機(jī)械設(shè)計中模塊化設(shè)計方法的應(yīng)用

鄭大華 王佳妮 倪筱莉 羅磊

摘要：機(jī)械設(shè)計中常用的設(shè)計方法之一，就是模塊化設(shè)計方法。該方法在機(jī)械設(shè)計過程中發(fā)揮著不可替代的作用。本文著重從模塊化設(shè)計的設(shè)計原則、設(shè)計步驟和設(shè)計應(yīng)用等方面對其進(jìn)行簡要的介紹分析，以促進(jìn)模塊設(shè)計方法在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用，提升機(jī)械設(shè)計水平。

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

中圖分類號：TH122?? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?? 文章編號：1672-9129（2020）16-0082-01

模塊化設(shè)計是將機(jī)械設(shè)計中不同功能或者性能的要素，按照一定的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行有機(jī)的組合，使其組成一個有機(jī)的整體模塊，然后再將不同的模塊進(jìn)行靈活的組合，構(gòu)建相應(yīng)的系統(tǒng)，以形成多種功能或者性能相互兼容的機(jī)械設(shè)計產(chǎn)品。模塊化的設(shè)計方法成功的推動由設(shè)計理念支撐逐步向技術(shù)設(shè)備支撐的模式轉(zhuǎn)變，不僅極大的豐富了工業(yè)產(chǎn)品的功能和性能，而且在一定程度上縮短了工業(yè)產(chǎn)品的制作周期，提升了機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)制造速度。

1 機(jī)械設(shè)計中模塊化設(shè)計的原則

對于模塊化設(shè)計，需要遵循以下設(shè)計原則：模塊化設(shè)計具有一定的靈活性和自由性，模塊之間可以相互自由組合，但是需要保證利用較少的模塊來組成較多的產(chǎn)品。同時，模塊化結(jié)構(gòu)要盡量遵從規(guī)范化和簡單化的要求，避免將模塊化之間的聯(lián)系復(fù)雜化[1]。在此基礎(chǔ)上，最大程度上提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。此外，模塊化設(shè)計后的成型產(chǎn)品要便于維護(hù)。模塊設(shè)計中的各個模塊都應(yīng)該具有可替代性，這樣當(dāng)某個模塊發(fā)生故障時，則可以進(jìn)行有效排查與控制。模塊化設(shè)計的簡約型也應(yīng)該體現(xiàn)在產(chǎn)品包裝方面，以便于控制產(chǎn)品成本的輸出。模塊化設(shè)計要盡量利用最少的資源去完成更多的包裝，以優(yōu)化工業(yè)產(chǎn)品在時間、物資和資源等方面的利用率。

2 機(jī)械設(shè)計中模塊化設(shè)計步驟

模塊化設(shè)計要嚴(yán)格按照科學(xué)步驟來執(zhí)行，以規(guī)避各種設(shè)計風(fēng)險。對于系列模塊化產(chǎn)品的設(shè)計，首先需要對市場環(huán)境和市場需求進(jìn)行全面充分的調(diào)查與分析，并借助計算機(jī)技術(shù)和各種功能需求參數(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品功能的設(shè)計。然后，在明確產(chǎn)品功能的前提下，對模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的劃分與設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，將資料庫中的各項資源進(jìn)行整合與應(yīng)用，以保證模塊化整體功能的實現(xiàn)，提升機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。因此，對于系列模塊化產(chǎn)品的設(shè)計，其整體上的設(shè)計步驟大概包含市場調(diào)研及評估分析、產(chǎn)品功能分析、設(shè)計產(chǎn)品系列、產(chǎn)品參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)的確定、模塊劃分、搭建模塊架構(gòu)、模塊庫的構(gòu)建、編制技術(shù)方案。對于單產(chǎn)品的模塊設(shè)計，是在系列模塊設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。單產(chǎn)品的模塊設(shè)計也需要結(jié)合實際需求，確定相關(guān)的設(shè)計參數(shù)。并且在設(shè)計過程中不斷優(yōu)化調(diào)整模塊的組裝，以實現(xiàn)模塊的性能[2]。因此，單產(chǎn)品模塊化設(shè)計步驟一般包括調(diào)研客戶需求、確定技術(shù)參數(shù)、選擇模塊、模塊組裝、計算分析等。

3 機(jī)械設(shè)計中模塊化設(shè)計方法的實際應(yīng)用

3.1模塊化設(shè)計方法在數(shù)控式車床設(shè)計中的應(yīng)用。數(shù)控式車床設(shè)計要注重完整性。因此，數(shù)控式車床的模塊分解需要從數(shù)控式車床的整體性出發(fā)，以確保各個模塊都能充分發(fā)揮出自身的效能，以提升整體性能。例如，對于車削模塊部分的設(shè)計，需要從車削的溝槽和旋轉(zhuǎn)面出發(fā)，對溝槽的深淺度和旋轉(zhuǎn)面大小加以調(diào)整優(yōu)化，使其滿足實際的性能需求。同時，還需要根據(jù)實際的使用需求對數(shù)控式車床的執(zhí)行模塊加以調(diào)整，確保數(shù)控式車床能夠處于最佳的工作狀態(tài)。

3.2模塊化設(shè)計在柔性制造中的應(yīng)用。模塊化設(shè)計是從客戶的實際需求出發(fā)，同時能夠靈活的組合各個模塊，因此，模塊化設(shè)計的工業(yè)產(chǎn)品，其柔和性相對較高。因此，在柔性制造過程中，設(shè)計人員可以根據(jù)模塊的功能自由組合，以優(yōu)化機(jī)械系統(tǒng)的整體性能，使整個機(jī)械系統(tǒng)的柔性最大程度上得以發(fā)揮出來。同時，在柔性設(shè)計制造過程中，模塊化設(shè)計方法的設(shè)計周期較短，設(shè)計成本相對較低，都有利于提升柔性制造的設(shè)計效率[3]。

3.3模塊化設(shè)計與新技術(shù)的結(jié)合。模塊化設(shè)計需要不斷與新技術(shù)加強(qiáng)融合與應(yīng)用，以確保模塊化設(shè)計方法得到可持續(xù)發(fā)展與應(yīng)用，實現(xiàn)現(xiàn)實意義。因此，在新技術(shù)的支撐下，可以將一系列相似的技術(shù)軟件加以整合，以構(gòu)建綜合功能的復(fù)合模塊。例如，柔性制造技術(shù)與模塊化設(shè)計相結(jié)合，能夠極大的豐富機(jī)械產(chǎn)品的多樣特征，與機(jī)床的個性化需求相吻合。而模塊化設(shè)計方法與計算機(jī)輔助技術(shù)相結(jié)合，則有利于提升模塊化設(shè)計的穩(wěn)定性和條理性，以提升機(jī)械設(shè)計的整體效率。

3.4機(jī)械設(shè)計中模塊化設(shè)計的要點。模塊化設(shè)計工作需要在實際需求和實際工藝需求的基礎(chǔ)上開展相關(guān)工作，并嚴(yán)格按照科學(xué)的設(shè)計步驟和操作方法來執(zhí)行。同時，模塊化設(shè)計的重點工作是做好模塊的劃分。例如，對于數(shù)控立式車床的設(shè)計，需要將實際生產(chǎn)工藝需求與科學(xué)的設(shè)計方法相結(jié)合。并在生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到科學(xué)合理劃分后，才可以進(jìn)行后續(xù)的模塊設(shè)計，以確保生產(chǎn)工藝功能得到有效落實，保證實際功能模塊是完整的。同時，數(shù)控機(jī)床的功能分解和劃分要從功能和結(jié)構(gòu)層面出發(fā)，以實際功能需求作為依據(jù)來執(zhí)行。一般，對于數(shù)控機(jī)床的模塊劃分，主要包含支撐模塊、輔助模塊、執(zhí)行模塊和傳動模塊等四大部分。不同的模塊具有不同的功能作用，在科學(xué)合理的配置作用下，各自充分發(fā)揮各自的功能，以保證機(jī)床能夠正常穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

綜上所述，模塊化設(shè)計方法在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用，不僅能夠提高產(chǎn)品的性能和產(chǎn)品的設(shè)計效率，而且能夠縮短機(jī)械生產(chǎn)的生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本等。而模塊化設(shè)計方法的應(yīng)用需要建立在實際需求的基礎(chǔ)上，做好模塊的合理劃分與配置。同時，模塊化設(shè)計方法應(yīng)該加強(qiáng)與新型技術(shù)的融合，以推動機(jī)械設(shè)計的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]夏凡.模塊化設(shè)計方法在機(jī)械設(shè)計中的運用探討[J].中國設(shè)備工程，2019（16）：220-222.

[3]慶燕飛.試論模塊化設(shè)計方法及其在機(jī)械設(shè)計中的運用[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（15）：121.