模組化設計在機械設計中的應用論文
摘要：在機械設計中利用模組化設計的設計方法可以實現規模化、批次化、個性化的生產，企業可以透過對某些零件進行改進後快速生產出新的產品。文章首先對模組化設計進行了介紹，然後對模組化設計的基本原則進行了介紹，分析了模組設計的特點和過程，最後對包裝機械模組化設計的實施進行了探討。
關鍵詞：機械設計；模組化設計；包裝機械；產品模組；模組庫
隨著我國經濟的不斷髮展，使用者群體逐漸從集中式逐漸過渡到了個體戶，傳統的工業生產已經無法滿足當前的經濟模式和生產方式。企業在更新裝置時，如果對所有的裝置進行設計更新必然會造成成本的鉅額消耗。為了降低成本，可以將機械劃分成型別不同的模組，並根據實際的需求對模組進行更換，從而降低設計成本，提高企業的經濟效益。
1模組化設計的基本情況
早在20世紀中期，模組化設計理論已在國外發達國家得到了一定的應用，受到了各大廠家的認可。所謂模組化設計主要指的是針對不同規格但具備同樣功能或者同一型號而功能不同產品的有效分析，最終設計出一系列的功能模組產品，藉助模組的組合與有效選擇形成不同的產品型別，以迎合市場的相關需求。隨著時代的發展，傳統的產品設計理念已遠遠不能滿足社會發展之所需，只有創新設計理念，最佳化設計方案才是有效舉措。
2模組化劃分原則
模組化設計的基本原則是用最少的模組數量透過一系列組合而形成多樣化的產品，所生產的產品不管是在效能方面還是其他層面都是最最佳化的，而且採取模組化設計能夠最大限度地節省施工成本。因此在設計初期相關人員應對模組型別進行細分。然而縱觀當前我國在該方面的.研究還處於起步階段，對模組的劃分標準仍沒有一個確定依據，當前所劃分的依據主要是按照側重點之間的差異對模組進行分類的。一般而言，模組是能組成系統的、獨立的結構單元，透過對產品功能的全面瞭解，構建總功能、子功能等結構單元之間的相關性，從而為模組的分類提供一定的依據。模組劃分應遵循以下原則：一是所劃分的單個模組單元應具備一定的獨立性；二是各模組介面之間要進行有效分離；三是模組與模組之間的相關性應儘可能少，這樣某一模組存在異常不致影響其他模組的正常使用。
3模組設計特點和過程
3.1模組設計特點
模組設計的主要特點列舉如下：
3.1.1產品定義的完整化。設計人員透過對市場相關產品功能的調查分析進行科學有效的設計，透過模組之間的有效組合形成特定的產品。此外，模組體系是可以變更的，按照不同設計要求以及相關技術層面的提供創新模組體系，最佳化模組設計理念，從而使所生產的產品不管是在結構方面還是功能特性方面都滿足相關要求。
3.1.2儘可能地減少設計週期。根據每個使用者的相關需求，選取有效的模組對產品進行最佳化設計，以使其用最少的投入獲得較多的產出。該方法主要應用於小規模生產的製造廠家。
3.1.3產品效能安全穩定、維修便捷，而且施工成本低。模組化設計中所使用到的相關裝置都是經過嚴格篩選的，裝置的使用率高，這樣可方便加工製造技術的有效應用，提高產品的功能特性。透過模組化設計的應用能夠將產品內部多樣化儘可能地降低，在滿足使用者個性化需求的基礎上提高產品的使用率。
3.1.4實現知識管理和整合設計。模組化設計過程不是一蹴而就的，它是一項系統而龐雜的工程，也是對產品結構設計的規範過程，構建模組介面與產品知識資訊是模組規劃得以有效實施的根本保障。產品模組化設計應貫穿設計與管理的整個階段中，透過對產品知識的科學管理，可為設計人員提供一定的便捷，促使其對模組不斷最佳化與改進，增強生產的實效性。
3.2模組設計過程
一般而言，模組設計分為兩大板塊進行：一是系列模組產品研製階段，此階段主要是按照市場的相關調查資料對整個研製階段進行模組的有效設計；二是單個產品的模組化設計，本階段主要是根據使用者自身的實際需求對模組進行選擇，從而設計出符合要求的產品。系列產品與單個產品的模組化設計過程見圖1所示。透過對圖1的分析得知第一層次是模組化設計的主要過程也是最為關鍵的階段，其中模組的劃分又是整個階段中的核心環節，採取科學、合理的劃分方式對模組化的最佳化設計可起到一定的促進作用，從而有效防止模組組合時出現錯亂等不良現象的發生。待第一層設計完成後設計人員需對整個過程進行全面檢查，滿足相關要求後即可開始第二層次的設計。
4包裝機械的模組化設計探討分析
4.1包裝機械的基本特徵
包裝機械與其他機械存在一定的差異，是一種特殊型別的機械，而且據調查大多數包裝機械都存在這樣一種特點即機械結構複雜多樣化，具有較好的靈活性與柔性。隨著時代在變遷，包裝機械的更新速度也在不斷加快，因此整臺包裝機械採用模組化設計方案可大大降低包裝機械的研發週期，增加產品的型別，從而適應瞬息萬變的市場需求。用於完成包裝過程的機械型別有充填機械、標籤機械、乾燥機械等11類。對於同種型別的包裝機，在組成成分上基本相吻合，不同的是包裝材料的選擇以及計量方式之間存在一定的出入，在實際包裝中應根據包裝機的相關特點採取合理的方式進行包裝施工。
4.2基於功能層次的包裝機械模組劃分
由於包裝機械具有結構複雜多樣等特徵，在進行模組劃分過程中，應以包裝機械中的主要部件為主進行合理、有效的劃分。按照集合論的相關特徵表述，若功能域與結構域在資訊需求與表達方式存在不同時，而從功能表達空間到結構表達空間的對映，則充分說明兩個空間具有一定的函式關係。功能域將產品的實際特徵進行層層分解，從而形成產品功能結構對映圖，這種結構單元要根據功能與結構的相關特點判斷其是否可以作為模組。對於不同型別的包裝機械，在模組設計時要根據機械的功能差異對其進行逐層細分，在細分中要注意劃分層次要根據不同型號的包裝機械採取合理的分層方式，若分層過多則對映到結構部件的粒度大小在模組間的介面標準與實際需求不相吻合。但若層次過少則模組化設計的有效性也不能充分體現出來。通常情況下普通的包裝機械分為兩層左右即可，而特殊的包裝機械則可適當增加，待分層模式完成後藉助功能結構對映原理，將各個層次的對映結果投射到部件上，以明確模組所屬的型別以及劃分細則。
4.3包裝機械模組庫的有效建立
經過綜合權衡後產品模組劃分完成後，進一步對模組的結構進行最佳化設計，從而形成系統全面的模組庫。包裝機械模組庫的有效建立可在一定程度上使用標準的模組與零部件完成新產品的研發工作。因此為了使所建立的模組庫能夠重複使用，在模組設計中要採用一些先進的技術理念，比如計算機輔助設計等最佳化設計理念，創新設計方案，並將模組組織儲存到指定的資料庫中。近些年來，隨著科技發展浪潮的不斷推進，新技術、新理念層出不窮，電子技術等新興科技在包裝機械中得到了廣泛的應用，虛擬概念也由此應運而生，按照不同客戶對產品的相關需求呼叫模組庫中事先儲存的各種虛擬設計方案，然後將實際生產中所使用到的資料進行整合處理後輸入計算機系統中，計算機三維模型即可模模擬實的工作場景進行操作，並能根據客戶所提出的建議進行適當的修改，直到達到客戶的認可度。
5結語
綜上所述，模組化設計可以提升零部件產品的通用化、標準化程度，可以使這些通用件和標準件保持生產量。降低設計成本，適應市場多變的基本要求，同時模組化設計還可以實現機械創新，促進我國機械行業的發展。
參考文獻:
[1]浦玉祥，蘇軍，谷傳文．機械的模組化設計在包裝領域中的應用[J]．包裝與食品機械，2002，20（6）.
[2]高衛國，徐燕申，陳永亮，等．廣義模組化設計原理與方法[J]．機械工程學報，2007，43（6）.
[3]胡亞輝，徐燕申，鍾偉弘，等．面向廣義模組化設計/製造的產品族動態模型研究[J]．機床與液壓，2006，（11）.
【模組化設計在機械設計中的應用論文】相關文章：