機械設計中模塊化設計方法的應用

鄭大華 王佳妮 倪筱莉 羅磊

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

關鍵詞：機械設計;模塊化設計方法;應用

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

模塊化設計是將機械設計中不同功能或者性能的要素，按照一定的關聯性進行有機的組合，使其組成一個有機的整體模塊，然后再將不同的模塊進行靈活的組合，構建相應的系統，以形成多種功能或者性能相互兼容的機械設計產品。模塊化的設計方法成功的推動由設計理念支撐逐步向技術設備支撐的模式轉變，不僅極大的豐富了工業產品的功能和性能，而且在一定程度上縮短了工業產品的制作周期，提升了機械產品的生產制造速度。

1 機械設計中模塊化設計的原則

對于模塊化設計，需要遵循以下設計原則：模塊化設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品。同時，模塊化結構要盡量遵從規范化和簡單化的要求，避免將模塊化之間的聯系復雜化[1]。在此基礎上，最大程度上提高產品的穩定性。此外，模塊化設計后的成型產品要便于維護。模塊設計中的各個模塊都應該具有可替代性，這樣當某個模塊發生故障時，則可以進行有效排查與控制。模塊化設計的簡約型也應該體現在產品包裝方面，以便于控制產品成本的輸出。模塊化設計要盡量利用最少的資源去完成更多的包裝，以優化工業產品在時間、物資和資源等方面的利用率。

2 機械設計中模塊化設計步驟

模塊化設計要嚴格按照科學步驟來執行，以規避各種設計風險。對于系列模塊化產品的設計，首先需要對市場環境和市場需求進行全面充分的調查與分析，并借助計算機技術和各種功能需求參數實現產品功能的設計。然后，在明確產品功能的前提下，對模塊結構進行科學的劃分與設計。在此基礎上，將資料庫中的各項資源進行整合與應用，以保證模塊化整體功能的實現，提升機械產品的設計質量。因此，對于系列模塊化產品的設計，其整體上的設計步驟大概包含市場調研及評估分析、產品功能分析、設計產品系列、產品參數和技術指標的確定、模塊劃分、搭建模塊架構、模塊庫的構建、編制技術方案。對于單產品的模塊設計，是在系列模塊設計的基礎上進行的。單產品的模塊設計也需要結合實際需求，確定相關的設計參數。并且在設計過程中不斷優化調整模塊的組裝，以實現模塊的性能[2]。因此，單產品模塊化設計步驟一般包括調研客戶需求、確定技術參數、選擇模塊、模塊組裝、計算分析等。

3 機械設計中模塊化設計方法的實際應用

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

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

3.3模塊化設計與新技術的結合。模塊化設計需要不斷與新技術加強融合與應用，以確保模塊化設計方法得到可持續發展與應用，實現現實意義。因此，在新技術的支撐下，可以將一系列相似的技術軟件加以整合，以構建綜合功能的復合模塊。例如，柔性制造技術與模塊化設計相結合，能夠極大的豐富機械產品的多樣特征，與機床的個性化需求相吻合。而模塊化設計方法與計算機輔助技術相結合，則有利于提升模塊化設計的穩定性和條理性，以提升機械設計的整體效率。

3.4機械設計中模塊化設計的要點。模塊化設計工作需要在實際需求和實際工藝需求的基礎上開展相關工作，并嚴格按照科學的設計步驟和操作方法來執行。同時，模塊化設計的重點工作是做好模塊的劃分。例如，對于數控立式車床的設計，需要將實際生產工藝需求與科學的設計方法相結合。并在生產環節得到科學合理劃分后，才可以進行后續的模塊設計，以確保生產工藝功能得到有效落實，保證實際功能模塊是完整的。同時，數控機床的功能分解和劃分要從功能和結構層面出發，以實際功能需求作為依據來執行。一般，對于數控機床的模塊劃分，主要包含支撐模塊、輔助模塊、執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，在科學合理的配置作用下，各自充分發揮各自的功能，以保證機床能夠正常穩定的運轉。

4 結語

綜上所述，模塊化設計方法在機械設計中的應用，不僅能夠提高產品的性能和產品的設計效率，而且能夠縮短機械生產的生產周期，降低生產成本等。而模塊化設計方法的應用需要建立在實際需求的基礎上，做好模塊的合理劃分與配置。同時，模塊化設計方法應該加強與新型技術的融合，以推動機械設計的可持續發展。

參考文獻：

[1]張寬.模塊化設計方法在機械設計中的應用探討[J].世界有色金屬，2019（15）：213-214.

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

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