模塊化設計方法在機械產品設計中的運用探討

曹銀才

摘 要：隨著經濟的蕭條，用工的費用越來越高，制造業的競爭壓力越來越大，制造業面臨著很大的挑戰，但與此同時同樣面臨著很大的機遇。制造企業想要在這種競賽中跑贏競爭者，必須要解決這樣一個難題，即如何通過創新，加快新產品的研發速度，持續為市場提供產品質量越來越好、生產效率越來越高，成本越來越合理的新產品，從而激發消費者的購買欲望，創造更加穩定的市場環境。模塊化設計方法就是解決這種難題的一種方法，模塊化設計可以滿足周期短、品種多、成本合理控制的要求。

關鍵詞：模塊化設計;機械設計;應用

我國經濟社會的迅猛發展使企業面臨著越來越激烈的市場競爭環境，同時客戶的需求也越來越個性化。少品種、大批量的傳統機械制造模式已經是過去式，現在式是多品種小批量。模塊化設計方法與傳統設計模式相比，周期短、設計靈活，可以以更少的人員完成更多的設計任務，且設計的產品制造質量易于控制、成本低。這些突出的優點使其在設計方面得到廣泛的認可，在機械設計方面也逐步成為主流的設計方法。綜上所述，模塊化設計是機械制造企業的最優選擇，它在理念上和設計上都能滿足其產品制造的需求。

1 模塊化設計方法的特點

1.1 根據用戶的需求設計

傳統的機械設計著眼點在產品個體本身，按照固有的產品設計流程進行，因其設計周期長，成本高不能適應多品種小批量的市場環境。模塊化設計著眼點在于客戶的需要，通過對市場進行前瞻性規劃建立各種基本功能單元，通過調查客戶的需求不斷豐富各個性功能單元，通過各功能單元的組合設計不斷向市場推出新的產品。

1.2 設計的周期短、成本合理

隨著產品更新換代的不斷加快，靈活性強、效率高的模塊化設計方法逐步運用到機械產品設計環節之中。模塊化設計中靈活的功能單元組合使得設計周期短，功能單元的機械結構模塊化使得產品制造過程適應柔性化制造的要求，推出產品的周期就變得越來變短，成本越來越合理。

1.3 產品生命周期管理簡單方便

由于模塊化設計是建立在各種不同功能單元模塊相互組合的基礎之上的，產品的設計過程管理、制造過程管理和產品售后管理易于應用信息化技術實現。當產品出現問題時，制造商可以較為容易的引導客戶有效反饋產品的問題，快速鎖定問題點（必要時快速準備待更換的零部件），通過電話指導或到達現場快速幫助客戶解決問題，讓客戶的損失最小。

2 模塊化技術在機械設計中的運用

2.1 機械產品設計的理念

機械產品必須要滿足國家標準法規規定的技術指標、環境指標、安全指標和經濟指標等，同時客戶對產品的高品質和個性化要求日益拔高。這就使得產品在設計時必須要充分調查市場，了解客戶的需求，并結合國家標準法規做前瞻性的技術規劃。建立模塊化設計的理念成了必須，充分分析已有的技術和厘清需要開發的技術，應用模塊化技術建立產品基礎技術的研發任務清單，規定各設計人員的設計目標、設計任務內容，設計任務接口和進度要求，做到任務清晰，責任明確。

2.2 產品模塊的劃分

產品的模塊劃分，遵循的第一個原則是每個模塊要確保具有獨立功能，只有通過具有獨立特征的功能模塊才能組合形成多規格的系列產品。產品的模塊劃分，遵循的第二個原則是每個獨立的功能模塊要有可以實現其功能的基礎結構模塊，功能的實現是建立在機械結構可以實現的基礎上的。產品功能模塊劃分的第三個原則是每個功能模塊必須是基于掌握的技術可實現和驗證的，也就是劃分產品模塊的邊界條件是可以自己掌握的技術程度，更深層次的技術可以通過合作來實現。產品的模塊劃分，遵循的第四個原則是在機械結構需要簡單和組合需要靈活之間找到平衡點，這個平衡點就是回答要滿足客戶的高品質個性化需求，產品怎樣設計才能實現制造過程的高效。最后需要注意的一點是，產品模塊的劃分不是一成不變的，它是隨著對產品技術的積累和理解的不斷深入，以及對客戶需求理解的加深而不斷優化和豐富。

2.3 產品模塊編碼

對劃分的產品模塊要進行編碼，產品模塊編碼是模塊化設計和智能制造的基礎，現在的設計和制造都應用信息化管理系統，對各個模塊進行整理歸納，建立模塊編碼規則，根據編碼規則對每個模塊賦予唯一碼，這個唯一碼就是其在信息管理系統中的身份證，無論是在設計環節、生產環節還是售后環節，都可以通過這個進行識別和管理。

2.4 產品模塊的有效組合

對產品模塊進行有效地組合，需要先建立基礎產品模型。即要先設計出符合國家法律法規的基本型產品，這個產品的主要特點是功能單元模塊齊全，性能區間完整，客戶的個性化需要不做特別要求。建立基礎產品模型后，參照基本型產品模型，解構客戶的個性化需求，識別出需要的功能單元和性能要求，選擇產品功能單元模塊和實現功能單元的結構模塊再進一步進行變形變動設計，并通過各種驗證試驗和主觀評價來檢測和評審產品的品質。

模塊化設計是適應根據用戶需求設計的產品設計模式，它具有設計周期短、設計成本較低、可以實現柔性化制造和產品生命周期管理簡單方便等特點。是機械產品設計中的一種科學高效的設計方法。機械產品設計人員應當掌握這一設計方法，在不斷加深理解用戶需求的過程中，在不斷積累產品技術豐富產品模塊的過程中推陳出新，快速推出顧客青睞的創新產品。

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