機械設計中模塊化設計方法的應用

伍錦龍

摘? 要：伴隨現(xiàn)代經濟、科學技術的飛快發(fā)展，先進的生產也越來越多樣化。以前的機械設計現(xiàn)已無法達到社會要求，便應運而生了模塊化設計新方法。這種方法一經出現(xiàn)，便以其獨特的優(yōu)勢，及時響應當前市場上的需求，并可以在現(xiàn)代機械設計及制造業(yè)起到很重要的作用。基于此，本文就機械設計中模塊化設計方法的應用進行簡要探討。

關鍵詞：機械設計;模塊化設計;應用

1 機械模塊化概述

機械產品模塊化具有以下特點：一是可分性，即外部可分和內部可分，其中外部可分性能夠將模塊化的層次性充分的展現(xiàn)出來，而內部可分性展現(xiàn)的則是產品的價值;二是可變性，即外部可變性和內部可變性，其中內部可變性是產品在進行生產時獲取特殊屬性不同子集，而外部可變性則為一些定制化的屬性;三是功能性，即機械產品系統(tǒng)能夠達到某種產品的功能要求;四是整體性，即一個機械產品是由每個不同的子模塊和和功能性不同的子系統(tǒng)組成的一個完整系統(tǒng);五是關聯(lián)性，即子模塊和子系統(tǒng)，個體之間有著一定的關聯(lián)性，不僅是互補的作用，同時也是相互限制的關系。除此以外，還需要考慮模塊化平臺的適應性，模塊化平臺的構建過程中需要考慮功能模型以及理想模型和系統(tǒng)實現(xiàn)模型的建立。通過上述也可以明確模塊化產品在生產中也需要經過一定的過程才得以實現(xiàn)。

2 模塊化設計優(yōu)勢

2.1 縮短設計周期

基于市場、客戶要求，通過選用適宜的模塊，來優(yōu)化設計產品，力爭以更少的投入，贏取最可觀的效益，特別是在小型生產廠內具有更加明顯的效果。在開始設計前，應注意整合市場內部需求，并準確判斷出產品基礎功能，再做好科學的設計，并有效組合模塊，得到特定類型的產品。在這個過程當中，還可按需求隨時調整模塊系統(tǒng)，在專業(yè)技術層次上，創(chuàng)新供給模塊系統(tǒng)，以更新模塊設計思想觀念，得到更完好的結構、更豐富功能的產品。

2.2 性能穩(wěn)定的產品

基于模塊化設計產生的產品，在前期都有細化需求、篩選功能，相應的模塊組合也更加科學嚴謹，并且與市場及客戶基本需求更加貼合，所以使用率更高。采用這一方法，機械制造專業(yè)技術便提升了應用效率，并獲得了更穩(wěn)定的產品功能。此外，通過模塊化設計，獲得了更明確的產品功能，并大幅減小了內部多樣化水平，還從更高水平上達到用戶個性化的基本需求，而后期維修也會更加便捷，降低生產過程成本。

2.3 有機集成知識管理

就模塊化設計而言，就是一個由淺入深的過程，整體系統(tǒng)性很強，且規(guī)范了設計產品結構的全程，建立起有機模塊結構和知識產品信息，促進模塊設計實現(xiàn)基礎目標。在實現(xiàn)模塊化設計新方法的應用中，應貫徹至產品設計和整個管理全程，使相關產品及模塊得到持續(xù)優(yōu)化、改進，并進一步完善生產時效性。

3 機械設計中模塊化設計技術的應用辦法分析

3.1 明確機械設計理念

明確機械設計理念是開展模塊化設計工作的第一步，也是開展機械設計工作的基礎環(huán)節(jié)。此間，設計人員應結合新時期企業(yè)產品設計的具體要求和用戶對產品形態(tài)、功能的期待，合理選擇機械設計的系統(tǒng)性分析方法。例如，在設計內燃機中曲柄連桿機構時，設計人員應結合同類型產品的市場定位以及功能性定位，合理選擇設計此類產品的原始資源，包括結構形式、材料物理性質以及產品整體功能實現(xiàn)形式和后期維護保養(yǎng)要求等，從而在選擇機體組、活塞連桿組好曲軸飛輪組時，可在適應內燃機功能的基礎上，進一步保障內燃機能量轉化過程的安全性。在此基礎上，設計人員應站在用戶的角度思考機械產品應用的便捷性，以用戶的實際需求為基礎，并結合用戶的產品使用能力，合理選擇內燃機燃料供給功能和潤滑功能的具體實現(xiàn)形式，避免出現(xiàn)產品應用門檻過高的情況。

3.2 合理劃分產品模塊，細化模塊功能

首先，應結合機械產品的功能要求，合理選擇其內部結構的模塊化數(shù)量和不同功能模塊之間的組合以及連接形式，利用橫向模塊設計的辦法，促使機械結構內部的空間可得到有效利用;其次，在設計模塊的功能時，設計人員應以實現(xiàn)產品的主體功能為基礎，利用分層設計法設計機械產品功能實現(xiàn)體系，針對不同的產品功能層級，選擇不同的模塊化功能，進而將產品的功能以模塊化的形式落實到具體的模塊中。

3.3 結合模塊化結構形式，對模塊進行編碼

具體而言，產品的功能實現(xiàn)方式越復雜，產品內部零件結構的集成程度就越高，但集成程度高，并不代表產品各模塊之間“沒有距離”，而是表現(xiàn)為距離更小、層次結構更緊密。因此，設計人員在按照設計要求完成產品模塊化結構的設計之后，應結合模塊的功能特性和產品結構的特點，對模塊進行編碼標記，使用激光刻印技術對不同的模塊進行編碼。此間，為了使模塊編碼安全高效，技術人員可以功能實現(xiàn)方式為模塊編碼的依據(jù)，使用相同的英文字母作為類別標記字母對同一功能實現(xiàn)模組進行標記，并做好標記記錄，編制模組編碼手冊，以便于維修人員對模塊進行維修和更換。另外，對于一些比較精密、價格比較昂貴的模塊組件，設計人員可使用不同色彩對其進行標記，將此類零部件的編碼標記在比較顯眼的位置，從而確保在模塊組合的過程中，此類零部件不會受到損壞。

3.4 裝配過程模塊化，優(yōu)化模塊連接形式

在模塊化設計的過程中，設計人員在完成模塊內部結構形式和功能的設計工作后，需結合模塊的實際物理形態(tài)，合理選擇模塊之間的連接形式，并優(yōu)化模塊之間的連接強度。在一些電路板應用面積較大的模塊基礎組織中，設計人員還需結合電路板的實際位置，為模塊選擇合理的分層排布方式，確保模塊可在橫向和縱向均可獲得較好的排布空間，進而嚴格控制產品的功耗。在組裝模塊的過程中，設計人員應注意模塊的整體布置，確保其可在實現(xiàn)具體功能的基礎上，也應具有一定的美觀特性。如果在組裝的過程中，模塊的大小對機械結構整體的空間利用率產生了影響，則此時，設計人員應結合模塊的功能實現(xiàn)要求，對模塊的物理形態(tài)進行再設計，或者依據(jù)產品的功能實現(xiàn)要求，對模塊進行更換，切不可為了美觀或者提升產品內部機械結構的集成度而在產品功能或者安全性上采取讓步或者妥協(xié)的辦法。

3.5 機械結構的模塊化設計要符合結構應力強度要求

首先，應合理選擇組件材料;其次，應結合組件物理結構的具體形式，合理選擇機械組件的模塊化封裝形式，并使機械組件可在合理有效的封裝形式下，滿足一定的防塵、防風以及防水要求。另外，為了確保產品的性能，降低產品應用的故障率，設計人員還應使用應力應變測試儀等儀器對關鍵模組進行應力應變測試，檢測此部分接機械組件的應力承載能力是否滿足技術要求。在此基礎上，設計人員可結合機械組件應力承載能力的具體表現(xiàn)，進一步優(yōu)化組件之間的連接形式以及不同模塊之間的組合形式，進而從材料和結構形式兩方面強化機械結構不同組件的抗應力應變能力。

結束語

總之，本文在分析了機械設計中模塊化設計方法基本內涵的基礎上，進一步分析了機械設計中模塊化設計技術的應用辦法，主要包括明確機械設計理念、合理劃分產品模塊，細化模塊功能、結合模塊化結構形式，對模塊進行編碼以及提升機械結構模塊的應力強度。希望廣大從業(yè)技術人員可結合機械設計的具體要求和產品功能實現(xiàn)的具體形式，合理選擇模塊化設計技術的應用辦法，進而切實提高機械設計的實際效能，優(yōu)化模塊化產品質量。

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