李 薇

（南充職業(yè)技術學院機電工程系，四川南充 637131）

0 引言

中國制造2025 國家戰(zhàn)略的提出，推動我國工業(yè)化和信息化的深度融合，對機械制造業(yè)的發(fā)展提出更高的要求。傳統(tǒng)的機械設計生產(chǎn)成本高，維修難度大，更新?lián)Q代慢，適合于大批量、規(guī)格相近的產(chǎn)品加工[1]。采用模塊化設計方法進行機械設計，能優(yōu)化設計過程，提高設計效率，重組產(chǎn)品結構，縮短機械制造周期，在保證生產(chǎn)質(zhì)量的基礎上降低成本，同時滿足用戶個性化需求[2]。

1 模塊化設計的特點

模塊化設計是指將產(chǎn)品要素按照性能和規(guī)格進行功能劃分，將其規(guī)劃為一個個的模塊，通過對模塊進行設計、制作、選擇、組合構成新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能、不同性能的系列產(chǎn)品，具有設計周期短、制造成本低、維修簡單等特點[3]。①傳統(tǒng)機械設計從產(chǎn)品構思到模具設計再到成品加工，設計周期長，生產(chǎn)線復雜。模塊化設計能進行模塊之間的有效組合，并根據(jù)實際需求進行調(diào)整，形成特定產(chǎn)品，設計周期短；②模塊化設計能通過科學的組合，用最少的模塊組合實現(xiàn)所需功能，能用一種設計滿足不同產(chǎn)品需要，減少對機械的重復設計，有效降低成本；③模塊化設計結構具有良好的互換性，當機械設備出現(xiàn)故障后，只需進行故障模塊的調(diào)試或更換，避免大規(guī)模檢修，簡化維修程序，提高維修效率。

2 模塊化設計的基本流程

2.1 模塊化可行性分析

在進行機械產(chǎn)品模塊化設計之前，要進行模塊化需求及可行性分析。根據(jù)顧客使用需求、企業(yè)生產(chǎn)需求、市場發(fā)展需求等方面確立設計目標，并結合技術難點、經(jīng)濟預算、開發(fā)周期、市場環(huán)境等方面進行模塊化可行性分析，制定模塊化設計方案，評估模塊化設計是否可實施，設計之后的產(chǎn)品能否具有較好的生產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟效益。

2.2 模塊劃分

模塊是具有特定結構和功能，組成系統(tǒng)的獨立單元。模塊劃分是模塊化設計的重要基礎，要求滿足機械產(chǎn)品組成結構的獨立性和整體功能的完整性，保證其精度及可靠性的同時控制模塊的數(shù)量。模塊劃分主要包括功能模塊和結構模塊兩大類，功能模塊主要由基本模塊、輔助模塊、特殊模塊等組成，結構模塊以產(chǎn)品零件為基礎劃分標準模塊，要求簡化零件加工步驟，提高裝配質(zhì)量。

2.3 模塊功能確定

在對機械產(chǎn)品模塊劃分后，要結合使用需求對模塊的總功能進行確定，并將其分解為獨立的功能單元，包括單一功能模塊和多種功能模塊。單一功能模塊如數(shù)控機床的立柱和橫架的支撐功能，傳動軸和進給箱的傳動功能，刀具監(jiān)測裝置和工件監(jiān)測裝置分別實現(xiàn)對刀具和工件的監(jiān)測功能。多種功能模塊如卡爪和工作臺能實現(xiàn)工件定位和旋轉(zhuǎn)等功能，刀架能實現(xiàn)刀具的定位、夾緊、松開等功能。

2.4 模塊組裝

為實現(xiàn)模塊的合理配置，保證模塊化機械產(chǎn)品的實際應用，要對各模塊進行科學組裝。要合理布局，保證組裝的完整性。對模塊接口進行標準化設計，增強模塊組裝穩(wěn)定性。調(diào)整具體參數(shù)，使每個模塊的功能高效發(fā)揮作用。優(yōu)化模塊配置，使模塊具備可更換功能，降低故障模塊對其他模塊和機械整體功能的影響。

2.5 模塊調(diào)試

模塊化設計完成前要對機械產(chǎn)品質(zhì)量進行檢查和驗收，包括結構合理性、接口穩(wěn)定性、柔性化程度、生產(chǎn)成本及效率等。經(jīng)檢驗產(chǎn)品各項參數(shù)和指標都要符合相關設計要求，保證其能滿足設計目標才能投入生產(chǎn)使用，否則需要進一步優(yōu)化設計，保證產(chǎn)品達到運行要求。

3 模塊化設計與現(xiàn)代制造技術的融合

3.1 計算機輔助技術

利用CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設計）、CAM（（computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造）、CAE（Computer Aided Engineering，計算機輔助工程）等計算機輔助技術對產(chǎn)品進行建模，在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)對產(chǎn)品的設計、仿真、加工。計算機輔助技術能存儲模塊化設計標準，簡化對產(chǎn)品尺寸和參數(shù)的計算。利用建模和測量軟件將產(chǎn)品結構數(shù)據(jù)化，利用數(shù)字文件充當制造模具，接受計算機傳輸指令，對設計的產(chǎn)品進行虛擬加工，檢驗設計效果，能有效縮短設計周期，節(jié)省原材料。

3.2 柔性制造技術

柔性制造技術是在計算機軟件的和數(shù)據(jù)庫的支持下，結合信息技術、自動化技術、機械加工技術，根據(jù)產(chǎn)品的設計要求、性能參數(shù)、生產(chǎn)批量對機械設計和制造的過程進行控制，具有高效率、高質(zhì)量和高可靠性。模塊化設計對柔性制造技術的應用主要在利用模塊的組合實現(xiàn)1 機多用、1 模多用，用一種設計滿足不同產(chǎn)品需要，進行柔性制造。

3.3 智能制造技術

智能制造利用計算機系統(tǒng)模擬人腦思維，進行制造過程中的分析、判斷和決策，實現(xiàn)機械制造的設計、加工和控制，是中國制造2025 國家戰(zhàn)略五大重點工程之一。模塊化設計能解決機械產(chǎn)品結構復雜和功能單一的問題，簡化設計過程，提高設計質(zhì)量，實現(xiàn)大規(guī)模定制生產(chǎn)，是實現(xiàn)智能制造的重要基礎。

4 結束語

模塊化設計順應中國制造2025 國家戰(zhàn)略對機械制造的要求，具有設計周期短、制造成本低、維修簡單等優(yōu)點。模塊化設計包括模塊化可行性分析、模塊劃分、模塊功能確定、模塊組裝、模塊調(diào)試等過程，結合計算機輔助技術、柔性制造技術、智能制造技術，提高機械制造水平。