依據系統的功能，對其進行若干模塊的分解，同時在模塊不同方式的組合中，促使不同規格、品種的產品生產和制造是模塊化設計的主要內容。機械產品的設計制造過程中，模塊化設計同時與柔性加工技術、成組技術、計算機技術相結合，對同一功能的單元進行設計，使其成為可互換且性能不同的模塊，從而形成不同規格產品的重新生產和應用，在一定意義上，促使了機械設計制造的發展和創新。
一、模塊化的概念
（一）模塊的劃分及設計方式
對于模塊系列的設計，模塊的合理劃分非常重要。一方面，考慮管理與制造的方便，對組合可能產生的混亂進行避免，使其具備一定的靈活特性；另一方面，還要考慮模塊系列的擴展及變型產品的輻射。所以，對于整體系統的設計，必須要對結構要素和功能要素進行全面考慮，其中，劃分所應注重的內容包括：整個系統中，模塊的作用及更換的必要性；其功能、結構的設計必須具備完整性與獨立性；便于模塊接合要素的分離與聯接，且模塊的劃分不能對系統的主要功能造成影響。劃分原則為：盡量控制模塊的組成數量，并促使更多產品的組成，且在滿足基本功能、結構要求的基礎上，形成成本低廉、性能穩定的高精度產品，同時確保模塊結構的規范與模塊聯系的設置趨于簡單化。模塊化設計過程中，主要的核心內容是模塊的組合，同時又稱為接口。顯而易見，相同功能模塊的互換、不同功能模塊的組合都是模塊化設計的主要形式，這也就決定了模塊的可互換性及可組合性兩個主要特征。而這兩個主要特征，通常在接口上有所體現，進一步促使模塊規格化、通用化、標準化程度的提高也就具有重要意義。
（二）設計步驟
模塊化產品的研制過程和設計過程是模塊化設計的兩個不同層次，而實質的模塊化設計所遵循的設計步驟與一般技術系統類似，與一般技術系統相比只是更為復雜，所需的成本費用也比較的高，對于每個零部件的功能發揮，都不能是單一的。其主要步驟為：①對市場的具體情況進行調查和分析，而這則是促使模塊化設計順利實施的基礎工作；②對所設計的產品功能進行分析，同時擬定產品的系列型譜；③依據產品的結構和功能，對重要的參數范圍及主參數進行確定；④通過模塊化設計類型的確定，對產品模塊進行合理劃分；⑤對模塊的結構進行設計，促使模塊庫的有效形成；⑥對產品模塊相關的技術文件進行編寫。
二、模塊化設計的技術研究
（一）與柔性制造技術的結合
柔性制造技術的目標是快節奏、多樣化生產，系統對生產反應的多變性、可變性及靈活性是其強調的主要內容。針對柔性技術這一要求的實現，模塊化正好能夠對相關的重要依據進行提供。對于模塊化技術而言，其通過通用模塊的利用對機床共性問題進行解決，能夠取得一定的效果；而對于個性問題的解決，仍能夠集中精力，使最少模塊組合原則實施的基礎上，促使更多機床的有效形成，從而滿足柔性制造技術的多樣化要求。以機床為生產工具，可對其模塊的特性進行合理運用，促使一機或一模多用的形成。重新對機床模塊進行組合，可最大程度的滿足系統的柔性要求。而依據模塊化技術的運用，在硬件方面促使系統柔性特征的實現，也是機械設計制造業重要的研究方向之一。
（二）成組技術的處理特點
現代生產的多樣化，在成組技術與模塊化方面都有體現。其中，成組技術的理論依據是零件工藝、形狀方面的相似性，對相關事物的相似性進行研究，同時對其歸類成組，在規范化處理和標準化處理的基礎上，對小批量產品的生產進行流水作業生產方式的改進和轉化。對于模塊化技術而言，類似于大批量元素、中批量子系統、小批量系統的效果實現也是其追求的重要方向，通過對機床部件相似性功能的運用，對相關性的功能部件進行統一和簡化，從而促使模塊的整體化形成。兩種技術對于事物的處理，存在著共同的特點，如對具有相似性的事物進行集中處理；規范化、標準化處理重復性事物；重復對信息進行使用等。同時，成組技術與計算機技術的結合也越來越普遍，工藝設計、制造方面的進展也是非常巨大，而作為模塊化技術，將要發展的方向也是這一內容。
（三）計算機輔助技術
模塊化技術當中，對數據庫技術和計算機輔助技術進行結合，所取得的效果非常突出，一定程度上，大量的、復雜的重復性工作和計算都能夠得到有效的處理和解決，與人工相比，其條理性、一致性、穩定性的超越是顯著且優越的。此外，利用模塊化方法，對復雜的系統進行分解，使其形成簡單的子系統，同時在各子系統當中對計算機技術進行運用，其計算機功能的發揮是非常巨大的。
三、模塊化設計技術的應用探究
（一）數控立式車床模塊的劃分
模塊劃分原則的確定依據是立式車床的模塊化要求和結構形式，主要包含的內容為以下幾點：1.獨立的功能單元作為模塊，在結構方面促使已分解功能單元的獨立化，從而形成的模塊在搭配、拼組過程中，操作非常的簡便，對于多種變形產品的構成也有重要作用。2.部件作為模塊，使其形成一定的完整性，裝配質量的確保就能夠得到實現。3.組件作為模塊，分解并細化功能后，同樣能夠對部件中的組件進行模塊化處理，在零件更換的基礎上，促使部件不同性能與用途的發揮和實踐。由此形成的組合方式，與整個部件的更換相比，要更為靈活。模塊劃分過程中，機床大件的模塊化也要引起注意，規范大件的結合要素，使分離與聯接更為容易。當然，模塊的發展空間也非常重要，只有這樣，新技術的引入才不會受到模塊結構的阻礙。
（二）車床的功能分解
劃分模塊的過程中，要以數控立式車床的總功能為出發點，對其進行分解促使獨立功能的實現，對分功能繼續進行分解直至形成功能元。功能元作為基本單元，對分功能、總功能的組成非常重要，通常與功能模塊為對應關系。分解總功能時，必須對總功能中分功能的實現及用戶的要求進行全面考慮。而用戶條件的不同使得機床規格及性能的確定也有所不同，而模塊的組成產生的效用差異也是巨大的。車削是單柱數控立式車床的總功能，可對螺紋、平面、溝槽、內外圓錐及各種旋轉曲面體進行車削。而單柱數控車銑加工中心除車削功能外，還具備有良好的銑鏜功能，通過輔助功能、支承功能、執行功能、傳動功能可對其進行細化和分解。
（三）車床的模塊劃分
分解總功能，其功能與實現功能的模塊具有一定的對應關系。如通過單一模塊促使某一功能的實現；多個模塊共同促使某一功能的實現；某一個模塊促使多個功能的實現；其分別為一一對應關系、單對多的關系、多對單的關系。如圖1所示。
圖1 功能與模塊的映射關系
依據模塊與功能的映射關系，對數控立式車床的結構型式及特點進行考慮，通過模塊劃分原則的運用，可對通用的模塊進行劃分。其可分為監測模塊、輔助模塊、支承模塊、執行模塊以及傳動模塊，同時還能夠繼續進行細化和分解。分析同一功能的模塊，其結構與用途存在著差異而，而相同接口結構模塊的形成，在結構模塊的組合過程中，可以促使不同性能與用途的數控立式車床產品的設計和制造。
結束語
總而言之，模塊化產品的設計應用，使產品的精度和性能穩定不斷提升，形成成本低廉、結構簡單的機械產品。而隨著規格化、標準化、通用化程度的進一步提高，模塊的互換也就變得更為可能，其機械化設計與制造水平也會得到進一步提高。
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://m.hanmeixuan.com/
本文標題：模塊化設計方法技巧在機械設計中的應用探究
相關文章
