模块设计,模块化设计方法在机械设计中的应用论文范文参考
刘庆
[摘 要]近年来，模块化设计方法在机械设计中的应用愈加广泛，为进一步提升模块化设计方法在机械设计中的应用效果，文章首先对机械设计及模块化设计的相关概念进行了介绍，然后对模块化设计的步骤以及特点进行了分析，最后以数控立式车床为例，对机械设计中模块化设计方法的运用展开了详细的阐述。
[关键词]机械设计；模块化设计；应用研究
中图分类号：TU503 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0046-02
前言：在我国经济不断发展的背景下，传统机械设计中的集中式用户群体逐渐朝着个体式用户的方向发展。在机械制造领域内，传统的机械设计技术，在技术的可变性和灵活性上同社会生产的发展需要越发不相匹配，难以适应现代化社会生产的需要。由此，模块化设计方法营运而生。从目前的应用效果上来看，模块化设计方法已经在机械设计中起到了一定成效，而基于模块化的设计方法也可实现不同机械设计技术之间的自由组合和划分，进而有效控制设计成本和缩短设计周期。基于此，文章从机械设计和模块化设计的概念出发，对机械设计中模块化设计方法的应用展开了详细分析，旨在提供一些该方面的参考，以下是具体内容。
一、机械设计及模块化设计的概念
（一）机械设计
机械设计是指符合当前社会经济发展指标的相应技术条件要求，对其功能需求锁定出的综合性最佳技术方案的一个进程，具备多层次性、相近性能以及综合性能等特点。从目前机械制造业的发展趋势上观察，机械设计基于自身所拥有的技术特点，是创造新型机械产品的基础所在，通过合理的机械设计可有效提升机械产品的个性化、多元化和高质化程度[1]。从消费者的消费需求上观察，个性化和多样化则是未来的机械产品需求趋势所需在，因此在未来的机械产品领域内机械设计的重要程度会进一步提升。
（二）模块化设计
模块化设计是机械设计的一种方法，是指在进行机械化设计中，将原有得不同的部分规划于相对应的模块中，并对每个模块的设计进行了全方位的思考，然后将其各个部位重新组装在一起，最后完成整个机械设计的所有内容[2]。在进行模块化设计的过程中，整体的设计效果直接取决于对模块的可互换性考虑和具体划分方面的设计，为尽可能提升模塊化设计的质量，需要在设计之初进行全面综合的考虑，并将制造环节的便捷性也考虑其中，考虑不同模块之间的组合便捷性，明确不同模块之间的功能划分。此外，还需要保障每个模块之间的彼此独立性，可在具体的使用过程中进行更换，具备系统后期升级的功能[3]。
二、模块化设计的特点及步骤
（一）模块化设计的特点
模块化设计其是一种设计的方法，同时也是一种设计的理念，自身具备十分显著的特点：首先，模块化设计方法后期维修十分便捷。因为模块化设计具备可更换的能力，继而在使用的过程中，如果机械出现的故障，可以通过检查确定某一个模块出现的问题，然后仅仅对损坏模块进行更换，即可完成维修，极大的便捷化机械产品的维修作业；其次，模块化设计还可简化机械产品的设计过程中，在传统的一体化设计中，设计出的一套方案只能应用于一套产品，变向增加了机械产品设计的工作量，而模块化设计可通过自身的高灵活性，一套设计方案通过不同的组装的形式应用于不同系列的产品，因此极大的节约了设计人力和物力；最后模块化设计还具备节约设计成本的作用，在机械设计的过程中，通过模块化设计途径，可对各个模块进行深入的探究，继而提升其质量，完善其功能，从而达到使用最少的模块达到设计要求的效果，达到节约设计成本的目的[4]。
（二）模块化设计的步骤
在模块化设计应用于机械设计中时，需要严格依照一定的步骤进行，方可确保设计出机械产品的完整性和独立性，继而便于不同模块之间的彼此连接，并通过使用最少的模块获得最佳的产品性能。第一步，需要对设计机械产品的需求进行分析，基于设计机械产品的切实需求进行各个模块之间的划分和功能确定；第二步，根据确定的各个模块功能设计各个模块，并保障设计出各个模块之间的相互联系却又彼此独立，便于对不同模块的操作；第三步，将设计出的不同模块进行组合，根据不同模块的特点合理设置组合顺序，实现机械设计所需功能。此外，需要特别注意在进行模块设计的过程中，还必须保障每一个模块都具备可更换的功能，在机械产品的使用过程中，当一个模块出现问题时，可以进行及时更换[5]。
三、机械设计中模块化设计方法的运用
模块化设计在机械设计内的各个领域内都有十分广泛的应用，文章以目前应用最为广泛的数控立式车床为例，对模块化设计在机械设计的运用进行详细、具体的分析。
（一）对模块进行区分
在机械设计中模块化设计方法的运用，首先需要对模块进行划分。在数控立式车床机械产品的设计中，模块化设计方法的关键设计内容是对车床的结构和功能进行分析，继而基于数控立式车床的功能需求，对不同结构的功能进行合理的划分，该步骤是保障设计效果的关键所在。一般而言，数控立式车床机械产品在功能划分上分为执行模块、传动模块、辅助模块、支承模块以及监测模块几大模块，每个模块都有自己所独自承担的功能，并且彼此之间又处于相互联系下，在进行整体的数控立式车床设计时，需要将这些模块进行区分，同时又要统一化到机械设计之中，保障最后出的机械产品，各个模块都能具备相应的功能，同时也可以做到彼此间的协作[6]。
（二）确定模块功能
对数控立式车床的不同模块而言，其部分模考的功能十分单一，只具有一种功能，但也存在部分模块功能复杂，具备多种功能，因此在对模块进行区分之后，进一步需要对不同模块的功能进行确定。例如刀具检测装置模块的功能便是单一的对刀具进行检测、工具检测装置模块是对刀具进行检测；刀具模块则具有刀具夹紧、刀具定位、刀具松开等一系列的功能。此外，也存在一个功能由多个模块负责的情况，如工件旋转功能，卡爪模块、工作台模块以及主变速箱木块都具备[7]。endprint
（三）对模块进行编码
对区分出且确定功能的模块进行编码，其意义在于对整個设计模块的参数、属性、规格以及不同功能模块之间的关系进行整合化的管理，同时标注上相应的名称。例如对数控立式车床机械产品的模块进行编码，可建立一个统一化的模块设计标准便于对不同产品之间进行分类化的管理，对数控立式车床产品的研发也具有一定的意义。在模块化设计应用于机械设计中对模块进行编码时，需要特别注意编码的合理性、完整性、独特性以及易操作性。
（四）对模块进行组装
在对不同的模块功能进行划分并进行编码化后，进一步对不同的模块进行组装，在组装的过程中必须保障在整个数控立式车床设计中的各个模块之间都可以得到最佳的配置，继而可在数控立式车床的实际应用过程中，将相应的功能发挥出来。具体而言，在数控立式车床的模块组装的过程中，首先必须保障整个组装的完整性，并且对不同模块间的结合面进行适当处理，保障模块间布局的合理性；其次必须保障各个模块都具备更换功能，和其他模块之间具备紧密的联系，同时有彼此独立，在数控立式车床使用中当某一个模块出现故障更换后，不会对其他模块的使用产生影响；最后在数控立式车床的模块组装的过程中，还需要特别注意对模块的接口处进行标准化的处理，保障接口的规格符合数控立式车床的相关要求，从而保障模块组装完成后的整体效果[8]。
（五）完成设计工作
在在对数控立式车床的不同模块进行区分、功能确定、编码以及组合后便完成了整个数控立式车床机械产品的设计工作。通过模块化的设计将数控立式车床的执行模块、传动模块、辅助模块、支承模块以及监测模块几大模块内的具体装置进行具体设计。例如在执行模块中包括工作台、卡爪、刀具等；在检测模块中，包括机内对刀装置、刀具检测装置以及工件测量装置等；在传动模块中包括水平进给箱、主动传轴、垂直进给箱以及横梁升降箱等；支撑模块包括横梁、立柱以及滑架等；辅助模块包括冷却装置、保护罩、机床电气、刀库以及润滑与液压装置等。在经过以上一系列数控立式车床模块化设计后，通过实践证明，在设计数控立式车床的使用过程中各项性能指标都达到了设计要求，在降低数控立式车床运作成本的基础上还有效降低了设计成本，说明模块化设计方法在数控立式车床设计中起到了切实的作用
结束语
综上所述，机械设计是指符合当前社会经济发展指标的相应技术条件要求，对其功能需求锁定出的综合性最佳技术方案的一个进程，而模块化设计是当前在机械设计的十分重要的一种方法，具有后期维修十分便捷、简化机械产品包装过程、节约设计成本等特点。在模块化设计方法应用于机械设计中一般遵从于机械产品功能需求分析、模块设计和模块组合三步走的步骤。在具体的运用上，主要体现在对模块进行区分、对模块进行编码、确定模块功能、对模块进行组装、完成设计工作几个方面。随着未来机械产品市场需求对机械产品的性能和个性化的要求不断提升，可预期未来模块化设计方法在机械设计中的应用会进一步深化，因此需要我国相关企业和部门加大在模块化设计方面的资源投入，通过提升模块化设计水平，整体提升我国机械设计水平。
参考文献
[1] 王日君，张进生，张明勤等.产品模块化设计中接口信息模型研究[J].农业机械学报，2012，43（9）：226-229.
[2] 董娟.模块化设计在包装机械设计中的应用[J].商品与质量，2016，（32）：210-210.
[3] 曾倚伟.机械模块化设计在产品中的应用及前景[J].科技经济导刊，2016，（17）：79-79.
[4] 刘志，李帮义，程晋石等.基于模块化设计的制造/再制造生产决策[J].计算机集成制造系统，2016，22（4）：935-944.
[5] 雷宇，靳宝全，王云才等.LMS自适应滤波器模块化设计及其FPGA实现[J].电子器件，2017，40（2）：390-395.
[6] 陈铁军，祝宝山，王正伟等.水力机械综合试验台水力循环系统模块化设计[J].实验技术与管理，2017，34（4）：89-93，98.
[7] 肖超，周玉林，盛海泳等.工业机器人机械本体模块化设计[J].中国机械工程，2016，27（8）：1018-1025.
[8] 鲁玉军，雷呈瑜，顾新建等.基于最大适应度优化算法的订单产品模块化设计方法[J].计算机集成制造系统，2013，19（5）：909-917.endprint
