机械设计模块化设计方法探讨

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由于传统的机械设计方法已不能满足实际需求，为更好的适应机械产品多样化发展特征，不仅要加强对机械制造的研究，将模块化设计应用其中，还要在缩短机械设计制造周期的情况下，确保产品质量，减少成本。确定模块化设计方法，应基于其特点来分析在机械设计中应用的主要方向，有目的的进行分析和完善，以满足实际应用要求。

1模块化设计方法

模块化设计即以满足市场实际需求为目的，分析一定范围内不同功能或相同功能不同性能、不同规格产品的功能性，然后基于结果对其进行功能模块的划分，最后通过对不同模块的选择与组合，形成不同产品。面对市场需求不断变化的情况，将模块化设计方法应用到机械设计中，可以对指定范围的模块进行选择，然后组成功能各异的机械产品，可缩短机械制作周期，以更少的成本来获得最大利润。可以将模块化设计分为纵向设计与横向设计2种模式，在不改变参数的情况下，通过对模块的相互转换，来获得全新的功能各异的产品。其中，将纵向设计与横向设计组合应用，可达到全系列设计的效果。

2模块化设计特点与应用方向

2.1模块化设计特点。（1）缩短设计周期。将市场和客户需求作为基础，选择合适的模块来对产品进行优化设计，争取通过更少的投入来获得最大效益，尤其是在小规模生产制造厂家中效果更为显著。在设计前需要对市场相关需求进行整合，并判断产品功能，然后进行科学设计，利用模块之间的有效组合来形成特定的产品。在此过程中可以根据需求随时对模块体系进行调整，从技术层面来提供创新模块体系，对模块设计理念进行更新，产生结构及功能性更完整的产品。（2）产品性能稳定。通过模块化设计得到的产品，前期均进行了详细的需求分析及功能筛选，模块的组合方式更为严谨和科学，使其更贴合市场与客户的需求，因此具有更高的使用率。基于此机械制造技术的应用效率提高，使得产品的功能也更为稳定。同时，模块化设计的产品功能性更为明确，使其内部多样化大幅度降低，可以在更高程度上满足用户个性化需求。并且后期维修便捷，整体生产成本更低。（3）知识管理集成。模块化设计为一个循序渐进的过程，具有很强的系统性，是对产品结构设计的规范过程，构建模块结构与产品知识信息，为模块规划得以实现的基本要求。模块化设计方法的实现，需要落实到产品设计以及管理的整个过程中，对产品知识进行科学管理，来为设计人员提供便捷，促使模块不断优化和改进，使得生产时效性得以完善。2.2模块化设计原则。模块化设计的基本原则即通过一系列组合促使最少模块形成多样化产品，且无论是性能还是功能等均具有最优化效果，不仅能够缩短机械制作周期，还可以大幅度降低生产成本。在实际操作中需要在设计初期对模块类型进行详细划分，为产品功能设计的实现提供基础。现在我国对于模块化设计方法在机械设计中应用的研究还处于初级阶段，未确定一个准确的模块划分标准，目前所依据的为按照侧重点间差异分类。可以将模块看作为系统组成的独立结构单元，对产品功能进行分析，以实现产品多样化，来对总功能、子功能等结构单元之间的相关性进行构建，为模块分类提供依据。对模块化设计基本原则进行分析，即所划分单个模块单元需具备一定独立性；模块之间相关性要尽量少，避免相互之间影响；对模块接口进行有效分离。2.3模块化设计过程。主要分为2个步骤，一为系列模块产品的研制，将市场需求调查结果作为依据，来完成产品模块化的设计；二是单个产品的模块化设计，将用户实际需求作为模块选择依据，完成对应功能产品的设计。在整个设计过程中，可以确定前期的市场及用户需求调查为模块化设计的关键步骤，对促进产品模块化设计具有促进作用，确保模块选择与规划的合理性与规划性，以免在模块组合时出现错乱。然后便可以满足实际需求为目的，选择并完成模块规划，得到功能相符的产品。

3机械设计中模块化设计方法

（1）产品模块划分。将模块化设计应用到机械设计中，首先需要对产品各模块进行科学划分，这也是整个设计中的核心。根据市场以及用户需求调查结果，对产品功能和结构进行详细分析，最终完成结构功能的划分。以数控立式车床为为例，机械设计时需要结合日常实际生产作业特点以及生产要求，确定设备模块为传动模块、监测模块、执行模块以及支承模块等，并且不同模块间关联性要降到最小，实现各模块的个性化功能设计，确保能够充分发挥机械设备功能。（2）确定模块功能。完成产品功能模块的科学划分后，需要确定模块功能。虽然模块功能比较单一，但也存在部分模块功能复杂多样。例如，工件监测设备对应的功能模块，刀具监测则为刀具监测装置所对应的功能模块，均为单一功能模块。但也存在多个模块共同实现的功能，例如，工作台模块与卡爪模块等全部具备定位功能，而工作台模块、主变速箱模块以及卡爪模块等均具备工件旋转功能。另外，还存在某些模块同时具备多种功能，例如，道具模块具有刀具定位、刀具松开及刀具夹紧等功能。由此可见在进行模块化设计时，除了要确定模块功能以外，还要确定功能任务，保证模块组织能够顺利实现。（3）功能模块组装。对产品各功能模块进行组装，可以确保机械设计全阶段不同模块配置的合理化，进而达到实际生产的应用需求。在实际操作中，要求作业人员应确保模块组装的完整性，对模块结合面做好处理，提高整体布局的科学性。另外，不同模块间还具备更换功能，如果在后期工业生产过程中某模块出现故障，能够及时进行更换，不会对其他模块功能效果产生干扰，可以维持正常生产作业的开展。模块组装全过程要严格按照专业规范和标准进行，做好细节控制，尤其是接口处理要合格，达到最佳组装效果。（4）产品设计任务。将模块化设计应用到机械设计中，完成功能模块划分及组装后，便可实现产品设备的全方位设计工作。对于上文所述数控立式车床，共设置有监测模块、传动模块、执行模块及支承模块等多个功能模块，且传动模块又分为主传动轴、水平进给箱、横梁升降箱及垂直进给箱等，在实际生产中通过刀架与工作台的组合来完成执行操作。（5）设计应用效果。对于产品的机械设计全过程中，应用模块化设计方法，可以基于设计任务的同时，对产品模块进行功能划分，且降低不同模块之间的关联性，使其能够更大程度上来发挥应用功能，避免一个模块故障对其他模块产生不良影响，提高机械设计综合效果。而在完成所有设计任务后，还需要对产品进行质量检验与最终验收，确认各项设计参数与功能指标是否达标设计要求，以此来不断提高设计水平，确保产品能够达到实际应用水平，满足市场及用户需求。模块化设计方法在机械设计中的应用，能够在提高设备运行效率的同时，降低设计成本，达到更佳设计以及运行效果。

4结语

模块化设计方法在机械设计中的应用，是市场发展的必然需求，可以更大程度上来满足市场及用户应用要求。基于专业原则，按照设计基本流程，对产品各功能模块进行划分与组装，使其在具有较高运行效率的同时，降低机械设计成本，促使机械设计以及机械制造水平进一步提高。

参考文献

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作者:钟龙 单位:湖南金石分选智能科技有限公司