模块化设计方法及其在机械设计中的应用

郝寅生

摘要：为了有效地推动机械工程的发展，在机械设计方面需要进行不断的优化。在机械设计的过程当中，人们应该要结合实际需求，有效的将模块化设计方法在机械设计中得以应用，以此来使得实际机械设计工作获得有效的推开，并且使得人工成本得到全方位的减少，最终使得实际工作效率得到提升。

关键词：模块化设计;机械设计;应用

1模块化设计方法

模块化设计即以满足市场实际需求为目的，分析一定范围内不同功能或相同功能不同性能、不同规格产品的功能性，然后基于结果对其进行功能模块的划分，最后通过对不同模块的选择与组合，形成不同产品。面对市场需求不断变化的情况，将模块化设计方法应用到机械设计中，可以对指定范围的模块进行选择，然后组成功能各异的机械产品，可缩短机械制作周期，以更少的成本来获得最大利润。可以将模块化设计分为纵向设计与横向设计2种模式，在不改变参数的情况下，通过对模块的相互转换，来获得全新的功能各异的产品。其中，将纵向设计与横向设计组合应用，可达到全系列设计的效果。

1模块化设计特点

1.1缩短设计周期

将市场和客户需求作为基础，选择合适的模块来对产品进行优化设计，争取通过更少的投入来获得最大效益，尤其是在小规模生产制造厂家中效果更为显著。在设计前需要对市场相关需求进行整合，并判断产品功能，然后进行科学设计，利用模块之间的有效组合来形成特定的产品。在此过程中可以根据需求随时对模块体系进行调整，从技术层面来提供创新模块体系，对模块设计理念进行更新，产生结构及功能性更完整的产品。

1.2产品性能稳定

通过模块化设计得到的产品，前期均进行了详细的需求分析及功能筛选，模块的组合方式更为严谨和科学，使其更贴合市场与客户的需求，因此具有更高的使用率。基于此机械制造技术的应用效率提高，使得产品的功能也更为稳定。同时，模块化设计的产品功能性更为明确，使其内部多样化大幅度降低，可以在更高程度上满足用户个性化需求。并且后期维修便捷，整体生产成本更低。

1.3知识管理集成

模块化设计为一个循序渐进的过程，具有很强的系统性，是对产品结构设计的规范过程，构建模块结构与产品知识信息，为模块规划得以实现的基本要求。模块化设计方法的实现，需要落实到产品设计以及管理的整个过程中，对产品知识进行科学管理，来为设计人员提供便捷，促使模块不断优化和改进，使得生产时效性得以完善。

2模块化设计方法在机械设计中的应用

2.1模块化设计方法在數控车床中的应用

以模块化设计方法在数控车床中的应用为例，在模块划分中，必须从数控车床的一般功能出发，将总功能分解为一个相对独立的功能。当函数继续分解直到函数不合适时，函数元素由函数元素组成。函数元素是整个函数或函数的最基本单元，通常对应于某一幂函数模块。当总功能被分解时，应该考虑用户的需求和实现总功能所需的功能。由于用户条件的不同，机床的规格和性能会有所不同，而且模块的组成也会有很大的差异。

对于CK系列单柱数控车床，它的总功能是车削，它可以转动内外缸、内外锥体、沟槽、平面、螺纹和各种旋转面。对于CK系列单柱数控车铣加工中心，除了铣削、镗铣功能外，这些功能可以按传动功能。

2.2对模块进行合理的划分，明确模块分工

通过对总功能进行分解，可以看出，一个或多个函数对应于实现一个或多个功能的模块。有一个模块来实现某一功能，即一对一对应;一个函数由多个模块来实现，即单对多的关系;某些多个功能由一个模块来实现，即多对单的关系。

根据功能和模块的映射关系，考虑了整个数控车床系列的特点和结构类型，并利用模块划分原理得到数控车床较为通用的模块。数控车床分为传动模块、执行模块、支撑模块、辅助模块、监控模块，并继续细分为功能模块。通过对同一功能模块的分析，由于使用的不同和结构的不同，可以得到可交换的、具有相同接口的结构模块。根据结构模块的组合，可以得到不同用途和性能的数控车床。

在对数控车床开展有效设计的环节是，人们首先需要进行实际的科学规划和操作工作，该项工作的开展并不能够单独的进行，在大多数情况下要考虑实际的生产工艺，从全方位的角度进行规划工作的开展。模块化设计方式需要建立起一个比较有效的结构，在科学隔离构造和分析的操作条件之下，完成基础性的环节建设，同时需要结合实际的情况，制定合理的科学规划，付诸于实践的过程当中。对生产环节结构进行全方位的有效划分，最终使得整体的生产效率得到提升。

2.3数控车床模块划分原则

根据现有车床的结构和模块化要求，模块划分的原则可以概括如下：（1）将独立的功能单元用作模块，即分解的功能单元在结构中尽可能独立。这样的模块易于组装和配置，从而易于形成各种变形产品。（2）以部件作为模块，这样的模块具有完整性，容易保证装配质量。（3）将该组件用作模块。在对功能分解进行细化之后，可以进一步对组件中的一些组件进行模块化。通过更换或占用零件或部件，这些部件可以有不同的用途和性能。它比改变整个部件更经济。在模块划分过程中，还应注意机床的大部件和基本部件的模块化，大零件的结合件应规范化，便于连接和分离。同时，应该考虑模块中有发展的空间，这样新技术的引入不会阻碍模块的结构。

2.4模块的组装设计

为了使得设计的机械设计生产得到有效的确保，人们需要对模块化的设计方法进行技术组装的操作，简而言之，就是对模块进行有效的分配，同时在具体的组装过程当中，对整体布局的合理性进行考虑，对各个模块之间的功能进行有效的组合。如果机械设备在使用的过程当中遇到的问题，那么可以及时更换其中有问题的设备，同时要保障在故障模块更换的过程当中，其他模块依然可以正常的运行，不会因此停止工作。

在设计工作完成之后，还要对具体的参数进行科学的调整工作，同时在试运行过程当中检验整体的配合效果。有效的组装式模块化设计，非常关键的一个环节，每个模块只有在有效的组装下，自身的作用才能够得到充分的发挥，因此也需要掌握一些科学的组装方式，提升组装的有效性和科学性。

结束语

伴随着技术的发展，用户群体在各方面的要求有所改变，这种改变最典型的体现就是原来的集中式转变为个体户，在这样的要求下，节省成本成了大势所趋。从设计到技术层面等各角度出发，模块化技术的转变目前已经基本完成，在划分和组合的背景之下，可以对不同类型的机械设计进行包装，最终使得工期得到有效的缩短，在一定程度上实现模块化机械设计和制造。

参考文献

[1]张志革，王敏丰.模块化设计方法及其在机械设计中的应用[J].山东工业技术，2017（20）：119.

[2]程禹铭，赵延进.浅析模块化设计方法在机械设计中的应用[J].科技经济导刊，2017（20）：90.

[3]何宏涛.浅谈模块化设计方法及其在机械设计中的应用[J].黑龙江科技信息，2017（11）：98.

[4]王森.模块化设计方法及其在机械设计中的应用[J].现代制造技术与装备，2017（04）：52-53.