模块化设计方法及其在机械设计中的运用探讨丁顺

模块化设计方法及其在机械设计中的运用探讨丁顺

丁顺1,花烨1,王奎1，许海涛2

1、江苏亚一智能装备有限公司江苏盐城224000

2、凯斯博电梯有限公司江苏盐城224000

摘要：随着我国经济建设的快速发展，我国各行业发展迅速。为了适应现代市场经济发展规律和精细化管理要求，提升模块化设计理念实践可行性是确保机械设备安全风险控制率的主要途径。

关键词：模块化设计方法；机械设计；运用

引言

我国经济的快速发展使我国快速进入现代化发展阶段。在工程机械产品制造之前，往往要求有关设计单位以及工作人员能够做好产品的设计工作，而如何有效地设计就显得极为关键，这就不得不提到模块化设计的重要性。

1模块化机械设计理念分析流程

首先，要确定需求功能集，主要是指市场和客户对模块化产品基本功能需求的合集，它是模块化机械设计的重要内容和发展方向。其次，结构和接口模块化。模块化机械的具体结构由模块化部件和子模块组装而成；模块接口是模块组合的重要依据和通道。最后，通用型模块确定，该模块能够满足各项基础性功能，也是部分特定功能模块发挥应有作用的基础。模块化机械设计理念是在标准化基础上的一种延伸，由一个个模块组成，可理解为程度更高模式下简化了机械设计，主要包含结构典型化、接口标准化、结构组合化、部件通用化和部件系列化五部分内容。

2模块化设计的基本特点

1.便于维修，便于维修就是模块化设计的特点之一，同时也是这种设计方法的优势之一，尤其在机械产品的使用阶段，这种优势体现的更为明显。在使用的过程中，一但发生故障问题，就可以进行局部的处理，不仅仅能够有效地节省实践，同时也能进一步提高维修的效率。因为各个模块之间是可以进行灵活拆卸的，而如果故障较为严重，即便通过调试也难以恢复正常的情况下，工作人员就可以考虑直接更换木块，以提高维修水平，满足实际维修工作的要求。所以，模块化设计方法的应用，为有关维修人员增添了一定的便捷性，而且设计理念上有了很大的突破，能够帮助人们更好地解决机械设备使用中遇到的各类故障问题等。2.适用于大批量加工，机械产品加工中每个模块在设计和加工时其功能就已经被确定下来，成为能够实现某些特定功能的单元。模块化产品在设计时可以找专门的人负责，然后进行试制，最后进入大批量生产，更改和试制中可根据具体的要求对模块化产品进行改进，完善模块化产品功能，进而使得产品质量得以提高。模块化产品设计出来之后可根据工厂分工的不同，找相关技术具有优势的工厂对其进行加工，满足产品大批量加工的需求。3.模块化包装的成本低，除了以上特点外，模块化设计理念的应用，还能使得模块化包装成本变得较低，更好地节省成本。因为在机械生产的过程中，这种理念的应用，能够帮助人们更好地简化包装流程，这就有助于帮助人们更好地加强成本支出方面的控制。而在传统的设计理念中，往往存在很多不确定的因素，这就极不利于成本的有效控制，使得预算成本很容易发生变化。而模块化设计理念的融入，能够更好地加强成本的有效控制，对于包装所用材料能够进行精准地计算，尽量避免不必要的成本浪费，严格地控制资金的使用，从而达到节约成本的目的。值得一提的是虽然成本方面得到了有效控制，但是产品的质量并不会受到太大影响。

3模块化设计方法在机械设计中的应用

3.1合理划分模块、明确分工

模块化生产不仅是生产技术理念的合理诉求，也是生产工艺实现高效理念的重要实践。通过对生产流程的每一项环节进行分析，科学论证其对机械设计内容的影响，最终确定适合模块化生产的部分，从而实现生产调度及资源利用最大化。同时，模块化机械设计还必须遵循相应的工作标准和规范，这样才能确保产品的通用性和品质。

3.2模块设计

在模块的具体设计过程中，可以引入了接口骨架模型和模块化三维设计模板两个重要概念。通过接口骨架模型，将设计分成独立可控的且包含模块接口的骨架模型，从而控制模块的接口及参数，保证接口的可控性。同时不同的模块分别采用不同的骨架模型。以确保模块之间能保存充分的独立性及接口的准确性与一致性。通过模块的模板化设计实现模块三维建模的快速化、知识化、标准化、规范化。

3.3侧重功能分解的设计方法

功能分解设计方法是另外一种设计模块化产品的重要方法，主要包括顾客需求分析，产品要求分析，产品概念分解，概念集成以及方案评估等几个方面的内容。模块化产品设计是服务于用户的，以顾客为中心完成的，分析时根据与顾客沟通，结合全球贸易环境和行业现状，设计模块化机械产品。

3.4模块化设计方法在数控车床中的应用

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。

3.5模块化机械设计理念的构成可行性分析

第一，共享构建模块化。这个设计理念主要来自于钟表共享一个机芯的方式，共享构建模块化不仅能改变电器外观，而且可以使电器样式更加多样。第二，可组合模式化。该设计理念主要是用来扩展或者兼容电器中的某些功能，因此在设计时可以为相互连接模块预留窗口或在通用接口中实施互换来拓展功能。第三，互换构建模块化。该设计理念可理解为新产品可通过更换基础性产品的某些功能模块，来满足不同客户的差异化需求。第四，量身定制模块化。该设计理念是通过不同模块间进行功能组合来增加产品的柔性，以此满足大众个性化的需求。同时尽可能降低产品设计和制造成本，提高模块化机械设计理念的实践可行性。以电风扇为例，其主要由升降机构、摇摆机构、电机、防护机构和底盘机构组成，核心零部件主要有风叶、电机、升降立柱、网罩、PCB线路板和底盘等。根据模块化机械设计理念，找到共通的部件和差异化部件，然后分别进行设计和生产制造即可，如可以根据风力大小设计不同长度的叶片或不同数量的叶片，然后搭配相应类型的电机与网罩就可以组装出不同效果的风扇。

3.6产品模块化平台应用

在产品模块设计完成之后。需要对设计的模块进行维护和管理，根据模块的层级结构，在相关系统建立了产品模块管理平台，对模块进行维护和管理。模块库的模块与模块型谱表中的模块相对应，并根据用户的需求变化不断进行优化。模块管理平台中的模块亦可根据市场的变化进行不断便研发人员在其中选择所需要的模块，提高检索效率。

结语

积极提升模块化机械设计理念实践可行性是行业发展的主要趋势，其在提升生产效率、降低制造成本、提高稳定和安全性等方面发挥了重要作用。这要求各企业要根据自身情况，重视和加强对模块化机械设计的研究，提升企业核心竞争力和经济效益。

参考文献

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[2]吕正刚，刘恒丽，余竞超.基于模块化设计思想的电冰箱概念设计[J].包装工程，2011，（8）：34-37.

[3]赵勃.机械设计中模块化设计方法的运用分析[J].科技经济市场，2015，（6）：194.

[4]刘光录,张旭东,刘保金,etal.轮式装载机模块化设计方法[J].工程机械,2018(4).