机械设计中模块化设计方法的应用

郑大华 王佳妮 倪筱莉 罗磊

摘要：机械设计中常用的设计方法之一，就是模块化设计方法。该方法在机械设计过程中发挥着不可替代的作用。本文着重从模块化设计的设计原则、设计步骤和设计应用等方面对其进行简要的介绍分析，以促进模块设计方法在机械设计中的应用，提升机械设计水平。

关键词：机械设计;模块化设计方法;应用

中图分类号：TH122   文献标识码：A   文章编号：1672-9129（2020）16-0082-01

模块化设计是将机械设计中不同功能或者性能的要素，按照一定的关联性进行有机的组合，使其组成一个有机的整体模块，然后再将不同的模块进行灵活的组合，构建相应的系统，以形成多种功能或者性能相互兼容的机械设计产品。模块化的设计方法成功的推动由设计理念支撑逐步向技术设备支撑的模式转变，不仅极大的丰富了工业产品的功能和性能，而且在一定程度上缩短了工业产品的制作周期，提升了机械产品的生产制造速度。

1 机械设计中模块化设计的原则

对于模块化设计，需要遵循以下设计原则：模块化设计具有一定的灵活性和自由性，模块之间可以相互自由组合，但是需要保证利用较少的模块来组成较多的产品。同时，模块化结构要尽量遵从规范化和简单化的要求，避免将模块化之间的联系复杂化[1]。在此基础上，最大程度上提高产品的稳定性。此外，模块化设计后的成型产品要便于维护。模块设计中的各个模块都应该具有可替代性，这样当某个模块发生故障时，则可以进行有效排查与控制。模块化设计的简约型也应该体现在产品包装方面，以便于控制产品成本的输出。模块化设计要尽量利用最少的资源去完成更多的包装，以优化工业产品在时间、物资和资源等方面的利用率。

2 机械设计中模块化设计步骤

模块化设计要严格按照科学步骤来执行，以规避各种设计风险。对于系列模块化产品的设计，首先需要对市场环境和市场需求进行全面充分的调查与分析，并借助计算机技术和各种功能需求参数实现产品功能的设计。然后，在明确产品功能的前提下，对模块结构进行科学的划分与设计。在此基础上，将资料库中的各项资源进行整合与应用，以保证模块化整体功能的实现，提升机械产品的设计质量。因此，对于系列模块化产品的设计，其整体上的设计步骤大概包含市场调研及评估分析、产品功能分析、设计产品系列、产品参数和技术指标的确定、模块划分、搭建模块架构、模块库的构建、编制技术方案。对于单产品的模块设计，是在系列模块设计的基础上进行的。单产品的模块设计也需要结合实际需求，确定相关的设计参数。并且在设计过程中不断优化调整模块的组装，以实现模块的性能[2]。因此，单产品模块化设计步骤一般包括调研客户需求、确定技术参数、选择模块、模块组装、计算分析等。

3 机械设计中模块化设计方法的实际应用

3.1模块化设计方法在数控式车床设计中的应用。数控式车床设计要注重完整性。因此，数控式车床的模块分解需要从数控式车床的整体性出发，以确保各个模块都能充分发挥出自身的效能，以提升整体性能。例如，对于车削模块部分的设计，需要从车削的沟槽和旋转面出发，对沟槽的深浅度和旋转面大小加以调整优化，使其满足实际的性能需求。同时，还需要根据实际的使用需求对数控式车床的执行模块加以调整，确保数控式车床能够处于最佳的工作状态。

3.2模块化设计在柔性制造中的应用。模块化设计是从客户的实际需求出发，同时能够灵活的组合各个模块，因此，模块化设计的工业产品，其柔和性相对较高。因此，在柔性制造过程中，设计人员可以根据模块的功能自由组合，以优化机械系统的整体性能，使整个机械系统的柔性最大程度上得以发挥出来。同时，在柔性设计制造过程中，模块化设计方法的设计周期较短，设计成本相对较低，都有利于提升柔性制造的设计效率[3]。

3.3模块化设计与新技术的结合。模块化设计需要不断与新技术加强融合与应用，以确保模块化设计方法得到可持续发展与应用，实现现实意义。因此，在新技術的支撑下，可以将一系列相似的技术软件加以整合，以构建综合功能的复合模块。例如，柔性制造技术与模块化设计相结合，能够极大的丰富机械产品的多样特征，与机床的个性化需求相吻合。而模块化设计方法与计算机辅助技术相结合，则有利于提升模块化设计的稳定性和条理性，以提升机械设计的整体效率。

3.4机械设计中模块化设计的要点。模块化设计工作需要在实际需求和实际工艺需求的基础上开展相关工作，并严格按照科学的设计步骤和操作方法来执行。同时，模块化设计的重点工作是做好模块的划分。例如，对于数控立式车床的设计，需要将实际生产工艺需求与科学的设计方法相结合。并在生产环节得到科学合理划分后，才可以进行后续的模块设计，以确保生产工艺功能得到有效落实，保证实际功能模块是完整的。同时，数控机床的功能分解和划分要从功能和结构层面出发，以实际功能需求作为依据来执行。一般，对于数控机床的模块划分，主要包含支撑模块、辅助模块、执行模块和传动模块等四大部分。不同的模块具有不同的功能作用，在科学合理的配置作用下，各自充分发挥各自的功能，以保证机床能够正常稳定的运转。

4 结语

综上所述，模块化设计方法在机械设计中的应用，不仅能够提高产品的性能和产品的设计效率，而且能够缩短机械生产的生产周期，降低生产成本等。而模块化设计方法的应用需要建立在实际需求的基础上，做好模块的合理划分与配置。同时，模块化设计方法应该加强与新型技术的融合，以推动机械设计的可持续发展。

参考文献：

[1]张宽.模块化设计方法在机械设计中的应用探讨[J].世界有色金属，2019（15）：213-214.

[2]夏凡.模块化设计方法在机械设计中的运用探讨[J].中国设备工程，2019（16）：220-222.

[3]庆燕飞.试论模块化设计方法及其在机械设计中的运用[J].南方农机，2019，50（15）：121.