王曉兵

摘要：隨著現(xiàn)代社會的進步發(fā)展以及市場經(jīng)濟體制的不斷完善，我國的機械制造行業(yè)也得到了迅速的發(fā)展，機械產(chǎn)品在人們的工作生活中也得以普及。面對市場的巨大需求，如何進一步提高機械產(chǎn)品設(shè)計的可靠性以及產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量與效率也成為現(xiàn)代機械制造行業(yè)的重要研究任務(wù)。而模塊化設(shè)計里面的出現(xiàn)真正賦予了產(chǎn)品多元化特征，多種互換模塊部件的組合生產(chǎn)更是極大的滿足了客戶的多樣性需求，使得零件以及接口的標準化程度得到了提高，從而為現(xiàn)代制造行業(yè)的發(fā)展注入了新的動力?；诖?，本文就機械產(chǎn)品模塊化設(shè)計策略進行了分析。

關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品;模塊化設(shè)計;策略

中圖分類號：TH122 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0194-02

0 ?引言

機械產(chǎn)品的設(shè)計與制造是現(xiàn)代制造行業(yè)的重要內(nèi)容，尤其是機械產(chǎn)品的設(shè)計工作直接關(guān)系到后續(xù)的制造環(huán)節(jié)，因此必須要借助模塊化設(shè)計方式來優(yōu)化機械產(chǎn)品的設(shè)計工作，以便解決好決產(chǎn)品品種以及設(shè)計制造周期的矛盾問題，同時也能緩解成本之間的矛盾，在保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量與效率的基礎(chǔ)上最大程度上降低企業(yè)的生產(chǎn)成本以及后續(xù)產(chǎn)品的維修成本等。

1 ?機械產(chǎn)品模塊化

機械產(chǎn)品模塊化具有以下特點：一是可分性，即外部可分和內(nèi)部可分，其中外部可分性能夠?qū)⒛K化的層次性充分的展現(xiàn)出來，而內(nèi)部可分性展現(xiàn)的則是產(chǎn)品的價值;二是可變性，即外部可變性和內(nèi)部可變性，其中內(nèi)部可變性是產(chǎn)品在進行生產(chǎn)時獲取特殊屬性不同子集，而外部可變性則為一些定制化的屬性;三是功能性，即機械產(chǎn)品系統(tǒng)能夠達到某種產(chǎn)品的功能要求;四是整體性，即一個機械產(chǎn)品是由每個不同的子模塊和和功能性不同的子系統(tǒng)組成的一個完整系統(tǒng);五是關(guān)聯(lián)性，即子模塊和子系統(tǒng)，個體之間有著一定的關(guān)聯(lián)性，不僅是互補的作用，同時也是相互限制的關(guān)系。除此以外，還需要考慮模塊化平臺的適應(yīng)性，模塊化平臺的構(gòu)建過程中需要考慮功能模型以及理想模型和系統(tǒng)實現(xiàn)模型的建立。通過上述也可以明確模塊化產(chǎn)品在生產(chǎn)中也需要經(jīng)過一定的過程才得以實現(xiàn)。

2 ?模塊化產(chǎn)品優(yōu)勢分析

2.1 模塊化結(jié)構(gòu)具有互換性 ?互換性是機械設(shè)計和制造中最重要的要求之一，互換性高的機械產(chǎn)品在日后的維護工作中也更簡單，不僅簡化維修程序，還降低了維修成本。在模塊化設(shè)計方式的支持下，機械產(chǎn)品的互換性程度大大提高，一旦發(fā)現(xiàn)機械產(chǎn)品發(fā)生故障，就可以直接將故障部位替換下來，不需要考慮其是否適用的問題，而且各個模塊之間可以靈活拆卸，各類故障的解決都比較簡單、快速，對實際生產(chǎn)影響不大，企業(yè)的經(jīng)濟效益也不會受到較大的影響。

2.2 適用于大批量加工 ?在機械產(chǎn)品的加工過程中，每個模塊在設(shè)計和加工時其功能就已經(jīng)被確定下來，并且分別可以實現(xiàn)某些特定功能，通過專業(yè)人員的試制并確認無誤后就可以進入到大批量生產(chǎn)中。在試制過程中，還可以根據(jù)具體的要求來優(yōu)化模塊化產(chǎn)品，確保其功能、結(jié)構(gòu)等滿足實際要求?？梢哉f在模塊化設(shè)計的支持下，大批量加工大大減少了返工的概率，每個產(chǎn)品的精度也得以保證。

2.3 為新產(chǎn)品開發(fā)提供可能 ?當前的市場競爭環(huán)境比較激烈，其對產(chǎn)品的需求除了基本的功能以外也對創(chuàng)新有了較高的要求，而產(chǎn)品創(chuàng)新能力也成為一個企業(yè)的核心競爭力指標之一，只有產(chǎn)品新穎、功能優(yōu)化、質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品才能夠在市場海量的產(chǎn)品中占據(jù)一席之地，因此傳統(tǒng)的機械加工方法已經(jīng)無法使用當前的產(chǎn)品生產(chǎn)工作，必須要采用模塊化設(shè)計的方法，其能夠在充分分析產(chǎn)品功能特點的基礎(chǔ)上對其每一個部件都進行優(yōu)化，并剔除多余的部件，優(yōu)化生產(chǎn)工序，在該設(shè)計方式下生產(chǎn)的產(chǎn)品，其功能和質(zhì)量都得到了保證，經(jīng)濟效益優(yōu)良。

2.4 減少產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)周期 ?一個完整的機械產(chǎn)品需要大量的零件和結(jié)構(gòu)的組合才能夠完成，通過模塊化設(shè)計可以按照其實際需要進行精準性的生產(chǎn)，即使是在機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或性能進行更新的時候僅需要修改某一結(jié)構(gòu)的內(nèi)容即可，避免導(dǎo)致整個產(chǎn)品失效，因此可以減少產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)周期，降低企業(yè)購置設(shè)備的成本。

2.5 簡化包裝設(shè)計 ?簡化包裝設(shè)計也是模塊化設(shè)計的優(yōu)勢之一，傳統(tǒng)的包裝設(shè)計工作比較復(fù)雜，通常需要相關(guān)設(shè)計人員綜合分析設(shè)備外形特點，根據(jù)其幾何特征進行外包裝的設(shè)計，不僅需要保證運輸安全。還需要盡可能的縮小包裝，確?？臻g的合理利用，但是由于機械產(chǎn)品的不同導(dǎo)致這一要求比較難以實現(xiàn)。通過模塊化設(shè)計也可以降低包裝設(shè)計環(huán)節(jié)的難度，而且進行模塊劃分的產(chǎn)品所要進行的包裝工作難度也大大下降。

3 ?機械產(chǎn)品模塊化設(shè)計策略

通常認為，模塊化設(shè)計是在不同規(guī)格產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，劃分出一套具備不同功能特點的結(jié)構(gòu)模塊，并讓這些模塊得以通用化。通過多個模塊的不同組合也能夠最大程度上滿足產(chǎn)品多元化的需要，并使得產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)以及性能更加的協(xié)調(diào)。具體來說，機械產(chǎn)品模塊化設(shè)計策略如下：

3.1 模塊化可行性分析 ?在進行模塊化設(shè)計工作之前首先就需要對其可行性進行分析，具體是結(jié)合產(chǎn)品的功能、生產(chǎn)需求、市場要求等各個因素分析此次設(shè)計中的技術(shù)難點、開發(fā)周期、預(yù)算等方面，明確設(shè)計目標，制定科學(xué)的設(shè)計方案，繼而對此次模塊化設(shè)計的生產(chǎn)效益等進行有效的評估，確保此次設(shè)計過程的科學(xué)、高效。

3.2 模塊劃分 ?模塊劃分工作是機械產(chǎn)品設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，也是模塊化設(shè)計的前提條件。在模塊化設(shè)計中，模塊劃分需要滿足以下條件，即運用更少的模塊來完成功能性更多、更加完備的產(chǎn)品，并且需要保證所生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠最大程度上滿足機械產(chǎn)品的質(zhì)量和精度需求。目前，模塊的劃分主要包括功能模塊和結(jié)構(gòu)模塊兩大類，其中功能模塊主要由基本模塊、輔助模塊、特殊模塊等組成，結(jié)構(gòu)模塊以產(chǎn)品零件為基礎(chǔ)劃分標準模塊，要求簡化零件加工步驟，提高裝配質(zhì)量。通過上述劃分方法，可以有效的確保模塊劃分的可行性，滿足適用性、繼承性等各個指標。如果是在較為復(fù)雜的機械產(chǎn)品設(shè)計過程中還可以結(jié)合多種劃分手法來完成模塊劃分工作。

3.3 重點關(guān)注功能分解的設(shè)計方式 ?功能分解設(shè)計方式在實際應(yīng)用中主要就是結(jié)合客戶的要求、產(chǎn)品功能性需求等方面以及產(chǎn)品本身的概念拆分、集成等層面進行科學(xué)的設(shè)計，其強調(diào)的是客戶的主體作用，以滿足客戶的實際需要為基本要求。因此，在設(shè)計過程中應(yīng)該加強與客戶的共同交流，尋求客戶的建議，確保產(chǎn)品功能、質(zhì)量等方面滿足客戶的實際要求。

3.4 將結(jié)構(gòu)特征作為基礎(chǔ)的設(shè)計方式 ?以機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征為主要依據(jù)進行設(shè)計工作能夠最大程度上保證機械產(chǎn)品的功能性、產(chǎn)品精度保持優(yōu)良水準，因此在機械產(chǎn)品的模塊化設(shè)計過程中也比較常見。在該設(shè)計方式的應(yīng)用過程中，需要相關(guān)技術(shù)人員詳細分析機械產(chǎn)品零件的具體特點，在滿足其功能性需要的基礎(chǔ)上盡可能的利用較少零件來制作產(chǎn)品，不僅可以降低成本的支出，還能夠降低復(fù)雜工藝的整體占比，提高機械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量。然后按照幾何形狀來尋找與其類似的零件，在明確零件的規(guī)格需要和功能性需求的基礎(chǔ)上進行標準化模塊的設(shè)計，不斷提高模塊化的機械產(chǎn)品的適應(yīng)能力以及應(yīng)用范圍。除此以外，在模塊化設(shè)計過程中也需要重視起模型的應(yīng)用，通過按照產(chǎn)品規(guī)格以及功能要求所構(gòu)建起的模型能夠降低施工工序，實現(xiàn)大批量的生產(chǎn)，同時還能夠保證生產(chǎn)產(chǎn)品的精度。

3.5 案例分析：汽車裝配工藝模塊化設(shè)計 ?①裝配中的前端模塊設(shè)計。前端模塊的設(shè)計中主要就是要確保其中的前端框架、散熱器、前保險杠、進出水管等裝配科學(xué)，以便提高起著的裝配質(zhì)量。目前來看，傳統(tǒng)的汽車前端設(shè)計采用的是近似于框架式的結(jié)構(gòu)，并且利用焊接連接的方式將不同的構(gòu)件連接起來，這一方式使得裝配成本大大提高，也不利于提高汽車的裝配質(zhì)量?；诖耍ㄟ^汽車前端模塊設(shè)計的有效使用并利用開口結(jié)構(gòu)作為前端設(shè)計方式可以采用一體化的形式將汽車前端模塊置于車身上，不僅可以為散熱器、前機蓋鎖等提供裝配空間，還能降低維修成本。②裝配中的車門模塊化工藝設(shè)計。加強車門模塊化裝配設(shè)計可以有效避免汽車使用中車身被劃傷的同時提高整體的裝配質(zhì)量，延長汽車的使用壽命在車門模塊化工藝設(shè)計的過程中，也需要考慮車門拆裝及后期維修方面的各種要求，確保所有線束之間連接的規(guī)范合理性。

4 ?現(xiàn)代設(shè)計背景下模塊化設(shè)計的發(fā)展趨勢

在現(xiàn)代的機械設(shè)計工作中，CAD、CAE以及CAM等技術(shù)的應(yīng)用越加普遍，其能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬環(huán)境中對產(chǎn)品進行設(shè)計和性能分析工作，進一步優(yōu)化了設(shè)計過程，使得產(chǎn)品質(zhì)量大大提高，而在機械產(chǎn)品的模塊化設(shè)計工作中，上述先進技術(shù)手段的應(yīng)用也能夠迅速的完成設(shè)計工作，提高產(chǎn)品精度，因此在現(xiàn)代設(shè)計背景下，模塊化設(shè)計工作的開展也更加先進。

4.1 大規(guī)模定制 ?在企業(yè)生產(chǎn)的過程中，其會考慮到顧客的要求利用生產(chǎn)技術(shù)和管理方法在同一時間段內(nèi)集中生產(chǎn)大量的同一規(guī)格要求的產(chǎn)品，這種大規(guī)模的定制可以更好的參與到市場競爭環(huán)節(jié)中，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，但是目前不少企業(yè)由于規(guī)模、技術(shù)、設(shè)備等方面的限制，在這種大規(guī)模定制的過程中還存在生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高等方面的問題。而在模塊化設(shè)計理念的支持下，可以通過可續(xù)的模塊劃分以及設(shè)計方式實現(xiàn)產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)期間可以有效保證其生產(chǎn)精度與生產(chǎn)效率，并且解決了機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)繁瑣、功能復(fù)雜等問題。

4.2 快速設(shè)計 ?快速設(shè)計理念的出現(xiàn)使得市場的需求得到了滿足，產(chǎn)品投入的時間大大縮短，在該理念的支持下，產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率也得到了保障。模塊化設(shè)計方式的應(yīng)用是實現(xiàn)快速設(shè)計的基礎(chǔ)，其在實際應(yīng)用中可以將各個功能模塊提前設(shè)計好，實際生產(chǎn)中只需要按照客戶的需求進行組合連接即可，然后就可以投入到生產(chǎn)之中，完成快速設(shè)計、快速生產(chǎn)的目標。隨著計算機輔助設(shè)計以及制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，快速設(shè)計在我國企業(yè)的生產(chǎn)中也越來越常見，但是其智能化設(shè)計與發(fā)達國家相比還有一定的差距，需要相關(guān)研究人員能夠加大開發(fā)力度，深入挖掘計算機輔助設(shè)計和制造的優(yōu)勢，進一步促進快速設(shè)計生產(chǎn)理念的普及應(yīng)用。

4.3 與虛擬設(shè)計與虛擬制造技術(shù)相結(jié)合 ?在計算機技術(shù)的推動下，虛擬設(shè)計和虛擬制造技術(shù)在機械產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用也越來越廣泛，借助于計算機，可以在虛擬的環(huán)境下進行產(chǎn)品的模型設(shè)計，并利用CAE和CAM技術(shù)進行評估，然后經(jīng)過仿真模擬來發(fā)現(xiàn)其中的設(shè)計問題或者生產(chǎn)問題，這樣就可以規(guī)避其在實際生產(chǎn)中可能會出現(xiàn)的問題，減少零件的損壞、返工等問題，保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的同時還能夠減少材料的浪費，降低生產(chǎn)成本。

5 ?結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的普及應(yīng)用有力的推動了現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)效率，而機械產(chǎn)品的模塊化設(shè)計更是提高了產(chǎn)品的精度與效率，利用基于結(jié)構(gòu)特征的設(shè)計方法和側(cè)重功能分解的設(shè)計方法進行機械產(chǎn)品生產(chǎn)工作也是行業(yè)進步的表現(xiàn)之一。隨著先進信息技術(shù)的進步發(fā)展，模塊化設(shè)計過程中也應(yīng)當融合現(xiàn)代設(shè)計方式，從而提高模塊化設(shè)計的技術(shù)水平。

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