依據(jù)系統(tǒng)的功能，對其進行若干模塊的分解，同時在模塊不同方式的組合中，促使不同規(guī)格、品種的產(chǎn)品生產(chǎn)和制造是模塊化設計的主要內(nèi)容。機械產(chǎn)品的設計制造過程中，模塊化設計同時與柔性加工技術、成組技術、計算機技術相結合，對同一功能的單元進行設計，使其成為可互換且性能不同的模塊，從而形成不同規(guī)格產(chǎn)品的重新生產(chǎn)和應用，在一定意義上，促使了機械設計制造的發(fā)展和創(chuàng)新。

一、模塊化的概念

    （一）模塊的劃分及設計方式

    對于模塊系列的設計，模塊的合理劃分非常重要。一方面，考慮管理與制造的方便，對組合可能產(chǎn)生的混亂進行避免，使其具備一定的靈活特性；另一方面，還要考慮模塊系列的擴展及變型產(chǎn)品的輻射。所以，對于整體系統(tǒng)的設計，必須要對結構要素和功能要素進行全面考慮，其中，劃分所應注重的內(nèi)容包括：整個系統(tǒng)中，模塊的作用及更換的必要性；其功能、結構的設計必須具備完整性與獨立性；便于模塊接合要素的分離與聯(lián)接，且模塊的劃分不能對系統(tǒng)的主要功能造成影響。劃分原則為：盡量控制模塊的組成數(shù)量，并促使更多產(chǎn)品的組成，且在滿足基本功能、結構要求的基礎上，形成成本低廉、性能穩(wěn)定的高精度產(chǎn)品，同時確保模塊結構的規(guī)范與模塊聯(lián)系的設置趨于簡單化。模塊化設計過程中，主要的核心內(nèi)容是模塊的組合，同時又稱為接口。顯而易見，相同功能模塊的互換、不同功能模塊的組合都是模塊化設計的主要形式，這也就決定了模塊的可互換性及可組合性兩個主要特征。而這兩個主要特征，通常在接口上有所體現(xiàn)，進一步促使模塊規(guī)格化、通用化、標準化程度的提高也就具有重要意義。

    （二）設計步驟

    模塊化產(chǎn)品的研制過程和設計過程是模塊化設計的兩個不同層次，而實質的模塊化設計所遵循的設計步驟與一般技術系統(tǒng)類似，與一般技術系統(tǒng)相比只是更為復雜，所需的成本費用也比較的高，對于每個零部件的功能發(fā)揮，都不能是單一的。其主要步驟為：①對市場的具體情況進行調(diào)查和分析，而這則是促使模塊化設計順利實施的基礎工作；②對所設計的產(chǎn)品功能進行分析，同時擬定產(chǎn)品的系列型譜；③依據(jù)產(chǎn)品的結構和功能，對重要的參數(shù)范圍及主參數(shù)進行確定；④通過模塊化設計類型的確定，對產(chǎn)品模塊進行合理劃分；⑤對模塊的結構進行設計，促使模塊庫的有效形成；⑥對產(chǎn)品模塊相關的技術文件進行編寫。

二、模塊化設計的技術研究

    （一）與柔性制造技術的結合

    柔性制造技術的目標是快節(jié)奏、多樣化生產(chǎn)，系統(tǒng)對生產(chǎn)反應的多變性、可變性及靈活性是其強調(diào)的主要內(nèi)容。針對柔性技術這一要求的實現(xiàn)，模塊化正好能夠對相關的重要依據(jù)進行提供。對于模塊化技術而言，其通過通用模塊的利用對機床共性問題進行解決，能夠取得一定的效果；而對于個性問題的解決，仍能夠集中精力，使最少模塊組合原則實施的基礎上，促使更多機床的有效形成，從而滿足柔性制造技術的多樣化要求。以機床為生產(chǎn)工具，可對其模塊的特性進行合理運用，促使一機或一模多用的形成。重新對機床模塊進行組合，可最大程度的滿足系統(tǒng)的柔性要求。而依據(jù)模塊化技術的運用，在硬件方面促使系統(tǒng)柔性特征的實現(xiàn)，也是機械設計制造業(yè)重要的研究方向之一。

    （二）成組技術的處理特點

    現(xiàn)代生產(chǎn)的多樣化，在成組技術與模塊化方面都有體現(xiàn)。其中，成組技術的理論依據(jù)是零件工藝、形狀方面的相似性，對相關事物的相似性進行研究，同時對其歸類成組，在規(guī)范化處理和標準化處理的基礎上，對小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)進行流水作業(yè)生產(chǎn)方式的改進和轉化。對于模塊化技術而言，類似于大批量元素、中批量子系統(tǒng)、小批量系統(tǒng)的效果實現(xiàn)也是其追求的重要方向，通過對機床部件相似性功能的運用，對相關性的功能部件進行統(tǒng)一和簡化，從而促使模塊的整體化形成。兩種技術對于事物的處理，存在著共同的特點，如對具有相似性的事物進行集中處理；規(guī)范化、標準化處理重復性事物；重復對信息進行使用等。同時，成組技術與計算機技術的結合也越來越普遍，工藝設計、制造方面的進展也是非常巨大，而作為模塊化技術，將要發(fā)展的方向也是這一內(nèi)容。

    （三）計算機輔助技術

    模塊化技術當中，對數(shù)據(jù)庫技術和計算機輔助技術進行結合，所取得的效果非常突出，一定程度上，大量的、復雜的重復性工作和計算都能夠得到有效的處理和解決，與人工相比，其條理性、一致性、穩(wěn)定性的超越是顯著且優(yōu)越的。此外，利用模塊化方法，對復雜的系統(tǒng)進行分解，使其形成簡單的子系統(tǒng)，同時在各子系統(tǒng)當中對計算機技術進行運用，其計算機功能的發(fā)揮是非常巨大的。

三、模塊化設計技術的應用探究

    （一）數(shù)控立式車床模塊的劃分

    模塊劃分原則的確定依據(jù)是立式車床的模塊化要求和結構形式，主要包含的內(nèi)容為以下幾點：1.獨立的功能單元作為模塊，在結構方面促使已分解功能單元的獨立化，從而形成的模塊在搭配、拼組過程中，操作非常的簡便，對于多種變形產(chǎn)品的構成也有重要作用。2.部件作為模塊，使其形成一定的完整性，裝配質量的確保就能夠得到實現(xiàn)。3.組件作為模塊，分解并細化功能后，同樣能夠對部件中的組件進行模塊化處理，在零件更換的基礎上，促使部件不同性能與用途的發(fā)揮和實踐。由此形成的組合方式，與整個部件的更換相比，要更為靈活。模塊劃分過程中，機床大件的模塊化也要引起注意，規(guī)范大件的結合要素，使分離與聯(lián)接更為容易。當然，模塊的發(fā)展空間也非常重要，只有這樣，新技術的引入才不會受到模塊結構的阻礙。

    （二）車床的功能分解

    劃分模塊的過程中，要以數(shù)控立式車床的總功能為出發(fā)點，對其進行分解促使獨立功能的實現(xiàn)，對分功能繼續(xù)進行分解直至形成功能元。功能元作為基本單元，對分功能、總功能的組成非常重要，通常與功能模塊為對應關系。分解總功能時，必須對總功能中分功能的實現(xiàn)及用戶的要求進行全面考慮。而用戶條件的不同使得機床規(guī)格及性能的確定也有所不同，而模塊的組成產(chǎn)生的效用差異也是巨大的。車削是單柱數(shù)控立式車床的總功能，可對螺紋、平面、溝槽、內(nèi)外圓錐及各種旋轉曲面體進行車削。而單柱數(shù)控車銑加工中心除車削功能外，還具備有良好的銑鏜功能，通過輔助功能、支承功能、執(zhí)行功能、傳動功能可對其進行細化和分解。

    （三）車床的模塊劃分

    分解總功能，其功能與實現(xiàn)功能的模塊具有一定的對應關系。如通過單一模塊促使某一功能的實現(xiàn)；多個模塊共同促使某一功能的實現(xiàn)；某一個模塊促使多個功能的實現(xiàn)；其分別為一一對應關系、單對多的關系、多對單的關系。如圖1所示。

    圖1 功能與模塊的映射關系

    依據(jù)模塊與功能的映射關系，對數(shù)控立式車床的結構型式及特點進行考慮，通過模塊劃分原則的運用，可對通用的模塊進行劃分。其可分為監(jiān)測模塊、輔助模塊、支承模塊、執(zhí)行模塊以及傳動模塊，同時還能夠繼續(xù)進行細化和分解。分析同一功能的模塊，其結構與用途存在著差異而，而相同接口結構模塊的形成，在結構模塊的組合過程中，可以促使不同性能與用途的數(shù)控立式車床產(chǎn)品的設計和制造。

結束語

    總而言之，模塊化產(chǎn)品的設計應用，使產(chǎn)品的精度和性能穩(wěn)定不斷提升，形成成本低廉、結構簡單的機械產(chǎn)品。而隨著規(guī)格化、標準化、通用化程度的進一步提高，模塊的互換也就變得更為可能，其機械化設計與制造水平也會得到進一步提高。
 

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本文標題：模塊化設計方法技巧在機械設計中的應用探究

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