機械設計中模塊化設計方法的應用研究

【摘要】為了更好的提高生產效率，機械設計屬于一項比較重要的工具。現如今市場競爭變得越來越激烈，需要企業快速適應科學技術的日新月異。模塊化的設計方法就是運用對產品結構、設計過程的重新組合，來對大規模生產成本之下的個性化產品展開生產，讓企業通過轉變一些產品零部件，提高產品性能。模塊化設計方法作為工業社會的一大產物，是一個能夠整合市場生產、對產品實施優化的重要工具。文章從模塊化設計的概述出發，提出了機械設計中模塊化設計的應用方法，探討了機械設計中模塊化設計方法的具體應用。

【關鍵詞】機械設計;模塊化設計;方法;應用策略

當前，不同行業的生產生活開始越來越關注質量以及效率，高質量、高效率現象的出現，成為了大部分公司實施內部治理活動的重要目標。模塊化設計方法的出現，能夠良好的保證機械設備的質量，提高生產效率，可在具體運用中會不可避免的出現部分問題，嚴重威脅到整個的機械設計工作的展開。近些年來，我國整體經濟處在高速發展的重要階段，科學技術水平隨之提高，模塊化的設計方法實際運用出現了較大的變化，對其展開對應的分析顯得很重要。

一、模塊化設計概述

（一）模塊化設計方法的基本概念

事實上，模塊化設計方法就是能夠在計算機網絡信息處理系統的幫助之下，所產生的一種新型的技術設計方案。通過運用這一新型的應用模式，綜合運用于機械化的生產設計工作中，事實上就是指利用具有指向性的功能板塊，面對機械產品設計銷售，最終面向市場，展開不同的功能形式的包裝。在機械化設計領域當中的專業人員，在機械設計流程中運用模塊化設計方法的概念，將其劃分為三種不同的構架模式。第一種，通過劃分應用功能板塊，實現縱向對機械產品展開設計的目標。第二種，利用全新的功能劃分技術手段，對機械生產對象展開橫向設計。對于運用機械產品的縱向設計方法，橫向設計要求技術工作者的整個設計流程種，不同功能模塊間功能轉換，需要嚴格按照不同大小的參數信息。第三種，在實際設計過程種采用較高頻率的全系列設計方法，縱向和橫向設計方法的使用，包含在全系列基礎設計模式的范圍種。對比傳統機械人工設計方法的使用，模塊化設計方案在實際運用種，維修難度低，包裝設計過程簡捷，企業所需要投入的成本低，優勢顯著。有的技術人員表示，模塊化設計方法主要是依靠計算機信息處理技術方法，繼承發展傳統的人工設計手段。

（二）模塊化設計的原則

模塊化設計重點是通過劃分總體設計目標，將其轉變為能夠實現的具體模塊，減輕設計困難程度，提高設計有效性。所以，模塊劃分成為了模塊化設計的關鍵點。在模塊劃分過程種，重點要堅持做好下面幾個方面的原則：第一，機構簡單的原則，通過最為簡單的形式來實現機械所要求的功能目標。第二，整體性能的原則。通過構建起模塊體系的方式，設計總體的設計目標。第三，結構獨立的原則，能夠針對所劃分出來的模塊實施單獨設計，在功能維護升級過程種，要將對應模塊展開操作，其他模塊不會受到影響。第四，功能完整性的原則，利用模塊化的設計防范，逐步將不同分項功能目標來實現。第五，合理連接性的原則，要保證能夠科學合理進行連接，讓模塊之間進行聯動。第六，控制模塊數量的原則，嚴控模塊數量，確保模塊體系的科學合理性。第七，成本控制的原則，在能夠充分滿足性能需要的同時，節省成本。

二、機械設計中模塊化設計的應用方法

（一）明確機械設計理念

模塊化設計工作的第一個步驟就是要明確機械設計理念，還是展開機械設計工作的基礎環節。這一環節當中，設計人員要綜合新時代企業產品設計的實際要求和用戶對產品形態、功能的期待，科學合理選擇機械設計的系統分析法。

如針對內燃機當中曲柄連桿機構進行設計過程種，設計工作人員要綜合同一類型產品的市場定位以及功能定位的情況，科學合理選擇出設計這一類型產品的資源，其中包含結構形式、材料、產品整體功能實現方法、后期維修保養等，在選擇機組體當中，要保證符合內燃機功能的基礎，保證內燃機能量轉化的安全性能。在這樣的基礎上，設計工作人員要從用戶的角度思索機械產品運用的方便快捷性，保持用戶的實際需求作為基礎條件，綜合用戶使用產品的能力，科學合理選擇出內燃機燃料供給功能、潤滑功能的實現形式，防止出現產品運用門檻過高的現象。設計工作人員要高度關注好機械產品設計的特征，包含產品設計綜合性特征、產品功能實現形式的相似性特點等。最重要的是，設計工作人員要結合機械設計、功能實現方式盡可能簡潔的理念，科學合理對內燃機產品設計的成本展開控制，讓內燃機不同部分組件具備較好的功能性、質量表現時，滿足消費者的消費需要。

（二）合理劃分產品模塊

設計人員運用模塊化設計方法過程當中，第一，綜合機械產品的功能要求，合理選擇內部結構的模塊化數量和不同功能模塊間的組合連接形式，采用橫向模塊設計的方法，有效對機械結構內部的空間實施利用。第二，設計模塊功能種，設計人員要把實現產品主體功能作為基礎，通過分層設計的方法來對機械產品功能實現體系展開設計，結合不同產品的功能層級，選擇不同的模塊化功能，將產品的功能通過模塊化的形式落實到具體模塊當中。第三，在對具體模塊的物理結構進行設計中，設計人員要注重模塊本身的結構特點，采用縱向化的模塊設計方法，為模塊挑選適合的物理結構和功能實現方法。為了更好地滿足模塊升級換代的要求，設計人員要給產品預留模塊升級的空間，從物理、功能空間兩個層面來對模塊展開設計。第四，設計人員采用模塊化設計方法來對產品實施設計中，要及時關心市場環境變化的趨勢，符合人們的要求，綜合產品特性，挑選適合的機會，運用科學的形式對模塊功能進行升級。

（三）對模塊進行編碼

設計人員制定出模塊設計的物理形式與功能特性后，要按照產品設計要求以及后期維護和保養的要求，結合一定的規律對產品內部模塊實施編碼。詳細來講，產品功能實現方式越復雜，產品內部的零部件結構的集成程度也就越高，但是集成程度越高，但是并不標志著產品不同模塊之間沒有距離，而是距離更小、層次結構保持更加緊密。因而，設計工作人員要結合設計標準來做好產品模塊化結構設計，綜合模塊功能特點、產品結構特點，針對模塊展開編碼標記，運用激光刻印技術來實現對不同模塊的編碼。為了保證模塊編碼的安全高效性，技術工作人員能夠通過功能實現的方法當作模塊進行編碼的參考依據，運用相同英文字母當作類別標記字母，針對相同功能實現模塊的標記，做好標記記錄，編制好模塊的編碼手冊，方便維修人員及時對模塊實施維修以及更換。此外，較為精密且價格高的模塊組件，設計人員能夠運用不同色彩對其實施標記，這一類的零部件編碼要標記在較為顯眼的位置上，保證模塊組合中，這一類型的零部件的安全性。

（四）模塊的有效組裝

為了保障實際的機械設計生產效果，要運用模塊化的設計方法來合理對技術展開組裝，有效對模塊展開接卸調理分配，在保證組間能夠合理布局的同時，強化不同模塊之間的更換能力，在運用中一旦出現問題，能夠及時對設備展開更換，故障模塊的更換不會對其他模塊產生影響，有效展開機械包裝工作，為每一個數控立式車床的運轉，降低了組件運行中的不良影響。另外通過合理調試模塊組裝，可以在進行組裝當中發現結構中所出現的不合理性，在組裝模塊的構成中，有效對設備接口展開處理，保證接口規格達到實際生產需求，廣泛適用于機械生產中，機械生產的同時實施標準化處理，讓其在機械設計生產當中保證模塊的組裝效果，實現生產有效搭配的目的。利用有效的設計和組裝來對整個的模塊展開設計處理，有效展開實際的設計任務，讓其可以在數控機床工作當中展開傳動工作處理，通過有效展開支撐模塊，讓其可以更加有效地展開包裝。利用有效的模塊設計工作，可以展開有關的機械設計工作，提高工作效率。

三、機械設計中模塊化設計方法的具體應用

（一）模塊化設計方法在數控立式車床結構劃分中的應用

模塊化設計方法運用到數控立式車床當中，表現在對數控立式車床的結構劃分中，重點包含下面幾個方面的應用內容：首先，以數控立式車床中所具備的獨立功能部分為主要模塊，經過不同模塊間的互相組合，實現設計生產多種類型機械產品的目標。其次，通過對不同零部件當作單一模塊實施劃分，保障模塊完整性作為前提條件，保證生產設計的產品質量。最后，利用組件的方法來實現模塊化設計，即設計出來的模塊展開對應的分解之后，通過不斷完善優化分散的模塊，重新對模塊實施設計改造，從而滿足不同設計標準的要求，讓產品靈活運用到實際生活中，滿足工作的實際需求，讓重新組合的模塊更有作用，提高了經濟效益。

（二）模塊化設計在數控立式車床的功能分解應用

數控立式車床當中運用模塊化設計的方法重點表現在功能分解應用方面。在劃分模塊過程中，要充分對車床的整體性進行考慮，在整體性的基礎上實施分解，從而讓模塊化實現具體的應用設計目標，一直到把分功能繼續分解成為無法再繼續分解的功能元為止，從而最大程度上表現出模塊化設計的優勢。功能分解要充分對下面幾點實施考慮：首先，對用戶實際需求充分考慮，按照用戶的實際要求來對模塊展開調整，讓其可以順利實現用戶所希望達到的功能目標;其次，要考慮功能的具體實現，數控車床的總功能是車削，因此對其展開劃分中，要從車削的溝槽與旋轉面等方面進行;最后，對數控車床的執行和檢測功能實施考慮，保證數控車床的質量和實際運用情形。

（三）模塊化設計方法在柔性制造當中的應用

伴隨著科學技術水平的不斷提升，在機械設計生產與制造當中，若是運用硬性的、功能單一的技術設備是無法充分滿足機械設計的要求。對應的柔性制造技術的產生，提高了機械產品設計的有效性，把模塊化設計以及柔性制造技術進行融合，提高了機械設計的有效性。首先，模塊化設計方法具備一定的優勢。模塊化設計方法較為靈活多變，與柔性制造技術相類似，滿足機械設計的要求，采用模塊化、柔性化的技術分解機械設備的整體，讓不同零部件、不同系列實施轉換，節省機械制造本身所需要使用的成本，減少產品設計制造的周期。其次，可以滿足機械設計制造的多重用途。模塊化設計的方法能夠把機械設備整體展開分解，運用模塊化自身模型，模擬機械設備模型，解決機床制造當中的共性問題，提高機械產品設計效率，這樣采用模塊化設計方法的特征，實現機床生產制造的多樣功能、多重用途的需求。

綜上所述，模塊化設計方法能夠充分滿足機械設計的需要，在機械設計中具體運用獲得良好的效果。在未來的機械設計過程中，要關注運用模塊化設計的方法，掌握好對應的要點，嚴格根據規定做好模塊劃分、組裝等工作，注重提高設計人員素質，總結設計經驗，更好地運用模塊化設計方法。

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作者簡介：涂祖蕾 性別：女，年月：1978年9月，民族：漢族，籍貫：云南昭通，學歷： 碩士研究生，職稱：講師，研究方向：機械制造及自動化。

云南省教育廳科學研究基金項目 ? ?課題 ?基于AutoCAD標準件的參數化設計研究 ? 項目編號：2021J1068