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

伍錦龍

摘? 要：伴隨現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展，先進(jìn)的生產(chǎn)也越來(lái)越多樣化。以前的機(jī)械設(shè)計(jì)現(xiàn)已無(wú)法達(dá)到社會(huì)要求，便應(yīng)運(yùn)而生了模塊化設(shè)計(jì)新方法。這種方法一經(jīng)出現(xiàn)，便以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，及時(shí)響應(yīng)當(dāng)前市場(chǎng)上的需求，并可以在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)及制造業(yè)起到很重要的作用?；诖耍疚木蜋C(jī)械設(shè)計(jì)中模塊化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

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

1 機(jī)械模塊化概述

機(jī)械產(chǎn)品模塊化具有以下特點(diǎn)：一是可分性，即外部可分和內(nèi)部可分，其中外部可分性能夠?qū)⒛K化的層次性充分的展現(xiàn)出來(lái)，而內(nèi)部可分性展現(xiàn)的則是產(chǎn)品的價(jià)值;二是可變性，即外部可變性和內(nèi)部可變性，其中內(nèi)部可變性是產(chǎn)品在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)獲取特殊屬性不同子集，而外部可變性則為一些定制化的屬性;三是功能性，即機(jī)械產(chǎn)品系統(tǒng)能夠達(dá)到某種產(chǎn)品的功能要求;四是整體性，即一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品是由每個(gè)不同的子模塊和和功能性不同的子系統(tǒng)組成的一個(gè)完整系統(tǒng);五是關(guān)聯(lián)性，即子模塊和子系統(tǒng)，個(gè)體之間有著一定的關(guān)聯(lián)性，不僅是互補(bǔ)的作用，同時(shí)也是相互限制的關(guān)系。除此以外，還需要考慮模塊化平臺(tái)的適應(yīng)性，模塊化平臺(tái)的構(gòu)建過(guò)程中需要考慮功能模型以及理想模型和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型的建立。通過(guò)上述也可以明確模塊化產(chǎn)品在生產(chǎn)中也需要經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程才得以實(shí)現(xiàn)。

2 模塊化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

2.1 縮短設(shè)計(jì)周期

基于市場(chǎng)、客戶要求，通過(guò)選用適宜的模塊，來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)品，力爭(zhēng)以更少的投入，贏取最可觀的效益，特別是在小型生產(chǎn)廠內(nèi)具有更加明顯的效果。在開(kāi)始設(shè)計(jì)前，應(yīng)注意整合市場(chǎng)內(nèi)部需求，并準(zhǔn)確判斷出產(chǎn)品基礎(chǔ)功能，再做好科學(xué)的設(shè)計(jì)，并有效組合模塊，得到特定類型的產(chǎn)品。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，還可按需求隨時(shí)調(diào)整模塊系統(tǒng)，在專業(yè)技術(shù)層次上，創(chuàng)新供給模塊系統(tǒng)，以更新模塊設(shè)計(jì)思想觀念，得到更完好的結(jié)構(gòu)、更豐富功能的產(chǎn)品。

2.2 性能穩(wěn)定的產(chǎn)品

基于模塊化設(shè)計(jì)產(chǎn)生的產(chǎn)品，在前期都有細(xì)化需求、篩選功能，相應(yīng)的模塊組合也更加科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，并且與市場(chǎng)及客戶基本需求更加貼合，所以使用率更高。采用這一方法，機(jī)械制造專業(yè)技術(shù)便提升了應(yīng)用效率，并獲得了更穩(wěn)定的產(chǎn)品功能。此外，通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，獲得了更明確的產(chǎn)品功能，并大幅減小了內(nèi)部多樣化水平，還從更高水平上達(dá)到用戶個(gè)性化的基本需求，而后期維修也會(huì)更加便捷，降低生產(chǎn)過(guò)程成本。

2.3 有機(jī)集成知識(shí)管理

就模塊化設(shè)計(jì)而言，就是一個(gè)由淺入深的過(guò)程，整體系統(tǒng)性很強(qiáng)，且規(guī)范了設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的全程，建立起有機(jī)模塊結(jié)構(gòu)和知識(shí)產(chǎn)品信息，促進(jìn)模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)目標(biāo)。在實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)新方法的應(yīng)用中，應(yīng)貫徹至產(chǎn)品設(shè)計(jì)和整個(gè)管理全程，使相關(guān)產(chǎn)品及模塊得到持續(xù)優(yōu)化、改進(jìn)，并進(jìn)一步完善生產(chǎn)時(shí)效性。

3 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

3.1 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。

3.2 合理劃分產(chǎn)品模塊，細(xì)化模塊功能

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。

3.3 結(jié)合模塊化結(jié)構(gòu)形式，對(duì)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。

3.4 裝配過(guò)程模塊化，優(yōu)化模塊連接形式

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。

3.5 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

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。

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。

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