(xiàn)用戶所希望達(dá)成的功能目標(biāo)；而是應(yīng)該考慮功能的具體實(shí)現(xiàn)，數(shù)控車床的總功能是車削，因此在對其進(jìn)行劃分時，主要應(yīng)從車削的溝槽和旋轉(zhuǎn)面等方面進(jìn)行；三是要考慮數(shù)控車床的執(zhí)行功能和檢測功能，確保數(shù)控車床的質(zhì)量和實(shí)際使用情況。

（3）模塊化設(shè)計(jì)在柔性制造中的優(yōu)勢和應(yīng)用。隨著生產(chǎn)生活節(jié)奏的不斷加快，硬性的、功能單一的設(shè)計(jì)和機(jī)械制造技術(shù)已經(jīng)不適應(yīng)時代和市場的需求，被逐漸淘汰，于是柔性的、快節(jié)奏的、效率高的柔性制造技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生，因此將模塊化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用在柔性制造中極其適合。首先，模塊化設(shè)計(jì)的靈活性和可變性極大程度地滿足了柔性制造技術(shù)對于設(shè)計(jì)工藝的要求，能在極少的成本投入下實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)格、不同系列產(chǎn)品之間的變換，在降低了生產(chǎn)設(shè)計(jì)時間的同時也能起到降低生產(chǎn)成本的作用[3]。此外，模塊化設(shè)計(jì)方法還可以利用通用模型解決機(jī)床共性的問題，利用模塊的特性，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一模多用的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)需求，并通過機(jī)床模塊的重新組合，達(dá)到系統(tǒng)的柔性要求。因此，將模塊化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用在柔性制造領(lǐng)域必然是現(xiàn)在乃至未來國內(nèi)外制造業(yè)需要普遍研究和加強(qiáng)的一個重要方向。

3 結(jié)束語

總而言之，將模塊化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以極大效率的提升機(jī)械生產(chǎn)的效率和水平，便于快速的進(jìn)行一些簡單的工藝品的制作、降低產(chǎn)品的包裝成本并便于維修和管理，因此對于機(jī)械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而言具有重大的促進(jìn)作用，有必要加強(qiáng)其實(shí)踐研究。但本文更多的是從理論的角度闡述模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用優(yōu)勢，在具體的應(yīng)用實(shí)踐方面并未有過多的設(shè)計(jì)，因此任何需要更多機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專家學(xué)者進(jìn)行深入研究和挖掘。

[1]劉小鵬，張衛(wèi)國，鐘毅芳.機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)中的模塊創(chuàng)建及應(yīng)用[J].華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000.

[2]張文橋，胡維剛，鐘毅芳.數(shù)控立式車床模塊化方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)[J].機(jī)械與電子，1996.

[3]陳勝勇等.基于構(gòu)件的軟件設(shè)計(jì)方法及其在機(jī)械CAD系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，1998.