机械设计中的模块化设计分析

吴财林

摘 要：目前，伴随着社会经济的不断发展与时代的不断进步，我国工业化进程不断加快，诸多先进的制造技术与设计技术被应用到工业生产中，使得工业化生产效率得到明显的提高。在机械类产品生产过程中，机械设备阶段会对机械制造过程产生很大的影响，因此，怎样使用合理的设计方法来开展机械设计成为工程制造业面临的重要问题。对此，本文就机械设计中的模块化设计展开了科学的分析与研究。

关键词：机械设计;模块化;设计方法

模块化设计主要是指把具有不同性能或功能的要素进行有机结合，从而形成整体模块，然后从模块角度出发，和其他模块进行有效的组合，以形成新型的系统，以此为基础，会产生不同性能或功能的工业产品的设计方法。如今，模块化已然从以往单纯的设计理念逐步向具有可视化技术设备角度转变，其在机械制造领域得到广泛的应用。

一、模块化设计的基本概念、方法与特点

1、基本概念

在机械设计过程中，模块化设计属于一种十分关键的方法，其在机械设备中把原本的东西进行有效的整理和概括，并将插入到模块中其，可以让人们对该模块产生不同的认知。与此同时，我们应对这些模块进行合理的划分与规划，确保能够知晓各个模块的具体功能，还要了解各模块连接到一起所发挥的作用。此外，还要确保每块模块都能够独立使用，并且在组合前可以实现互换还不会产生一定的副作用，基于此，才能实现系统升级[1]。模块化设计属于一种不同于以往机械设计方法的新型观念。

2、方法

模块化设计方法主要表现为以下四个层面：其一，横向式模块化设计。此种设计方法是比较容易操作的，也是比较容易推广的，其主要是在原本产品条件下结合模块化设计所产生的产品进行有效的推广。其二，纵向式模块化设计。此种设计方法就是在不改变原本产品的条件下对同一种形式不同类型产品进行合理的设计。其三，横向式和跨向式综合模块化设计。此种设计方法主要是横向式设计基础上对某一模块的设计进行更改，让原产品发生不同程度的改变[2]。其四，全种系类模块化设计是横向与纵向形式，其主要是在此基础上制造出跨系列的产品设计。

3、特点

1）便于维修

模块化设计会让整个维护工作变得方便而快捷，也能让人们通过简单的数据即可获取大量的数据，仅需投入较少成本即可获得较高的利润。此种方式能够满足当今社会的发展需求，由于模块化设计中各个模块间能实现互相替代，若出现某一故障，可采取排查方式予以控制，从而提高资源利用率。

2）节约成本

模块化设计能够简化包装费用，从而减少成本输出，而一些传统的制造商在包装方面仅仅是通过自身机械产品的理解来进行包装，此种方式相对刻板，无法灵活运用，仅仅适用于某种特定模式，在此种状态下，就需要研发新式包装。而模块化设计可运用较低的成本、使用很少的资源来完成新型包装，包装形式多种多样，能大大节省时间、成本与物资[3]。因此，将模块化设计应用到机械设计之中能有效提高企业的经济效益，这对于企业的发展意义重大。

二、模块化设计的基本步骤

模块化设计主要涉及到模块化产品的研制与单品的模块化设计两个方面。系统模块化产品研制步骤是：市场调查→分析产品功能→拟定产品的型谱→确定参数范围与技术参数→划分模块→模块结构设计→构建模块库→编写技术[4]。而单品模块化设计步骤是：科学整理用户的实际需求→确定好技术参数→确定好型谱→选择模块→组装模块→分析与计算。

三、机械设计中的模块化设计方法

为分析模块化设计在机械设计中的应用效果，我们简单的阐述了模块化设计的几个流程，分别对模块化设计各个环节的内容予以阐述，以便为后续的模块化设计方法的应用提供一些建设性的意见。具体的模块化设计方法展示如下：

1、产品模块划分

把模块化设计应用到机械设计方面，要先对机械产品的各个模块进行合理的划分，其是整个设计体系的关键。结合市场与用户需求的调查结果，我们应对产品的结构与功能进行详细的分析，以完成功能划分。以数控立式车床为例，在开展机械设计时，要根据其生产作业特点与具体的生产要求，设备模块主要为支承模块、传动模块、执行模块与监测模块四个模块，且不同的模块间关联性应降至最小，要求各模块间要实现个性化功能设计，从而真正的发挥出机械设备的功能。

2、确定好模块的功能

等到对产品功能模块划分之后，要及时确定好模块的基本功能。尽管模块的功能相对单一，但是，也有一些模块的功能呈现复杂多样的特点。例如，刀具监测是刀具监测装置对应的功能模块，工件检测设备所对应的功能模块，都是单一的功能模块[5]。然而，也存在着多模块具有共同的功能。例如，卡爪模块与工作台模块都具备一定的定位功能，而著变速箱、卡爪与工作台模块也具备移动的工件旋转功能。此外，还有些模块兼具多种功能。例如，刀具模块具备刀具松开、定位与夹紧等功能。因此，在模块化设计时，既要确定好模块功能，还要确定模块的功能任务，以保证模块组织得以实现。

3、功能模块的组装

加强对产品各个功能模块的合理组装，能够保证机械设计整个阶段不同模块配置的规范化与合理性。同时，在实际操作过程中，作业人员应保证模块组装的规范性与完整度，应处理好模块的结合面，以增强整体布局的规范性。此外，不同的模块间还具备一定的更换功能，若在后期工业生产过程中某一个模块发生故障，能够及时更换，也不会对其他模块的功能效果产生干扰，能够确保生产作业正常开展。在模块组装时，应严格按照一定的标准与专业规范进行操作，加强对细节的把控，特别是接口位置处理要合理，从而获得理想的组装效果。

4、产品的设计任务

模块化设计在机械设计中的应用，等到完成模块划分与组装后，即可对产品设备开展科学的设计。从上文可知，数控立式车撞主要设置了支承模块、传动模块、执行模块与监测模块，传动模块又划分为水平进给箱、垂直进给箱、横梁升降箱与主传动轴。在生产过程中，可通过工作台和刀架组合来功能完成操作。

5、设计的应用效果

将模块化设计应用到机械设计中，要在考虑设计任务的基础上对产品模块实施功能划分，能有效降低模块间的关联程度，旨在发挥出其良好的应用功能，防止模块故障对其他的模块产生诸多的不良影响，以提高机械设备效果。等到完成相关的设计任务后，还要对产品实施质量检验和验收，保证设计参数和功能指标均能达到实际的设计要求，保证产品可以满足具体的应用要求，从而满足市场与用户的实际需求。模块化设计在机械设计中的应用，可在提高设备运行效率的基础上，更大程度上降低设计成本，从而获得最为理想的设计效果。

结束语：

综上所述，伴随着信息化与工业化的逐步融合，机电设备已然逐步向集成化、智能化与自动化方向发展，模块化设计在机械设计领域的应用范围十分广泛，其所产生的应用价值很高，其在机械设计制造方面的应用具有重要意义。模块化设计的应用，大大降低了企业生产成本，也大大提高了我国机械自动化技术，从而推动了我国经济的高速发展。

参考问题：

[1]莫尘.机械设计中模块化理念的应用分析[J].内燃机与配件，2020（01）：225-226.

[2]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.

[3]辛鵬.模块化设计方法在机械设计中的应用分析[J].湖北农机化，2019（16）：51.

[4]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.

[5]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.