模塊化設計方法及其在機械設計中的應用

武龍 尚深泉

【摘 ?要】我國經濟的不斷發展，帶來了機械制造產業的新一輪變革。機械制造企業如何在新的時代下取得更高的生產效率，從而獲得更多的生存空間，成為了諸多機械制造企業正在研究的重要課題。隨著研究的不斷深入，模塊化設計理念被提出并逐漸投入了應用，最終取得了不錯的效果。因此，研究如何將模塊化設計方法更好地應用在機械設計和制造中，將成為制造企業急需解決的重要問題之一。

【關鍵詞】模塊化;機械設計;設計方法;方案應用

引言：隨著模塊化設計方法在實踐中的不斷應用，機械設計的設計思想得到了很大的改變和提升。傳統的機械制造方法不能夠適應時代的需求，已然需要被及時淘汰。如何更好地將模塊化設計方法全面地投入機械設計，從而提高機械設計的質量和效率，是我們目前所需要進行探索的問題。因此，本文將從對模塊化概念的分析、對模塊化設計生產技術的分析、模塊化設計在機械制造中的具體應用措施三方面來進行探究說明。

一、對模塊化概念的分析

1.模塊的劃分

對于模塊化設計來說，想要合理地分析機械設計方案，就必須先對制造方案來進行合理的模塊劃分。一方面，各個模塊要具有一定的靈活性，使之能夠比較方便地來進行組合，同時也能夠避免組合工作的混亂。另一方面，還要考慮到模塊組合之后所能夠形成的各種形式，增強產品的輻射力度，并使之處于可控的范圍內。所以，在進行模塊劃分時，必須先設計好各個模塊的功能以及模塊組合的結構。首先，各個模塊必須具有各自的作用，其作用必須要能夠相互區分。其次，模塊的組合結構必須具有條理性，當各個模塊完成拼裝工作后，可以形成一個完整的獨立個體，并且不影響到完整個體的性能。最后，模塊劃分還要注意劃分數量。如果模塊劃分過少，會影響到組合的靈活性。如果模塊劃分過多，一方面會導致組合時的難度加大，容易出現混亂的情況。另一方面，也可能導致模塊的功能受到影響，故障率增加。因此，模塊的劃分必須要依照這些要求，滿足設計的產品的基本功能，保證產品生產的成本合理，確保生產出來的產品具有較高的可靠性。而模塊設計要滿足這些條件，就必須注重模塊的組合程序。模塊的組合可以采用同功能模塊代替、異功能模塊有機組合等方式，從而幫助產品模塊化設計工作提高標準程度。

2.模塊的分層

模塊化設計一般需要先經過產品研發，再進行產品設計。在產品的研發階段，所需的資金成本較高，而設計階段相對而言所需的技術水平則更高。因此，想要進行模塊化的設計分析，首先，必須先對市場行情進行充分的調查研究，了解產品市場大環境，從而為產品設計制定一個大的方向戰略。然后，依據市場調查的結果，制定相關的研發方案，設置基本的參數范圍，從而為模塊化設計奠定基本的數據基礎。當數據方面的參數基礎確立之后，在依據模塊設計的基本思想來進行結構分析以及模塊劃分，然后在制定產品設計方案，依據設計步驟以此生產相關部件，并分析產品模塊的組合形式，編寫相關文件。

二、對模塊化設計生產技術的分析

1.將柔性技術融入到模塊設計生產中

柔性技術的主要特點是高強度、高靈活性，因此，模塊化設計和柔性技術的相性非常好。模塊化設計可以對柔性技術的使用奠定堅實的數據基礎。當進行模塊設計時，可以利用一些適用性強的模塊來解決技術實施過程中所遇到的共同問題，當遇到一些特殊問題是，則可以通過替換一些特殊性高的模塊來進行組合，幫助進行機床的有效建立工作，從而為柔性技術的應用創造更多的可利用條件。就目前來說，我們進行模塊化設計生產時，主要需要用到機床來進行操作，只有使用機床，才能對產品模塊進行合理的生產設計。因此，在將柔性技術融合到模塊設計之前，也要確保機床等硬件設施的質量水平。

2.模塊組合技術

對于模塊的組合技術來說，最為重要的并非是對于整個產品的模塊化設計以及模塊零件的組合，而是單體零件的制作工藝，以及對零件配套設備的研究。這主要是為了確保模塊零件能夠靈活地在產品中進行協調分配，從而幫助產品成為一個性能穩定的個體。模塊的有機組合另一方面也能夠保證當產品發生故障問題時，能夠及時地進行零件的維修和替換，降低人工維護成本，提高產品的安全度和可靠性。當產品的某一個模塊出現錯誤的數據時，想要及時地對模塊進行分解和調試，就必須要保證設備接口的穩定性。在模塊設計過程中，模塊接口設計是非常重要的組成部分，一旦模塊接口設計的調試出現了問題，就會導致其他的模塊也會出現異常的參數，從而導致模塊設計組裝出現問題。因此，在對模塊的接口設計進行調試的過程中，要注意將各項參數進行集成化管理，從而確保各個接口參數得到有效的整合，并獲取一個統一的標準。

3.與計算機技術相結合

將模塊化設計技術與計算機技術相結合，已經成為現在的制造人員做好模塊設計工作所必須的條件。模塊化設計所需的數據復雜且龐大，設計人員的工作量也非常繁重，因此，純人工操作來進行模塊設計很容易導致設計效率的低下。與人工操作設計相比，計算機技術所帶來的優勢便非常的明顯了。計算機操作首先能夠保證操作的準確性：只要人工輸入了正確的數據，計算機就可以依據其設計好的程序來進行穩定的工作。另一方面，計算機的工作效率要遠遠超過人工，可以大大節約制造企業的時間成本。因此，在進行模塊化設計的過程中，設計人員通過程序編寫，制作出的一些系統軟件可以幫助模塊化設計工作的高效運行。

三、模塊化設計技術的具體應用

1.數控車床的模塊結構分析

數控機床進行模塊劃分時，需要建立獨立的結構單元，從而保證制造模塊的獨立性。同時，各個機床模塊的獨立構建，也有利于提高機床模塊制造構建的可替換性和整體構造的穩定性。因為當對機床組件進行模塊化分解時，其生產部件同樣也可以進行模塊化處理。因此，在對機床模塊組件模塊化處理的基礎上，要保證不同模塊的部件可以充分地發揮功能。

2.車床的功能分析

在進行模塊化設計分析的時候，要注意分析車床的功能，將車床的功能進行模塊化的分解，形成各個功能單位，從而方便對產品設計的總功能進行分析。想要分析好機床的總功能，就必須分析好模塊結構和用戶需求，不同的用戶對于機床總功能的需求不同，那么其組成模塊也必須存在一定差異。

3.車床的具體模塊規劃

在進行對車床的模塊規劃的工作中，要確定好機床的總功能定位，再依據總功能來進行合理的分析，分化出各個子功能，并處理好子功能和總功能之間的關系，實現兩者之間的有機結合。一些關鍵的模塊可以保證車床的一些重要功能的有效實現，其他的輔助模塊也可以通過組合的方式，來對關鍵功能的穩定運行增添助力，從而保證車床能夠通過模塊化處理方式而具有更為靈活多變的性能。同時，車床設計的模塊化分析還要注意考慮到車床的模塊結構和形態，將車床結構進行詳細地分解，保證車床各項功能的總體穩定。

結束語

總而言之，要實現模塊設計方法在機械設計工程中的合理運用，就必須先要從貫徹模塊化設計的核心思想出發，了解模塊設計過程中所需要的各種技術方法，并從部件模塊化和車床模塊化兩方面入手，提高模塊設計的靈活性和變化性，并保證其設計產品總體性能的相對穩定。

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[3]劉振禹.自動化技術組件和模塊化機械設計的運用[J].科技風，2019（01）：144.

作者簡介：

武龍（1991年生），男，江蘇省徐州市人，工作：保定長城汽車股份有限公司-動力研究院-發動機試制工程師，研究方向為機戒設計及自動化

尚深泉，（1985年生）男 ?河北省保定市人，工作：保定長城汽車股份有限公司-動力研究院-發動機試制工程師，研究方向為零部件（缸蓋，缸體，各種零部件，）的研發試制工作

（作者單位：1上海應用技術學院;2邯鄲職業技術學院）