機(jī)械設(shè)計(jì)中模塊化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用

摘要：模塊化設(shè)計(jì)方法可直接提升機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)效率，并可在一定程度上降低機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)成本，減輕設(shè)計(jì)部門的設(shè)計(jì)壓力。另外，模塊化設(shè)計(jì)方法可在一定程度上優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)部的機(jī)構(gòu)特性，促使其更具整體性，有利于節(jié)省機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的預(yù)留空間，并可提升一些特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)的防水、防塵性能?；诖耍紫?，本文分析了在機(jī)械設(shè)計(jì)中，模塊化設(shè)計(jì)的基本內(nèi)涵;其次，本文進(jìn)一步分析了機(jī)械設(shè)計(jì)中模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用辦法，希望可為廣大從業(yè)技術(shù)人員提供有效借鑒和參考。

Abstract： Modular design method can directly improve the design efficiency of mechanical design， and to a certain extent， reduce the design cost of mechanical design， reduce the design pressure of the design department. In addition， the modular design method can optimize the internal mechanism characteristics of the mechanical structure to a certain extent， making it more integrated， which is conducive to saving the reserved space for the design of mechanical parts， and can improve the waterproof and dustproof performance of some special mechanical structures. Based on this， firstly， this paper analyzes the basic connotation of modular design in mechanical design; Secondly， this paper further analyzes the application of modular design technology in mechanical design， hoping to provide effective reference and reference for the majority of technical personnel in the industry.

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);模塊化設(shè)計(jì);基本內(nèi)涵;應(yīng)用方法

Key words： mechanical design;modular design;basic connotation;application methods

中圖分類號(hào)：TD402 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0220-02

0 ?引言

在新時(shí)代發(fā)展背景下，人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)產(chǎn)品個(gè)性化的需求也逐漸增長(zhǎng)，這就要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品或者生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，不僅要注意產(chǎn)品的性能或者結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還要注意控制產(chǎn)品的研發(fā)以及生產(chǎn)周期，不能為了豐富產(chǎn)品的功能，而延緩產(chǎn)品上市的周期，錯(cuò)過(guò)產(chǎn)品升級(jí)和企業(yè)擴(kuò)展的風(fēng)口。模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)可為企業(yè)提高生產(chǎn)效率提供有效途徑，可促使企業(yè)在構(gòu)思產(chǎn)品、設(shè)計(jì)產(chǎn)品以及生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，各部門之間的溝通效能更高，使各部門設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路更清晰，從而在保障企業(yè)機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量和性能的基礎(chǔ)上，促使企業(yè)可更快地完成產(chǎn)品的生產(chǎn)和產(chǎn)出工作，為企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)提供有力支持。

1 ?機(jī)械設(shè)計(jì)中模塊化設(shè)計(jì)方法的基本內(nèi)涵分析

1.1 基本概念分析 ?在機(jī)械設(shè)計(jì)中，模塊化設(shè)計(jì)的基本概念可概括為依據(jù)產(chǎn)品的功能定位以及性能要求，在選擇了規(guī)格參數(shù)合理的機(jī)械零部件后，使用合理的辦法將機(jī)械零部件集成為不同的功能實(shí)現(xiàn)單元，并通過(guò)合理的連接結(jié)構(gòu)將不同的功能單元連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的整體功能。在模塊化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需以產(chǎn)品的功能作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模塊進(jìn)行科學(xué)劃分，同時(shí)依據(jù)不同模塊的體積、功能和性能要求，選擇合適的模塊連接形式。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員還應(yīng)為不同模塊預(yù)留充足的后續(xù)改造和更換空間，尤其在模塊發(fā)生損壞時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保技術(shù)人員可非常方便地更換產(chǎn)品中受損傷的模塊，從而在確保其他零部件可繼續(xù)使用的基礎(chǔ)上，提高機(jī)械產(chǎn)品整體的應(yīng)用效能，發(fā)揮模塊化產(chǎn)品的升級(jí)和維護(hù)優(yōu)勢(shì)，將其產(chǎn)品后續(xù)維護(hù)和保養(yǎng)的成本，同時(shí)也在一定程度上提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的安全性，并為產(chǎn)品功能的進(jìn)一步完善提供合理有效的結(jié)構(gòu)化空間。

1.2 設(shè)計(jì)方式分析 ?模塊化設(shè)計(jì)方式可簡(jiǎn)單分為橫向模塊設(shè)計(jì)、縱向模塊設(shè)計(jì)以及綜合類型的模塊化設(shè)計(jì)。在橫向模塊化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需根據(jù)產(chǎn)品的基礎(chǔ)功能，選擇合適的模塊數(shù)量和模塊排布形式，從模塊與模塊之間的關(guān)系層面優(yōu)化模塊設(shè)計(jì)工作，提升模塊化設(shè)計(jì)工作的整體性。此種模塊化設(shè)計(jì)的形式比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)難度不高，對(duì)產(chǎn)品形態(tài)變化的過(guò)程比較友好，同時(shí)也具有較好的可操作性;在縱向模塊化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員更多考慮地是具體模塊的具體功能。通過(guò)縱向模塊設(shè)計(jì)方法，技術(shù)人員可針對(duì)同一產(chǎn)品中不同的模塊進(jìn)行功能性設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品在外觀等形態(tài)不發(fā)生改變的情況下，發(fā)生功能方面的改變。此種模塊化設(shè)計(jì)工作的技術(shù)要求較高，對(duì)設(shè)計(jì)人員的能力要求也比較高。但此種模塊化設(shè)計(jì)的功能適應(yīng)性好，可有利于機(jī)械產(chǎn)品快速實(shí)現(xiàn)功能升級(jí)。另外，在一些特殊要求下，設(shè)計(jì)人員可能需要同時(shí)使用橫向以及縱向模塊化設(shè)計(jì)方法，從而使機(jī)械產(chǎn)品在跨系別、跨形態(tài)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，在物理形態(tài)和功能內(nèi)涵方面，均可實(shí)現(xiàn)一定的升級(jí)，進(jìn)而使機(jī)械產(chǎn)品完成產(chǎn)品層面的革新。

2 ?機(jī)械設(shè)計(jì)中模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用辦法分析

2.1 明確機(jī)械設(shè)計(jì)理念 ?明確機(jī)械設(shè)計(jì)理念是開(kāi)展模塊化設(shè)計(jì)工作的第一步，也是開(kāi)展機(jī)械設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。此間，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合新時(shí)期企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的具體要求和用戶對(duì)產(chǎn)品形態(tài)、功能的期待，合理選擇機(jī)械設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性分析方法。例如，在設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)中曲柄連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合同類型產(chǎn)品的市場(chǎng)定位以及功能性定位，合理選擇設(shè)計(jì)此類產(chǎn)品的原始資源，包括結(jié)構(gòu)形式、材料物理性質(zhì)以及產(chǎn)品整體功能實(shí)現(xiàn)形式和后期維護(hù)保養(yǎng)要求等，從而在選擇機(jī)體組、活塞連桿組好曲軸飛輪組時(shí)，可在適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步保障內(nèi)燃機(jī)能量轉(zhuǎn)化過(guò)程的安全性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員應(yīng)站在用戶的角度思考機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)用的便捷性，以用戶的實(shí)際需求為基礎(chǔ)，并結(jié)合用戶的產(chǎn)品使用能力，合理選擇內(nèi)燃機(jī)燃料供給功能和潤(rùn)滑功能的具體實(shí)現(xiàn)形式，避免出現(xiàn)產(chǎn)品應(yīng)用門檻過(guò)高的情況。此外，設(shè)計(jì)人員務(wù)必要注意機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的特點(diǎn)，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜合性特點(diǎn)、產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)形式相似性特點(diǎn)以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多層次特點(diǎn)等。更為關(guān)鍵的是，設(shè)計(jì)人員應(yīng)依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程盡量簡(jiǎn)潔、功能實(shí)現(xiàn)方式盡量簡(jiǎn)潔的理念，合理控制內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成本，使內(nèi)燃機(jī)各部分組件可具有較好的功能性表現(xiàn)以及質(zhì)量表現(xiàn)的同時(shí)，也更符合消費(fèi)者的消費(fèi)需求。

2.2 合理劃分產(chǎn)品模塊，細(xì)化模塊功能 ?設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)方法時(shí)，首先，應(yīng)結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品的功能要求，合理選擇其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模塊化數(shù)量和不同功能模塊之間的組合以及連接形式，利用橫向模塊設(shè)計(jì)的辦法，促使機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空間可得到有效利用;其次，在設(shè)計(jì)模塊的功能時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主體功能為基礎(chǔ)，利用分層設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)體系，針對(duì)不同的產(chǎn)品功能層級(jí)，選擇不同的模塊化功能，進(jìn)而將產(chǎn)品的功能以模塊化的形式落實(shí)到具體的模塊中;再者，在設(shè)計(jì)具體模塊的物理結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員也應(yīng)注意模塊本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用縱向化的模塊設(shè)計(jì)方法，為模塊選擇合理的物理結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)方式。為了滿足模塊的升級(jí)和更換要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)為產(chǎn)品預(yù)留模塊升級(jí)的空間，從物理空間和功能空間兩個(gè)層面對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì);最后，設(shè)計(jì)人員在利用模塊化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，還應(yīng)及時(shí)關(guān)注市場(chǎng)環(huán)境變化的大趨勢(shì)，適應(yīng)人們的新要求，并結(jié)合產(chǎn)品的特性，選擇合適的時(shí)機(jī)，并利用合理的形式升級(jí)模塊的功能。

2.3 結(jié)合模塊化結(jié)構(gòu)形式，對(duì)模塊進(jìn)行編碼 ?設(shè)計(jì)人員在制定了模塊設(shè)計(jì)的物理形式和功能特性之后，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求和后期維護(hù)以及保養(yǎng)的要求，按照一定的規(guī)律將產(chǎn)品內(nèi)部的模塊進(jìn)行編碼。具體而言，產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)方式越復(fù)雜，產(chǎn)品內(nèi)部零件結(jié)構(gòu)的集成程度就越高，但集成程度高，并不代表產(chǎn)品各模塊之間“沒(méi)有距離”，而是表現(xiàn)為距離更小、層次結(jié)構(gòu)更緊密。因此，設(shè)計(jì)人員在按照設(shè)計(jì)要求完成產(chǎn)品模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)之后，應(yīng)結(jié)合模塊的功能特性和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)模塊進(jìn)行編碼標(biāo)記，使用激光刻印技術(shù)對(duì)不同的模塊進(jìn)行編碼。此間，為了使模塊編碼安全高效，技術(shù)人員可以功能實(shí)現(xiàn)方式為模塊編碼的依據(jù)，使用相同的英文字母作為類別標(biāo)記字母對(duì)同一功能實(shí)現(xiàn)模組進(jìn)行標(biāo)記，并做好標(biāo)記記錄，編制模組編碼手冊(cè)，以便于維修人員對(duì)模塊進(jìn)行維修和更換。另外，對(duì)于一些比較精密、價(jià)格比較昂貴的模塊組件，設(shè)計(jì)人員可使用不同色彩對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記，將此類零部件的編碼標(biāo)記在比較顯眼的位置，從而確保在模塊組合的過(guò)程中，此類零部件不會(huì)受到損壞。

2.4 裝配過(guò)程模塊化，優(yōu)化模塊連接形式 ?模塊化設(shè)計(jì)工作主要包括模塊功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作和模塊組裝形式設(shè)計(jì)工作，其中，模塊組裝形式對(duì)模塊功能實(shí)現(xiàn)的具體效果具有較為關(guān)鍵的影響。在模塊化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員在完成模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式和功能的設(shè)計(jì)工作后，需結(jié)合模塊的實(shí)際物理形態(tài)，合理選擇模塊之間的連接形式，并優(yōu)化模塊之間的連接強(qiáng)度。在一些電路板應(yīng)用面積較大的模塊基礎(chǔ)組織中，設(shè)計(jì)人員還需結(jié)合電路板的實(shí)際位置，為模塊選擇合理的分層排布方式，確保模塊可在橫向和縱向均可獲得較好的排布空間，進(jìn)而嚴(yán)格控制產(chǎn)品的功耗。在組裝模塊的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意模塊的整體布置，確保其可在實(shí)現(xiàn)具體功能的基礎(chǔ)上，也應(yīng)具有一定的美觀特性。如果在組裝的過(guò)程中，模塊的大小對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)整體的空間利用率產(chǎn)生了影響，則此時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合模塊的功能實(shí)現(xiàn)要求，對(duì)模塊的物理形態(tài)進(jìn)行再設(shè)計(jì)，或者依據(jù)產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)要求，對(duì)模塊進(jìn)行更換，切不可為了美觀或者提升產(chǎn)品內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)的集成度而在產(chǎn)品功能或者安全性上采取讓步或者妥協(xié)的辦法。

2.5 機(jī)械結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)要符合結(jié)構(gòu)應(yīng)力強(qiáng)度要求 ?在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)部組件之間除了功能性的連接，還存在應(yīng)力應(yīng)變方面的連接。具體而言，由于不同模塊之間存在橫向和縱向的排布形式，導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳統(tǒng)組件、執(zhí)行組件以及各類輔助組件之間存在應(yīng)力應(yīng)變上的制約關(guān)系。設(shè)計(jì)人員在利用模塊化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)機(jī)械組件時(shí)，首先，應(yīng)合理選擇組件材料;其次，應(yīng)結(jié)合組件物理結(jié)構(gòu)的具體形式，合理選擇機(jī)械組件的模塊化封裝形式，并使機(jī)械組件可在合理有效的封裝形式下，滿足一定的防塵、防風(fēng)以及防水要求。另外，為了確保產(chǎn)品的性能，降低產(chǎn)品應(yīng)用的故障率，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)使用應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀等儀器對(duì)關(guān)鍵模組進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試，檢測(cè)此部分接機(jī)械組件的應(yīng)力承載能力是否滿足技術(shù)要求。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員可結(jié)合機(jī)械組件應(yīng)力承載能力的具體表現(xiàn)，進(jìn)一步優(yōu)化組件之間的連接形式以及不同模塊之間的組合形式，進(jìn)而從材料和結(jié)構(gòu)形式兩方面強(qiáng)化機(jī)械結(jié)構(gòu)不同組件的抗應(yīng)力應(yīng)變能力。

3 ?結(jié)束語(yǔ)

總之，本文在分析了機(jī)械設(shè)計(jì)中模塊化設(shè)計(jì)方法基本內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了機(jī)械設(shè)計(jì)中模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用辦法，主要包括明確機(jī)械設(shè)計(jì)理念、合理劃分產(chǎn)品模塊，細(xì)化模塊功能、結(jié)合模塊化結(jié)構(gòu)形式，對(duì)模塊進(jìn)行編碼以及提升機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊的應(yīng)力強(qiáng)度。希望廣大從業(yè)技術(shù)人員可結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)的具體要求和產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)的具體形式，合理選擇模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用辦法，進(jìn)而切實(shí)提高機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際效能，優(yōu)化模塊化產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱洪輝.模塊化設(shè)計(jì)方式在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2020，51（10）：132.

[2]典毅冰.模塊化設(shè)計(jì)方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D].景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)，2020.

[3]張寬.模塊化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討[J].世界有色金屬，2019（15）：213-214.

[4]辛鵬.模塊化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2019（16）：51.

[5]夏凡.模塊化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用探討[J].中國(guó)設(shè)備工程，2019（16）：220-222.

作者簡(jiǎn)介：蘇琦（1984-），男，山東壽光人，碩士，助教，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械加工、3D打印。