模块化设计方法及其在机械设计中的应用

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　　【摘  要】我国经济的不断发展，带来了机械制造产业的新一轮变革。机械制造企业如何在新的时代下取得更高的生产效率，从而获得更多的生存空间，成为了诸多机械制造企业正在研究的重要课题。随着研究的不断深入，模块化设计理念被提出并逐渐投入了应用，最终取得了不错的效果。因此，研究如何将模块化设计方法更好地应用在机械设计和制造中，将成为制造企业急需解决的重要问题之一。
　　【关键词】模块化;机械设计;设计方法;方案应用
　　引言：随着模块化设计方法在实践中的不断应用，机械设计的设计思想得到了很大的改变和提升。传统的机械制造方法不能够适应时代的需求，已然需要被及时淘汰。如何更好地将模块化设计方法全面地投入机械设计，从而提高机械设计的质量和效率，是我们目前所需要进行探索的问题。因此，本文将从对模块化概念的分析、对模块化设计生产技术的分析、模块化设计在机械制造中的具体应用措施三方面来进行探究说明。
　　一、对模块化概念的分析
　　1.模块的划分
　　对于模块化设计来说，想要合理地分析机械设计方案，就必须先对制造方案来进行合理的模块划分。一方面，各个模块要具有一定的灵活性，使之能够比较方便地来进行组合，同时也能够避免组合工作的混乱。另一方面，还要考虑到模块组合之后所能够形成的各种形式，增强产品的辐射力度，并使之处于可控的范围内。所以，在进行模块划分时，必须先设计好各个模块的功能以及模块组合的结构。首先，各个模块必须具有各自的作用，其作用必须要能够相互区分。其次，模块的组合结构必须具有条理性，当各个模块完成拼装工作后，可以形成一个完整的独立个体，并且不影响到完整个体的性能。最后，模块划分还要注意划分数量。如果模块划分过少，会影响到组合的灵活性。如果模块划分过多，一方面会导致组合时的难度加大，容易出现混乱的情况。另一方面，也可能导致模块的功能受到影响，故障率增加。因此，模块的划分必须要依照这些要求，满足设计的产品的基本功能，保证产品生产的成本合理，确保生产出来的产品具有较高的可靠性。而模块设计要满足这些条件，就必须注重模块的组合程序。模块的组合可以采用同功能模块代替、异功能模块有机组合等方式，从而帮助产品模块化设计工作提高标准程度。
　　2.模块的分层
　　模块化设计一般需要先经过产品研发，再进行产品设计。在产品的研发阶段，所需的资金成本较高，而设计阶段相对而言所需的技术水平则更高。因此，想要进行模块化的设计分析，首先，必须先对市场行情进行充分的调查研究，了解产品市场大环境，从而为产品设计制定一个大的方向战略。然后，依据市场调查的结果，制定相关的研发方案，设置基本的参数范围，从而为模块化设计奠定基本的数据基础。当数据方面的参数基础确立之后，在依据模块设计的基本思想来进行结构分析以及模块划分，然后在制定产品设计方案，依据设计步骤以此生产相关部件，并分析产品模块的组合形式，编写相关文件。
　　二、对模块化设计生产技术的分析
　　1.将柔性技术融入到模块设计生产中
　　柔性技术的主要特点是高强度、高灵活性，因此，模块化设计和柔性技术的相性非常好。模块化设计可以对柔性技术的使用奠定坚实的数据基础。当进行模块设计时，可以利用一些适用性强的模块来解决技术实施过程中所遇到的共同问题，当遇到一些特殊问题是，则可以通过替换一些特殊性高的模块来进行组合，帮助进行机床的有效建立工作，从而为柔性技术的应用创造更多的可利用条件。就目前来说，我们进行模块化设计生产时，主要需要用到机床来进行操作，只有使用机床，才能对产品模块进行合理的生产设计。因此，在將柔性技术融合到模块设计之前，也要确保机床等硬件设施的质量水平。
　　2.模块组合技术
　　对于模块的组合技术来说，最为重要的并非是对于整个产品的模块化设计以及模块零件的组合，而是单体零件的制作工艺，以及对零件配套设备的研究。这主要是为了确保模块零件能够灵活地在产品中进行协调分配，从而帮助产品成为一个性能稳定的个体。模块的有机组合另一方面也能够保证当产品发生故障问题时，能够及时地进行零件的维修和替换，降低人工维护成本，提高产品的安全度和可靠性。当产品的某一个模块出现错误的数据时，想要及时地对模块进行分解和调试，就必须要保证设备接口的稳定性。在模块设计过程中，模块接口设计是非常重要的组成部分，一旦模块接口设计的调试出现了问题，就会导致其他的模块也会出现异常的参数，从而导致模块设计组装出现问题。因此，在对模块的接口设计进行调试的过程中，要注意将各项参数进行集成化管理，从而确保各个接口参数得到有效的整合，并获取一个统一的标准。
　　3.与计算机技术相结合
　　将模块化设计技术与计算机技术相结合，已经成为现在的制造人员做好模块设计工作所必须的条件。模块化设计所需的数据复杂且庞大，设计人员的工作量也非常繁重，因此，纯人工操作来进行模块设计很容易导致设计效率的低下。与人工操作设计相比，计算机技术所带来的优势便非常的明显了。计算机操作首先能够保证操作的准确性：只要人工输入了正确的数据，计算机就可以依据其设计好的程序来进行稳定的工作。另一方面，计算机的工作效率要远远超过人工，可以大大节约制造企业的时间成本。因此，在进行模块化设计的过程中，设计人员通过程序编写，制作出的一些系统软件可以帮助模块化设计工作的高效运行。
　　三、模块化设计技术的具体应用
　　1.数控车床的模块结构分析
　　数控机床进行模块划分时，需要建立独立的结构单元，从而保证制造模块的独立性。同时，各个机床模块的独立构建，也有利于提高机床模块制造构建的可替换性和整体构造的稳定性。因为当对机床组件进行模块化分解时，其生产部件同样也可以进行模块化处理。因此，在对机床模块组件模块化处理的基础上，要保证不同模块的部件可以充分地发挥功能。
　　2.车床的功能分析
　　在进行模块化设计分析的时候，要注意分析车床的功能，将车床的功能进行模块化的分解，形成各个功能单位，从而方便对产品设计的总功能进行分析。想要分析好机床的总功能，就必须分析好模块结构和用户需求，不同的用户对于机床总功能的需求不同，那么其组成模块也必须存在一定差异。
　　3.车床的具体模块规划
　　在进行对车床的模块规划的工作中，要确定好机床的总功能定位，再依据总功能来进行合理的分析，分化出各个子功能，并处理好子功能和总功能之间的关系，实现两者之间的有机结合。一些关键的模块可以保证车床的一些重要功能的有效实现，其他的辅助模块也可以通过组合的方式，来对关键功能的稳定运行增添助力，从而保证车床能够通过模块化处理方式而具有更为灵活多变的性能。同时，车床设计的模块化分析还要注意考虑到车床的模块结构和形态，将车床结构进行详细地分解，保证车床各项功能的总体稳定。
　　结束语
　　总而言之，要实现模块设计方法在机械设计工程中的合理运用，就必须先要从贯彻模块化设计的核心思想出发，了解模块设计过程中所需要的各种技术方法，并从部件模块化和车床模块化两方面入手，提高模块设计的灵活性和变化性，并保证其设计产品总体性能的相对稳定。
　　参考文献：
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　　[2]冯慧娟，苗青，樊胜秋，王海龙.工业机器人机械结构模块化设计[J].机械工程与自动化，2019（02）：100-101+104.
　　[3]刘振禹.自动化技术组件和模块化机械设计的运用[J].科技风，2019（01）：144.
　　作者简介：
　　武龙（1991年生），男，江苏省徐州市人，工作：保定长城汽车股份有限公司-动力研究院-发动机试制工程师，研究方向为机戒设计及自动化
　　尚深泉，（1985年生）男  河北省保定市人，工作：保定长城汽车股份有限公司-动力研究院-发动机试制工程师，研究方向为零部件（缸盖，缸体，各种零部件，）的研发试制工作
　　（作者单位：1上海应用技术学院;2邯郸职业技术学院）
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