机械设计中的模块化设计方法试论

机械设计中的模块化设计方法试论

郑绍严

身份证号码：44510219820511XXXX523900

摘要：随着我国经济的发展，在机械的设计中应用的技术越来越先进，尤其是模块化设计方法的应用。本文先是对模块化设计方法进行了阐述，然后又对其的特点进行了分析，最后分析了模块化机械设计中的应用。希望以此为以后的模块化的应用提供参考数据。使模块化能够在机械设计中得到更好的应用。

关键词：模块化设计；机械设计；应用

引言：当前，随着社会经济的发展，用户群体由原先集中式变为个体户，在机械产品需求方面用户呈现出多样化和个性化特点，从而提出了低成本、高质量和个性化方面的更高要求，这就使机械制造商面临严峻挑战。模块化设计制造是在机械设计过程中引入模块化思想，同时柔性加工技术、成组技术、CAD技术等先进技术的运用，将同一功能的机械产品单元设计为性能各异、可以互换的模块，重点解决是机械设计制造周期、成本与款式、规制之间的关系。设计机械产品系列化模块化可带来精度高，性能稳定，结构简单，成本低廉的优势。模块化设计是实现机械产品大规模定制、使产品越加符合当前市场需求的有效方法之一，有利于提高企业在市场的核心竞争力。

一、模块化的设计方法

对模块的划分、和可互换性等方面划分的好坏可以直接影响模块的实际能否成功。在进行划分的时候不仅仅要考虑在制作的时候的方便性、同时也应该考虑到在进行组合的时候是否能够轻易的组合。所以，在设计模块的时候，一定要进行详细的划分。同时，在进行模块划分时，应该考虑到在系统中的可更换性；同时也要保证模块在功能方面要有其独立性；模块之间的结合应该方面分离等等。

在进行模块设计的时候应该注意模块的组合，也就是模块之间的结合面。为了能够使，模块之间进行更换，当然不同的模块之间也要保证其能够进行更换。所以，在设计模块的时候，应该保证模块具有可更换性。同时也必须增加接口处的的规格化和标准化。

二、模块化设计方法在机械设计中的运用

机械设计是指满足经济指标及相应技术的条件下，求解功能需求并最终锁定最优综合方案的进程，该进程具有综合性、多解性、近似性和层次性的特点，成为创新机械产品的核心和基础，从根本上决定着机械产品的功能、性能、质量和成本。当前，随着社会经济的发展，用户群体由原先集中式变为个体户，对机械产品用户需求呈现个性化及多样化特点，在个性化、高质量及低成本方面显示出更高要求。设计制造模块化成为制造业面对上述挑战的主要方式，基于产品模块化的合理体系，个性化且满足客户需求的产品可快速组合成，同时还能通过批量生产与管理通用模块降低生产和管理成本。

1.模块化设计在机械压力机设计中的应用

模块化设计方法非常适用于结构复杂的机械产品的设计。机械压力机可以拆解为机身、滑块、传动、气动、润滑、拉伸垫部件等，但分解出的模块较大，无法将这些模块组合成新产品，需进一步细化分解为具有较强通用性的模块。飞轮制动器是机械压力机的重要部件，由气缸、刹车片和底座组成。但由于底座受机床结构和安装位置的限制，不能全部通用，所以飞轮制动器不能作为1个模块来采用模块化设计，可将其分为3个模块来进行设计。不同的压力机气缸是可以相同的，在装配过程中只需适当调整气压气缸便能使用于多种规格的机械压力机上。刹车片可直接作为通用件。底座可根据安装位置结构来进行设计。根据具体需求选择不同气缸、底座和刹车片进行组合形成的飞轮制动器可在各种规格的压力机上使用。由于机械压力机的液压系统和润滑系统的泵站为外购的，因而其本身就是一个独立的模块，但是分配系统具有向不同点输送的功能，这就需要根据企业需求对系统的装配部件进行设计，根据模块化设计原则，设计过程中可将液压系统、润滑系统的分配元件及管路集中起来，形成集中控制模块，只需留出对外接口即可适用于多种机械产品。机械压力机的气动部件的控制气路可通过三联件、压力表、减压阀及其他气动元件的组合形成一个中央控制模块，在该模块中，只需留出对外接口即可适用于吨位相近的不同的压力机上。

2.模块化设计在切割分排机设计中的应用

切割分排机是生产方便面的重要设备。在经过和面、熟化、复合压片、连续压片、切条成型、蒸面这些步骤之后，需要将蒸熟的面条送至切割分排机完成面条的定长切断和分派，在切割分排过程中，面条被折为两层，方便面基本成型，之后进行油炸、冷却、包装。

1）模块划分

模块化设计过程中，根据切割分排机的功能和结构，进行模块划分，大部分模块为必选模块，其中电机包括1.1kW、1.5kW两种。按照产品规格不同，分为3万包、5万包、12万包、15万包四类。二次拉伸网、分排架、滴油装置为可选模块，主要是按班产量或客户要求选择有或无。除此之外，一台完整的切割分排机，还应包括必不可少的标准件、连接件、紧固件等。对于3万包、5万包、12万包、15万包这4种类型，其主要区别在于4种系列产品的有效工作宽度不同，但它们所要实现的功能是相同的，因而模块划分亦相同。

在模块划分下进行切割分排机的模块化设计最终衍生出来的并不仅仅是3、5、12、15万包这4种产品，这只是按照产量不同来划分的，属于第一个层次的分类，而在此基础上，还能根据客户的不同需求、不同排架长短、有无二次拉伸网、由于滴油装置、不同分排装置衍生出更多种类的产品，通过计算，仅按照3万包的产量，就可衍生出16种产品。另外一方面，每个模块都有各自接口，且在接口约束框架内，每个模块都是不断发展着的，客户需求不同，切割分排机生产的方便面的种类也会有所增加，这对于丰富产品线具有重要现实意义。

2）模块化参数化设计及应用效果

模块划分完成后，需分析各个模块之间的关系，也就是进行各模块之间的接口分析，以明确两个模块之间是否直接相连，这样以来，在切割分排机设计过程中，可从源头上避免模块之间相互干涉现象的出现。必要情况下，进行接口分析的时候应进一步对每个模块的外形轮廓尺寸、接口尺寸等加以明确。比如蒸网主传动轴模块与二次拉伸网、电机、左箱体、右箱体、主传动轴模块存在接口，挑面辊组件模块与左箱体、右箱体、主传动轴模块存在接口，分排架模块与分排架支脚、后分排辊组件、滴油装置、淌板、左箱体、右箱体模块存在接口，左箱体、右箱体模块都与蒸网主传动轴、挑面辊组件、折叠机构、栅轮、二次拉伸网、切刀托辊组件、小胶辊组件、上压辊组件、前分排辊组件、分排架、机架、罩壳模块存在接口。

三、结束语

总之，模块化设计方法是实现机械产品大规模定制、使产品越加符合当前市场需求的有效方法之一，在提高效率、降低成本、保证质量等方面具有很大优势。但模块化设计也有带来不利影响的可能性，在机械设计中还需加强分析，对其进行合理应用。相信随着模块化设计标准化、规格化、通用化程度的进一步提升，模块的互换性也会随之强化，机械设计与制造水平将会步上一个新台阶。

参考文献：

[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，2009（5）.

[2]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，2008（8）.