机械设计中模块化设计方法的应用研究

【摘要】为了更好的提高生产效率，机械设计属于一项比较重要的工具。现如今市场竞争变得越来越激烈，需要企业快速适应科学技术的日新月异。模块化的设计方法就是运用对产品结构、设计过程的重新组合，来对大规模生产成本之下的个性化产品展开生产，让企业通过转变一些产品零部件，提高产品性能。模块化设计方法作为工业社会的一大产物，是一个能够整合市场生产、对产品实施优化的重要工具。文章从模块化设计的概述出发，提出了机械设计中模块化设计的应用方法，探讨了机械设计中模块化设计方法的具体应用。

【关键词】机械设计;模块化设计;方法;应用策略

当前，不同行业的生产生活开始越来越关注质量以及效率，高质量、高效率现象的出现，成为了大部分公司实施内部治理活动的重要目标。模块化设计方法的出现，能够良好的保证机械设备的质量，提高生产效率，可在具体运用中会不可避免的出现部分问题，严重威胁到整个的机械设计工作的展开。近些年来，我国整体经济处在高速发展的重要阶段，科学技术水平随之提高，模块化的设计方法实际运用出现了较大的变化，对其展开对应的分析显得很重要。

一、模块化设计概述

（一）模块化设计方法的基本概念

事实上，模块化设计方法就是能够在计算机网络信息处理系统的帮助之下，所产生的一种新型的技术设计方案。通过运用这一新型的应用模式，综合运用于机械化的生产设计工作中，事实上就是指利用具有指向性的功能板块，面对机械产品设计销售，最终面向市场，展开不同的功能形式的包装。在机械化设计领域当中的专业人员，在机械设计流程中运用模块化设计方法的概念，将其划分为三种不同的构架模式。第一种，通过划分应用功能板块，实现纵向对机械产品展开设计的目标。第二种，利用全新的功能划分技术手段，对机械生产对象展开横向设计。对于运用机械产品的纵向设计方法，横向设计要求技术工作者的整个设计流程种，不同功能模块间功能转换，需要严格按照不同大小的参数信息。第三种，在实际设计过程种采用较高频率的全系列设计方法，纵向和横向设计方法的使用，包含在全系列基础设计模式的范围种。对比传统机械人工设计方法的使用，模块化设计方案在实际运用种，维修难度低，包装设计过程简捷，企业所需要投入的成本低，优势显著。有的技术人员表示，模块化设计方法主要是依靠计算机信息处理技术方法，继承发展传统的人工设计手段。

（二）模块化设计的原则

模块化设计重点是通过划分总体设计目标，将其转变为能够实现的具体模块，减轻设计困难程度，提高设计有效性。所以，模块划分成为了模块化设计的关键点。在模块划分过程种，重点要坚持做好下面几个方面的原则：第一，机构简单的原则，通过最为简单的形式来实现机械所要求的功能目标。第二，整体性能的原则。通过构建起模块体系的方式，设计总体的设计目标。第三，结构独立的原则，能够针对所划分出来的模块实施单独设计，在功能维护升级过程种，要将对应模块展开操作，其他模块不会受到影响。第四，功能完整性的原则，利用模块化的设计防范，逐步将不同分项功能目标来实现。第五，合理连接性的原则，要保证能够科学合理进行连接，让模块之间进行联动。第六，控制模块数量的原则，严控模块数量，确保模块体系的科学合理性。第七，成本控制的原则，在能够充分满足性能需要的同时，节省成本。

二、机械设计中模块化设计的应用方法

（一）明确机械设计理念

模块化设计工作的第一个步骤就是要明确机械设计理念，还是展开机械设计工作的基础环节。这一环节当中，设计人员要综合新时代企业产品设计的实际要求和用户对产品形态、功能的期待，科学合理选择机械设计的系统分析法。

如针对内燃机当中曲柄连杆机构进行设计过程种，设计工作人员要综合同一类型产品的市场定位以及功能定位的情况，科学合理选择出设计这一类型产品的资源，其中包含结构形式、材料、产品整体功能实现方法、后期维修保养等，在选择机组体当中，要保证符合内燃机功能的基础，保证内燃机能量转化的安全性能。在这样的基础上，设计工作人员要从用户的角度思索机械产品运用的方便快捷性，保持用户的实际需求作为基础条件，综合用户使用产品的能力，科学合理选择出内燃机燃料供给功能、润滑功能的实现形式，防止出现产品运用门槛过高的现象。设计工作人员要高度关注好机械产品设计的特征，包含产品设计综合性特征、产品功能实现形式的相似性特点等。最重要的是，设计工作人员要结合机械设计、功能实现方式尽可能简洁的理念，科学合理对内燃机产品设计的成本展开控制，让内燃机不同部分组件具备较好的功能性、质量表现时，满足消费者的消费需要。

（二）合理划分产品模块

设计人员运用模块化设计方法过程当中，第一，综合机械产品的功能要求，合理选择内部结构的模块化数量和不同功能模块间的组合连接形式，采用横向模块设计的方法，有效对机械结构内部的空间实施利用。第二，设计模块功能种，设计人员要把实现产品主体功能作为基础，通过分层设计的方法来对机械产品功能实现体系展开设计，结合不同产品的功能层级，选择不同的模块化功能，将产品的功能通过模块化的形式落实到具体模块当中。第三，在对具体模块的物理结构进行设计中，设计人员要注重模块本身的结构特点，采用纵向化的模块设计方法，为模块挑选适合的物理结构和功能实现方法。为了更好地满足模块升级换代的要求，设计人员要给产品预留模块升级的空间，从物理、功能空间两个层面来对模块展开設计。第四，设计人员采用模块化设计方法来对产品实施设计中，要及时关心市场环境变化的趋势，符合人们的要求，综合产品特性，挑选适合的机会，运用科学的形式对模块功能进行升级。

（三）对模块进行编码

设计人员制定出模块设计的物理形式与功能特性后，要按照产品设计要求以及后期维护和保养的要求，结合一定的规律对产品内部模块实施编码。详细来讲，产品功能实现方式越复杂，产品内部的零部件结构的集成程度也就越高，但是集成程度越高，但是并不标志着产品不同模块之间没有距离，而是距离更小、层次结构保持更加紧密。因而，设计工作人员要结合设计标准来做好产品模块化结构设计，综合模块功能特点、产品结构特点，针对模块展开编码标记，运用激光刻印技术来实现对不同模块的编码。为了保证模块编码的安全高效性，技术工作人员能够通过功能实现的方法当作模块进行编码的参考依据，运用相同英文字母当作类别标记字母，针对相同功能实现模块的标记，做好标记记录，编制好模块的编码手册，方便维修人员及时对模块实施维修以及更换。此外，较为精密且价格高的模块组件，设计人员能够运用不同色彩对其实施标记，这一类的零部件编码要标记在较为显眼的位置上，保证模块组合中，这一类型的零部件的安全性。

（四）模块的有效组装

为了保障实际的机械设计生产效果，要运用模块化的设计方法来合理对技术展开组装，有效对模块展开接卸调理分配，在保证组间能够合理布局的同时，强化不同模块之间的更换能力，在运用中一旦出现问题，能够及时对设备展开更换，故障模块的更换不会对其他模块产生影响，有效展开机械包装工作，为每一个数控立式车床的运转，降低了组件运行中的不良影响。另外通过合理调试模块组装，可以在进行组装当中发现结构中所出现的不合理性，在组装模块的构成中，有效对设备接口展开处理，保证接口规格达到实际生产需求，广泛适用于机械生产中，机械生产的同时实施标准化处理，让其在机械设计生产当中保证模块的组装效果，实现生产有效搭配的目的。利用有效的设计和组装来对整个的模块展开设计处理，有效展开实际的设计任务，让其可以在数控机床工作当中展开传动工作处理，通过有效展开支撑模块，让其可以更加有效地展开包装。利用有效的模块设计工作，可以展开有关的机械设计工作，提高工作效率。

三、机械设计中模块化设计方法的具体应用

（一）模块化设计方法在数控立式车床结构划分中的应用

模块化设计方法运用到数控立式车床当中，表现在对数控立式车床的结构划分中，重点包含下面几个方面的应用内容：首先，以数控立式车床中所具备的独立功能部分为主要模块，经过不同模块间的互相组合，实现设计生产多种类型机械产品的目标。其次，通过对不同零部件当作单一模块实施划分，保障模块完整性作为前提条件，保证生产设计的产品质量。最后，利用组件的方法来实现模块化设计，即设计出来的模块展开对应的分解之后，通过不断完善优化分散的模块，重新对模块实施设计改造，从而满足不同设计标准的要求，让产品灵活运用到实际生活中，满足工作的实际需求，让重新组合的模块更有作用，提高了经济效益。

（二）模块化设计在数控立式车床的功能分解应用

数控立式车床当中运用模块化设计的方法重点表现在功能分解应用方面。在划分模块过程中，要充分对车床的整体性进行考虑，在整体性的基础上实施分解，从而让模块化实现具体的应用设计目标，一直到把分功能继续分解成为无法再继续分解的功能元为止，从而最大程度上表现出模块化设计的优势。功能分解要充分对下面几点实施考虑：首先，对用户实际需求充分考虑，按照用户的实际要求来对模块展开调整，让其可以顺利实现用户所希望达到的功能目标;其次，要考虑功能的具体实现，数控车床的总功能是车削，因此对其展开划分中，要从车削的沟槽与旋转面等方面进行;最后，对数控车床的执行和检测功能实施考虑，保证数控车床的质量和实际运用情形。

（三）模块化设计方法在柔性制造当中的应用

伴随着科学技术水平的不断提升，在机械设计生产与制造当中，若是运用硬性的、功能单一的技术设备是无法充分满足机械设计的要求。对应的柔性制造技术的产生，提高了机械产品设计的有效性，把模块化设计以及柔性制造技术进行融合，提高了机械设计的有效性。首先，模块化设计方法具备一定的优势。模块化设计方法较为灵活多变，与柔性制造技术相类似，满足机械设计的要求，采用模块化、柔性化的技术分解机械设备的整体，让不同零部件、不同系列实施转换，节省机械制造本身所需要使用的成本，减少产品设计制造的周期。其次，可以满足机械设计制造的多重用途。模块化设计的方法能够把机械设备整体展开分解，运用模块化自身模型，模拟机械设备模型，解决机床制造当中的共性问题，提高机械产品设计效率，这样采用模块化设计方法的特征，实现机床生产制造的多样功能、多重用途的需求。

综上所述，模块化设计方法能够充分满足机械设计的需要，在机械设计中具体运用获得良好的效果。在未来的机械设计过程中，要关注运用模块化设计的方法，掌握好对应的要点，严格根据规定做好模块划分、组装等工作，注重提高设计人员素质，总结设计经验，更好地运用模块化设计方法。

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作者简介：涂祖蕾 性别：女，年月：1978年9月，民族：汉族，籍贯：云南昭通，学历： 硕士研究生，职称：讲师，研究方向：機械制造及自动化。

云南省教育厅科学研究基金项目    课题  基于AutoCAD标准件的参数化设计研究   项目编号：2021J1068