機械設計中的模塊化設計分析

吳財林

摘 要：目前，伴隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展與時代的不斷進步，我國工業(yè)化進程不斷加快，諸多先進的制造技術與設計技術被應用到工業(yè)生產(chǎn)中，使得工業(yè)化生產(chǎn)效率得到明顯的提高。在機械類產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，機械設備階段會對機械制造過程產(chǎn)生很大的影響，因此，怎樣使用合理的設計方法來開展機械設計成為工程制造業(yè)面臨的重要問題。對此，本文就機械設計中的模塊化設計展開了科學的分析與研究。

關鍵詞：機械設計;模塊化;設計方法

模塊化設計主要是指把具有不同性能或功能的要素進行有機結合，從而形成整體模塊，然后從模塊角度出發(fā)，和其他模塊進行有效的組合，以形成新型的系統(tǒng)，以此為基礎，會產(chǎn)生不同性能或功能的工業(yè)產(chǎn)品的設計方法。如今，模塊化已然從以往單純的設計理念逐步向具有可視化技術設備角度轉變，其在機械制造領域得到廣泛的應用。

一、模塊化設計的基本概念、方法與特點

1、基本概念

在機械設計過程中，模塊化設計屬于一種十分關鍵的方法，其在機械設備中把原本的東西進行有效的整理和概括，并將插入到模塊中其，可以讓人們對該模塊產(chǎn)生不同的認知。與此同時，我們應對這些模塊進行合理的劃分與規(guī)劃，確保能夠知曉各個模塊的具體功能，還要了解各模塊連接到一起所發(fā)揮的作用。此外，還要確保每塊模塊都能夠獨立使用，并且在組合前可以實現(xiàn)互換還不會產(chǎn)生一定的副作用，基于此，才能實現(xiàn)系統(tǒng)升級[1]。模塊化設計屬于一種不同于以往機械設計方法的新型觀念。

2、方法

模塊化設計方法主要表現(xiàn)為以下四個層面：其一，橫向式模塊化設計。此種設計方法是比較容易操作的，也是比較容易推廣的，其主要是在原本產(chǎn)品條件下結合模塊化設計所產(chǎn)生的產(chǎn)品進行有效的推廣。其二，縱向式模塊化設計。此種設計方法就是在不改變原本產(chǎn)品的條件下對同一種形式不同類型產(chǎn)品進行合理的設計。其三，橫向式和跨向式綜合模塊化設計。此種設計方法主要是橫向式設計基礎上對某一模塊的設計進行更改，讓原產(chǎn)品發(fā)生不同程度的改變[2]。其四，全種系類模塊化設計是橫向與縱向形式，其主要是在此基礎上制造出跨系列的產(chǎn)品設計。

3、特點

1）便于維修

模塊化設計會讓整個維護工作變得方便而快捷，也能讓人們通過簡單的數(shù)據(jù)即可獲取大量的數(shù)據(jù)，僅需投入較少成本即可獲得較高的利潤。此種方式能夠滿足當今社會的發(fā)展需求，由于模塊化設計中各個模塊間能實現(xiàn)互相替代，若出現(xiàn)某一故障，可采取排查方式予以控制，從而提高資源利用率。

2）節(jié)約成本

模塊化設計能夠簡化包裝費用，從而減少成本輸出，而一些傳統(tǒng)的制造商在包裝方面僅僅是通過自身機械產(chǎn)品的理解來進行包裝，此種方式相對刻板，無法靈活運用，僅僅適用于某種特定模式，在此種狀態(tài)下，就需要研發(fā)新式包裝。而模塊化設計可運用較低的成本、使用很少的資源來完成新型包裝，包裝形式多種多樣，能大大節(jié)省時間、成本與物資[3]。因此，將模塊化設計應用到機械設計之中能有效提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，這對于企業(yè)的發(fā)展意義重大。

二、模塊化設計的基本步驟

模塊化設計主要涉及到模塊化產(chǎn)品的研制與單品的模塊化設計兩個方面。系統(tǒng)模塊化產(chǎn)品研制步驟是：市場調(diào)查→分析產(chǎn)品功能→擬定產(chǎn)品的型譜→確定參數(shù)范圍與技術參數(shù)→劃分模塊→模塊結構設計→構建模塊庫→編寫技術[4]。而單品模塊化設計步驟是：科學整理用戶的實際需求→確定好技術參數(shù)→確定好型譜→選擇模塊→組裝模塊→分析與計算。

三、機械設計中的模塊化設計方法

為分析模塊化設計在機械設計中的應用效果，我們簡單的闡述了模塊化設計的幾個流程，分別對模塊化設計各個環(huán)節(jié)的內(nèi)容予以闡述，以便為后續(xù)的模塊化設計方法的應用提供一些建設性的意見。具體的模塊化設計方法展示如下：

1、產(chǎn)品模塊劃分

把模塊化設計應用到機械設計方面，要先對機械產(chǎn)品的各個模塊進行合理的劃分，其是整個設計體系的關鍵。結合市場與用戶需求的調(diào)查結果，我們應對產(chǎn)品的結構與功能進行詳細的分析，以完成功能劃分。以數(shù)控立式車床為例，在開展機械設計時，要根據(jù)其生產(chǎn)作業(yè)特點與具體的生產(chǎn)要求，設備模塊主要為支承模塊、傳動模塊、執(zhí)行模塊與監(jiān)測模塊四個模塊，且不同的模塊間關聯(lián)性應降至最小，要求各模塊間要實現(xiàn)個性化功能設計，從而真正的發(fā)揮出機械設備的功能。

2、確定好模塊的功能

等到對產(chǎn)品功能模塊劃分之后，要及時確定好模塊的基本功能。盡管模塊的功能相對單一，但是，也有一些模塊的功能呈現(xiàn)復雜多樣的特點。例如，刀具監(jiān)測是刀具監(jiān)測裝置對應的功能模塊，工件檢測設備所對應的功能模塊，都是單一的功能模塊[5]。然而，也存在著多模塊具有共同的功能。例如，卡爪模塊與工作臺模塊都具備一定的定位功能，而著變速箱、卡爪與工作臺模塊也具備移動的工件旋轉功能。此外，還有些模塊兼具多種功能。例如，刀具模塊具備刀具松開、定位與夾緊等功能。因此，在模塊化設計時，既要確定好模塊功能，還要確定模塊的功能任務，以保證模塊組織得以實現(xiàn)。

3、功能模塊的組裝

加強對產(chǎn)品各個功能模塊的合理組裝，能夠保證機械設計整個階段不同模塊配置的規(guī)范化與合理性。同時，在實際操作過程中，作業(yè)人員應保證模塊組裝的規(guī)范性與完整度，應處理好模塊的結合面，以增強整體布局的規(guī)范性。此外，不同的模塊間還具備一定的更換功能，若在后期工業(yè)生產(chǎn)過程中某一個模塊發(fā)生故障，能夠及時更換，也不會對其他模塊的功能效果產(chǎn)生干擾，能夠確保生產(chǎn)作業(yè)正常開展。在模塊組裝時，應嚴格按照一定的標準與專業(yè)規(guī)范進行操作，加強對細節(jié)的把控，特別是接口位置處理要合理，從而獲得理想的組裝效果。

4、產(chǎn)品的設計任務

模塊化設計在機械設計中的應用，等到完成模塊劃分與組裝后，即可對產(chǎn)品設備開展科學的設計。從上文可知，數(shù)控立式車撞主要設置了支承模塊、傳動模塊、執(zhí)行模塊與監(jiān)測模塊，傳動模塊又劃分為水平進給箱、垂直進給箱、橫梁升降箱與主傳動軸。在生產(chǎn)過程中，可通過工作臺和刀架組合來功能完成操作。

5、設計的應用效果

將模塊化設計應用到機械設計中，要在考慮設計任務的基礎上對產(chǎn)品模塊實施功能劃分，能有效降低模塊間的關聯(lián)程度，旨在發(fā)揮出其良好的應用功能，防止模塊故障對其他的模塊產(chǎn)生諸多的不良影響，以提高機械設備效果。等到完成相關的設計任務后，還要對產(chǎn)品實施質(zhì)量檢驗和驗收，保證設計參數(shù)和功能指標均能達到實際的設計要求，保證產(chǎn)品可以滿足具體的應用要求，從而滿足市場與用戶的實際需求。模塊化設計在機械設計中的應用，可在提高設備運行效率的基礎上，更大程度上降低設計成本，從而獲得最為理想的設計效果。

結束語：

綜上所述，伴隨著信息化與工業(yè)化的逐步融合，機電設備已然逐步向集成化、智能化與自動化方向發(fā)展，模塊化設計在機械設計領域的應用范圍十分廣泛，其所產(chǎn)生的應用價值很高，其在機械設計制造方面的應用具有重要意義。模塊化設計的應用，大大降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，也大大提高了我國機械自動化技術，從而推動了我國經(jīng)濟的高速發(fā)展。

參考問題：

[1]莫塵.機械設計中模塊化理念的應用分析[J].內(nèi)燃機與配件，2020（01）：225-226.

[2]張寬.模塊化設計方法在機械設計中的應用探討[J].世界有色金屬，2019（15）：213-214.

[3]辛鵬.模塊化設計方法在機械設計中的應用分析[J].湖北農(nóng)機化，2019（16）：51.

[4]夏凡.模塊化設計方法在機械設計中的運用探討[J].中國設備工程，2019（16）：220-222.

[5]慶燕飛.試論模塊化設計方法及其在機械設計中的運用[J].南方農(nóng)機，2019，50（15）：121.