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模块化设计方法技巧在机械设计中的应用探究

2013/7/10    来源:万方数据    作者:石宝强      
关键字:模块化设计  机械设计  柔性制造  
本文分析了模块化设计的相关概念,对模块的划分和模块化技术的应用进行了阐述,同时借助数控立式车床的模块划分,对机械设计中模块化设计方法的应用进行了探讨。

    依据系统的功能,对其进行若干模块的分解,同时在模块不同方式的组合中,促使不同规格、品种的产品生产和制造是模块化设计的主要内容。机械产品的设计制造过程中,模块化设计同时与柔性加工技术、成组技术、计算机技术相结合,对同一功能的单元进行设计,使其成为可互换且性能不同的模块,从而形成不同规格产品的重新生产和应用,在一定意义上,促使了机械设计制造的发展和创新。

一、模块化的概念

    (一)模块的划分及设计方式

    对于模块系列的设计,模块的合理划分非常重要。一方面,考虑管理与制造的方便,对组合可能产生的混乱进行避免,使其具备一定的灵活特性;另一方面,还要考虑模块系列的扩展及变型产品的辐射。所以,对于整体系统的设计,必须要对结构要素和功能要素进行全面考虑,其中,划分所应注重的内容包括:整个系统中,模块的作用及更换的必要性;其功能、结构的设计必须具备完整性与独立性;便于模块接合要素的分离与联接,且模块的划分不能对系统的主要功能造成影响。划分原则为:尽量控制模块的组成数量,并促使更多产品的组成,且在满足基本功能、结构要求的基础上,形成成本低廉、性能稳定的高精度产品,同时确保模块结构的规范与模块联系的设置趋于简单化。模块化设计过程中,主要的核心内容是模块的组合,同时又称为接口。显而易见,相同功能模块的互换、不同功能模块的组合都是模块化设计的主要形式,这也就决定了模块的可互换性及可组合性两个主要特征。而这两个主要特征,通常在接口上有所体现,进一步促使模块规格化、通用化、标准化程度的提高也就具有重要意义。

    (二)设计步骤

    模块化产品的研制过程和设计过程是模块化设计的两个不同层次,而实质的模块化设计所遵循的设计步骤与一般技术系统类似,与一般技术系统相比只是更为复杂,所需的成本费用也比较的高,对于每个零部件的功能发挥,都不能是单一的。其主要步骤为:①对市场的具体情况进行调查和分析,而这则是促使模块化设计顺利实施的基础工作;②对所设计的产品功能进行分析,同时拟定产品的系列型谱;③依据产品的结构和功能,对重要的参数范围及主参数进行确定;④通过模块化设计类型的确定,对产品模块进行合理划分;⑤对模块的结构进行设计,促使模块库的有效形成;⑥对产品模块相关的技术文件进行编写。

二、模块化设计的技术研究

    (一)与柔性制造技术的结合

    柔性制造技术的目标是快节奏、多样化生产,系统对生产反应的多变性、可变性及灵活性是其强调的主要内容。针对柔性技术这一要求的实现,模块化正好能够对相关的重要依据进行提供。对于模块化技术而言,其通过通用模块的利用对机床共性问题进行解决,能够取得一定的效果;而对于个性问题的解决,仍能够集中精力,使最少模块组合原则实施的基础上,促使更多机床的有效形成,从而满足柔性制造技术的多样化要求。以机床为生产工具,可对其模块的特性进行合理运用,促使一机或一模多用的形成。重新对机床模块进行组合,可最大程度的满足系统的柔性要求。而依据模块化技术的运用,在硬件方面促使系统柔性特征的实现,也是机械设计制造业重要的研究方向之一。

    (二)成组技术的处理特点

    现代生产的多样化,在成组技术与模块化方面都有体现。其中,成组技术的理论依据是零件工艺、形状方面的相似性,对相关事物的相似性进行研究,同时对其归类成组,在规范化处理和标准化处理的基础上,对小批量产品的生产进行流水作业生产方式的改进和转化。对于模块化技术而言,类似于大批量元素、中批量子系统、小批量系统的效果实现也是其追求的重要方向,通过对机床部件相似性功能的运用,对相关性的功能部件进行统一和简化,从而促使模块的整体化形成。两种技术对于事物的处理,存在着共同的特点,如对具有相似性的事物进行集中处理;规范化、标准化处理重复性事物;重复对信息进行使用等。同时,成组技术与计算机技术的结合也越来越普遍,工艺设计、制造方面的进展也是非常巨大,而作为模块化技术,将要发展的方向也是这一内容。

    (三)计算机辅助技术

    模块化技术当中,对数据库技术和计算机辅助技术进行结合,所取得的效果非常突出,一定程度上,大量的、复杂的重复性工作和计算都能够得到有效的处理和解决,与人工相比,其条理性、一致性、稳定性的超越是显著且优越的。此外,利用模块化方法,对复杂的系统进行分解,使其形成简单的子系统,同时在各子系统当中对计算机技术进行运用,其计算机功能的发挥是非常巨大的。

责任编辑:程玥
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