基于模塊化設(shè)計(jì)方法的機(jī)械設(shè)計(jì)研究

楊開義

摘 要：新時(shí)代背景下，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)機(jī)械化程度越來越高，工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用越來越普遍。機(jī)械設(shè)備在社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中的應(yīng)用能有效提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，增強(qiáng)生產(chǎn)力，降低生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，為企業(yè)創(chuàng)造更多利潤。但隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)備需求越來越大，要求越來越高，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法逐漸難以滿足市場及行業(yè)發(fā)展需求。而模塊化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，則能降低設(shè)計(jì)難度，提高設(shè)計(jì)效率和水平，強(qiáng)化機(jī)械設(shè)備性能，使各子系統(tǒng)間在保持獨(dú)立性的同時(shí)更好的協(xié)調(diào)運(yùn)作。本文將針對(duì)模塊化設(shè)計(jì)方法的機(jī)械設(shè)計(jì)展開研究和分析，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)水平的提高。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)方法；模塊化；模塊設(shè)計(jì)方法

機(jī)械設(shè)備能代替人工作業(yè)完成一系列生產(chǎn)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、機(jī)械化，有效提高生產(chǎn)效率和水平，徹底改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，有效解決了以往生產(chǎn)中設(shè)備操作危險(xiǎn)性高，操作難度大等一系列問題，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了生產(chǎn)活動(dòng)人力物力投入，縮短了生產(chǎn)周期。當(dāng)前人類已對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生一定依賴性，這使得機(jī)械設(shè)計(jì)服務(wù)對(duì)象從個(gè)體用戶轉(zhuǎn)變向用戶群體。而群體用戶對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)要求更嚴(yán)格，對(duì)成本控制更細(xì)致。顯然傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法以難以適應(yīng)社會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求。而模塊化設(shè)計(jì)方法則為機(jī)械設(shè)計(jì)改革提供了途徑，有效提供了機(jī)械設(shè)計(jì)效率，降低了設(shè)計(jì)成本和設(shè)計(jì)難度，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式不足。

1 模塊化設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)和優(yōu)勢

模塊化設(shè)計(jì)是一種新興設(shè)計(jì)理論，最早提出于二十世紀(jì)末，初期應(yīng)用在家具設(shè)計(jì)領(lǐng)域，二十一世紀(jì)初傳入中國。在這種設(shè)計(jì)方法中，通常將設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行模塊劃分，分成若干模塊后在對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)。而模塊與模塊間保持著緊密聯(lián)系，相互協(xié)作，同時(shí)又保持一定獨(dú)立性。當(dāng)前這種設(shè)計(jì)方法已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，已逐漸成為機(jī)械設(shè)計(jì)重要設(shè)計(jì)方法。在這種設(shè)計(jì)方式中，通常根本產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造規(guī)律、特有功能劃分模塊，不同功能、相同功能不同性能、不同規(guī)劃模塊劃分方式不同，具體的設(shè)計(jì)中各模塊既可單獨(dú)設(shè)計(jì)，也可相互配合。當(dāng)前較為常用的模塊化設(shè)計(jì)軟件如：CAD、ANSYS、Maya、ThinkDesign、Softimage/XSI、Lightwave、Rhinoceros、Tribon等。模塊化設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備故障率低，便于檢修，僅需對(duì)故障模塊進(jìn)行檢修或更換即可，所以能夠有效降低運(yùn)維難度，降低維修成本。另外，模塊化設(shè)計(jì)簡化了包裝流程，降低了包裝難度，可根據(jù)需要進(jìn)行不同接卸組合，完善了模塊組建功能。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)基本概念和意義

機(jī)械設(shè)計(jì)復(fù)雜性和專業(yè)性強(qiáng)，是根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、能量傳遞方式、零件形狀尺寸等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行構(gòu)思、分析、計(jì)算、描述、設(shè)計(jì)，從而為機(jī)械制造提供依據(jù)的過程。機(jī)械設(shè)備是現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)中不可或缺的重要生產(chǎn)力，推動(dòng)著經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備，智能化、自動(dòng)化、精密化程度越來越高，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，涉及到的電氣元件越來越多，設(shè)計(jì)難度隨之提高。在機(jī)械設(shè)計(jì)中要對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)要素進(jìn)行組合，讓設(shè)計(jì)要素組成一個(gè)完成的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備使用功能。具體設(shè)計(jì)中各要素間具有獨(dú)立性，但同時(shí)也具有層次性，存在有機(jī)聯(lián)系。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是通過經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法或試驗(yàn)設(shè)計(jì)法、估算設(shè)計(jì)法確定設(shè)計(jì)方案，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，檢驗(yàn)各項(xiàng)性能是否符合要求。整個(gè)設(shè)計(jì)過程多為人工試湊和定性，耗時(shí)長，難度大高，且數(shù)據(jù)上容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，容錯(cuò)率低。而且是復(fù)雜曲面和截面設(shè)計(jì)中，抽象性非常強(qiáng)，對(duì)設(shè)計(jì)人員專業(yè)技能有較高要求，已不適應(yīng)當(dāng)前市場發(fā)展局勢?？茖W(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)備功能得到實(shí)現(xiàn)的前提，能提高機(jī)械設(shè)備性能，使機(jī)械設(shè)備能處于安全、穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，有效降低故障率，規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)和故障風(fēng)險(xiǎn)。

3 基于模塊化設(shè)計(jì)方法的機(jī)械設(shè)計(jì)

通過前文分析不難看出做好機(jī)械設(shè)計(jì)的重要意義，想要使機(jī)械設(shè)備功能得到實(shí)現(xiàn)，滿足生產(chǎn)使用需求，必須做好機(jī)械設(shè)計(jì)[1]。而模塊化設(shè)計(jì)方法則為機(jī)械設(shè)計(jì)改革創(chuàng)新提供了途徑，機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)積極運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法。

模塊化設(shè)計(jì)模式下的機(jī)械設(shè)計(jì)，要進(jìn)行模塊劃分。合理劃分模塊是進(jìn)行模塊化機(jī)械設(shè)計(jì)的前提條件。設(shè)計(jì)中模塊劃分是否科學(xué)合理，直接影響設(shè)計(jì)實(shí)施和設(shè)計(jì)效果。倘若在模塊劃分方面存在問題，后續(xù)模塊化設(shè)計(jì)便難以順利實(shí)施。模塊換分中要對(duì)：機(jī)械生產(chǎn)工藝、工藝流程、子系統(tǒng)功能、模塊間的協(xié)調(diào)進(jìn)行分析，從而確定模塊化設(shè)計(jì)組合能否進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作，避免組合混亂，給生產(chǎn)制造帶來不便[2]。此外，要考慮模塊組合的靈活性和獨(dú)立性、整體性，確保主要功能的實(shí)現(xiàn)，以便于模塊的聯(lián)接與分離，保證模塊劃分不對(duì)系統(tǒng)主要功能產(chǎn)生影響。具體模塊劃分中，要對(duì)模塊數(shù)量和結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理控制，從而降低設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)成本，確保主系統(tǒng)穩(wěn)定性。另外，要對(duì)各模塊的接口進(jìn)行考慮，確保各模塊接口標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化、通用化，從而實(shí)現(xiàn)相同功能模塊的互換、不同功能模塊的有機(jī)組合，力求以少數(shù)模塊組成相對(duì)完整的系統(tǒng)，以縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)難度。此外，要對(duì)模塊更換、更新、維護(hù)進(jìn)行考慮，確保模塊的實(shí)用性、適用性。

例如：齒輪減速器設(shè)計(jì)中，模塊劃分應(yīng)分為：箱體模塊、齒輪模塊、軸模塊、端蓋模塊、通用模塊等[3]。因此，模塊化齒輪減速器由箱體、齒輪、軸、軸承、端蓋等所組成。在具體設(shè)計(jì)中通用模塊必須考慮到批量制造問題，所以要以現(xiàn)有制造技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而降低制造難度和成本，確保機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)制造的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代生產(chǎn)活動(dòng)已離不開機(jī)械設(shè)備的運(yùn)用，人類社會(huì)正常全面走向機(jī)械化，人們對(duì)機(jī)械設(shè)備需求量越來越多，對(duì)機(jī)械設(shè)備性能要求越來越高，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方式逐漸難以滿足市場需求。而從正文的分析可以知道，模塊化設(shè)計(jì)方法能降低設(shè)計(jì)難度，提高設(shè)計(jì)效率，降低設(shè)計(jì)成本，縮短機(jī)械設(shè)備制造周期，所以機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)積極融入模塊化設(shè)計(jì)方法。

參考文獻(xiàn)

[1]張學(xué)玲. 基于廣義模塊化設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)特性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].天津大學(xué)，2014，32：8055-8057.

[2]龔京忠. 基于FPBS的機(jī)械系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2014，11（14）：132-135.

[3]王學(xué)福. 機(jī)械產(chǎn)品模塊化可適應(yīng)設(shè)計(jì)平臺(tái)的構(gòu)建及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)[D].天津大學(xué)，2015，13（03）：119-126.