模块化设计方法及其在机械设计中的应用

刘现伟

（广东省佛山市瑞德软件科技有限公司，佛山 528300）

模块化设计方法及其在机械设计中的应用

刘现伟

（广东省佛山市瑞德软件科技有限公司，佛山 528300）

机械设计中，应用技术不断更新发展，模块化设计理念运用领域越来越广泛。本文首先介绍机械产品模块化基本概念，其次介绍模块化设计方法，再次阐述机械模块设计特点，最后提出机械设计中模块化设计的具体运用。

块化机械设计原则

我国经济发展势头良好，用户群由群体逐渐向个体转化，这就要求机械制造商要不断降低成本。然而，传统机械设计已经无法适应市场发展规律，急需采取新的设计技术，而模块化设计方法很好地解决了这一问题。

1机械产品模块化概念

在模块化设计方法使用前，首先需要了解模块化的基本概念，主要包括以下几点。一是功能需求集。主要是以市场和客户为主体，两者对模块化产品的功能都存在一定需求，将这些功能需求集中起来，就形成了功能需求集。产品的功能需求是进行模块化处理的关键内容，决定了产品发展方向。二是功能单元，是指模块功能，对产品整个功能进行分析，并以此为基础划分功能。三是功能模块。指的是在产品中，作用在功能单元的组成元素。四是结构模块，指功能模块结构，具体组成分为两部分，即部件和子结构模块。五是模块接口，属于一种结合面，是关于结构模块组合时相互间的几何与物理关系。模块组合受模块接口的制约，通常作为重要依据。六是基础模块。设计中的0型模块具有很强的通用性，且结构也相对完

整［1］。

2模块化设计方法

2.1划分原则

模块化的设计理念，是指用少数模块发挥最大能力，组成尽量多的产品，同时产品稳定性要高，精度一定要精确，且结构要简单化，成本要相对低廉。因此，设计开始前，要对模块进行处理，详细划分模块。当前，还没有任何一种标准可以作为模块划分原则。这里，依据不同侧重点，对不同模块进行划分。单从模块自身概念分析，模块是一种典型独立单元，可以组成系统，具有某种特定功能，结构也具有特定性。对产品功能的结构进行分析，要建立三个方面的联系，即总功能、子功能和功能单元之间。以三者的联系为基础，对模块进行划分。

2.2注意问题

模块化设计过程要注意以下问题：一是保持完整性和独立性，特别是模块功能结构方面；二是保证模块接口要素，在模块化过程中便于联系与分离；三是尽量减少各模块间的关联性，同时要使模块处于强耦合状态，以典型性和通用性为原则。

3　机械模块设计特点

3.1利于维修

与传统设计方法相比，模块化设计具有很多新特点。如果在使用阶段出现故障，维修设备非常方便，维修任务不再需要大规模、大面积进行，只需要在发生故障的局部地点进行修理，大大节省了维修所消耗的时间，同时明显提升了维修效率。各个模块结构简单，可以进行灵活拆卸。如果故障严重时，采用普通调试方法已经很难解决故障，这时需要直接更换模块，快速高效地完成维修工作。由此可见，不管是设计方面还是使用方面，模块设计理念具有很多实用性突破，对机械设备在运行中出现的问题可以快速有效解决。

3.2简化包装设计

在过去包装中，设计人员在进行设计时，主要根据产品的特点进行制定包装操作。因此，所设计出来的包装只能用于相同系列的产品，而对其他不同系列的产品却不能使用同一种设计。在引入模块化设计后，同样是一种设计，却能满足不同类型不同系列的产品需要，方法简单。客户提货时，只需将模块进行更换就可以达成目标。传统机械包装设计作业时，需要对每一个零件的每一种特性进行考虑。这对技术人员掌握知识的要求非常高，不仅浪费操作时间，同时也大量消耗技术人员的精力，是造成机械生产周期短的直接原因。引入模块化设计后，技术人员无需过多考虑每一个零件的特性，只需不同系列产品更换模块即可，大大节省了设计时间［2］。

3.3降低成本

引入模块化设计理念，简化了包装流程，有效控制了成本支出。传统设计理念不确定因素较多，因此预算成本不稳定，极易发生变化。在工作任务进行中，包装所用材料尺寸通过相关计算可以得到准确数值。对数值进行分析，可以明确不必要的支出，对资金使用严格把关。虽然成本支出得到控制，但是丝毫不会影响产品质量。

4机械设计中模块化设计的运用

4.1模块化技术及成组技术

现代产品的种类越来越多。根据零件特点进行成组，利用物体之间的相似性对这些相似物体进行组合处理，相似零件要规范化处理，实现小批产品也可以进行流水作业。模块化追求三种物品之间的效果，即小产品、中产品、大批量零件。同样，利用相似性对零件进行划分，最后制成模块。共同点是能够对相似零件进行集中处理。

4.2数控机床划分

在数控机床设计中，利用模块化设计方法最为关键的是要对功能和结构进行分析。依据设计具体要求和需要，对产品结构的功能进行科学化、合理化划分，这样的划分模式决定了设计效果。根据数控机床的设计以及具体工作需要，可以将数控机床模块功能划分成五类，即传动模块、执行模块、支撑模块、辅助模块和监测模块。每个模块都有自身特性，有助于机械设备功能的发挥。

4.3数控机床功能分解

数控机床模块划分后，接下来就要确定每一个模块的具体功能。有的模块只具有单一的某个功能，有的模块却具有多种功能。例如，工件监测装置模块，主要是对工件进行监测；刀具监测装置模块，主要是对刀具进行监测；机内对刀装置模块，主要进行机内对刀工作。这些模块中，每一种模块对应一种功能。同时，有些功能需要多个模块共同完成。例如，工作台模块和卡爪模块不光具有工件定位功能，还具有工件旋转功能。有些模块的功能很多，如刀架模块，具有定位刀具、夹紧刀具、松开刀具功能。确定好每一模块功能后，明确功能任务，合理组织模块。

5结论

模块化是机械生产中应用效果最好、生产效率最高的方法。它改变了传统产品生产过程，使机械产品设计实现了开放化、标准化。在竞争如此激烈的市场环境中，使机械制造企业提高了竞争优势，同时促进我国机械化水平的发展。

［1］解宝鑫.模块化设计方法及其在机械设计中的应用［J］.科技与企业，2016，（2）：239-240.

［2］孔祥然.机械臂模块化关节设计及其输出特性研究 ［D］.北京：北京邮电大学，2015.

［3］赫崇宇.模块化设计研究及其在机床主轴系统中的应用［D］.云南：昆明理工大学，2013.

ModularDesignMethodandItsApplicationin Mechanical Design

LIU Xianwei
（Foshan City，Guangdong province Reed Software Technology Co.，Ltd.，Foshan 528300）

In mechanical design，the development of application technology is constantly updated，the application of modular design concept is more and more widely.This paper first introduces the basic concept of mechanical products，and then introduces the modular design method，and then expounds the characteristics of mechanical module design，and finally puts forward the specific application of modular design in mechanical design.

modularization，machinery，design，principle