摘要：在机械设计中，运用模块化设计方法可以提升设计的质量和效率，但是目前模块化设计存在明显的不足。因此，对模块化设计方法进行研究，且探讨其应用具有重要的意义。本文在探究模块设计方法、步骤以及技术的基础上，分析其在机械设计中的应用，希望可以为机械设计的模块化技术应用带来一定的借鉴价值。
关键词：模块设计；机械设计；应用
1 模块化设计定义及目的
模块化设计的界定是从产品设计以及生产的不断发展中逐步形成的，它指的是在某一范围内为满足市场的不同需求，根据功能分析为基础，对功能相同或者相同功能而性能、规格各异的产品进行划分，并以功能模块形式进行系列设计，以期达到变通对模块的选择和组合，即可构成顾客定制的个性化产品。其内容包括创建和组合，其中模块是具有一定功能的零件、组件或部件，一般为批量生产。鉴于不同模块可组合成差异化产品，设计的重用率因而得以提升，使设计成本大大降低，实现了机械产品设计速度的提升及定制设计规模化。模块化设计的宗旨为用设计上的少变去满足客户需求的多变；以设计时间的最少投入、加工速度的专业化来提高设计生产效率、缩短产品生产周期，应对市场中交货期的日益缩短；采用最有效的方式取得最快速的产品创新；设计方法从组合上求创新、并从功能角度出发，达到产品通用化和标准化，使其可靠性及质量得以提升，通过平台的建立、共享产品通用模块，满足产品大量定制下的经济效益规模化。模块化设计同时具有如下优点：产品内部繁复性减少，同时产品外部增加多样性，客户需求与企业目标之间的差距得以协调；模块化产品的配置设计通过规模化开发迅速提高，生产成本得到降低；设计人员得以减轻工作强度，可使其投入更多精力在技术上创新；在适应生产的定制规模化同时也可适应个性化产品的小批量生产；模块的高质量和可靠性有利于定制产品成功率一次达标；基于模块的封装性，拆卸和组装变得更为便捷，还可以模块为单元进行拆装维修，操作空间、测试设备限制不存在，维修工作极大简化，加快维修速度与效率。
2 模块化设计方法在机械设计中的运用
2.1 模块化设计在机械压力机设计中的应用
模块化设计方法非常适用于结构复杂的机械产品的设计。机械压力机可以拆解为机身、滑块、传动、气动、润滑、拉伸垫部件等，但分解出的模块较大，无法将这些模块组合成新产品，需进一步细化分解为具有较强通用性的模块。飞轮制动器是机械压力机的重要部件，由气缸、刹车片和底座组成。但由于底座受机床结构和安装位置的限制，不能全部通用，所以飞轮制动器不能作为1个模块来采用模块化设计，可将其分为3个模块来进行设计。不同的压力机气缸是可以相同的，在装配过程中只需适当调整气压气缸便能使用于多种规格的机械压力机上。刹车片可直接作为通用件。底座可根据安装位置结构来进行设计。根据具体需求选择不同气缸、底座和刹车片进行组合形成的飞轮制动器可在各种规格的压力机上使用。由于机械压力机的液压系统和润滑系统的泵站为外购的，因而其本身就是一个独立的模块，但是分配系统具有向不同点输送的功能，这就需要根据企业需求对系统的装配部件进行设计，根据模块化设计原则，设计过程中可将液压系统、润滑系统的分配元件及管路集中起来，形成集中控制模块，只需留出对外接口即可适用于多种机械产品。机械压力机的气动部件的控制气路可通过三联件、压力表、减压阀及其他气动元件的组合形成一个中央控制模块，在该模块中，只需留出对外接口即可适用于吨位相近的不同的压力机上。
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2.2 模块化设计在切割分排机设计中的应用
2.2.1 模块划分
模块化设计过程中，根据切割分排机的功能和结构，进行模块划分，大部分模块为必选模块，其中电机包括1.1 kW、1.5 kW两种。按照产品规格不同，分为3万包、5万包、12万包、15万包四类。二次拉伸网、分排架、滴油装置为可选模块，主要是按班产量或客户要求选择有或无。除此之外，一台完整的切割分排机，还应包括必不可少的标准件、连接件、紧固件等。对于3万包、5万包、12万包、15万包这4种类型，其主要区别在于4种系列产品的有效工作宽度不同，但它们所要实现的功能是相同的，因而模块划分亦相同。在模块划分下进行切割分排机的模块化设计最终衍生出来的并不仅仅是3、5、12、15万包这4种产品，这只是按照产量不同来划分的，属于第一个层次的分类，而在此基础上，还能根据客户的不同需求、不同排架长短、有无二次拉伸网、由于滴油装置、不同分排装置衍生出更多种类的产品，通过计算，仅按照3万包的产量，就可衍生出16种产品。另外一方面，每个模块都有各自接口，且在接口约束框架内，每个模块都是不断发展着的，客户需求不同，切割分排机生产的方便面的种类也会有所增加，这对于丰富产品线具有重要现实意义。
2.2.2 模块化参数化设计及应用效果
模块划分完成后，需分析各个模块之间的关系，也就是进行各模块之间的接口分析，以明确两个模块之间是否直接相连，这样以来，在切割分排机设计过程中，可从源头上避免模块之间相互干涉现象的出现。必要情况下，进行接口分析的时候应进一步对每个模块的外形轮廓尺寸、接口尺寸等加以明确。比如蒸网主传动轴模块与二次拉伸网、电机、左箱体、右箱体、主传动轴模块存在接口，挑面辊组件模块与左箱体、右箱体、主传动轴模块存在接口，分排架模块与分排架支脚、后分排辊组件、滴油装置、淌板、左箱体、右箱体模块存在接口，左箱体、右箱体模块都与蒸网主传动轴、挑面辊组件、折叠机构、栅轮、二次拉伸网、切刀托辊组件、小胶辊组件、上压辊组件、前分排辊组件、分排架、机架、罩壳模块存在接口。按照图中的编码规则解读切割分排机的编码，比如FM12.07为12万包切割分排机的编码，FM12.06.10为12万包切割分排机某一部件的编码，FM05.08.03-2为为5万包油炸机某一零件的编码。相应地，按照编码规则对切割分排机各个模块进行编码。编码后，编制切割分排机的合同数据列表，当客户选择了某一具体规格的切割分排机，根据客户具体需求，选用相应的模块，进行模块配置。以切割分排机中的切刀托辊组件的模块化设计为例，3、5、12、15万包这四种产品的相应模块中，除切刀、切刀棍、托辊件号不同以及标准件数量不同外，其他各个零件均相同，四者存在大量共用件。应用Pro/E建立切刀托辊组件模型，建模过程中，在族表中列出不同零部件，并选用不同件号，以生成不同模型组合。之后利用Pro/E所具有的强大的参数化设计能力实现各个部件和零件的参数化设计。
结束语
总之，模块化设计方法是实现机械产品大规模定制、使产品越加符合当前市场需求的有效方法之一，在提高效率、降低成本、保证质量等方面具有很大优势。但模块化设计也有带来不利影响的可能性，在机械设计中还需加强分析，对其进行合理应用。相信随着模块化设计标准化、规格化、通用化程度的进一步提升，模块的互换性也会随之强化，机械设计与制造水平将会步上一个新台阶。
参考文献
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[3]谌炎辉.复杂机电产品模块化设计若干关键技术及应用研究[D].西安：西安电子科技大学，2013.
论文作者:张单
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/7
标签：模块论文; 产品论文; 组合论文; 箱体论文; 机械设计论文; 排架论文; 组件论文; 《电力设备》2017年第18期论文;