模塊化設計在控制柜機械設計中的應用

高治理

（沈陽東軟醫療系統有限公司， 沈陽 110167）

隨著市場經濟的快速發展，消費者對機械產品要求呈現出多品種、小批量、柔性高等特點，模塊化設計作為一種新型設計理論，很好地解決了市場產品研發與制造短周期的問題，通過該方法不僅能夠有效增加產品生產數量，而且對規?；a也有較大幫助[1]。當前，客戶定制化需求不斷變化，控制柜設計也越來越復雜，產品更新頻率加快，有必要對控制柜進行模塊化設計，從而適應快速多變的市場環境。

1 模塊化設計與優點

模塊化設計針對不同或相同功能及規格的產品，可以設計出一系列功能模塊，建立結構模塊體系，完成產品結構、功能的重新定義與劃分，從而實現產品快速設計目標[2]。模塊化設計具有以下優點：第一，產品升級與變更快，可根據需求將不同模塊快速組合，柔性度高；第二，設計效率高，供貨時間有保證，通過替換部分模塊就能完成產品設計與更新；第三，產品維護方便，各個模塊間可互換通用，若其中一個模塊需要更換或維修，可以用其他模塊先進行替換，降低更換或維護造成的生產損失。

2 模塊化設計思路

2.1 模塊劃分

模塊化設計由若干個模塊組合而成，因此對模塊穩定性與精度要求很高。從一個產品系統方面分析，每個組成模塊是一個相對獨立的單元，但在結構組成過程中，要能夠與其他單元通用，且具有互換性。

在模塊劃分時，應首先根據客戶需求，確定模塊的總功能、子功能，然后劃分出功能模塊以及與功能模塊對接的機械模塊。其次，按照產品功能需求，劃分出相對獨立模塊單元，繼而對產品進行選型，實現產品功能與工況，并將制定各功能模塊裝配位置。

2.2 機械結構模塊化設計流程

在劃分出的產品功能模塊基礎上，設計相應機械結構，保證兩模塊間接口吻合，且結構相同的零部件可以實現通用化功能。在整體模塊結構下，劃分出若干個子模塊，明確新產品模塊組成，控制柜模塊化設計流程如圖1所示。

3 控制柜模塊化設計應用

本設計控制柜主體框架外形尺寸為800mm×900mm×1400mm，支撐柱規格為50×40×2-7075鋁合金型材，抗拉強度570MPa，屈服強度505MPa。根據客戶訂單的需求，對控制柜模塊進行劃分，具體劃分情況如表1所示。

圖1 控制柜功模塊設計流程圖

表1 控制柜功能模塊

機械結構模塊設計需在功能分析模塊基礎上，按照功能結構樹進行模塊劃分，通過參數設計完成功能結構映射,并建立模塊與產品、模塊與模塊之間的相關關系[3]。根據這一方法，劃分出控制柜的機械結構模塊結構功能樹，如表2所示。

上述各功能模塊所對應的機械模塊均具有互換性，通用性。

表2 控制柜機械結構模塊

控制柜電氣元件以及設備的安裝情況，可以反映出機械結構設計是否合理，而結構設計又取決于各電氣元件的擺放位置。因此，電氣元件分區域安裝，可避免設備布局錯亂排布問題。本設計控制柜安裝孔采用壓鉚螺母與十字槽盤頭組合螺釘，效率高，緊固可靠，其安裝方式如圖2所示，各零件型號如表3所示。

本設計控制柜接地方式采用M6×16銅螺栓的接地排固定接地線，機柜框架模塊不少于6根線，長度不超過200mm，采用2.5DK（B）（B）2單芯電纜[4]。

圖2 緊固件結構示意圖

表3 緊固件幾何尺寸

4 結論

由于電氣控制柜功能的不斷變化，造成其機械設計復雜程度不斷提升。通過模塊化設計方法，可以提升設計效率，并實現其內部各模塊化之間通用化，對其他產品模塊化設計也具有一定借鑒，為下一步基于計算機軟件參數化設計奠定基礎。