王江濤

（煙臺桑尼核星環(huán)保設(shè)備有限公司 山東煙臺 265500）

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計的過程中，會應(yīng)用到諸多方法，目的都是為了提高機(jī)械設(shè)計的效率，推動機(jī)械設(shè)計的智能化。目前，模塊化設(shè)計在機(jī)械化設(shè)計中得到普遍應(yīng)用，在機(jī)械化設(shè)計中，針對其性質(zhì)和規(guī)格功能進(jìn)行不同的組合，統(tǒng)一到模塊中，并進(jìn)行綜合性的分析與思考，從而提高機(jī)械設(shè)計的科學(xué)性和實用性。

一般來說，模塊化設(shè)計具有如下幾個方面的特點。首先是橫向的模塊化。該設(shè)計方法主要是在產(chǎn)品的設(shè)計基礎(chǔ)上加以調(diào)整，使其更具有科學(xué)性和應(yīng)用性，從而得到另一種產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。其次是縱向的模塊化。該設(shè)計方法主要是基于原有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對產(chǎn)品的性質(zhì)、功能、應(yīng)用等多個方面進(jìn)行系統(tǒng)化的設(shè)計，使其功能與性質(zhì)得到更加全面、科學(xué)的設(shè)計。最后是橫向與縱向的綜合設(shè)計方法。該方法是利用模塊設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，得到其他機(jī)械化產(chǎn)品，在降低成本的同時，也能夠優(yōu)化產(chǎn)品的性能。

1 模塊化設(shè)計概念及優(yōu)勢

1.1 模塊化設(shè)計概念

模塊化的設(shè)計在諸多方面都有所應(yīng)用。當(dāng)前，所謂的模塊化設(shè)計就是基于市場發(fā)展的需求，根據(jù)產(chǎn)品特性的特點，在某種范圍內(nèi)，以產(chǎn)品功能為出發(fā)點進(jìn)行功能劃分，利用組合選擇等方法，對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從而使得其更加滿足市場化的需求。針對于目前市場的持續(xù)性變化，在進(jìn)行機(jī)械制作與設(shè)計的過程中，可以選用模塊化設(shè)計的方法，優(yōu)化產(chǎn)品，從某固定范圍內(nèi)有效縮短產(chǎn)品的周期，利用更低的投入，獲得更高的利潤，滿足市場需求，提高產(chǎn)品性能［1］。在模塊化設(shè)計過程中，主要涉及橫縱設(shè)計的模式，在參數(shù)不變的情況下，改進(jìn)產(chǎn)品功能，優(yōu)化產(chǎn)品系列，從而得到全新的、功能不同的產(chǎn)品，使產(chǎn)品的組合得到靈活設(shè)計。

在進(jìn)行模塊化設(shè)計時，需要相關(guān)的設(shè)計人員針對原有的規(guī)格性質(zhì)特點進(jìn)行組合，將其放入統(tǒng)一模塊，對其科學(xué)性進(jìn)行思考，在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整與設(shè)計，使其機(jī)械設(shè)計更具有科學(xué)性，同時也滿足市場對于產(chǎn)品的需求，增強(qiáng)其產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)勢，同時也降低機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計成本［2］。

1.2 模塊化設(shè)計的優(yōu)勢

首先，模塊化設(shè)計有利于設(shè)備的快速有效維修，因此，在設(shè)計的過程中，可快速發(fā)現(xiàn)功能異常，有利于維修人員及時進(jìn)行修理或替換，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。這種維護(hù)方法消耗較小，維護(hù)資金較少，在延長設(shè)備使用壽命的同時，也能夠提高設(shè)備的利用效率，保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

其次，通過模塊化的組裝方法對機(jī)械進(jìn)行設(shè)計，能夠減少包裝，將同一包裝應(yīng)用到性能不同、規(guī)格不同、設(shè)計不同的產(chǎn)品中，降低了包裝成本，對企業(yè)來說也是節(jié)省開支的一種方法，相對于原有的不同的產(chǎn)品進(jìn)行不同的包裝，這種方式具有普適性［3］。

再次，能夠便于管理。通過模塊化設(shè)計進(jìn)行機(jī)械設(shè)計，能夠?qū)τ诓煌哪K進(jìn)行編碼，優(yōu)化組合，將不同的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，形成不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，有效地優(yōu)化產(chǎn)品管理，提高產(chǎn)品設(shè)計的科學(xué)性。此外，還應(yīng)順應(yīng)市場周期，針對客戶的需求，進(jìn)行一對一定制，優(yōu)化產(chǎn)品性能。通過不同的模塊組裝，滿足客戶的需求，減少投入，更加具有針對性。在開始設(shè)計之前，可以針對市場的內(nèi)部需求進(jìn)行組裝設(shè)計，再針對于市場的動態(tài)變化進(jìn)行組裝優(yōu)化，使產(chǎn)品能夠更加符合市場的需求。通過模塊化的設(shè)計，能夠注重整體的思路，形成系統(tǒng)化的組裝設(shè)計，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)具有條理性的分層。在進(jìn)行模塊化設(shè)計的方法中，需要將其貫穿于產(chǎn)品的設(shè)計，甚至全方位的管理能夠使產(chǎn)品進(jìn)行持續(xù)性的優(yōu)化改進(jìn)，使其更加具有針對性，更加滿足市場的需求［4］。

最后，有利于實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計。在機(jī)械設(shè)計中進(jìn)行模塊化設(shè)計，能夠推動機(jī)械設(shè)計的數(shù)字化發(fā)展，將不同的產(chǎn)品性能特點及設(shè)計、大小進(jìn)行模塊化的組裝，能夠避免資源的重復(fù)性投入。通過數(shù)字化的組合設(shè)計，從而提高機(jī)械設(shè)計的科學(xué)性、智慧性和數(shù)字性。

2 模塊化設(shè)計的方法

2.1 功能模塊組裝

在進(jìn)行模塊化設(shè)計的過程中，為了實現(xiàn)產(chǎn)品配置與性能的最優(yōu)化，從而達(dá)到企業(yè)的實際需要，作為生產(chǎn)的工人，必須要了解模塊化的作用，了解產(chǎn)品的參數(shù)，在進(jìn)行組裝時，能夠達(dá)到合理化設(shè)計。每個模塊的變化都具有引起功能變化的作用，某一模塊出現(xiàn)問題，都要及時地整改或更換，使其最短時間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)。在進(jìn)行模塊化組裝時，必須要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范進(jìn)行，保障模塊化設(shè)計的有效性，保障組合能夠達(dá)到最優(yōu)的效果［5］。

2.2 柔性制造技術(shù)

柔性制造技術(shù)，即是通過靈活多樣的方法來進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)性能的優(yōu)化。通過柔性制造技術(shù)，能夠與模塊化設(shè)計相結(jié)合，可使其在設(shè)計的過程中更加滿足個性化定制的需求。因此，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計時，必須要將模塊化設(shè)計和柔性制造技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，在滿足模塊化設(shè)計的背景下，使機(jī)械更加具有多樣化的功能［6］。

2.3 計算機(jī)輔助系統(tǒng)

通過計算機(jī)輔助系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠有效地提高模塊化設(shè)計的高效性。一般模塊化的計算機(jī)輔助系統(tǒng)主要有CDA、CApp、CAM［7］。在具體的設(shè)計中，工作人員需要做好計算與分析，明確機(jī)械設(shè)計的數(shù)據(jù)和特性，根據(jù)實際的需要來進(jìn)行模塊的組合，提高機(jī)械的使用效率，同時也有效地保障機(jī)械的價值和質(zhì)量。

3 模塊化設(shè)計的步驟

模塊化設(shè)計主要有兩個不同的層次：第一個層次是基于研制過程；第二個層次是基于市場的單品設(shè)計。在進(jìn)行模塊化設(shè)計時，需要遵循一定的規(guī)則，相比于前者，后者更為復(fù)雜，所以花費(fèi)相對較高。

4 模塊化設(shè)計在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用

以現(xiàn)有的數(shù)控立式機(jī)床為例，展示模塊化技術(shù)對于機(jī)床設(shè)計的應(yīng)用，具體分析模塊設(shè)計如何在機(jī)械設(shè)計中進(jìn)行性能和功能的優(yōu)化，設(shè)計出模塊單元。在立式的機(jī)床設(shè)計中，應(yīng)該充分地了解目前機(jī)床所具有的功能及市場對于機(jī)床的需求，根據(jù)相關(guān)的理論基礎(chǔ)和理論依據(jù)來進(jìn)行單元模塊的劃分，從而有效地展開模塊設(shè)計［8］。作為基礎(chǔ)的機(jī)械設(shè)計，首先，作為技術(shù)人員，需要基于獨(dú)立功能單元模塊進(jìn)行機(jī)床的特殊化劃分。同時，置于控制機(jī)床獨(dú)立性的條件下，進(jìn)行模塊化的搭配，整體優(yōu)化機(jī)床性能，滿足市場需求，合理規(guī)劃產(chǎn)品。其次，根據(jù)機(jī)床零件中的設(shè)計模塊，基于機(jī)床的整體質(zhì)量，進(jìn)行不同檔次的搭配，有效地拓展客戶的需求空間，滿足不同層次、不同種類的客戶需求［9］。

4.1 數(shù)控機(jī)床歷史車床模塊劃分原則

根據(jù)現(xiàn)有的歷史基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行形式和模塊化的劃分，需要根據(jù)一定的劃分原則，具體的劃分原則主要有以下幾個方面。首先，以獨(dú)立的功能單元作為劃分模塊，對于有的功能，進(jìn)行分解、劃分、拆解，從而保證每個單元的獨(dú)立性，使得每個單元相互結(jié)合，都能夠產(chǎn)生很多形式的產(chǎn)品［10］。其次，以某個部件作為劃分模塊，能夠有效地保證裝配的質(zhì)量，同時還能夠保證車床的完整性。最后，以組件作為模塊，將其功能進(jìn)行細(xì)化以后，可以將其中的某些模架進(jìn)行模塊化劃分，通過更換或者是組裝，能夠使得某個部件更加具有靈活性，使得同一產(chǎn)品具有很多的用途和功能，通過功能化劃分，能夠使車床的效率得到最大化［11］。為了將模塊化組合的系統(tǒng)應(yīng)用做到最大，可以將組合進(jìn)行劃分，分為不同的模塊化組合，進(jìn)行合理的模塊化大件的結(jié)合，要規(guī)范、完整、具體，同時還要能夠獨(dú)立運(yùn)行，因此，需要進(jìn)行有效的鏈接和分離［12］。在進(jìn)行模塊劃分的過程中，必須要充分考慮市場的變化及科技的進(jìn)步，同時留出一定的發(fā)展空間，使得未來新技術(shù)引入不會對原有的模塊產(chǎn)生巨大的沖擊和改變［13］。

4.2 數(shù)控立式車床的功能分解

數(shù)控立式車床在進(jìn)行模塊劃分時必須要從車床的整體實用性和整體功能出發(fā)，基于功能進(jìn)行細(xì)致劃分，保證每個功能都能夠得到獨(dú)立運(yùn)行，使得功能劃分不能繼續(xù)分解時，需要將分工能作為最基本的單元，每一組單元都要與一個功能模塊相對應(yīng)。在進(jìn)行模塊劃分的過程中，必須要充分考慮必需的功能和基本功能，以用戶個性化定制的功能進(jìn)行劃分。根據(jù)用戶的個性需求來進(jìn)行個性化的功能定制，但基本功能和必需的功能進(jìn)行固定搭配，由于客戶生產(chǎn)條件和生產(chǎn)性能不同，因此，對于機(jī)床的規(guī)格功能和性格的要求也會有所不同，根據(jù)客戶的條件進(jìn)行功能的差異化搭配，能夠有效地滿足客戶的個性化需求。例如，對于單注數(shù)控技術(shù)機(jī)床CK 系列來說，啟動提供能為撤銷，但其撤銷的具體內(nèi)容不同，有凹槽用平面及螺旋單面，因此，就需要根據(jù)客戶的具體功能提供不同的搭配。此外，為了滿足客戶個性化的需求，還需要針對其支撐功能、輔助功能等一些側(cè)重點功能進(jìn)行單元劃分和進(jìn)一步的功能組合。

4.3 數(shù)控歷史機(jī)房的模塊劃分

通過總體功能進(jìn)行分析，可以看出，某些功能或某個功能都存在著一一對應(yīng)的關(guān)系，即某一模塊對于某一功能可實現(xiàn)一一對應(yīng)，而將某一功能通過多個模塊來實現(xiàn)就是一對多的供應(yīng)，是多對單的關(guān)系。

根據(jù)模塊和功能的映射關(guān)系，考慮整體機(jī)床系列的特點及利用模塊劃分的原則，將立式模塊和機(jī)床系列進(jìn)行系統(tǒng)的對應(yīng)，運(yùn)用模塊劃分的原則，得到數(shù)控機(jī)床的整體模塊劃分。數(shù)控立式機(jī)床可以分為傳動機(jī)床、支撐模塊、執(zhí)行模塊等多個部分，根據(jù)不同的模塊和功能進(jìn)行分析，將其結(jié)構(gòu)和用途，功能為具體的劃分，將其運(yùn)用到多個接口中，從而會得到不同的立式機(jī)床產(chǎn)品。

4.4 齒輪減速器模塊化設(shè)計分類

根據(jù)以往的設(shè)計思路來看，將模塊設(shè)計可以分為4 個方面：首先是全系列的設(shè)計，其次是混合系列設(shè)計，再次是縱向系列設(shè)計，最后是橫向設(shè)計。在進(jìn)行模塊的組合設(shè)計時，可以根據(jù)上述4個方面來進(jìn)行完成。

首先，在進(jìn)行橫向模塊設(shè)計時，可以根據(jù)產(chǎn)品的總體規(guī)劃和規(guī)格來進(jìn)行設(shè)計，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行模塊組合的刪減變更，最終確定全新的產(chǎn)品。其次，進(jìn)行縱向系列的模塊設(shè)計時，首先是針對尺寸規(guī)格相對較大的模塊設(shè)計出類型基本相同或相近的產(chǎn)品，這一次可以根據(jù)內(nèi)部的零件結(jié)構(gòu)及其組合進(jìn)行強(qiáng)度的加大或減少。再次，在進(jìn)行綜合模塊組合設(shè)計時，可以通過分段的方法來進(jìn)行設(shè)計。在進(jìn)行跨系列的模塊設(shè)計時，主要是將縱系列和橫向系列的模塊組合進(jìn)行優(yōu)化升級，形成設(shè)計之間的銜接與過渡，一般是將兩種設(shè)計思想進(jìn)行全面結(jié)合，優(yōu)化兩種設(shè)計特點，完成設(shè)計的升級和設(shè)計改造，設(shè)計出有針對性的產(chǎn)品。最后是進(jìn)行全系列的模塊設(shè)計，主要是針對于客戶的需求進(jìn)行全系列的模塊劃分，從而讓模塊設(shè)計得到充分的優(yōu)化，滿足不同的功能需求。

5 結(jié)語

總而言之，將模塊設(shè)計的思路運(yùn)用到機(jī)械化、自動化建設(shè)的過程中，能夠有效地提高機(jī)械設(shè)計的效率，從而設(shè)計出更加滿足實際需求、滿足客戶需求、更加具有針對性的產(chǎn)品。本次研究主要針對模塊化設(shè)計與模塊化設(shè)計的應(yīng)用做了深入性的探討，采用混合模塊化設(shè)計的方式，滿足不同客戶的需求，增強(qiáng)機(jī)械化設(shè)計的質(zhì)量和效率，實現(xiàn)設(shè)計成本的降低。