模塊化設(shè)計方法及其在機(jī)械設(shè)計中的運(yùn)用探討

方占萍

(酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 酒泉 735000)

0 引言

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)也越來越多樣化。以前的機(jī)械設(shè)計現(xiàn)已無法達(dá)到社會要求，便應(yīng)運(yùn)而生了模塊化設(shè)計新方法。這種方法一經(jīng)出現(xiàn)，便以其獨(dú)特的優(yōu)勢，及時響應(yīng)當(dāng)前市場上的需求，并可以在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計及制造業(yè)起到很重要的作用。現(xiàn)階段，在機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域，模塊化設(shè)計已經(jīng)在實踐上加以運(yùn)用，并且獲得了充分的認(rèn)可。

1 模塊化設(shè)計優(yōu)勢

1.1 基本概念

當(dāng)前的模塊化設(shè)計是指基于市場的需求，研究在某種范圍，不同功能或者同種功能規(guī)格產(chǎn)品的性能特點(diǎn)，再按結(jié)果來劃分功能模塊，并利用選擇、組合各種模塊的方法，產(chǎn)生不一樣的產(chǎn)品設(shè)計的過程。面臨市場持續(xù)變化的需求，在機(jī)械設(shè)計過程通過模塊化設(shè)計新方法，便可從固定范圍模塊做出選擇，再組合而成各種功能的機(jī)械產(chǎn)品，從而有效縮短機(jī)械生產(chǎn)周期，以便通過更低的投入來獲得最可觀的利潤。在模塊化設(shè)計領(lǐng)域，主要涉及縱橫設(shè)計模式。在參數(shù)不變的條件下，利用相互轉(zhuǎn)換模塊的模式，來得到功能不同的全新產(chǎn)品。在這個過程當(dāng)中，通過組合縱橫設(shè)計，便可以獲得整個系列的靈活設(shè)計成效。

1.2 優(yōu)勢特點(diǎn)

(1)縮短設(shè)計周期?；谑袌觥⒖蛻粢?，通過選用適宜的模塊，來優(yōu)化設(shè)計產(chǎn)品，力爭以更少的投入，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。在開始設(shè)計前，應(yīng)注意整合市場內(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，并有效組合模塊，得到特定類型的產(chǎn)品。在這個過程當(dāng)中，還可按需求隨時調(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)計思想觀念，得到更完好的結(jié)構(gòu)、更豐富功能的產(chǎn)品。(2)性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。基于模塊化設(shè)計產(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，通過模塊化設(shè)計，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)到用戶個性化的基本需求，而后期維修也會更加便捷，降低生產(chǎn)過程成本。(3)有機(jī)集成知識管理。就模塊化設(shè)計而言，就是一個由淺入深的過程，整體系統(tǒng)性很強(qiáng)，且規(guī)范了設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的全程，建立起有機(jī)模塊結(jié)構(gòu)和知識產(chǎn)品信息，促進(jìn)模塊設(shè)計實現(xiàn)基礎(chǔ)目標(biāo)。在實現(xiàn)模塊化設(shè)計新方法的應(yīng)用中，應(yīng)貫徹至產(chǎn)品設(shè)計和整個管理全程，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)時效性。

2 機(jī)械設(shè)計

當(dāng)前的機(jī)械設(shè)計指的就是按使用要求，構(gòu)思、研究、運(yùn)算機(jī)械的基礎(chǔ)原理、整體結(jié)構(gòu)、傳遞能量的方法等，并逐步轉(zhuǎn)化成細(xì)化描述，形成匹配合理的機(jī)械產(chǎn)品的過程。作為機(jī)械工程領(lǐng)域的關(guān)鍵性組成，機(jī)械設(shè)計是機(jī)械制造的首個步驟，是機(jī)械性能的決定性步驟，具有很強(qiáng)的綜合性，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶在機(jī)械產(chǎn)品整體設(shè)計品質(zhì)方面的需求。

3 模塊化設(shè)計融合其它先進(jìn)技術(shù)

3.1 模塊化和成組專業(yè)技術(shù)

現(xiàn)階段，模塊化和成組專業(yè)技術(shù)均是從現(xiàn)代產(chǎn)品出發(fā)，提出來的豐富多樣化技術(shù)。其中的成組技術(shù)一般就是通過零件形狀和工藝的某種相似性，再基于相關(guān)數(shù)據(jù)信息和事物關(guān)聯(lián)性，來歸類問題，并利用零件相似特點(diǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)化模式，做好規(guī)范處理，進(jìn)而實現(xiàn)少量產(chǎn)品生產(chǎn)的流水線作業(yè)。規(guī)?；瘜I(yè)技術(shù)也通過加工大量零件、中量模塊、少量產(chǎn)品的方法，有效發(fā)揮機(jī)械部件類似性和利用率，并統(tǒng)一歸為類似部件以形成模塊。它們的共同點(diǎn)就是歸一和集中處理類似事物。

3.2 模塊化和輔助高新技術(shù)

在模塊化技術(shù)中，高新科技輔助體系與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，在很大程度上代替了設(shè)計人員來完成大量的難以完成的復(fù)雜多變、重復(fù)性之類的工作，并在穩(wěn)定性等方面超過了人工工作。同時，利用模擬技術(shù)將復(fù)雜體系化為簡單體系，并從簡單化的體系出發(fā)，分導(dǎo)高新科技，以充分利用高新科技輔助體系的強(qiáng)大功能性。

4 在機(jī)械設(shè)計中運(yùn)用模塊化設(shè)計法

4.1 在數(shù)控車床上應(yīng)用的功能分解

在立式數(shù)控車床中，應(yīng)用的模塊化設(shè)計主要就是分解功能。在劃分模塊時，便應(yīng)充分思考車床整體化，并基于整體性分解和設(shè)計模塊化應(yīng)用。一直到繼續(xù)分解功能并且達(dá)到無法分解為止，才能最大效率地展現(xiàn)出模塊化設(shè)計的整體優(yōu)點(diǎn)及基礎(chǔ)作用。在分解功能中，還要注意考慮以下幾方面：(1)顧及用戶需求，按用戶需求，靈活調(diào)整模塊，以達(dá)到用戶想要的功能要求。(2)顧及功能實現(xiàn)，車削就是數(shù)控車床主要功能，所以在具體的劃分中，需要從車削旋轉(zhuǎn)面、溝槽等來實施。(3)顧及數(shù)控車床的基礎(chǔ)功能與準(zhǔn)確檢測功能，控制好數(shù)控車床的整體質(zhì)量及具體使用狀況。

4.2 應(yīng)用在柔性生產(chǎn)中

伴隨日常生活生產(chǎn)節(jié)奏的持續(xù)加快，傳統(tǒng)單一化且硬性的設(shè)計與機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)，逐漸不適合新時代下的新市場，并且在逐步被淘汰。所以，應(yīng)運(yùn)而生了快捷、柔性、高效的柔性生產(chǎn)技術(shù)，而在柔性生產(chǎn)中則很適合使用模塊化設(shè)計新方法。(1)通過模塊化設(shè)計的可變與靈活，在很大程度上，令柔性生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到設(shè)計工藝上的需要，并在投入較少成本的條件下變換加工風(fēng)格，形成系列各異的產(chǎn)品，能同步縮短設(shè)計生產(chǎn)時間，減少加工成本。(2)通過模塊化設(shè)計新方法，還能基于通用模型，處理機(jī)床共性缺陷，并基于模塊特性，達(dá)到一機(jī)、一模多用的目的，滿足現(xiàn)實中的生產(chǎn)需求，并重新組合機(jī)床模塊，實現(xiàn)體系內(nèi)部柔性要求。所以，應(yīng)用模塊化設(shè)計新方法，柔性生產(chǎn)業(yè)定能引領(lǐng)先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展。

4.3 應(yīng)用在立式數(shù)控機(jī)床中

在立式數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中，應(yīng)分析、了解既有機(jī)床的既有功能，按照有關(guān)基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)劃分原則來展開設(shè)計工作，基于劃分的主要結(jié)果，分析以下方面：一是技術(shù)人員基于功能獨(dú)立的單元類型模塊，便可準(zhǔn)確劃分立式數(shù)控機(jī)床的特殊化功能，并在控制機(jī)床功能整體獨(dú)立性的條件下，進(jìn)一步便捷搭配，秉持模塊化設(shè)計基礎(chǔ)原則，建立起多種設(shè)計規(guī)劃的產(chǎn)品。二是在當(dāng)前的模塊化設(shè)計當(dāng)中，機(jī)械零部件本就屬于模塊形式之一，這就是有效控制模塊完整性的關(guān)鍵性渠道，并且還可以提高裝配立式數(shù)控機(jī)床的整體質(zhì)量。此外，通過整體模塊，變更機(jī)械零部件。在規(guī)劃機(jī)床模塊之時，作為技術(shù)人員，便應(yīng)注意保留模塊化空間。而在快速發(fā)展技術(shù)的過程中，模塊設(shè)計也融入了許多新專業(yè)技術(shù)，并且穩(wěn)步提升模塊規(guī)劃工作效率。

綜上所述，在機(jī)械設(shè)計中，國內(nèi)模塊化設(shè)計新方法起到的作用也越來越重要。所以，就機(jī)械設(shè)計而言，應(yīng)靈活運(yùn)用好模塊設(shè)計新方法，并且注意貫徹先進(jìn)的模塊化設(shè)計思想，綜合運(yùn)用模塊設(shè)計中的專業(yè)技術(shù)方法，并融入部件與車床這兩種模塊化方法，以更加靈活地做好模塊設(shè)計工作，最終設(shè)計出性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。

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