模块化设计在点钞机设计中的应用

林峰

【摘要】本文在简介模块化设计方法的基础上，论述了模块化设计的关键特点和步骤，并结合点钞机结构组成，讨论了点钞机的模块化设计要求，特别是传感检测模块、捻钞模块、出钞模块、接钞模块的模块化设计和安装，提出尽可能采用卡扣连接完成点钞机各个模块的固定和安装，为点钞机的模块化、标准化生产奠定基础。

【关键词】模块化设计 点钞机 传感检测模块 卡扣连接

一、前言

点钞机是重要的金融机具之一。近年来我国点钞机行业稳步发展，点钞机制造企业在100家左右，大部分在广州、浙江、上海、辽宁等省市，而规模以上的企业不到20家，其余均为中小型企业[1]。当前，我国点钞机市场已经逐步饱和，点钞机制造企业存在利润水平低，关键技术和核心技术缺乏，“价格战、渠道战”盛行等问题[1]。近期我国劳动力成本显著上涨，作为劳动密集型行业，点钞机制造企业生产支出也不断上升，迫切需要采用新技术和新方法降低劳动力需求和人工成本。

另一方面，已有的点钞机结构设计都采用传统方法，其捻钞机构、出钞机构、接钞机构都是由相对独立的不同部件组成，并通过螺栓或螺钉与点钞机机架连接，利用电机驱动和同步带或绳轮实现传动；点钞机的各类检测传感器分散安装于点钞机不同位置，接线盒和固定安装步骤繁琐；不同点钞机的零部件经常不通用，裝配位置不同，互换性差。这种结构设计和布局造成点钞机加工装配工作量大，难度高，对安装工人的熟练程度和技术要求较高，而目前点钞机制造企业普遍工人流动性大，造成点钞机质量无法进一步提高。因此，有必要对当前点钞机结构设计和布局进行优化，以达到提高产品可靠性、降低装配工作量和技术要求的目标。

二、模块化设计方法和设计步骤

“模块化设计”是指在对一类相同功能的设备或产品进行功能分析的基础上，给出组成改设备或产品的一系列功能模块的划分结果，可以通过选择模块或者通过模块组合实现构成不同产品的目标，从而满足市场和用户的不同需求[2，3]。

基于模块化设计的点钞机产品是由一组特定的模块在一定范围内，组成多种不同功能或相同功能不同性能的点钞机，其中模块是指具有一定的功能的要素结合。采用模块化方法设计点钞机，可以使得点钞机由一些相对独立的标准化模块集合而成，而不是由分散的零部件组成。这些标准化模块具有良好互换性，从而有效简化点钞机的结构，在点钞机流水线生产中实现装配标准化和通用化，有效降低生产成本并提高点钞机质量。

一般情况下，模块化设计方法采用自顶向下的思路，以功能分析、模块划分作为关键，其步骤如下：

（1）市场调研和用户需求分析；

（2）产品功能分析和确定产品系列；

（3）确定产品参数；

（4）给定产品模块化设计类型，划分模块；

（5）完成产品各模块结构设计；

（6）编写技术文件；

（7）产品试制、模块组装和设计改进。

模块化设计过程当中应当充分考虑应用成组技术，即以零件在形状、工艺上的相似性作为依据，并把相似的问题和部件归类成组，通过对相似零件、部件或子系统的标准化和规范化处理，使批量较小的产品也具备流水作业生产的条件。通过成组技术，使得模块化设计的产品更加规范化和通用化，可以极大简化生产装配工序，降低生产作业复杂度。

三、点钞机的模块设计

点钞机的模块划分必须注意其中的模块要实现一定功能，明确整个产品系列的功能和相应模块，其中台式点钞机类型作为示例如图1所示。划分模块的依据是模块化设计方法思想核心，其中应当考虑模块组合变化规则。模块划分的正确性是点钞机结构设计合理性的关键。

从台式点钞机的现有结构样式和功能要求出发，遵循的模块划分原则是：尽可能以独立的功能单元或者部件、组件为模块，模块在结构上尽可能独立化，使得模块本体容易制造，模块之间尽可能方便装配和定位或连接，从而简化点钞机整机的装配和构成多种点钞机变形产品。

在划分台式点钞机的模块的时候，应当从点钞机总功能出发，分解成独立的分功能。如有必要，分功能则可以进一步划分为子功能。如图2所示，由于点钞机本身不是十分复杂，其模块的划分依据主要按照分功能进行归类。与传统台式点钞机不同是的，本文提出的模块化点钞机设计中的磁检测、红外检测和荧光检测等检测功能，由统一的传感检测模块完成。除体积较大的冠字号图像传感器之外，所有的检测传感器和相关处理电路均集成安装于传感检测模块内部和表面，传感检测模块通过精确合理的卡位和卡扣固定在点钞机机架上。这种设计方式可以有效简化点钞机生产当中的装配工作量，降低对装配工人的技术要求，并提高传感器装配位置精度，提高点钞机产品质量。

除传感检测模块之外，台式点钞机的其余模块，例如电源模块、接钞模块、冠字号检测模块、导钞模块、显示按键模块等，设计中也尽可能在装配前完成模块自身的组装后，多利用卡接类卡扣连接，实现模块与模块之间或者模块与机架之间的固定连接。目前已有的点钞机中，卡扣连接仍然很少使用，主要还是通过螺栓螺钉连接。本文引入的卡扣连接已经成为机电产品装配中重要连接方式，这种方式不需要增加连接零件并且具有装配简单等优点；卡扣连接在汽车、打印机、电脑等众多产品中已经逐渐取代螺钉成为最主要的连接方法[4]，将来也必然成为点钞机的主要连接方式。

四、结论

结合卡扣连接的模块化设计是我国点钞机制造企业产品升级的必由之路，为点钞机设计和生产装配的简单化、标准化以及通用化提供保障。简单方便的卡扣连接，以及易于装配的组件式模块有利于点钞机企业提高产品产量和质量，降低人工成本，有利于我国点钞机制造企业竞争力的提高。

参考文献

[1]王同轴.对点钞机行业发展的几点思考——以苍南为例[J].苍南县金融设备行业协会论坛，2013，http：//www.cfeia.cn/Association Journal View.asp SortID=27&ID=123.

[2]蔡业彬.模块化设计方法及其在机械设计中的应用[J].机械设计与制造，2005，（8）：154-156.

[3]蔡燕华.分析模块化设计方法及其在机械设计中的应用[J].科技传播，2014，（2）：160，154.

[4]陈燕.塑料卡扣设计研究及CAD应用模块开发，2006，江南大学.