王江涛

（烟台桑尼核星环保设备有限公司 山东烟台 265500）

在进行机械设计的过程中，会应用到诸多方法，目的都是为了提高机械设计的效率，推动机械设计的智能化。目前，模块化设计在机械化设计中得到普遍应用，在机械化设计中，针对其性质和规格功能进行不同的组合，统一到模块中，并进行综合性的分析与思考，从而提高机械设计的科学性和实用性。

一般来说，模块化设计具有如下几个方面的特点。首先是横向的模块化。该设计方法主要是在产品的设计基础上加以调整，使其更具有科学性和应用性，从而得到另一种产品的结构。其次是纵向的模块化。该设计方法主要是基于原有的产品结构，对产品的性质、功能、应用等多个方面进行系统化的设计，使其功能与性质得到更加全面、科学的设计。最后是横向与纵向的综合设计方法。该方法是利用模块设计进行优化调整，得到其他机械化产品，在降低成本的同时，也能够优化产品的性能。

1 模块化设计概念及优势

1.1 模块化设计概念

模块化的设计在诸多方面都有所应用。当前，所谓的模块化设计就是基于市场发展的需求，根据产品特性的特点，在某种范围内，以产品功能为出发点进行功能划分，利用组合选择等方法，对产品进行优化设计，从而使得其更加满足市场化的需求。针对于目前市场的持续性变化，在进行机械制作与设计的过程中，可以选用模块化设计的方法，优化产品，从某固定范围内有效缩短产品的周期，利用更低的投入，获得更高的利润，满足市场需求，提高产品性能［1］。在模块化设计过程中，主要涉及横纵设计的模式，在参数不变的情况下，改进产品功能，优化产品系列，从而得到全新的、功能不同的产品，使产品的组合得到灵活设计。

在进行模块化设计时，需要相关的设计人员针对原有的规格性质特点进行组合，将其放入统一模块，对其科学性进行思考，在原有的基础上进行调整与设计，使其机械设计更具有科学性，同时也满足市场对于产品的需求，增强其产品的质量优势，同时也降低机械产品的设计成本［2］。

1.2 模块化设计的优势

首先，模块化设计有利于设备的快速有效维修，因此，在设计的过程中，可快速发现功能异常，有利于维修人员及时进行修理或替换，保证设备的正常运行。这种维护方法消耗较小，维护资金较少，在延长设备使用寿命的同时，也能够提高设备的利用效率，保障企业的经济效益。

其次，通过模块化的组装方法对机械进行设计，能够减少包装，将同一包装应用到性能不同、规格不同、设计不同的产品中，降低了包装成本，对企业来说也是节省开支的一种方法，相对于原有的不同的产品进行不同的包装，这种方式具有普适性［3］。

再次，能够便于管理。通过模块化设计进行机械设计，能够对于不同的模块进行编码，优化组合，将不同的产品数据进行结合，形成不同的产品结构，有效地优化产品管理，提高产品设计的科学性。此外，还应顺应市场周期，针对客户的需求，进行一对一定制，优化产品性能。通过不同的模块组装，满足客户的需求，减少投入，更加具有针对性。在开始设计之前，可以针对市场的内部需求进行组装设计，再针对于市场的动态变化进行组装优化，使产品能够更加符合市场的需求。通过模块化的设计，能够注重整体的思路，形成系统化的组装设计，对产品结构具有条理性的分层。在进行模块化设计的方法中，需要将其贯穿于产品的设计，甚至全方位的管理能够使产品进行持续性的优化改进，使其更加具有针对性，更加满足市场的需求［4］。

最后，有利于实现数字化设计。在机械设计中进行模块化设计，能够推动机械设计的数字化发展，将不同的产品性能特点及设计、大小进行模块化的组装，能够避免资源的重复性投入。通过数字化的组合设计，从而提高机械设计的科学性、智慧性和数字性。

2 模块化设计的方法

2.1 功能模块组装

在进行模块化设计的过程中，为了实现产品配置与性能的最优化，从而达到企业的实际需要，作为生产的工人，必须要了解模块化的作用，了解产品的参数，在进行组装时，能够达到合理化设计。每个模块的变化都具有引起功能变化的作用，某一模块出现问题，都要及时地整改或更换，使其最短时间内恢复生产。在进行模块化组装时，必须要严格按照标准与规范进行，保障模块化设计的有效性，保障组合能够达到最优的效果［5］。

2.2 柔性制造技术

柔性制造技术，即是通过灵活多样的方法来进行产品生产性能的优化。通过柔性制造技术，能够与模块化设计相结合，可使其在设计的过程中更加满足个性化定制的需求。因此，在进行机械设计时，必须要将模块化设计和柔性制造技术进行有效的结合，在满足模块化设计的背景下，使机械更加具有多样化的功能［6］。

2.3 计算机辅助系统

通过计算机辅助系统的应用，能够有效地提高模块化设计的高效性。一般模块化的计算机辅助系统主要有CDA、CApp、CAM［7］。在具体的设计中，工作人员需要做好计算与分析，明确机械设计的数据和特性，根据实际的需要来进行模块的组合，提高机械的使用效率，同时也有效地保障机械的价值和质量。

3 模块化设计的步骤

模块化设计主要有两个不同的层次：第一个层次是基于研制过程；第二个层次是基于市场的单品设计。在进行模块化设计时，需要遵循一定的规则，相比于前者，后者更为复杂，所以花费相对较高。

4 模块化设计在机械设计中的应用

以现有的数控立式机床为例，展示模块化技术对于机床设计的应用，具体分析模块设计如何在机械设计中进行性能和功能的优化，设计出模块单元。在立式的机床设计中，应该充分地了解目前机床所具有的功能及市场对于机床的需求，根据相关的理论基础和理论依据来进行单元模块的划分，从而有效地展开模块设计［8］。作为基础的机械设计，首先，作为技术人员，需要基于独立功能单元模块进行机床的特殊化划分。同时，置于控制机床独立性的条件下，进行模块化的搭配，整体优化机床性能，满足市场需求，合理规划产品。其次，根据机床零件中的设计模块，基于机床的整体质量，进行不同档次的搭配，有效地拓展客户的需求空间，满足不同层次、不同种类的客户需求［9］。

4.1 数控机床历史车床模块划分原则

根据现有的历史基础结构，进行形式和模块化的划分，需要根据一定的划分原则，具体的划分原则主要有以下几个方面。首先，以独立的功能单元作为划分模块，对于有的功能，进行分解、划分、拆解，从而保证每个单元的独立性，使得每个单元相互结合，都能够产生很多形式的产品［10］。其次，以某个部件作为划分模块，能够有效地保证装配的质量，同时还能够保证车床的完整性。最后，以组件作为模块，将其功能进行细化以后，可以将其中的某些模架进行模块化划分，通过更换或者是组装，能够使得某个部件更加具有灵活性，使得同一产品具有很多的用途和功能，通过功能化划分，能够使车床的效率得到最大化［11］。为了将模块化组合的系统应用做到最大，可以将组合进行划分，分为不同的模块化组合，进行合理的模块化大件的结合，要规范、完整、具体，同时还要能够独立运行，因此，需要进行有效的链接和分离［12］。在进行模块划分的过程中，必须要充分考虑市场的变化及科技的进步，同时留出一定的发展空间，使得未来新技术引入不会对原有的模块产生巨大的冲击和改变［13］。

4.2 数控立式车床的功能分解

数控立式车床在进行模块划分时必须要从车床的整体实用性和整体功能出发，基于功能进行细致划分，保证每个功能都能够得到独立运行，使得功能划分不能继续分解时，需要将分工能作为最基本的单元，每一组单元都要与一个功能模块相对应。在进行模块划分的过程中，必须要充分考虑必需的功能和基本功能，以用户个性化定制的功能进行划分。根据用户的个性需求来进行个性化的功能定制，但基本功能和必需的功能进行固定搭配，由于客户生产条件和生产性能不同，因此，对于机床的规格功能和性格的要求也会有所不同，根据客户的条件进行功能的差异化搭配，能够有效地满足客户的个性化需求。例如，对于单注数控技术机床CK 系列来说，启动提供能为撤销，但其撤销的具体内容不同，有凹槽用平面及螺旋单面，因此，就需要根据客户的具体功能提供不同的搭配。此外，为了满足客户个性化的需求，还需要针对其支撑功能、辅助功能等一些侧重点功能进行单元划分和进一步的功能组合。

4.3 数控历史机房的模块划分

通过总体功能进行分析，可以看出，某些功能或某个功能都存在着一一对应的关系，即某一模块对于某一功能可实现一一对应，而将某一功能通过多个模块来实现就是一对多的供应，是多对单的关系。

根据模块和功能的映射关系，考虑整体机床系列的特点及利用模块划分的原则，将立式模块和机床系列进行系统的对应，运用模块划分的原则，得到数控机床的整体模块划分。数控立式机床可以分为传动机床、支撑模块、执行模块等多个部分，根据不同的模块和功能进行分析，将其结构和用途，功能为具体的划分，将其运用到多个接口中，从而会得到不同的立式机床产品。

4.4 齿轮减速器模块化设计分类

根据以往的设计思路来看，将模块设计可以分为4 个方面：首先是全系列的设计，其次是混合系列设计，再次是纵向系列设计，最后是横向设计。在进行模块的组合设计时，可以根据上述4个方面来进行完成。

首先，在进行横向模块设计时，可以根据产品的总体规划和规格来进行设计，以此为基础进行模块组合的删减变更，最终确定全新的产品。其次，进行纵向系列的模块设计时，首先是针对尺寸规格相对较大的模块设计出类型基本相同或相近的产品，这一次可以根据内部的零件结构及其组合进行强度的加大或减少。再次，在进行综合模块组合设计时，可以通过分段的方法来进行设计。在进行跨系列的模块设计时，主要是将纵系列和横向系列的模块组合进行优化升级，形成设计之间的衔接与过渡，一般是将两种设计思想进行全面结合，优化两种设计特点，完成设计的升级和设计改造，设计出有针对性的产品。最后是进行全系列的模块设计，主要是针对于客户的需求进行全系列的模块划分，从而让模块设计得到充分的优化，满足不同的功能需求。

5 结语

总而言之，将模块设计的思路运用到机械化、自动化建设的过程中，能够有效地提高机械设计的效率，从而设计出更加满足实际需求、满足客户需求、更加具有针对性的产品。本次研究主要针对模块化设计与模块化设计的应用做了深入性的探讨，采用混合模块化设计的方式，满足不同客户的需求，增强机械化设计的质量和效率，实现设计成本的降低。