梁彬

摘 要：目前，機(jī)械制造企業(yè)面臨的市場(chǎng)環(huán)境并不樂觀。企業(yè)若要保持自身的生存空間與競(jìng)爭(zhēng)力，必須提升產(chǎn)品創(chuàng)新能力、壓縮設(shè)計(jì)周期，還要保證用戶化程度，以低成本獲取高收益。在這種要求下，模塊化機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。它的出現(xiàn)促進(jìn)了產(chǎn)品迭代，進(jìn)一步提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，為企業(yè)發(fā)展帶來(lái)了動(dòng)力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品；模塊化；設(shè)計(jì)

一、模塊的定義

模塊是可組合成系統(tǒng)的、具有某種確定功能和接口結(jié)構(gòu)的、典型的通用獨(dú)立單元。定義成模塊的零部件應(yīng)具有以下幾個(gè)典型特點(diǎn)：

（一）功能的獨(dú)立性：給定輸入和輸出，能夠獨(dú)立的完成一定的功能；

（二）結(jié)構(gòu)的獨(dú)立性：應(yīng)該具有獨(dú)立的物理組成和外觀結(jié)構(gòu)；

（三）接口的標(biāo)準(zhǔn)化：標(biāo)準(zhǔn)的接口保證了模塊的互換性，以便與其他模塊進(jìn)行組合。

對(duì)于工程機(jī)械產(chǎn)品，模塊可以是機(jī)械結(jié)構(gòu)件、也可以是液壓或電氣單元、控制軟件，如混泥土泵車可以定義為臂架、轉(zhuǎn)塔、泵送系統(tǒng)等模塊。同時(shí)模塊亦可以根據(jù)其復(fù)雜程度及在實(shí)施過(guò)程中的制造、裝配、物流等實(shí)際情況進(jìn)行進(jìn)一步的下級(jí)模塊劃分，也就是模塊可以有層級(jí)概念，比如說(shuō)混泥土泵車的臂架定義為一級(jí)模塊，往下還可以細(xì)分為單節(jié)臂架模塊、臂架油缸模塊、連桿模塊等二級(jí)模塊。從而可通過(guò)不同長(zhǎng)度的單節(jié)臂架模塊組合成滿足不同客戶需求的不同臂架高度的泵車。

二、模塊設(shè)計(jì)的內(nèi)涵及特點(diǎn)

（一）模塊化設(shè)計(jì)內(nèi)涵

設(shè)計(jì)任務(wù)可以從多個(gè)層面共同進(jìn)行，并且這一特征是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中所不具備的。先對(duì)產(chǎn)品的框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，在逐層開展內(nèi)容完善，這樣機(jī)械設(shè)計(jì)任務(wù)開展形式擁有更多的選擇，并且不會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)形式混亂的情況。機(jī)械設(shè)計(jì)需要將參數(shù)完善記錄，方便對(duì)設(shè)計(jì)圖形進(jìn)行審核，完全達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)才能夠投入到生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。通常情況下是同橫向與縱向兩方面來(lái)探討設(shè)計(jì)形式，將數(shù)據(jù)依次填寫到框架中，對(duì)比分析是否存在誤差。設(shè)計(jì)期間結(jié)合使用需求可以隨時(shí)對(duì)模塊進(jìn)行改變，確保工作任務(wù)能夠高效開展。

（二）設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

1、便于維修。模塊化設(shè)計(jì)理念與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比較，擁有很多新的特點(diǎn)。首先是使用階段發(fā)生故障更便于維修，修理任務(wù)也可以在局部進(jìn)行，節(jié)省時(shí)間的同時(shí)在維修效率上也有明顯提升。各模塊均可靈活拆卸，故障嚴(yán)重時(shí)，通過(guò)調(diào)試很難使之恢復(fù)正常，此時(shí)直接將木塊更換，快速完成維修任務(wù)。由此可見，無(wú)論是設(shè)計(jì)還是使用，該種設(shè)計(jì)理念都有很多突破，解決了機(jī)械設(shè)備使用中遇到的問題。

2、簡(jiǎn)化包裝設(shè)計(jì)。包裝是設(shè)計(jì)工作中的重要內(nèi)容，同時(shí)也十分復(fù)雜。要根據(jù)設(shè)備的外形對(duì)包裝進(jìn)行設(shè)計(jì)，保護(hù)運(yùn)輸安全也要合理利用空間，這些標(biāo)準(zhǔn)很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)，但通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，包裝環(huán)節(jié)更簡(jiǎn)單便于實(shí)施。傳統(tǒng)包裝方法中，工作人員要根據(jù)不用零件的設(shè)計(jì)形式探討包裝方案，對(duì)基層工作人員相關(guān)專業(yè)知識(shí)要求嚴(yán)格，并且在包裝過(guò)程中會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間，并不利于機(jī)械生產(chǎn)加工高效進(jìn)行。應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)理念后，包裝工程中所面對(duì)的產(chǎn)品也都是劃分后的，并不需要基層工作人員了解機(jī)械設(shè)計(jì)原理，對(duì)控制成本支出及提升生產(chǎn)效率都有很大的幫助。加強(qiáng)模塊化設(shè)計(jì)理念應(yīng)用后，工作人員可以更高效的完成包裝任務(wù)，為機(jī)械設(shè)備使用階段提供便捷性。

3、模塊化包裝的成本低。應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)方法后，在機(jī)械生產(chǎn)包裝流程中有明顯的簡(jiǎn)化，同時(shí)成本支出也得到有效控制。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念中，存在很多不確定因素，因此預(yù)算的成本支出也很容易發(fā)生變化，在工作任務(wù)開展過(guò)程中，包裝所用材料通過(guò)計(jì)算可以得到準(zhǔn)確結(jié)果。這樣管理人員更明確不必要的成本支出，嚴(yán)格控制資金使用，這也是模塊化設(shè)計(jì)理念中節(jié)約成本的依據(jù)。雖然資金支出得到了控制，但產(chǎn)品使用質(zhì)量并不會(huì)因此受到影響。

（三）模塊化劃分原則

模塊化的設(shè)計(jì)就是要以少數(shù)的模塊組成極可能多的產(chǎn)品，同時(shí)產(chǎn)品具有高度的穩(wěn)定性、精度，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。所以在設(shè)計(jì)之初應(yīng)對(duì)模塊進(jìn)行詳細(xì)的劃分。當(dāng)前并沒有標(biāo)準(zhǔn)化的模塊劃分原則，根據(jù)側(cè)重點(diǎn)的不同可進(jìn)行不同模塊的劃分。從模塊本身的概念來(lái)看，模塊就是可組成系統(tǒng)的、具有某種特定功能和結(jié)構(gòu)的、典型的通用獨(dú)立單元。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品功能的結(jié)構(gòu)，建立總功能、子功能、功能單元之間的聯(lián)系，為模塊的劃分建立基礎(chǔ)。單從這方面講，應(yīng)滿足下述原則：首先應(yīng)保持模塊功能和結(jié)構(gòu)具有一定的完整性和獨(dú)立性；其次應(yīng)確保模塊接口要素便于聯(lián)系和分離；第三應(yīng)保持模塊之間的相關(guān)盡可能少，同時(shí)模塊內(nèi)部間應(yīng)為強(qiáng)耦合；遵照典型性和通用性的原則。

（四）模塊化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

當(dāng)前具有多種設(shè)計(jì)方法，首選從功能側(cè)重方面來(lái)說(shuō)，主要的流程是需求分析、功能分解、探索式集成和評(píng)估。首選對(duì)客戶的需求進(jìn)行分析，將顧客的需求配置到產(chǎn)品中，以滿足客戶需求為主。根據(jù)客戶需求分析確定產(chǎn)品要求，再次過(guò)程中應(yīng)準(zhǔn)備多種功能目標(biāo)，滿足客戶的首要需求。在確定產(chǎn)品各個(gè)不同層次的功能后，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分解，分解成基本功能和物理元素，同時(shí)對(duì)功能及物理元素進(jìn)行集成。然后對(duì)綜合指標(biāo)及可行性進(jìn)行分析，最后實(shí)施設(shè)計(jì)。

另一種是基于結(jié)構(gòu)特征的設(shè)計(jì)。這一方法要求先對(duì)零部件的形狀特征進(jìn)行分析，并規(guī)劃減少零部件的種類，達(dá)到優(yōu)化成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。在次過(guò)程中需對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化模塊參數(shù)進(jìn)行分析，減少可變參數(shù)的數(shù)量，以方便模塊建模。根據(jù)分析結(jié)構(gòu)首先建立零部件主模型，利用關(guān)鍵參數(shù)描述零部件外形和各尺寸之間的關(guān)系。設(shè)計(jì)過(guò)程中在基本模塊模型中輸入數(shù)值，自動(dòng)形成變形模塊。其中零部件幾何模型和對(duì)應(yīng)的事物特性表是零部件的重要組成部分。通過(guò)變形模塊的加入，最終形成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)可描述為一個(gè)可配置、包括所有標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的模塊化產(chǎn)品系統(tǒng)的組成。

三、結(jié)語(yǔ)

在技術(shù)迭代步伐愈來(lái)愈快的背景下，模塊化設(shè)計(jì)顯然與市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)相契合。模塊化設(shè)計(jì)不僅滿足了用戶的個(gè)性化需求，同時(shí)還提升了產(chǎn)品生產(chǎn)效率及質(zhì)量水平，為行業(yè)整體發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，使工業(yè)設(shè)計(jì)水平邁向了更高的階層。

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