机械设计中模块化理念的应用分析

莫尘

摘要：随着经济的发展，现代机械设计也发生了一定的转变，科学性、技术性等均有了显著提升。模块化设计是目前较为通用的机械设计模式，可以很好的规避传统机械设计存在的弊端，同时提升设计效益。故本文就模块化设计理念及其应用展开讨论，希望对有关单位有所帮助。

关键词：机械设计;模块化;理念

0  引言

我国是世界上著名的工业制造大国，因此国内机械化行业发展尤为迅速。近些年，随着经济的发展，我国的工业得到了进一步的发展，工业完整度也得到了进一步的完善，用户群体也由以往的集中式转变为个体式。而这也就要求机械设计制造单位进一步的削减经营成本，提升经营效率与质量。由此，传统的机械设计模式已然无法满足当下需求，需要更多的使用模块化等实际理念。模块化的实际方式主要基于劃分与组合的方式实现，由此可以大大的缩短整个机械设计与制造周期，从而降低成本，提升产品质量。

1  模块化设计理念概述

模块化的机械设计主要是指基于特定的模块在规定的范畴中，组合为不同品类以及功效的产品。在进行模块化机械设计时，需要强调以下几层内涵，第一，纵向设计;第二，全系设计;第三，横向设计，在确保各个参数的前提下利用不同模块之间的转换实现产品的各种变换。模块的划分原则以及可互换性等均决定了最终模块设计能否达成。在进行划分过程中不单单需要考量机械制造过程中的可行性，同时还需要考量在后期的组合过程中能否简单、轻易的达成。故而在进行模块化设计期间，务必注重各个模块的划分选择。在模块的划分期间，还应当考量各个模块的可互换性，确保各个模块独立的同时也能够实现各自的有效结合。基于模块化的机械设计，应当注重各个模块的组合，尤其注重对模块结合面的设计。为了可以确保各个模块的可互换性，需要在设计过程中做到统一标准化以及规格化。

2  模块化设计理念的特点

2.1 维修便利性

采用模块化设计时，因为模块均具有可互换性，因此如若机械设计使用过程中存在问题，只需将特定的存在问题的模块进行更换便可。这样的设计理念，一方面可以大大提升维修的便利性，另一方面也有助于节约企业成本，增创更多效益空间。

2.2 简化机械设计

以往的机械设计中，设计人员往往需要综合考量产品的功用以及特点等从而进行针对性的设计，实际的产品或者包装往往可适用范围不广，且扩展性等方面也有待提升。基于模块化的设计，可以实现全系列的覆盖，如若客户需要提货，则只要对其进行模块化的更换即可。传统的机械设计往往需要对每一个的零部件进行仔细的考量与分析，需要设计人员具备更为全面的以及专业的知识素养，同时整个的设计周期以及实际投入也会更大，产品的生产制造周期也会被进一步的拉长。而基于模块化的设计理念，设计人员将从传统设计模式中进行解放，无需单独的着重的考量全部的机械零部件的设计，而只需要注重对当前模块的设计与优化即可。

2.3 成本更低

基于模块化理念的机械设计可以依据各个模块的特性进行。此外，也可以依据对各个模块的研究，从而不断的提升产品的性能与品质，并提升模块化产品的数目。这样可以选择更少的模块组合从而实现更为丰富机械设计。在设计的过程中也可以大大降低成本投入。

3  模块化设计理念应用

此次以数控立式车床的模块化设计为例，依照不同的功能单元以及结构模块，进行合理的划分。模块划分的合理与否直接关系到整个模块化设计的成功与否。

3.1 划分原则分析

依据已有的一些立式车床的结构形态与模块化设计需要，模块划分的原则主要归纳为以下几方面，首先，以单独的功能作为划分单元，即对划分完成后的各个结构具有功能上的独立性。这样的设计模式一方面有利于后期组装拼接完成，另一方面则可以组成为多个类型的产品;其次，以部件作为模块，这样的设计使得各个模块具有一定的完整性，且组合装配时的质量也能得到更好的保障;另外，基于组件作为模块，将各个功能进行细分后，还需要对各个部件中的组件进行划分，从而基于更换以及取舍零配件的方式，使得部件具备不用的功用与性能。这样的更换方式无疑比整个的进行更换更具经济效益，且灵活性更高。除此之外，在进行模块化的划分期间，还应当注重对大件的模块化设计，大件的组合应当规范且利于组合与拆分，但在设计过程中需要考量各个模块的拓展空间，从而利于新型技术等的扩展不会对当前模块产生影响。

3.2 数控立式车床功能划分

在进行模块化设计时，务必从整个数控立式车床的整个的使用用途处罚，将其划分成不同的相对独立的功能模块，并依据不同的功能等再次进行分解直至无法再度分解为模块单元。在进行总体的功能的划分过程中，应当综合分析客户的使用需求，以及整个的功能的实现所必须具备的各个子功能。而实际不同客户的使用需求不同，因此数控立式机床的规格以及产品参数也各不相同，产品各个模块的组成也具有鲜明的差异。针对单柱数控立式车床而言，车削是其最为关键以及主要的功能，可以进行外圆柱、内圆柱以及平面、螺纹等各种车削，同时还应当具备一定的铣镗功用。这些功用可以依据传动模块、执行模块、支撑模块以及检测、辅助模块等进行划分。

3.3 模块划分

基于对数控立式车床的总的需要实现的功能的划分，不难发现，某个或者多个功能的实现与另外一个或者多个功能模块之间存在一定的对应关联性。即一个模块对应实现一个功能或者对应实现多个功能。正是这种功能与模块的对应关系，结合数控立式车床产品的特点以及结构形态，利用模块化机械设计理念，可以将数控立式车床划分为多个通用的模块组成。例如，可以将整个的数控立式车床划分为传动、支撑、辅助、施行、监测以及辅助等几个模块单元，并对各个模块单元进行进一步的深入细分为更小的功能单元。基于对同一个功能模块的分析，因为用途以及结构等的不同，可以实现应用互换且接口一致的结构模块，通过各个不同结构模块的组装拼接得到不同使用功用的数控立式车床。

4  模块化设计与其他技术的结合

第一，与计算机技术的结合。将先进的计算机技术与数据库技术与模块化设计相结合，一定情况下可以帮助设计人员实现以往所无法达成的复杂的、重复性的工作，且整个的设计的稳定性、条理性以及一致性等各个方面均得到了较好的提升;另一方面，利用模块化的设计方式也可以将复杂的设计系统划分为多个相对简易的子模块，从而对各个子模块进行计算机分析，可以大大提升计算机的应用功能;第二，与柔性制造技术的集合。柔性制造技术讲究多样性、高效性等目标，尤其强调整个系统对生产反应的灵活应对以及可变性。模块化的设计方式恰好可以满足柔性设计这一诉求，利用模块化设计理念在解决了数控机床等总体共性问题，也可以集中精力处理个性化的问题，并可以实现以最有效的模块组合投入来实现最多的机床应用。一机多用、一模多用是模块化设计的主要特点，无疑可以很好的满足柔性设计需要。模块化设计理念的应用，无疑可以就硬件层面达成系统的柔性，是未来机械设计与制造的重要趋势之一。

5  结束语

随着新型技术的发展，对于机械产品的设计与制造提出了更高的要求。而传统的设计理念已然无法满足当前产品设计需要，不利于企业经营发展效益最大化，故有必要探讨新型机械设计理念，以推动行业稳定发展。模块化的设计理念，讲求对产品的功能模块化划分，再通过组装拼接等方式实现最终产品。对于设计人员的要求更低、技术难度也得到了有效降低，且更符合当下行业发展需要。因此相关企业务必重视模块化的机械设计理念，并将其应用于企业经营日常。但在实施模块化设计时也应当注意一些问题，首先应当明确客户的主要诉求即产品的主要功用，随后应当对产品的总体功用进行功用细分，在对各个细分了的功用进行再次的单元划分，直至整个单个的无法在划分的模块。在设计时应当注意各个模块的客观性，模块之间接口的标准性与规范性，以便于后期产品的维护与保养。总而言之，模块化的机械设计理念，维修更为便利、设计成本投入更低且机械设计难度更低，因此适用范围广，符合现代机械设计要求，应当在现代机械设计中鼓励该理念的应用与推广。

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