模块化设计方法及其在机械设计中的应用

文/李明昊 叶明，沈阳慧远自动化

社会经济文化等各领域的飞速发展，带来的是人们在物质生产方面的需求日益多元化，这无疑间接促进机械设计领域不断考虑社会大众的需求，并据此提出更多元、更高效的产品。受制于传统方法的局限性，机械设计在满足多元化物质生产需求方面有瓶颈。而如今科学技术革新下出现的模块化设计方法能够有效提升机械设计的质量与效率，对促进机械设计领域与时俱进跟上时代的发展具有重要作用。本文重点就模块化设计方法进行深入细致的分析与阐释。

1 模块化设计方法的内涵及特点

（1）主要分为横向设计和纵向设计两种设计方式。模块化的设计方法主要分为横向设计和纵向设计两种，剩下的都是一这两种基本的设计方法为框架而展开的。对于机械产业而言，横向的设计方法具有容易实现、成本较低和推广简单的优势，它是指不改变所要设计产品的主要参数，通过建立一系列的简单模型来进行产品的设计和变形；纵向的设计方法是指对相同类型的产品的基础型构建进行简单的模块化设计之后再进行具体的操作实践，同样具有非常强的实用性。

（2）便于进行机械包装的维修和管理。对于机械设计而言，模块化设计的其中一个主要优势便是便于维修和管理、因为其设计的基础是建立在模块的构造之下，属于一种固定的设计框架，在进行具体的管理和修改、维护时，只需要对其中或部分模块进行管理和改变即可实现目的[1]，如在机械包装之时模块化设计的程序出现问题，只需要对出问题的那一部分进行更换即可再一次正常运转，而不需要对所有的模块进行维修，节省了大量的时间和财力。

（3）简化包装设计从而有效降低包装成本。通常情况下一种系列的包装只适用于同一种系列的产品，但对于社会生产和生活而言，单一的产品结构并不能有效地满足其要求，因此众多无意义的重复设计成为机械产业的诟病，而模块化设计方法有效地改善了这一问题，可以适用于变化不大的同类型的不同系列的产品包装设计，避免了无意义劳动，节省了包装成本。同时，通过设计模块的不断优化，还能不断地减少模块组合，用最少的成本达成最佳的目的，从原料方面也降低了生产包装的成本。

2 模块化设计方法及其在机械设计中的应用研究

（1）模块化设计在数控立式车床中的应用。模块化设计在数控立式车床中的应用主要体现在结构划分上，具体如下：一是将具有独立功能的单位作为模块，以便不同模块之间进行组合，够拼凑出多种产品；二是以部件作为模块进行划分，在尽可能的保证模块完整性的同时保证产品的质量；三是利用组件的方式进行模块化设计，即对模块进行分解之后，通过不断的优化和调整重新对模块进行设计和改造，使其能适合设计上的变化和实际工作中的需求，使模块化设计更具有经济效益[2]，实现更大的价值，四是在进行模块划分的同时，还要考虑机床中大件的划分，保证期规范性，还要使其易于分离和结合，方便以后进行模块化设计的改进优化和升级。

（2）模块化设计在数控立式车床的功能分解应用。模块化设计在数控立式车床上的应用体现便是其功能分解作用。在对模块进行划分的时候，必须要充分考虑到车床的整体性，再在整体性的基础上进行分解从而实现模块化的具体应用设计，直至将分功能继续分解为不能在进行分解的功能元为止，如此才可以最大效率的体现模块化设计的优势和作用。功能分解时应从以下几点进行考虑：一是考虑用户需求，根据用户的具体需求进行模块的具体调整，使其能实现用户所希望达成的功能目标；而是应该考虑功能的具体实现，数控车床的总功能是车削，因此在对其进行划分时，主要应从车削的沟槽和旋转面等方面进行；三是要考虑数控车床的执行功能和检测功能，确保数控车床的质量和实际使用情况。

（3）模块化设计在柔性制造中的优势和应用。随着生产生活节奏的不断加快，硬性的、功能单一的设计和机械制造技术已经不适应时代和市场的需求，被逐渐淘汰，于是柔性的、快节奏的、效率高的柔性制造技术便应运而生，因此将模块化设计方法应用在柔性制造中极其适合。首先，模块化设计的灵活性和可变性极大程度地满足了柔性制造技术对于设计工艺的要求，能在极少的成本投入下实现不同风格、不同系列产品之间的变换，在降低了生产设计时间的同时也能起到降低生产成本的作用[3]。此外，模块化设计方法还可以利用通用模型解决机床共性的问题，利用模块的特性，实现一机多用、一模多用的现实生产需求，并通过机床模块的重新组合，达到系统的柔性要求。因此，将模块化设计方法应用在柔性制造领域必然是现在乃至未来国内外制造业需要普遍研究和加强的一个重要方向。

3 结束语

总而言之，将模块化设计方法应用在机械设计当中，可以极大效率的提升机械生产的效率和水平，便于快速的进行一些简单的工艺品的制作、降低产品的包装成本并便于维修和管理，因此对于机械产业的发展而言具有重大的促进作用，有必要加强其实践研究。但本文更多的是从理论的角度阐述模块化设计的应用优势，在具体的应用实践方面并未有过多的设计，因此任何需要更多机械设计领域的专家学者进行深入研究和挖掘。

[1]刘小鹏，张卫国，钟毅芳.机床模块化设计中的模块创建及应用[J].华中理工大学学报，2000.

[2]张文桥，胡维刚，钟毅芳.数控立式车床模块化方案设计专家系统[J].机械与电子，1996.

[3]陈胜勇等.基于构件的软件设计方法及其在机械CAD系统中的应用[J].机械科学与技术，1998.