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

郝寅生

摘要：為了有效地推動(dòng)機(jī)械工程的發(fā)展，在機(jī)械設(shè)計(jì)方面需要進(jìn)行不斷的優(yōu)化。在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，人們應(yīng)該要結(jié)合實(shí)際需求，有效的將模塊化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中得以應(yīng)用，以此來(lái)使得實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)工作獲得有效的推開(kāi)，并且使得人工成本得到全方位的減少，最終使得實(shí)際工作效率得到提升。

關(guān)鍵詞：模塊化設(shè)計(jì);機(jī)械設(shè)計(jì);應(yīng)用

1模塊化設(shè)計(jì)方法

模塊化設(shè)計(jì)即以滿足市場(chǎng)實(shí)際需求為目的，分析一定范圍內(nèi)不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格產(chǎn)品的功能性，然后基于結(jié)果對(duì)其進(jìn)行功能模塊的劃分，最后通過(guò)對(duì)不同模塊的選擇與組合，形成不同產(chǎn)品。面對(duì)市場(chǎng)需求不斷變化的情況，將模塊化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中，可以對(duì)指定范圍的模塊進(jìn)行選擇，然后組成功能各異的機(jī)械產(chǎn)品，可縮短機(jī)械制作周期，以更少的成本來(lái)獲得最大利潤(rùn)?？梢詫⒛K化設(shè)計(jì)分為縱向設(shè)計(jì)與橫向設(shè)計(jì)2種模式，在不改變參數(shù)的情況下，通過(guò)對(duì)模塊的相互轉(zhuǎn)換，來(lái)獲得全新的功能各異的產(chǎn)品。其中，將縱向設(shè)計(jì)與橫向設(shè)計(jì)組合應(yīng)用，可達(dá)到全系列設(shè)計(jì)的效果。

1模塊化設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1縮短設(shè)計(jì)周期

將市場(chǎng)和客戶需求作為基礎(chǔ)，選擇合適的模塊來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，爭(zhēng)取通過(guò)更少的投入來(lái)獲得最大效益，尤其是在小規(guī)模生產(chǎn)制造廠家中效果更為顯著。在設(shè)計(jì)前需要對(duì)市場(chǎng)相關(guān)需求進(jìn)行整合，并判斷產(chǎn)品功能，然后進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，利用模塊之間的有效組合來(lái)形成特定的產(chǎn)品。在此過(guò)程中可以根據(jù)需求隨時(shí)對(duì)模塊體系進(jìn)行調(diào)整，從技術(shù)層面來(lái)提供創(chuàng)新模塊體系，對(duì)模塊設(shè)計(jì)理念進(jìn)行更新，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)及功能性更完整的產(chǎn)品。

1.2產(chǎn)品性能穩(wěn)定

通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)得到的產(chǎn)品，前期均進(jìn)行了詳細(xì)的需求分析及功能篩選，模塊的組合方式更為嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)，使其更貼合市場(chǎng)與客戶的需求，因此具有更高的使用率。基于此機(jī)械制造技術(shù)的應(yīng)用效率提高，使得產(chǎn)品的功能也更為穩(wěn)定。同時(shí)，模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品功能性更為明確，使其內(nèi)部多樣化大幅度降低，可以在更高程度上滿足用戶個(gè)性化需求。并且后期維修便捷，整體生產(chǎn)成本更低。

1.3知識(shí)管理集成

模塊化設(shè)計(jì)為一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性，是對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范過(guò)程，構(gòu)建模塊結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品知識(shí)信息，為模塊規(guī)劃得以實(shí)現(xiàn)的基本要求。模塊化設(shè)計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)，需要落實(shí)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及管理的整個(gè)過(guò)程中，對(duì)產(chǎn)品知識(shí)進(jìn)行科學(xué)管理，來(lái)為設(shè)計(jì)人員提供便捷，促使模塊不斷優(yōu)化和改進(jìn)，使得生產(chǎn)時(shí)效性得以完善。

2模塊化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1模塊化設(shè)計(jì)方法在數(shù)控車床中的應(yīng)用

以模塊化設(shè)計(jì)方法在數(shù)控車床中的應(yīng)用為例，在模塊劃分中，必須從數(shù)控車床的一般功能出發(fā)，將總功能分解為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能。當(dāng)函數(shù)繼續(xù)分解直到函數(shù)不合適時(shí)，函數(shù)元素由函數(shù)元素組成。函數(shù)元素是整個(gè)函數(shù)或函數(shù)的最基本單元，通常對(duì)應(yīng)于某一冪函數(shù)模塊。當(dāng)總功能被分解時(shí)，應(yīng)該考慮用戶的需求和實(shí)現(xiàn)總功能所需的功能。由于用戶條件的不同，機(jī)床的規(guī)格和性能會(huì)有所不同，而且模塊的組成也會(huì)有很大的差異。

對(duì)于CK系列單柱數(shù)控車床，它的總功能是車削，它可以轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)外缸、內(nèi)外錐體、溝槽、平面、螺紋和各種旋轉(zhuǎn)面。對(duì)于CK系列單柱數(shù)控車銑加工中心，除了銑削、鏜銑功能外，這些功能可以按傳動(dòng)功能。

2.2對(duì)模塊進(jìn)行合理的劃分，明確模塊分工

通過(guò)對(duì)總功能進(jìn)行分解，可以看出，一個(gè)或多個(gè)函數(shù)對(duì)應(yīng)于實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)功能的模塊。有一個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)某一功能，即一對(duì)一對(duì)應(yīng);一個(gè)函數(shù)由多個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，即單對(duì)多的關(guān)系;某些多個(gè)功能由一個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，即多對(duì)單的關(guān)系。

根據(jù)功能和模塊的映射關(guān)系，考慮了整個(gè)數(shù)控車床系列的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型，并利用模塊劃分原理得到數(shù)控車床較為通用的模塊。數(shù)控車床分為傳動(dòng)模塊、執(zhí)行模塊、支撐模塊、輔助模塊、監(jiān)控模塊，并繼續(xù)細(xì)分為功能模塊。通過(guò)對(duì)同一功能模塊的分析，由于使用的不同和結(jié)構(gòu)的不同，可以得到可交換的、具有相同接口的結(jié)構(gòu)模塊。根據(jù)結(jié)構(gòu)模塊的組合，可以得到不同用途和性能的數(shù)控車床。

在對(duì)數(shù)控車床開(kāi)展有效設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)是，人們首先需要進(jìn)行實(shí)際的科學(xué)規(guī)劃和操作工作，該項(xiàng)工作的開(kāi)展并不能夠單獨(dú)的進(jìn)行，在大多數(shù)情況下要考慮實(shí)際的生產(chǎn)工藝，從全方位的角度進(jìn)行規(guī)劃工作的開(kāi)展。模塊化設(shè)計(jì)方式需要建立起一個(gè)比較有效的結(jié)構(gòu)，在科學(xué)隔離構(gòu)造和分析的操作條件之下，完成基礎(chǔ)性的環(huán)節(jié)建設(shè)，同時(shí)需要結(jié)合實(shí)際的情況，制定合理的科學(xué)規(guī)劃，付諸于實(shí)踐的過(guò)程當(dāng)中。對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位的有效劃分，最終使得整體的生產(chǎn)效率得到提升。

2.3數(shù)控車床模塊劃分原則

根據(jù)現(xiàn)有車床的結(jié)構(gòu)和模塊化要求，模塊劃分的原則可以概括如下：（1）將獨(dú)立的功能單元用作模塊，即分解的功能單元在結(jié)構(gòu)中盡可能獨(dú)立。這樣的模塊易于組裝和配置，從而易于形成各種變形產(chǎn)品。（2）以部件作為模塊，這樣的模塊具有完整性，容易保證裝配質(zhì)量。（3）將該組件用作模塊。在對(duì)功能分解進(jìn)行細(xì)化之后，可以進(jìn)一步對(duì)組件中的一些組件進(jìn)行模塊化。通過(guò)更換或占用零件或部件，這些部件可以有不同的用途和性能。它比改變整個(gè)部件更經(jīng)濟(jì)。在模塊劃分過(guò)程中，還應(yīng)注意機(jī)床的大部件和基本部件的模塊化，大零件的結(jié)合件應(yīng)規(guī)范化，便于連接和分離。同時(shí)，應(yīng)該考慮模塊中有發(fā)展的空間，這樣新技術(shù)的引入不會(huì)阻礙模塊的結(jié)構(gòu)。

2.4模塊的組裝設(shè)計(jì)

為了使得設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)得到有效的確保，人們需要對(duì)模塊化的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行技術(shù)組裝的操作，簡(jiǎn)而言之，就是對(duì)模塊進(jìn)行有效的分配，同時(shí)在具體的組裝過(guò)程當(dāng)中，對(duì)整體布局的合理性進(jìn)行考慮，對(duì)各個(gè)模塊之間的功能進(jìn)行有效的組合。如果機(jī)械設(shè)備在使用的過(guò)程當(dāng)中遇到的問(wèn)題，那么可以及時(shí)更換其中有問(wèn)題的設(shè)備，同時(shí)要保障在故障模塊更換的過(guò)程當(dāng)中，其他模塊依然可以正常的運(yùn)行，不會(huì)因此停止工作。

在設(shè)計(jì)工作完成之后，還要對(duì)具體的參數(shù)進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整工作，同時(shí)在試運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中檢驗(yàn)整體的配合效果。有效的組裝式模塊化設(shè)計(jì)，非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)模塊只有在有效的組裝下，自身的作用才能夠得到充分的發(fā)揮，因此也需要掌握一些科學(xué)的組裝方式，提升組裝的有效性和科學(xué)性。

結(jié)束語(yǔ)

伴隨著技術(shù)的發(fā)展，用戶群體在各方面的要求有所改變，這種改變最典型的體現(xiàn)就是原來(lái)的集中式轉(zhuǎn)變?yōu)閭€(gè)體戶，在這樣的要求下，節(jié)省成本成了大勢(shì)所趨。從設(shè)計(jì)到技術(shù)層面等各角度出發(fā)，模塊化技術(shù)的轉(zhuǎn)變目前已經(jīng)基本完成，在劃分和組合的背景之下，可以對(duì)不同類型的機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行包裝，最終使得工期得到有效的縮短，在一定程度上實(shí)現(xiàn)模塊化機(jī)械設(shè)計(jì)和制造。

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